Как влияет катализатор на тягу двигателя? Для чего нужен и его влияние.

Катализатор автомобиля отвечает за выполнение важных функций – снижение токсичности выбрасываемого выхлопа и предупреждение выброса в атмосферу вредных компонентов, которые негативно сказываются на здоровье людей. Неопытные владельцы автомобилей считают, что эти компоненты наносят вред иным элементам транспорта, в частности, двигателю. Чтобы понять, как катализатор влияет на мощность мотора, требуется разобраться с устройством запчасти.

Оглавление

Особенности

Признаки неисправности

Виды катализаторов

Неисправности катализатора

Особенности

Нейтрализатор предназначен для фильтрации выхлопных газов, поэтому он не способен разрушить, а наоборот обеспечивает более эффективную работу всех узлов и компонентов. Единственная ситуация, когда катализатор способен навредить мотору, является эксплуатация неисправного узла или несоблюдение рекомендаций по использованию. В таком случае можно ожидать такого влияния на автомобиль:

• Если заливать этилированное топливо низкого качества, то это вызывает оплавление сот катализатора, что в результате приводит к их разрушению. Такой бензин портит и остальные части машины.
• Если нейтрализатор поврежден, то это приводит к снижению эффективности по очищению выхлопов, из-за этого токсичные газы проникают к остальных компонентам системы выхлопа, что негативно сказывается на их работе.
• При избавлении от автокатализатора вместо его замены произойдет сбой в системе управления, поэтому будет необходима прошивка электронного блока.
• Испорченный, забитый сажей, оплавленный катализатор, у которого повреждены соты, сильно влияет на эффективность мотора. Если происходит задержка выхлопных газов в системе, то снижается мощность мотора. Так как водитель вынужден постоянно давить на педаль аза, увеличивается расход топлива, что приводит к дополнительным затратам.

Если в автомобиле используется запчасть, которая давно вышла из строя, то она наносит вред окружающей среде, так как она выбрасывает не безвредные пары углерода и азота, а отравляющие соединения. Ответственный водитель должен заменять катализатор своевременно.

Признаки неисправности

Можно задуматься о замене автомобильного катализатора при возникновении определенных признаков:

• Автомобиль стал потреблять больше топлива, но на это нет видимых причин;
• Для набора оптимальной скорости требуется регулярно давить на педаль газа;
• Даже в салоне автомобиля можно ощущать неприятный запах выхлопа;
• Увеличивается количество выбрасываемых выхлопных газов;
• При разгоне есть постукивания, а также ощущаются вибрации;
• Автомобиль часто глохнет.

Если обратиться в пункт приема отработанных катализаторов для утилизации блока, то можно сэкономить на покупке новой запчасти.

Виды катализаторов

Катализаторы выпускаются двух типов металлические и керамические. Оба вида представляют собой устройства, которые состоят из множества сот малых размеров, сквозь которые проходят разогретые выхлопные газы.

Блок способен разрушаться под воздействием высоких температур, а его мелкие частицы засасываются в мотор, где царапают зеркальное покрытие цилиндров, что приводит к повышению расходу масла и ускорению износа поршней и всего ДВС в целом.

В качестве основной составляющей нейтрализатора можно назвать каталитический носитель: металлические или керамические соты, которые покрывает тонкий слой драгметаллов: родия, палладия, платины или иридия, характеризующихся повышенной химической активностью. Выхлопные газы вступают во взаимодействие с напылением сот, поэтому химически связываются.

Современные катализаторы преимущественно трехкомпонентные, то есть, в их составе есть три компонента, отвечающих за последовательное очищение газов:

• Первый связывает оксид азота;
• Второй устраняет несгоревшие топливные частицы, борется с окисью углерода;
• Третий содержит датчик кислорода, отвечающий со определение состава газов на выходе и передачу данных ЭБУ.

До катализатора в системе имеется еще один датчик, который является управляющим.

Катализатор – это блок в виде бочонка овальной формы, который внедрен в выхлопную систему авто. Первые модели нейтрализаторов крепились под передней частью днища, примерно посередине между первым глушителем и выпускным коллектором.

В автомобилях, соответствующих нормам Евро-4 и Евро-5 блок размещен максимально близко – закрепляется к головке блока цилиндров.

Этот метод сильно осложняет компоновку моторного отсека, но повышает эффективность очищения выхлопа, так как для каталитической реакции температура должна быть более 300 градусов. Этот показатель хорошо достигается в области ближе к мотору, где катализатор быстрее прогревается и приступает к работе. Без нейтрализатора для полного преобразования CO и CH требуется температура более 700-800 градусов и при условии поставки избыточного объема кислорода. Без катализатора не получится нейтрализовать NOx.

Неисправности катализатора

Производителями автомобилей не предусмотрен какой-то особый регламент по замене катализатора, по умолчанию предполагается, что блок будет работать весь срок эксплуатации транспортного средства. Однако для этих узлов средний срок службы равен 100-150 тыс. км пробега. Нейтрализаторы с керамическими сотами выходят из строя намного быстрее металлических.

Можно выделить три группы неисправностей: 

• Оплавление. Происходит спекание сот коллектора, при этом проход выхлопных газов сильно осложняется. Такое обычно связано с экстремально высоким повышением температуры выхлопа до 900 градусов и выше. При том, что спекание охватывает не весь внутренний диаметр, проходимость катализатора падает, что вызывает повышение температуры в нем, а далее повреждение всех остальных сот.
• Разрушение керамики. Хрупкие соты имеют свойство крошиться, что вызывает не только повреждение катализатора, но и проникновение осколков в рабочую камеру, что приводит к повреждению остальных узлов: поршневой группы, турбины, что вызывает необходимость замены или капремонта мотора.
• Засорение. Нейтрализатор забивается продуктами неполного сгорания топлива, а иногда масла, что вызывает его непроходимость.

Чтобы проблемы с катализатором не возникли, требуется соблюдать несколько рекомендаций:

• Не крутить двигатель стартером длительное время, чтобы топливо не перелилось;
• Не запускать мотор с толкача;
• Не проверять работу цилиндров при помощи отключения свечей зажигания.

Важно помнить, что при работе катализатор сильно нагревается, и избежать возгорания можно, если не заезжать для парковки на деревянные помосты, сухую траву или аналогичные места.

Роль катализатора в автомобиле, на что влияет катализатор?

Для отлаженной и безопасной работы выхлопная система современного автомобиля оснащена каталитическим нейтрализатором (КН). К сожалению, детали свойственно выходить из строя, так как топливо бывает не лучшего качества. Попробуем более подробно понять роль катализатора в автомобиле и то, как следует поступать, если КН засорился.

Что такое катализатор

Каталитический конвертер — это один из главных элементов современного транспортного средства, имеющего двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Именно благодаря ему атмосфера, которая нас окружает, не перегружена вредными химическими выбросами, а экология становится гораздо чище. Однако, невзирая на свои преимущества, нейтрализатор доставляет немало хлопот водителю. В худшем случае он может безнадёжно испортить мотор автомобиля. 

Устройство КН

Задача работы катализатора — очищать вредные выхлопы. Местом расположения детали служит выпускная система авто. Когда нейтрализатор работает, то в его структуре происходят интенсивные химические преобразования, в частности, переход опасных компонентов в безопасные. По окончании этой реакции остатки веществ выхлоп выбрасывает наружу. 

Находится катализатор рядом с выпускным коллектором автомобиля. Он может иметь две разновидности конструкции, которые выполняют функции преобразователей, в виде: 

• бусин из керамики;
• сот.

В большинстве случаев изготовители автомобилей предпочитают использовать соты. 

В целом, катализатор состоит: 

• из подложки. Это прочный пористый материал;
• из внешней «рубашки». Её функция состоит в том, чтобы площадь, на которой расположен каталитический материал, была максимальной. Что касается каталитического материала, то он представлен металлами, относящимися к платиновой группе;
• собственно, из каталитического материала. В зависимости от технологий, применяемых производителями, это могут быть платиновые, родиевые либо палладиевые элементы. 

Большинство нейтрализаторов, установленных в современные автомобили, изготовлены из керамических либо металлических материалов. Керамика стоит гораздо дешевле, но прочность у неё очень слабая. Если автомобиль вдруг «скакнёт» на ухабе или бездорожье, то керамика может разрушиться. Не менее опасно и попадание на неё кипятка. 

Если часто менять каталитический нейтрализатор в автомобиле, то это приводит к существенным денежным расходам. Именно поэтому оптимальный вариант, несмотря на кажущуюся изначальную дороговизну — установка катализатора, монолит которого изготовлен из металла. 

Опытные водители разделяют каталитические нейтрализаторы на три основные группы. Такое негласное деление зависит от того, в каком состоянии находится катализатор. Он может быть: 

• рабочим;
• частично рабочим;
• неспособным к работе.

Независимо от состояния нейтрализатора, на ресурс катализатора напрямую влияет пробег автомашины. Например, по европейским меркам его необходимо менять уже после пробега 100 000 км. 

Особенности работы КН

Устройство работает, исходя из химических реакций, протекающих внутри изделия. Реакции Они нейтрализуют опасность вредных выбросов в атмосферу. Это: 

• окись азота;
• углерод и его различные группы. 

Главным компонентом нейтрализатора является внутренний блок — монолит — из металла или керамики. В монолите есть мелкие соты с нанесёнными на их стенки напылением, содержащим драгметаллы в виде различных сплавов: 

• иридий с платиной;
• палладий с родием.

Когда происходит контакт вредных химических соединений с активными поверхностями, то они сгорают, после чего через выхлопную трубу выводятся наружу. Остаются N2 и CO2, безвредные для людей и окружающей среды. Что касается палладия и платины, то они выполняют функцию окисления, ускоряя процесс горения углеводородных соединений. Элемент, обладающий активностью, находится в кожухе из металла с теплоизоляционным слоем.

Нейтрализаторы не только работают с вредными химическими веществами, но и сильно влияют на то, как работает двигатель автомашины. Датчики, расположенные в устройстве, подают сигналы, которые считывает «мозг» автомобиля. Благодаря такой функции рабочая смесь будет действовать оптимальным образом.

Рабочий ресурс нейтрализаторов

Каталитические нейтрализаторы исправно служат не больше 100000 км пробега. По истечении этого срока фильтры начинать снижать свою эффективность: изделия подгорают и становятся непригодными к дальнейшей работе. Как итог: очищения выхлопов не происходит, поэтому катализатор нужно заменить или демонтировать. Нередки случаи применения отечественного бензина плохого качества. В нём содержатся вредные примеси, быстро выводящие катализатор из строя. 

Безусловно, речь идёт о типичных проблемах, возникающих при эксплуатации автомобилей «бюджетного» класса, например, недорогих вариантов «Хюндай» или «Киа». Спустя некоторое время у них может произойти полный развал нейтрализатора, даже если пробег транспортного средства ещё не достиг заявленной величины.

Подобные ситуации всегда требуют незамедлительного ремонта КН. Если этого не сделать, оттягивая ситуацию до последнего, то пыль, образующаяся от керамического элемента, неизбежно попадёт в двигатель, минуя коллектор выпуска. Как результат — придётся платить не только за ремонт системы выхлопа, но и ремонтировать силовую установку.

На что влияет катализатор? У современных автомашин в электронном арсенале имеются специальные датчики, определяющие, насколько исправен нейтрализатор и нуждается ли он в замене. Неслучайно такие датчики «классифицируют» неисправность устройства, как сбой в работе двигателя. Фраза «check engine», которая появляется на экране сервиса авто — сигнал того, что проблема требует незамедлительного решения.

Нужно обязательно посетить автосервис, чтобы опытные специалисты провели тщательную диагностику состояния машины и определили, как следует поступить с катализатором. КН можно полностью заменить либо снять, временно поставив «обманку». В любом случае, игнорировать такую серьёзную неисправность нельзя, так как впоследствии придётся заплатить за услуги по ремонту гораздо больше.

Что делает катализатор в химической реакции?

••• Rawpixel/iStock/GettyImages

Обновлено 15 марта 2018 г.

Автор: Лана Бандоим

Когда вы используете стиральный порошок, чтобы избавиться от пятна на рубашке, вы наблюдаете за катализатором в действии во время химической реакции. . Моющие средства содержат ферменты, которые являются катализаторами, разрушающими грязь и другие пятна на одежде. Хотя они помогают очищать любимые наряды людей, они не единственные примеры мощных катализаторов.

TL;DR (слишком длинно; не читал)

Катализатор ускоряет химическую реакцию. Катализатор остается неизменным после реакции.

Влияние катализатора на химическую реакцию

Катализатор влияет на химическую реакцию, ускоряя ее. Он также предлагает альтернативный способ протекания реакции, который снижает количество необходимой энергии. Для запуска реакций требуется энергия активации, и в этом могут помочь катализаторы. Однако катализаторы выдерживают реакции без изменений.

Катализаторы влияют на химическую реакцию двумя способами

Катализаторы влияют на химическую реакцию двумя основными способами: снижая энергию активации или изменяя способ протекания реакции. Они могут снизить энергию переходного состояния, поэтому общая энергия активации, необходимая для реакции, уменьшается, или они могут изменить механизмы реакции и, таким образом, изменить переходное состояние.

Катализаторы выполняют свою работу по-разному. Один из вариантов заключается в том, чтобы эти вещества позволяли молекулам реагентов разрывать свои связи и образовывать новые с катализаторами. Эти связи не являются постоянными, поэтому катализаторы могут выдерживать реакции в неизменном виде. Другой способ работы катализаторов заключается в изменении конфигурации реагентов и ослаблении их связей.

Примеры катализаторов химических реакций

Два типа катализаторов: гомогенные и гетерогенные. Гомогенные катализаторы существуют в той же фазе, что и реагенты в химической реакции. Например, если реагентами являются газы, то катализатор также является газом. Гетерогенные катализаторы находятся в другой фазе, чем реагенты. Например, реагенты могут быть твердыми, а катализатор жидким.

Ферменты являются типичным примером биологического катализатора. Эти белки могут складываться по-разному, чтобы помочь реакциям путем связывания реагентов. Катализаторы могут помочь гидролизовать сахарозу или столовый сахар. Инвертаза — фермент, расщепляющий сахарозу: сахароза + Н3О дает глюкозу + фруктозу.

Каталитические нейтрализаторы в автомобилях — еще один распространенный пример того, как работают катализаторы. Катализаторы внутри конвертеров, как правило, представляют собой драгоценные металлы, такие как платина или родий. Газы поступают в нейтрализатор и вступают в контакт с катализаторами. Затем вредные загрязняющие вещества вступают в реакцию с металлами и становятся менее токсичными.

Статьи по теме

Ссылки

• Бруклинский колледж: Катализаторы и ускорение реакций
• Университет Пердью: Энергия активации
• Техасский университет: Catalyst

Об авторе

Лана Бандоим — независимый писатель и редактор. Она имеет степень бакалавра наук в области биологии и химии Университета Батлера. Ее работы появились на Forbes, Yahoo! News, Business Insider, Lifescript, Healthline и многие другие издания. Она была судьей Scholastic Writing Awards от Альянса молодых художников и писателей. Она также была номинирована на премию Best Shortform Science Writing в рамках проекта Best Shortform Science Writing Project.

Катализаторы и энергия активации | ChemTalk

Что такое катализатор?

Поговорим о том, что такое катализатор. Катализатор представляет собой соединение или элемент, который увеличивает скорость химической реакции, например. скорость, с которой это происходит, не будучи частью реакции. Вообще говоря, катализатор не разрушается, не расходуется и не изменяется навсегда в ходе реакции. Катализатор делает это за счет снижения энергии активации , что мы объясним в следующем разделе.

Катализаторы работают, предоставляя альтернативный путь для последующей реакции, который имеет более низкую энергию активации, что облегчает реагентам образование продуктов. Это позволяет реакции происходить быстрее и эффективнее. Катализаторы могут быть как природными, так и синтетическими, и они обычно используются в промышленности, чтобы сделать химические реакции более эффективными и экономичными.

Например, ферменты — это природные катализаторы, необходимые для многих химических реакций, протекающих в нашем организме, а промышленные катализаторы используются в производстве широкого спектра продуктов, включая пластмассы, топливо и фармацевтические препараты.

Что такое энергия активации?

Проще говоря, энергия активации определяется как энергия, необходимая для начала реакции между двумя или более элементами или соединениями. Реакция с высокой энергией активации может протекать медленно или вообще не идти. Чтобы ускорить или начать реакцию, вы можете либо добавить необходимую энергию активации, либо использовать катализатор, который снижает это требование, эффективно ускоряя реакцию.

Единицы энергии активации выражены в единицах энергии. Наиболее распространенными единицами измерения являются кДж/моль или Дж/моль.

Как работает катализатор?

Катализатор увеличивает скорость реакции за счет снижения энергии активации. Пониженная энергия активации означает, что для начала реакции требуется меньше энергии.

На приведенном ниже графике показана энергия реакции как с катализатором, так и без него. По оси x отложена координата реакции или развитие реакции от реагента (слева) к продукту (справа). Ось Y — это энергия.

Энергия реакции с катализатором и без него. (Источник: Wikipedia Commons)

При наличии катализатора энергия активации (E _a ) меньше. Визуально, холм, на который должна подняться реакция, прежде чем спуститься вниз к продуктам, меньше. Точно так же, как ехать на велосипеде по небольшому подъему легче, чем по большому, реакция протекает быстрее, когда холм с энергией активации меньше.

Катализатор снижает энергию активации, изменяя переходное состояние реакции. Затем реакция идет по другому пути/механизму, чем некатализируемая реакция. Катализатор не изменяет чистую разницу энергии между реагентом и продуктом. Итоговое уравнение реакции будет одинаковым для катализируемой и некатализируемой реакции, даже если изменится переходное состояние.

Общая реакция: A + B + катализатор -> AB + катализатор

Суммарная реакция: A + B -> AB

Основные категории катализатора

Гетерогенный катализатор реагенты. Обычно это означает, что катализатор находится в твердой фазе, а реагенты находятся в жидкой или газовой фазе. Другое название гетерогенного катализатора — поверхностный катализатор.

Гетерогенные катализаторы работают путем прикрепления катализатора к твердой опорной структуре, и реагенты протекают над катализатором и мимо него, реагируя по пути. Преимущество этого типа катализатора заключается в том, что катализатор легко отделяется от продукта после завершения реакции. После этого катализатор можно легко использовать повторно. В производстве это важная мера снижения затрат. Недостатком гетерогенного катализатора является то, что степень взаимодействия между реагентом и катализатором может быть ограничена площадью поверхности и диффузией продукта от поверхности.

Распространенным гетерогенным катализатором является каталитический нейтрализатор бензина в автомобилях. Другим важным гетерогенным катализатором является процесс Габера-Боша, в результате которого образуется NH ₃ .

Гомогенный катализатор

В гомогенном катализаторе и реагенты, и катализатор находятся в одной фазе. Обычно они оба находятся либо в жидкой, либо в газовой фазе.

Основным преимуществом гомогенного катализатора является усиление взаимодействия между реагентом и катализатором. Оба могут свободно двигаться и, следовательно, с большей вероятностью будут взаимодействовать и приводить к реакции.

Обычными гомогенными катализаторами являются переходные металлы и кислоты. Одной из гомогенных катализируемых реакций является превращение кислорода в озон в атмосфере. Оксид азота (NO) катализирует реакцию. Все участники реакции находятся в газовой фазе. Следовательно, мы знаем, что это гомогенная каталитическая реакция.

Ферменты

Ферменты представляют собой крупные белки, являющиеся биологическими катализаторами. Они являются мощными силами в теле. Часто они катализируют только одну очень специфическую реакцию (по сравнению с неорганическими катализаторами, которые часто катализируют гораздо более широкий набор реакций). Специфичность обусловлена ​​​​активным центром в катализаторе — карманом определенного химического состава, образованным аминокислотами, куда подходит только одна очень конкретная модель реагента. Это также называется моделью замка и ключа.

Ферменты играют важную роль в организме. Они катализируют расщепление крахмала с образованием глюкозы. Они также преобразуют углекислый газ (CO ₂ ) в другие необходимые организму молекулы, такие как HCO ₃ ^– . Ферменты помогают и ускоряют почти все процессы в организме.

Расчет энергии активации

Для расчета энергии активации используется уравнение Аррениуса. Здесь будут рассмотрены основы, но для получения дополнительных примеров и более глубокого анализа обязательно ознакомьтесь со статьей об уравнении Аррениуса.

Уравнение Аррениуса:

Где – константа скорости, – энергия активации, – коэффициент частоты, – газовая постоянная, – температура.

Мы можем найти энергию активации, если знаем константу скорости () при различных температурах (). Чтобы определить энергию активации (), мы строим график зависимости от . Таким образом, мы получаем линию с наклоном –/ и точкой пересечения с осью y. является константой, поэтому мы можем найти энергию активации.

Например, задачи на формулу энергии активации см. на странице уравнения Аррениуса!

Список распространенных катализаторов:

• Пентаоксид ванадия (для получения серной кислоты)
• Металлический палладий
• Диоксид марганца
• Металлическая платина (в каталитических нейтрализаторах)
• Железо металлическое (в процессе Габера)
• Хлорид алюминия (многие органические реакции)
• Оксид меди (II)
• Ферменты (природные катализаторы биохимических реакций)

Определения словаря катализаторов и энергии активации

• Энергия активации – энергия, необходимая для начала реакции между двумя или более элементами или соединениями
• Катализатор – Молекула, увеличивающая скорость реакции и не расходуемая в реакции
• Число оборотов – количество реакций, которые один фермент может катализировать в секунду
• Фермент – биологический катализатор из аминокислот.