Защо ви е необходим катализатор за кола
Катализаторът има изненадващо просто устройство, но ефектът му е много голям. В тази статия ще научите кои замърсители произвежда вашият двигател и как каталитичният конвертор се справя с всеки от тях, за да намали вредните емисии на отработени газове.
Милиони коли излизат по пътищата всеки ден и всяка една от тях е източник на замърсяване на въздуха. Това се усеща особено в големите градове, където автомобилните изгорели газове могат да бъдат голям проблем.
За да разреши тези проблеми, всяка страна издава свои собствени закони, които ограничават допустимото ниво на замърсяване, което всяка машина може да създаде. През годините производителите на автомобили направиха много подобрения в дизайна на автомобилния двигател и горивните системи, за да отговорят на тези изисквания. Една от значителните промени настъпи през 1975 г. - през тази година се появи ново устройство, наречено каталитичен конвертор (конвертор) или просто катализатор. Задачата на каталитичния конвертор е да преобразува вредните отработени газове в по-малко вредни, преди да напуснат изпускателната система на автомобила.
За да намалят емисиите, съвременните автомобилни двигатели внимателно контролират количеството гориво, което изгарят. Тяхната работа е да поддържат съотношението въздух-гориво възможно най-близо до идеална точка, наречена стехиометрична. Теоретично при това съотношение цялото гориво ще изгори, използвайки целия кислород във въздуха. За бензина стехиометричното съотношение е около 14,7:1, което означава, че изгарянето на една единица бензин ще изгори 17,4 единици въздух. всъщност по време на шофиранеизгарянето на горивната смес е малко по-различно от идеалното съотношение. Понякога сместа може да бъде бедна (при съотношение въздух-гориво над 14,7) или, обратно, наситена (при по-ниско съотношение).
Основните замърсители, произвеждани от двигателя, са:
азотен газ (N2) - въздухът е 78 процента азотен газ и по-голямата част от него преминава през автомобилен двигател въглеродният диоксид (CO2) е един от продуктите на горенето. Въглеродът от горивото се свързва с кислорода във въздуха. Водната пара (H2O) е друг продукт на горене. Водородът от горивото се свързва с кислорода във въздуха. Тези емисии не са опасни по своята същност, въпреки че се смята, че освобождаването на въглероден диоксид (CO2) допринася за глобалното затопляне. Но тъй като процесът на горене никога не е перфектен, малко количество много по-вредни отработени газове се отделят, когато двигателят на автомобила работи. Катализаторите са насочени към намаляване на тяхното ниво:
въглероден оксид (CO) - отровен газ без цвят и мирис въглеводороди, известни също като летливи органични съединения - един от основните компоненти на смога, образуван поради непълно изгаряне на гориво Азотни оксиди (NO и NO2, които често се комбинират под обозначението NOx) - също са компонент на смога, както и киселинните дъждове, засягат човешката лигавица.
Как катализаторите намаляват емисиите на отработени газове.
Ако си спомним химията, тогава катализаторът е вещество, което ускорява или предизвиква химическа реакция, без да влиза в продуктите на реакцията. Катализаторите участват в реакцията, но не са нито реагент, нито реакционен продукт. Така че, за човешкото тяло, естествен катализатор за много важни биохимичниреакциите са ензими.
Има два различни вида катализатори в каталитичните конвертори: редукционен катализатор и окислителен катализатор. И двата вида се състоят от керамична структура, покрита с метален катализатор (обикновено платина, родий и/или паладий). Идеята е да се създаде структура, която излага максималната площ на катализатора на потока отработени газове и минимизира количеството на използвания катализатор, тъй като използваните материали са много скъпи. Някои преработватели дори започнаха да използват злато, смесено с по-традиционни катализатори. Златото е по-евтино от другите катализатори и може да повиши степента на окисление с 40 процента, което е необходимо за намаляване на количеството вредни газове.
Повечето съвременни изпускателни системи на превозни средства са оборудвани с три каталитични конвертора, по един за всяко от веществата, които трябва да бъдат намалени.
Възстановяващият катализатор е първият етап на каталитичния конвертор. Той използва платина и родий за намаляване на емисиите на NOx. Когато молекула NO или NO2 се срещне с молекулите на катализатора, азотен атом се отделя от нея, освобождавайки кислород - O2. Азотният атом, от друга страна, се свързва с друг азотен атом, образувайки N2.
Окислителният катализатор е втората степен на каталитичния конвертор. Намалява количеството неизгоряло гориво и въглероден окис от изгаряне (окисление) с помощта на катализатори като платина и паладий. Този катализатор също помага на CO да реагира с неизгорелия кислород, за да образува въглероден диоксид CO2.
Има два основни типа структури, използвани в каталитичен конвертор - структура на пчелна пита и"керамични мъниста" Повечето автомобили използват структури от пчелна пита.
Контрол на замърсяването и подобрена ефективност на изпускателната система.
Третият етап на преобразуване е системата за управление, която контролира потока на отработените газове и използва тази информация за управление на системата за впръскване на гориво. Един сензор за кислород е монтиран над катализатора на автомобила, тоест по-близо до двигателя от самия конвертор. Този сензор казва на компютъра на двигателя колко кислород има в отработените газове. Компютърът на двигателя намалява или увеличава количеството кислород в отработените газове, като регулира количеството въздух, подаван към горивото. Тази верига позволява да се следи двигателят на компютъра, за да се увери, че двигателят работи при съотношение, близко до стехиометричната точка, и също така да се увери, че има достатъчно кислород в отработените газове, за да задейства окислителния катализатор за окисляване на неизгорелите въглеводороди и CO.
Каталитичният конвертор върши страхотна работа за намаляване на замърсяването, но работата му може да бъде значително подобрена. Един от недостатъците е, че катализаторът работи само при достатъчно висока температура. Когато запалите колата за първи път, катализаторът почти не работи.
Едно просто решение на този проблем е преместването на катализатора по-близо до двигателя. Тогава изгорелите газове, влизащи в катализатора, ще бъдат по-горещи и той ще се загрее по-бързо, но това също ще намали живота на конвертора поради излагане на прекалено високи температури. Повечето автомобилни производители поставят катализатора под предната пътническа седалка.седалката е достатъчно далеч от двигателя, за да не му навредят високите температури.
Загряването на катализатора е добър начин за намаляване на емисиите. Най-лесният начин за загряване на катализатора е използването на електрически нагреватели. За съжаление, 12-волтовата електрическа система, която се намира в повечето автомобили, не може да загрее катализатора достатъчно бързо. Повечето хора няма да чакат няколко минути за загряване на катализатора. Хибридните автомобили имат големи батерии с високо напрежение, които могат да загреят каталитичния конвертор на автомобила доста бързо.
Каталитичните конвертори в дизеловите двигатели вършат лоша работа за намаляване на емисиите на NOx. Една от причините е, че самите дизелови двигатели работят при по-ниски температури от конвенционалните двигатели, а конверторите работят по-добре, когато са топли. Някои от водещите експерти по екологични автомобили измислиха нова изпускателна система, която помага за отстраняването на този недостатък. Те инжектират воден разтвор на урея в изпускателната тръба, преди газовете да стигнат до конвертора. Това предизвиква химическа реакция, която намалява количеството NOx. Карбамидът, известен също като урея, е органично съединение на въглерод, азот, кислород и водород. Може да се намери в урината на бозайници и земноводни, откъдето идва и името. Уреята реагира с NOx, за да произведе азот и водна пара, намалявайки азотните оксиди в отработените газове с повече от 90 процента.