Устройство и принцип работы катализатора.

Часть первая:

- Катализатор – это очень простой элемент выхлопной системы, но от него зависит многое. Сегодня мы поможем вам узнать, какие вредные вещества формируются при работе автомобильного двигателя. Вы также получите информацию о том, как каталитический преобразователь уменьшает количество вредных выбросов.

- Каждый современный автомобиль (не учитывая электрокаров, конечно) является серьезным источником загрязнения. В особенности эта проблема актуальна для жителей мегаполисов, так как именно в таких населенных пунктах количество автомобильных выхлопных газов порой очень высоко. Для того чтобы хоть как-то препятствовать этой проблеме правительства различных стран ограничивают уровень загрязнения, создаваемого автомобилями. В последние годы многие компании, которые выпускают транспортные средства, серьезно модернизировали двигатели и выхлопные системы своих моделей, чтобы соответствовать определенным нормам. Одним из достаточно серьезных шагов на этом пути стало производство катализатора или каталитического преобразователя. Что такое катализатор в автомобиле и как он работает? Как мы уже упоминали выше, его работа заключается в том, чтобы вовремя преобразовать вредные вещества, содержащиеся в выхлопных газах, в менее вредные продукты. Причем катализатор должен сделать это ещё до того, как выхлопные газы окажутся за пределами машины. Ликбез по вредным выбросам Для того чтобы максимально уменьшить содержание вредных веществ в выхлопных газах, производители «научили» двигатели автомобилей следить за количеством расходуемого топлива. Электронный блок управления двигателем контролирует оптимальную пропорцию топливо-воздушной смеси. Для этого используется такая характеристика, как стоихиометрический коэффициент. вк.ком/cars.best В теории, при таком соотношении топливо должно сгореть с применением определенного количества кислорода.

- К примеру, стоихиометрический коэффициент бензина составляет примерно 14,7 к 1. А это значит, что для сожжения 1 единицы бензина необходимо сжечь 14,7 единицы воздуха. В реальных условиях сгорание смеси топлива имеет некоторые отличия от оптимальной пропорции. Порой смесь становится обедненной (при повышении коэффициента), а иногда – слишком богатой (при падении данного показателя). Автомобильный двигатель вырабатывает такие вредные продукты: N2 (газообразный азот). Воздух на нашей планете на 78% состоит именно из этого вещества, причем большая его часть попадает в силовой агрегат авто. H2O (водяной пар). Продукт сгорания, формирующийся при соединении кислорода и водорода. СО2 (диоксид углерода). Это также продукт сгорания, который появляется в результате соединения углерода с кислородом. По сути, перечисленные вещества не представляют опасность для нашего здоровья, однако ученые утверждают, что углекислый газ приводит к ухудшению ситуации с глобальным потеплением. Поскольку процесс горения далеко не всегда соответствует планам разработчиков двигателей, определенный объем вредных веществ, все же, попадает в выхлопную систему. Именно для этого и существует катализатор. Каталитический преобразователь предназначен для сокращения количества следующих веществ: СО (окись углерода) – вредный бесцветный газ, не имеющий запаха; летучие органические соединения или углеводороды – ключевая составляющая смога, который формируется в результате неполного сгорания бензина; NO и NO2 (оксиды азота) – ещё одна составляющая смога и так называемых кислотных дождей. Далее мы поможем вам понять, как работает катализатор в автомобиле.

- Принцип работы катализатора Ещё со школьного курса химии многие люди знают, что катализатор – это вещество, применяемое для вызова или повышения скорости химической реакции. При этом каталитический преобразователь не становится продуктом реакции. Катализаторы принимают участие в реакциях, но их нельзя назвать реактивами или продуктами химической реакции. К примеру, в организме каждого человека есть ферменты, которые необходимы для осуществления большого количества биохимических реакций.

- Что такое катализатор вы уже знаете. Рассмотрим подробнее их устройство. Сегодня существуют два основных типа катализаторов: окислительные и восстанавливающие. Они имеют керамическую структуру, которую покрывает катализатор из металла. Статья опубликована в паблике Машины. Суть состоит в формировании структуры, которая сможет подставить под выхлопные газы максимально возможную площадь каталитического преобразователя. При этом задействуется минимальное количество катализатора, поскольку стоимость применяемых материалов является очень высокой.

- Интересно, что в некоторых устройствах применяют даже золото. По сравнению со всеми иными вариантами золото оказалось самым дешевым. Оно может увеличить уровень окисления на 40%, без чего невозможно сократить объем вредных веществ. Многие современные автомобили имеют системы выпуска с тремя катализаторами. Каждый из них отвечает за уменьшение количества выбросов определенного вещества.

- Сначала выхлопные газы попадают в восстанавливающий катализатор. В нём применяются родий и платина, которые сокращают количество молекул NO и NO2. В момент их контакта с молекулами каталитического преобразователя происходит отделение атома азота, в результате чего высвобождается O2, то есть кислород. Затем происходит связывание атомов азота, в результате чего появляется N2.



Часть вторая:

- Следующий этап – фильтрация в окислительном катализаторе. Это необходимо для уменьшения объема окиси углерода и оставшегося топлива. Они окисляются с использованием палладия и платины. Данный катализатор способствует вступлению окиси углерода в реакцию с оставшимся кислородом, что приводит к образованию СО2, то есть углекислого газа.

- Современные автомобили оснащаются катализаторами с конструкциями типа «керамические бусины» и «соты». Очень часто можно увидеть преобразователи со структурой в виде сот.

- Далее вы узнаете, как происходит последний этап преобразования. Также Автопаб расскажет о том, как улучшить эффективность работы катализатора.

- Оптимизация работы выхлопной системы автомобиля:

- На последнем этапе преобразования осуществляется контроль выхлопных газов. Полученная информация позволяет регулировать работу системы подачи топлива. Между двигателем и катализатором расположен специальный датчик кислорода (его ещё называют лямбда-зондом). вк.ком/cars.best Он сообщает электронике автомобиля количество кислорода в составе выхлопных газов.

- После получения этой информации компьютер регулирует объем воздуха, который подаётся для приготовления оптимальной топливо-воздушной смеси. Благодаря такому решению силовой агрегат автомобиля функционирует на пропорции, максимально приближенной к стехиометрической точке. Также это позволяет проверить количество кислорода, ведь он нужен для правильной работы окислительного катализатора.

- Катализатор – это устройство, которое создано для борьбы с загрязнением окружающей среды, однако его эффективность можно серьезно повысить. Среди «минусов» стоит отметить, что он функционирует лишь при высоких температурах. Сразу после запуска двигателя этот элемент практически не работает.

- Для получения оптимального результата можно изменить расположение катализатора. Он должен находиться ближе к мотору. В таком случае его нагрев будет происходить гораздо более оперативно. Правда, такое решение негативно влияет на эксплуатационный срок каталитического преобразователя по причине регулярного воздействия повышенных температур. Данная статья опубликована в паблике Машины. Многие производители монтируют катализатор приблизительно под креслом переднего пассажира, что защищает конвертер от воздействия слишком горячих выхлопных газов.

- Для уменьшения количества выбросов используют также подогрев катализатора. Простейшее решение – установка электронагревателей. Нагреть катализатор очень быстро не получится, так как почти на всех автомобилях используется электросеть на 12 Вольт. Подобные решения применяются в современных гибридах (например, в автомобиле Тойота Приус), оснащенных высоковольтными аккумуляторами. Катализаторы на автомобилях с дизельными двигателями не очень эффективно борются с вредными выбросами NO и NO2. Специалисты отмечают, что дизельные моторы работают в более низком режиме температур, по сравнению с бензиновыми агрегатами, а катализаторы функционируют эффективнее при нормальном нагреве. Отдельные мастера изобрели современную систему выпуска, у которой нет такой проблемы. Они обеспечивают подачу карбамида (органическое соединение кислорода, азота и водорода) в выхлопную трубу ещё до контакта газов с катализатором. Это приводит к химической реакции, сокращающей объем NO и NO2. Карбамид (мочевина) присутствует в составе мочи земноводных, а также млекопитающих, поэтому это вещество и получило такое имя. Данное соединение вступает в реакцию с NOx, в результате чего формируется водяной пар и азот, а количество оксидов азота уменьшается примерно на 90%.