Как работает катализатор и сажевый фильтр
Катализатор или каталитический нейтрализатор/конвертер – это своего рода фильтр современного автомобиля, являющийся неотъемлемой частью его выхлопной системы и призванный снизить токсичность газов, вырабатываемых двигателем.
В этой логике катализатор располагается в автомобиле в зависимости от его конструкции, являясь «прокладкой» между двигателем и выхлопной трубой.
Катализаторы различаются степенью переработки вредных веществ или экологическим классом (евро 2,3,4,5,6), материалом изготовления сот (металлические, керамические), количеством каталитических блоков (двухкомпонентные, трехкомпонентные), и в зависимости от типа двигателя (дизельный или бензиновый). Но принцип работы катализатора примерно одинаковый.
Двигатель вырабатывает газы в виде оксида азота, моно оксида углерода и несгорающих компонентов топлива, которые через соединительные системы автомобиля поступают в катализатор и выходят из него за долю секунды.
За эту долю секунды конвертер перерабатывает газы, выбрасывая пары воды и кислород.
Для примера более подробно рассмотрим принцип работы двухкомпонентного катализатора с металлическими сотами и максимальным наполнением драгоценными металлами, который по конструкции выглядит следующим образом.
Под нержавеющей крышкой такого катализатора расположены два нержавеющих блока, каждый из которых состоит из тысячи каналов или сот. Блоки с боковых сторон покрыты драгоценными металлами. Первый блок покрывается платиной и родием, а второй – платиной и палладием. Такое «драгоценное» покрытие и его сочетание обеспечивает необходимую реакцию с токсичными газами, в результате которой образуются безопасные для здоровья человека газы. Преимущество такого покрытия также в том, что драгоценные металлы не поддаются коррозии.
Микро-каналы или соты внутри блока также играют важную роль, так как призваны увеличить поверхность контакта металла с газами, которая по объему составляет огромную площадку, при этом сам катализатор небольших размеров.
Каким образом газы из токсичных превращаются в нетоксичные? Для этого необходима высокая температура, чтобы произошла химическая реакция и в этом случае конвертер достигает высокой температуры (порядка 750 градусов по Цельсию) в процессе движения автомобиля.
Раскаленные токсичные газы выходят из двигателя при температуре около 500 градусов по Цельсию. Химические реакции, происходящие внутри конвертера, также выделяют тепло, разогревая его и заставляя работать на полную мощность при переработке молекул газа.
Молекулы оксида азота и моно оксида углерода вместе с несгорающими компонентами топлива попадают в катализатор и проникают в соты.
Когда газы поступают в первый блок, платина, родий и оксид азота вступают в реакцию. Эти металлы притягивают к себе молекулы кислорода, а свободные атомы азота взаимодействуют между собой. В результате такого взаимодействия оксид азота превращается в кислород и азот, которые вместе составляют 99% того, чем мы дышим.
Дальше газы поступают во второй блок, в котором тысячи микро каналов покрыты платиной и палладием. Эти драгоценные металлы притягивают кислород. Высокие температуры заставляют объединяться моно оксид углерода с еще одной частицей кислорода. Таким образом, химическая реакция дает углекислый газ.
Молекулы негорючих веществ также при максимально высоких температурах начинают взаимодействовать с молекулами кислорода, и в результате такого взаимодействия получается еще больше углекислого газа и воды.
Таким образом, происходит превращение токсичных веществ в нетоксичные.
Катализаторы (сажевые фильтры) являются штатной конструкцией автомобиля, но забиваются значительно быстрее срока службы автомобиля, в среднем спустя 5 лет после эксплуатации.
Забитый катализатор перестает выполнять свою функцию и приводит к выходу из строя выхлопной системы и двигателя автомобиля.
Наши клининговые машины эффективно очищают катализатор и сажевый фильтр от 98 до 99,8% его первоначальных заводских характеристик и, таким образом, увеличивают срок службы автомобиля.
Берегите себя, свой автомобиль и дышите свободно.
Как работает катализатор
Миллионы машин в мире – источники загрязнения окружающей среды. Особенно плохо обстоят дела в больших городах, где вредные выхлопы представляют реальную угрозу для жителей.
Расположение катализатора в современных машинах.
Миллионы машин в мире – источники загрязнения окружающей среды. Особенно плохо обстоят дела в больших городах, где вредные выхлопы представляют реальную угрозу для жителей.
Чтобы решать эту проблему, правительства стран принимают законы, устанавливающие пределы выброса вредных веществ, в которые должны вписываться эксплуатируемые машины. Для соответствия этим законам производители автомобилей постоянно работают над двигателями и топливными системами. Для дальнейшего уменьшения вредных выбросов были изобретены катализаторы, которые входят в контакт с отработавшими газами и сильно уменьшают вредные выхлопы.
В этой статье Вы познакомитесь, какие вредные вещества производит двигатель, и как катализатор борется с каждым из них. Катализаторы – удивительно простые устройства, поэтому Вам будет интересно узнать, насколько эффективно они работают!
Вредные выхлопы автомобиля
Для уменьшения вредных выхлопов современные машины тщательно контролируют количество сгораемого топлива. Для этого соотношение топлива и воздуха поддерживается на близком к стехиометрическому уровне, то есть на идеальном расчетном уровне. Теоретически это соотношение означает, что происходит сгорание всего топлива и кислорода воздуха. Для бензина стехиометрическое соотношение — 14.7:1. Топливная смесь лишь немного отклоняется от этого идеального соотношения во время езды. Иногда смесь бывает бедной (соотношение воздух-топливо больше 14.7) или богатой (соотношение воздух-топливо меньше 14.7).
Главные составляющие выхлопа автомобиля:
Азот (N2) – воздух на 78% состоит из азота, и большая часть его проходит через двигатель.
Оксид углерода (CO2) – это один из продуктов работы двигателя. Углерод в топливе связывается с кислородом в воздухе.
Пары воды (h3O) – еще один продукт сгорания. Водород в топливе связывается с кислородом в воздухе.
Эти части выхлопа практически безобидные (хотя оксид углерода вносит вклад в глобальное потепление). Но процесс сгорания не бывает идеальным и приводит к малым выбросам более вредных и опасных газов:
Окись углерода (CO) или угарный газ – ядовитый газ без цвета и запаха.
Гидрокарбонаты и летучие органические вещества (VOC) – получаются из-за не прогоревшего полностью топлива
Солнечный свет разрушает эти соединения, и получаются окиси — продукты фотохимического разложения выхлопных газов, которые входят в реакцию с оксидом азота и образуют слой озона (O3), главного компонента смога.
Окись азота (NO и NO2, называемые вместе NOx) – вносят вклад в смог и кислотные дожди, а также вызывают раздражения слизистой человека.
Три выше упомянутые вредные составляющие выхлопа должны уменьшаться в количестве при прохождении через катализатор.
Большинство современных машин оснащено трехкомпонентными катализаторами.
«Три компонента» относятся к трем вредным выхлопам, которые надо нейтрализовать – угарный газ СО, углеводороды VOC и окись NOx. Именно благодаря трем компонентам происходят необходимые химические реакции – окисление монооксида углерода (СО) и несгоревших углеводородов (СН), а также сокращение количества окиси азота (NOx). В трехкомпонентном катализаторе платина и палладий вызывают окисление СО и СН, а родий уменьшает выбросы NOx. Катализатор представляет сотовую структуру из керамики. Это позволяет максимально увеличить эффективную площадь контакта каталитического покрытия с выхлопными газами — до величин около 20 тыс. м2. Причем вес благородных металлов, нанесенных на подложку на этой огромной площади, составляет всего 2-3 грамма! Керамика сделана достаточно огнеупорной – выдерживает температуру до 800-850 градусов. Но все равно при неисправности системы питания и длительной работе на богатой рабочей смеси монолит может не выдержать и оплавиться — и тогда катализатор выйдет из строя.
Именно поэтому так проблематично выглядит использование катализаторов с керамическим носителем на карбюраторных двигателях.
Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор
А- катализатор уменьшения вредных выхлопов, В- катализатор окисления (сгорания) вредных веществ, С- керамическая сотовая структура
Обратите внимание на две раздельные части катализаторов
Большинство катализаторов используют сотовую структуру.
Керамическая сотовая структура катализатора
Первая часть катализатора использует платину и родий для уменьшения выхлопа NOx. При контакте с молекулами NO или NO2 катализатор отрываем азот N из соединения, тем самым, освобождая азот O2. Атомы азота образуют соединение азота N2. Формула процесса:
2NO => N2 + O2 или 2NO2 => N2 + 2O2
Окисляющий катализатор – второй этап очистки.
Он уменьшает выбросы несгоревших углеводородов и моноксида углерода путем сжигания их (окислением) в платиновом и палладиевом катализаторе.
Этот катализатор ускоряет реакцию CO и углеводородов с несгоревшим кислородом в выхлопном газе. Формула:
2CO + O2 => 2CO2
Но откуда берется этот кислород?
Контрольная система – это третий этап. Она контролирует состав выходящих газов и использует эту информацию для контроля впрыска. Перед катализатором установлен кислородный датчик или лямбда-зонд. Этот датчик сообщает блоку управления двигателем, сколько кислорода в выхлопном газе. Сам блок управления может увеличивать или уменьшать количество кислорода в топливной смеси. Эта контрольная схема позволяет компьютеру устанавливать близкое к стехиометрическому соотношение топлива к воздуха, а так же обеспечивать достаточное количество кислорода в выхлопе, чтобы окислялись гидрокарбонаты и CO.
Другие способы уменьшения вредных выхлопов.
Катализатор существенно уменьшает вредные выхлопы автомобиля, но его можно еще дальше совершенствовать. Большой недостаток катализатора – высокий температурный режим работы.
Когда Вы запускаете холодный автомобиль, сначала катализатор вообще не работает, и все вредные выбросы выходят в окружающую среду.
Простое решение этой проблемы – разместить катализатор ближе к двигателю. Это позволит ему прогреваться быстрее, но также уменьшает срок эксплуатации из-за работы при повышенных температурах. Большинство производителей размещают катализатор под передним пассажирским сиденьем, чтобы увеличить срок службы устройства.
Предварительный прогрев катализатора – хороший способ вывести его раньше на рабочий температурный режим. Самый простой способ –электрический нагревательный элемент. К сожалению, 12 Вольт автомобильной сети недостаточно для быстрого прогрева катализатора. Кроме того, большинство водителей не будут ждать несколько минут на прогрев катализатора до запуска машины. Сегодня только гибридные машины располагают достаточным напряжением для быстрого прогрева катализатора.
Каталитический нейтрализатор в автомобиле
Каталитический нейтрализатор является очень важным компонентом автомобиля.
Это устройство, которое катализирует окислительно-восстановительную реакцию в выхлопных газах, чтобы преобразовать их в менее токсичные выбросы. Газы, производимые двигателем внутреннего сгорания, очень вредны для окружающей среды, а каталитический нейтрализатор в автомобиле является эффективным компонентом выхлопной системы, который преобразует вредные газы, такие как угарный газ и несгоревшие углеводороды, в побочные продукты, такие как вода и двуокись углерода.
Выбросы наших автомобилей очень вредны для окружающей среды. В настоящее время выхлопные системы в автомобилях достаточно комплексны и эффективны, чтобы управлять выбросами. Катализатор выполняет следующие функции
Делает газы, выбрасываемые внутренней выхлопной системой автомобиля, безопасными для окружающей среды.
Это устройство необходимо для того, чтобы производители автомобилей могли соблюдать Закон о национальных стандартах выбросов.
Он снижает вред, наносимый автомобильными выбросами окружающей среде, и, следовательно, каталитический нейтрализатор защищает здоровье и благополучие людей в более целостном смысле.
Кислородный датчик, расположенный рядом с каталитическим нейтрализатором, играет важную роль в определении уровня кислорода в выхлопных газах автомобиля.
Давайте попробуем разобраться в устройстве этого устройства, чтобы лучше понять его работу.
Подробнее: Гибридные автомобили
Что находится внутри каталитического нейтрализатора Что такое каталитический нейтрализатор? Каталитический нейтрализатор обычно размещается на днище автомобиля. Он выглядит как большая металлическая коробка, в которой есть две металлические трубы и катализатор для очистки выбросов. Катализатор внутри каталитического нейтрализатора состоит из платины, родия, палладия или любого другого подобного металла.
Газы, производимые двигателем внутреннего сгорания, проходят через сотовую структуру, и именно здесь происходит реакция. В основном, два основных типа каталитических реакций нацелены на
Монооксид углерода может быть окислен и преобразован в диоксид углерода с использованием катализаторов окисления.
Существует два основных типа каталитических нейтрализаторов, и их функциональность зависит от года выпуска вашего автомобиля.
Двухсторонний кат-конвертер используется для реакции окисления для преобразования монооксида углерода в диоксид углерода. Эти каталитические нейтрализаторы использовались до 1981 года. При этом в автомобилях с дизельными двигателями по-прежнему используется двухкомпонентный каталитический нейтрализатор.
Современное производство автомобилей использует эффективность трехкомпонентного каталитического нейтрализатора для достижения преимуществ двухкомпонентного каталитического нейтрализатора и дополнительного преимущества восстановительного катализатора, который помогает расщеплять вредные выбросы, такие как оксид азота, на азот и кислород.
Преимущества трехкомпонентного каталитического нейтрализатора и катализатора окисления также можно объединить для создания более эффективного каталитического нейтрализатора.
Если вам интересно, нужны ли для работы автомобилей каталитические нейтрализаторы? Тогда ответ немного сложнее. Использование каталитических нейтрализаторов не имеет прямого отношения к эксплуатации автомобиля как такового. Поначалу это может не оказать заметного влияния, но поврежденный преобразователь катализатора в долгосрочной перспективе будет препятствовать работе вашего автомобиля, вызывая проблемы с двигателем.
Часто задаваемые вопросы
- Как работает каталитический нейтрализатор в автомобиле?
Автомобили выделяют много вредных газов, которые оказывают серьезное воздействие на окружающую среду и наше здоровье. Каталитический нейтрализатор превращает вредные выбросы двигателя, такие как окись углерода и другие углеводороды, в пар и другие менее вредные газы. Обычно он размещается на днище автомобиля и использует каталитическую камеру и две металлические трубы для вывода катализируемых газов из выхлопной системы автомобиля.
- Почему катализатор так важен?
Каталитический нейтрализатор необходим для того, чтобы ваш автомобиль был экологически чистым и безопасным для использования.
Федеральные правила обязывают любого производителя автомобилей соблюдать их и использовать такие устройства, как каталитический нейтрализатор, для снижения риска вредных газов, которые транспортное средство может выбрасывать в воздух.
- Может ли машина работать без каталитического нейтрализатора?
Да и нет. С точки зрения механики отсутствие каталитического нейтрализатора никак не повлияет на работу автомобиля, но, используя его, производители могут гарантировать, что функциональность автомобиля будет устойчивой, безопасной, долгосрочной и экологичной. Согласно правительственным директивам, автомобили должны использовать эффективный каталитический нейтрализатор, чтобы иметь право на эксплуатацию. На самом деле, если каталитический нейтрализатор автомобиля поврежден и он остается таким долгое время, то эффективность двигателя автомобиля будет значительно изменена.
Подробнее Сообщение:
Вощение автомобиля
Уход за автомобильным аккумулятором
Средства по уходу за автомобильными сиденьями
Что такое каталитический нейтрализатор и как он работает?
► Что представляет собой каталитический преобразователь
► Как он работает
► Как работает
.
0005 ► And why they’re important
Каталитические нейтрализаторы (или просто «коты») — одна из важнейших частей выхлопной системы современных автомобилей. Каталитический нейтрализатор, как правило, расположенный близко к двигателю, предназначен для разрушения загрязнения, выходящего из конца выхлопной трубы.
Проще говоря, это металлическая коробка, которая очищает выбросы, выходящие из задней части вашего автомобиля, но наука, стоящая за этим, гораздо сложнее.
Как это работает?
Каталитические нейтрализаторы содержат катализаторы – химические вещества, ускоряющие процесс химических реакций, которые сами по себе не изменяются в ходе этого процесса. Катализаторы расщепляют вредные выхлопные газы, выходящие из двигателя, путем разделения атомов, из которых состоят эти молекулы.
Обычно внутри обычного трехкомпонентного каталитического нейтрализатора находятся два разных катализатора: один нейтрализует оксид азота путем удаления кислорода посредством процесса, называемого восстановлением, а другой превращает монооксид углерода в диоксид углерода путем добавления кислорода, что называется окислением.
Внутри каталитического нейтрализатора также происходит вторая реакция окисления, которая превращает любые несгоревшие углеводороды в углекислый газ и воду.
Все это означает, что сейчас из выхлопных газов автомобилей выходит меньше дыма и запаха, чем до того, как власти Великобритании ввели каталитические нейтрализаторы.