Катализатор в автомобиле: что это? из чего состоит? в чем заключается работа?

Автопроизводители создают всё более усовершенствованные автомобили, чтобы соответствовать законам, следящим за экологической ситуацией окружающей среды. Основной прорыв был сделан в 1975 году при создании элементарного устройства — катализатора. Его задача обезвредить вещества до выхода в воздух.

 

Какие выбросы производит автомобиль?

Бортовой компьютер контролирует объём сгораемого топлива, с целью сохранения пропорций воздух:топливо предельно близкими к стехиометрической точке. В теории, это соотношение дает возможность топливу сгореть полностью без избытка окислителя. В двигателях внутреннего сгорания она равна 14,7:1 — на долю горючего требуется 14,7 долей кислорода. Но на практике, топливная смесь далеко не идеальна.

Что такое катализатор в автомобиле?

Катализатор (каталитический нейтрализатор) – часть выхлопной системы, уменьшающий вредные вещества (окись углерода, углеводороды, оксиды азота) в выхлопах.
Автомобильным катализатором называют всю приемную трубу — деталь, сложную и затратную в изготовлении. Состоит из выпускного коллектора, сложных фланцевых соединений, гофры и конечно бочка каталитического преобразователя.

Из чего состоит автомобильный катализатор?

В корпусе располагается керамическая или металлическая конструкция с удлиненными сотами. На сотовую конструкцию наносится тонкий слой сплавов (катализаторов). Она увеличивает площадь контакта проходящих газов с поверхностью каталитического слоя и снижает потребность в веществах, так как используемые элементы дорогие. После бочка катализатора располагается датчик (лямбда-зонд), показывающий загрязненность газов после очистки.

%rtb-4%

В чем заключается работа катализатора?

Термин «катализатор» пришёл из химии. Означает вещество, ускоряющее реакцию, не являющееся продуктом реакции. Бывает двух типов: катализатор восстановления, катализатор окисления.
В современных автомобилях используется трёхкомпонентный каталитический преобразователь, уменьшающий количество выбросов 3‐х самых вредных веществ, озвученных ранее.

Первая стадия очистки — катализатор восстановления, снижает количество оксидов азота.
Вторая стадия — катализатор окисления, снижает уровень несгоревших вредных веществ.
Третью стадию выполняет компьютер, контролирующий поток выхлопов и использующая данные для эффективного управления впрыском топлива. Кислородный датчик, установленный ближе к двигателю, передает бортовому компьютеру объем кислорода в выхлопе. Который регулирует пропорцию воздуха к топливу, попадающего в двигатель. Такая модель позволяет удостовериться, что работа двигателя максимально эффективна, и в выхлопной системе остаётся достаточно кислорода для окисления не сгоревших веществ.
Каталитический нейтрализатор работает эффективно, но не достиг идеала. Самый большой недостатком: работа только при высокой температуре. В момент прогрева каталитический преобразователь практически бесполезен. Можно переместить бочку катализатора выше к двигателю, но газы будут более горячими, что приведет к перегреву, а это уменьшит срок работы нейтрализатора. Большинство производителей размещают каталитический преобразователь в районе правого переднего колеса — на достаточном расстоянии от двигателя, с возможностью поддержания необходимой безвредной температуры.

Для сокращения выбросов можно использовать предварительный нагрев каталитического нейтрализатора. Самое элементарное — использовать электрические нагреватели сопротивлений. Но большинство автомобилей (12-вольтные) не нагревают катализатор до необходимой температуры за короткое время. Гибридные автомобили (высоковольтные) справляются с этой задачей очень быстро. Дизельный двигатель работает при низкой температуре, вследствие чего катализатор не продуктивен. В связи с этим, ведущие проектировщики эко-автомобилей изобрели систему, использующую мочевину (карбамид). Мочевина реагируя с оксидом азота, выделяет азот и водяной пар, обезвреживая более 90% оксидов из выхлопа.

%rtb-4%

Причины выхода из строя автомобильного катализатора?

Ресурс данной экологической детали велик (100–150 тыс.км). Этого хватит не более чем на 5–7 лет. За это время сотовая конструкция выгорает, и теряет свойство фильтрации выхлопов.
Не маловажная причина – низкокачественное топливо. Некачественный бензин искусственно догоняют до нужного значения октанового числа, добавляя свинцовые добавки. При горении выделяются большие температуры, чем обычном бензине. Катализатор перегревается и оплавляется изнутри, забивая фильтрующие «соты».

Что делать при выходе из строя катализатора?

Менять. Дилеры отказывают в гарантии на эту деталь, объясняя поломку следствием использования некачественного бензина. Оригинальный катализатор стоит очень дорого. В нем содержатся дорогие драгоценные металлы, влияющие на условия растаможивания. Сервисы по ремонту автомобилей предлагают альтернативные варианты катализатору.

• Универсальный катализатор. Непосредственно бочка катализатора. Устанавливается вместо сломанного катализатора.

 

• Пламегаситель (предварительный резонатор). Ставится вместо катализатора. Выравнивает поток выхлопов (не фильтруя!), устраняя громкие звуки, возникающие в отсутствии катализатора.

Плюсы и минусы аналогов катализатора.

Универсальный катализатор имеет один недостаток: отсутствие гарантии, потому что эксплуатация зависит от внешних факторов. Долговечность у него 60-80 тыс.км, но не редко ломаются раньше, из-за сбоя в системе зажигания или в работе двигателя.
Пламегаситель не фильтрует выхлопные газы, загрязняя атмосферу. Осложняет прохождение техосмотра.

Для чего нужен лямбда-зонд в автомобиле

Признаки забитого или разрушенного катализатора машины. Методы диагностирования неисправностей катализатора

Что такое катализатор на автомобиле, зачем он нужен и что будет, если его убрать

Автомобиль в системе выхлопа имеет каталитический нейтрализатор, который часто выходит из строя из-за некачественного топлива. Давайте разберемся, что это такое, для чего нужен и что делать в случае засора.

Что такое катализатор

Катализатор предназначен для очистки вредных выхлопов. Он расположен в системе выпуска, в процессе его работы происходят химические реакции: опасные вещества переходят в безопасные формы, после чего выбрасываются вместе с выхлопом. Пройдя этот путь выхлопные газы становятся чище. И как результат, автомобиль наносит меньший вред окружающей среде. 

Схема катализатора

Нейтрализатор работает только после нагрева до 300°C, сразу после запуска двигателя очистка не происходит.

Устройство каталитического нейтрализатора

Основой катализатора являются керамические или металлические соты. В зависимости от модели на стенки сот наносится микрослой из палладия и родия или иридия. Эти металлы обладают высокой химической активностью. Касаясь напыления, часть выхлопа входит с ним в химическую реакцию. Часть элементов, образовавшихся при сгорании топлива, связывается.

Современные катализаторы трехкомпонентные.

• Первый элемент связывает оксиды азота.
• Второй — удаляет часть несгоревших элементов топлива. В большей части удаляется окись углерода.
• Третий элемент — это датчик. Он анализирует газы на выходе из катализатора, данные передаются в бортовой компьютер.

Трехкомпонетные катализаторы

Неисправности катализатора и их причины

Производители пишут, что срок службы нейтрализатора 100–150 тысяч километров. Но на практике проблемы могут возникнуть и при меньшем пробеге, особенно в больших городах, где часто приходится стоять в пробках. 

В зависимости от особенностей эксплуатации, замена каталитического нейтрализатора может производиться раз в 3–7 лет.

Основной причиной неисправности становится выгорание слоя металлов, покрывающих соты. Это естественный процесс, в результате которого качество выхлопа ухудшается. Бортовой компьютер показывает горящий «чек», а в некоторых случаях и вообще не позволяет мотору работать, выключая зажигание.

Ускоряет процесс выгорания и некачественное топливо. Зачастую у бензина увеличивают октановое число путем добавки свинца, это усиливает нагрузку на катализатор, уменьшая срок эксплуатации. В ситуации с дизельным топливом выход из строя может ускорить сам владелец, используя в зимнее время добавки-«антигель».

В некоторых случаях причиной поломки может стать неисправный двигатель. При неправильно выставленном зажигании и проблемах в системе питания (последнее особенно актуально для дизельных двигателей) выгорание каталитического слоя ускоряется.

Соты каталитического нейтрализатора

Диагностика автомобильного катализатора

Определить неисправность можно по нескольким признакам:

• На панели приборов загорелась лампочка “Check Engine”. Она включается при любых ошибках мотора. В нашем случае, как результат нехарактерных показателей датчика, лямбда-зонд. Точно определить, что причина в катализаторе может диагностика сканером.
• Снижение мощности двигателя. При неисправном катализаторе машина начинает троить, дергаться, хуже разгоняется. Причина в снижении пропускной способности каталитического нейтрализатора, связанной с частичным разрушением сот: они запекаются, забивают проход для выхлопных газов. В итоге мотор «задыхается».
• Грохот под днищем. Обычно проявляется на высоких оборотах, изредка сразу после запуска. Причина в частичном разрушении керамической конструкции сот. Отпавшие частицы начинают биться о стенки катализатора под воздействием потока газов и центробежных сил.
• Недостаточно сильный или ровный напор газов из глушителя. При исправном нейтрализаторе, поднеся руку к выхлопной трубе, можно ощутить слабую пульсацию, она возникает вследствие поочередной работы выпускных клапанов. Если поток ровный или ослабленный, вероятно проблема в разрушенных сотах катализатора.

Каталитический нейтрализатор не выходит из строя резко и неожиданно. Обычно перед отказом начинаются мелкие проблемы из списка выше.

Катализатор в разборе

Оригинал или аналог

Оригинальный катализатор — довольно дорогая вещь. Он не производится в нашей стране, все детали в автомагазинах импортные, поэтому на увеличение цены влияют пошлины.

При этом, в случае использования оригинальной детали, автомобиль сохраняет все режимы работы двигателя. Это положительно сказывается на экологии, а также на ресурсе мотора.

Все описанные ниже способы замены катализатора, носят только ознакомительный характер. Не рекомендуется пользоваться данными методами самостоятельно!

Из-за высокой цены автолюбители ищут альтернативу. Вариантов несколько:

• универсальный катализатор;
• пламегаситель.

Под универсальным катализатором подразумевается сразу две группы деталей. Первая — катализатор, подходящий под любой автомобиль. Довольно дорогая вещь, но работает безотказно. Второй вариант — блок с сотами. В этом случае в старый катализатор устанавливают новые соты. Недостатком данного варианта считается сложность с выбором сервиса для ремонта, не везде возьмутся за такую работу. Срок службы универсального нейтрализатора 60–90 тысяч километров.

Съём/Установка катализатора

Более дешевый и распространенный способ — пламегаситель. Он может быть готовым, просто предназначенным для установки вместо катализатора. Другой вариант — установка пламегасителя непосредственно в корпус нейтрализатора. Такой способ несколько сложнее, но позволяет скрыть факт замены детали при продаже автомобиля.

Иногда водители просто выбивают соты из корпуса. Способ дешевый, но может привести к увеличению уровня шума и урону экологии.

Особенности удаления катализатора из выхлопной системы

Ниже рассмотрим, какие нюансы удаления катализатора стоит учитывать. В первую очередь, нужно решить, как будет обходиться лямбда-зонд. После удаления нейтрализатора, датчик будет постоянно выдавать ошибку.

Чтобы обойти датчик, обычно делают обманку. Это проставка, которая отдаляет датчик от выхлопных газов, в результате он фиксирует больше кислорода. Обманку вкручивают на место датчика, и уже в нее устанавливают прибор. Такая система работает стабильно, хоть и имеет большое количество минусов. 

• Любое вмешательство в конструкцию автомобиля приводит к снятию его с гарантии. Подумайте, что будет, если возникнет неисправность двигателя, которая попадает под гарантийный случай.
• Невозможность пройти государственный техосмотр. Бортовой компьютер вы обманули, но вот при проверке на стенде, обман вскроется. В итоге, вы получите запрет на эксплуатацию транспортного средства. Со станции СТО, вы поедете уже на эвакуаторе.

Еще можно сделать перепрошивку ЭБУ. В результате система будет считать, имеющиеся показатели за норму. Для такой работы требуются дополнительные знания, а также программное обеспечение.

Предупреждения на приборной панели

При перепрошивке нарушаются нормальные циклы работы мотора. Он начинает работать в неправильном режиме. Это снижает ресурс силового агрегата примерно в два раза. В результате перепрошивка вместо экономии принесет вам только больше расходов.

Заключение

В случае возникновения проблем с катализатором, необходимо его заменить. Оптимальным решением будет установка оригинального нейтрализатора. Все аналоги и обманки могут привести к ускоренному выходу двигателя из строя, сделают невозможным получение диагностической карты, а также создадут дополнительную нагрузку на экологию.

Из чего состоит катализатор автомобиля? • Катализаторофф 🚗

Каталитический нейтрализатор или катализатор — непременные атрибут выхлопной системы каждого современного автомобиля. Причина оснащения транспортных средств данным агрегатом весьма актуальная — ухудшающееся состояние экологии Земли.

Совокупное количество автомобилей в мире приближается к миллиардной отметке и их коллективное воздействие на атмосферу Земли становится все более ощутимым и вредоносным. А все из-за токсичных выхлопов, образующихся в результате работы двигателя внутреннего сгорания, которым оборудовано большинство авто.

Именно присутствие в выхлопной системе транспортного средства исправного катализатора гарантирует очищение выхлопов от токсинов до 98%. Каким же образом это достигается?

Прежде всего, стоит уяснить, из чего состоит катализатор автомобиля и где он располагается.

Место монтажа каталитического преобразователя — под днищем авто сразу за выходным коллектором. Причина именно такого места монтажа — условия, при которых агрегат сможет выполнять свою основную функцию — обезвреживание тяжелых частиц автомобильных выхлопов.

Данная химическая реакция может происходить, только если отработанные газы будут иметь температуру выше 350°С.

Состав катализатора

Внешний корпус катализатора — это специальный стальной защитный кожух, имеющий входной и выходной патрубки, к которым подключены два датчика соответственно. Это лямбда-зонды, контролирующие работу фильтра.

Внутри кожуха размещается керамическая или металлическая матрица (иные названия наполнитель или монолит) с очень мелкими сквозными ячейками. В качестве материала изготовления применяется огнеупорная керамика или сальные листы.

Если наполнитель керамический, то ячейки могут быть очень мелкими, а если применен металл, то чуть крупнее, причем листы сворачиваются спиралевидным образом.

В любом случае такая форма обусловлена необходимостью достижения максимальной площади и поверхности данных ячеек. На поверхность монолита наносится особый слой, который называется каталитическим. В его составе содержаться ценные металлы: платина, палладий, иридий, родий.

Все эти  металлы обладают способностью ускорять ход химической реакции. В случае с катализатором это разложение вредных составляющих выхлопных газов на безопасные. В частности остатки несгоревших углеводородов преобразовываются в обычный водяной пар, вредный углекислый газ в безопасный углекислый. Кроме того, содержащийся в выхлопах оксид азота соприкасается с молекулами родия. В результате реакции доокисления в атмосферу попадает обычный нейтральный азот и кислород.

Утилизация катализатора

Учитывая, что в состав катализатора входят драгоценные металлы (пускай совсем в небольших дозах) отработанный фильтр не стоит выбрасывать, а лучше всего сдать на утилизацию в легализованные компании, занимающиеся вторпереработкой катализаторов бу.

Официальные компании, например, как наша, делают комплексный анализ отработанного катализатора, учитывают его происхождение, состояние, наличие драгметаллов. Все это позволяет установить объективную цену за деталь.   

Утилизация каталитического нейтрализатора в такой способ и природу сбережет и даст владельцу забитого катализатора существенную денежную сумму, вырученную за продажу извлеченных из катализатора ценных металлов. Средства могут пойти на покупку нового каталитического нейтрализатора.

Катализатор (каталитический конвертор)

Расшифровка чисто химического термина «катализатор» – вещество, не участвующее в реакции непосредственно, в присутствии которого происходит ускорение химической реакции или же вещество, делающее данную реакцию вообще возможной.  Автомобильный каталити́ческий конвертер (в просторечии катализатор) — устройство в выхлопной системе, предназначенное для снижения токсичности отработавших газов посредством восстановления оксидов азота и использования полученного кислорода для дожига угарного газа и недогоревших углеводородов. 

Основным требованием для успешной работы катализатора является стехиометрическое соотношение топлива и воздуха, действующее вещество – благородные металлы: платина, палладий или родий.

В каталитических конверторах используют два различных типа катализаторов:

— восстанавливающий катализатор и — окислительный катализатор. 

Оба типа состоят из керамической структуры (реже – металлический гофрированный лист), покрытой веществом — катализатором.

Идея заключается в том, чтобы увеличить площадь катализатора и свести к минимуму задействованное при этом количество самого катализатора, так как используемые материалы весьма дороги. Восстанавливающий катализатор — первый этап каталитического преобразователя. Он использует платину и родий чтобы уменьшить выбросы NOx. Когда молекула NO или NO₂ встречается с молекулами катализатора, от нее отделяется атом азота, высвобождая кислород — O₂. Окислительный катализатор — второй этап каталитического преобразователя. Он снижает количество несгоревшего топлива и окиси углерода в результате их взаимодействия со свободным кислородом на поверхности той же платины и палладия. На выходе, вместо страшной смеси окислов углерода, азота и несгоревших углеводородов имеем воду, углекислый газ и чистый азот. Но это в идеале.

Каталитические конверторы являются достаточно чувствительными реакторами. На их работоспособность влияет температура, состав топлива и отработанных газов, расход масла двигателем, сорт масла, режим работы двигателя.

Широкое использование каталитических преобразователей началось в 1975 году. Но создали их намного раньше, в 1953 году в Америке, когда инженер Юджин Хоудри, ознакомившись со сводками по увеличению быстрыми темпами смога в различных городах, был просто шокирован данными. После чего он и решил разработать прибор, который смог бы защитить окружающую среду от влияния на нее человеческого фактора. Но созданное устройство оказалось малоэффективным, так как необходимая очистка не получалась из-за содержания в бензине большого процента тэтраэтилсвинца (присадка для повышения октанового числа), и этот химический элемент не был запрещен к использованию в бензине почти до конца 20 века. Промышленный выпуск автокатализаторов был бессмысленным до тех пор, пока не внесли поправки в закон «Чистый воздух», запрещающие использование свинца.

Наличие соединений свинца в выхлопных газах приводило к оплавлению керамических сот каталитического конвертора и выхлопному газу становилось просто некуда выходить.

С запретом этилированного бензина, жизнь автомобильного катализатора не стала безоблачной.  

— Во-первых, со временем расходуются материалы катализатора, благородные металлы и ресурс катализатора при условии исправных систем двигателя составляет в среднем 80-150 тыс. км. пробега. Эффективность работы катализатора с пробегом ухудшается и растет шанс его загрязнения смолами и нагарами. Особенно увеличивает риск загрязнения повышенный расход масла двигателем. Не сгоревшие остатки масла и топлива уже не полностью окисляются и остаются на сотах в виде нагара, постепенно уменьшая проходное сечение для газов, как результат, мощность двигателя уменьшается. Если ситуация не приобрела необратимый характер, то катализатор можно очистить при помощи щелочных промывок или топливных присадок, которые способствуют выведению загрязнений. Классическое решение – использование присадки Liqui Moly Catalytic-System Clean 1 раз в 2 000 км при заправке топливом.

— Во-вторых, эффективность катализатора падает при больших пробегах из-за постепенного разрушения керамических сот. Процесс совсем не безболезненный для двигателя, так как система продувки очень многих современных двигателей предусматривает частичный подсос топливной смеси из выхлопного тракта обратно в камеры сгорания. В результате керамическая пыль попадает в цилиндры и вызывает абразивный износ. После диагностики такой проблемы необходимо полностью заменить катализатор. 

— В-третьих, наличие избытка железосодержащих  присадок в топливе, так же, как в случае с тетраэтилсвинцом, вызывает оплавление сот катализатора, процесс может дойти до того, что двигатель с оплавленным катализатором просто не заводится, так как отработавшим газам просто нет прохода. Выход – замена катализатора.

Как проверить катализатор на исправность?

Самый простой способ – на просвет. Через керамические каналы исправного катализатора свет проходит беспрепятственно. В случае затруднений со съемом этого агрегата, можно проверить противодавление, создаваемое катализатором при проходе газов и при высоких показателях признать агрегат неисправным. 

Можно ли безболезненно для автомобиля удалить катализатор вовсе?

На автомобилях ЕВРО2 можно, для более экологичных конструкций, как минимум, придется перешивать блок управления двигателем. Но следует помнить о своем долге перед потомками, об экологии. На некоторых современных автомобилях удаление катализатора невозможно вообще.

Как избежать проблем с катализатором и продлить его ресурс? Заправляться в проверенных местах, регулярно, раз в 2000 км, использовать очищающую присадку Catalytic-System Clean и проводить диагностику при каждом техническом обслуживании.

Не эксплуатировать автомобиль с неисправными свечами, высоковольтными проводами и ка тушкой.

Несгоревший бензин в катализаторе не только сокращает его ресурс, но и может привести к пожару из-за перегрева самого катализатора. Если возникнут проблемы – не тянуть с ремонтом. Помните, от исправности катализатора зависит ресурс двигателя!

как заработать на старом катализаторе

В современном автомобиле кроется немало интересного. Оказывается, в нем есть даже благородные металлы – и на этом факте может неплохо заработать сам автовладелец.

Не все знают, что так называемый катализатор выхлопной системы – а точнее каталитический нейтрализатор отработавших газов – содержит в себе драгоценные металлы платиновой группы. В первую очередь это собственно платина, а также благородные металлы палладий и родий.

В корпусе катализатора скрывается пористая керамическая или металлическая начинка, на которую и напылен тот или иной благородный металл.

Поэтому после выхода автомобильного катализатора из строя – а это обычно случается после 150 – 200 тыс км пробега – его можно не выбрасывать на помойку, а сдавать в специальные перерабатывающие предприятия. Которые умеют извлекать благородный металл для передачи его на переработку для повторного использования.

Читайте также: Расходы на электромобиль и бензиновый: какой выгоднее

Главный нюанс этой процедуры в том, что платина или металлы-платиноиды находятся в катализаторе в виде тончайшего слоя, напыленного на пористые керамические соты. Собственно, устройство нейтрализатора так и задумано – чтобы поверхность контакта выхлопных газов с металлом-катализатором была как можно обширнее. Поэтому собрать распыленную платину с 20 тысяч квадратных метров внутренней поверхности сот не так уж и просто. Для этого приходится «ополаскивать» керамику кислотами, нагревать, гальванизировать, дробить… Но это, собственно говоря, проблемы не автомобилиста, а других людей.

Оптовые партии катализаторов переработчики берут по более высокой, договорной цене.

Для нас куда интереснее вопрос – как определяется цена, по которой принимается катализатор, который отработал свое? Чтобы определить количество платиноидов, используется РФ-спектрометр, он же – рентгенофлуоресцентный анализатор. Но прежде всего нужно распилить корпус, вытащить керамический наполнитель и измельчить его. Затем, соотнеся данные спектрометра и массу перемолотой начинки, приемщик определяет цену.

Средняя цена катализатора, который отработал свое, от 500 до нескольких тысяч гривен, и получить их можно, что называется, не сходя с места – просто сдав ненужную запчасть в пункте приема. Интересно, что приемщики при оценке учитывают текущие котировки драгоценных металлов на мировых биржах – во всяком случае, так они заявляют. А цифра эта относительно платины может испытывать значительные колебания, например: в зависимости от ситуации одна унция этого металла в различные периоды может стоить и несколько сот долларов, и полторы тысячи долларов.

Содержание драгоценных металлов в катализаторе определяют с помощью спектрометра. Он, кстати, умеет отличать металлы-заменители платины.

Для понимания: содержание чистой платины или других платиноидов составляет десятые и сотые доли процента от общей массы начинки катализатора.

Рекомендация Авто24

Принимая во внимание, сколько стоит новый катализатор, который придется покупать на замену вышедшего из строя, сдать старый на переработку будет максимально рациональным шагом. И даже если вы не хотите покупать новый «кат» и собираетесь заменить его обманкой, все равно стоит задуматься над утилизацией – как ни крути, цена стоит времени, потраченного на сдачу драгоценной вторсырья.

Читайте также: Как сделать электромобиль своими руками за несколько сотен долларов

для чего, замена или удаление. Неисправности и ремонт катализатора

Под каждой машиной находится (или, по крайней мере, должна) металлическая банка, задачей которой является снижение токсичности выхлопных газов. Такая банка работает спокойно и выполняет свою роль до тех пор, пока не сломается. Сколько стоит катализатор? Для чего он? Какие проблемы может вызвать? Каковы симптомы отказа катализатора? Как отремонтировать каталитический нейтрализатор автомобиля? Это можно сделать дешево?

Независимо от того, потребляет ли автомобиль дизель, бензин или газ, у каждого есть выхлопная система. Его первой задачей является удаление всех примесей, возникающих при сжигании топлива. А во-вторых, нейтрализации их достаточно, чтобы представлять наименьший риск для здоровья. И это то, для чего используется наш катализатор, установленный в металлическом цилиндре под машиной.

Первые автомобили, оснащенные катализаторами, появились на европейском рынке в 1986 году. Автомобили, оснащенные каталитическими нейтрализаторами, гордо носили специальную маркировку. С введением стандартов выбросов Евро (Евро 1 с 1993 года) использование катализаторов стало обязательным. Кто не имел катализатора, не получил одобрения и не мог продавать автомобили в ЕС. Сам дизайн развивался. Чем строже были стандарты, тем больше работы должны были выполнять катализаторы.

Катализаторы, используемые в бензине и абсцессах, различаются по структуре активного покрытия, поскольку их состав отработавших газов также отличается.

Строение катализатора?

Катализатор состоит из четырех основных элементов:

1. Корпус — металлический, продолговатый ящик, обычно в форме цилиндра (или более сплющенный) с теплоизоляцией. С передней части автомобиля к нему присоединена выхлопная труба, которая собирает выхлопные газы из выпускного коллектора. Еще одна трубка выходит из катализатора, которая подводит очищенный выхлопной газ к глушителю.
2. Носитель — это внутренняя структура с сотовым сечением, состоящая из тысяч каналов, позволяющих поток выхлопных газов. Он изготовлен из металла (металлическая опора) или керамики (керамическая опора, чаще всего из силиката магния и алюминия).
3. Промежуточное покрытие — оно пористое и покрывает всю поверхность каналов на подложке. Его задача — обеспечить хорошие условия для следующего покрытия.
4. Каталитически активное покрытие — изготовлено из элементов, предназначенных для вступления в химические (каталитические) реакции с вредными компонентами выхлопных газов и нейтрализации их до веществ, безвредных для окружающей среды. Это самая дорогая и самая важная часть катализатора.

Каталитически активное покрытие покрыто редкими и дорогими элементами. Например, типичный трехходовой катализатор использует платину, родий и палладий. И теперь мы знаем, почему катализаторы были украдены или почему они были куплены. Извлекать из них платину после серии процедур.

Ранее мы упоминали, что катализаторы в дизельных и бензиновых автомобилях немного отличаются.

• Окислительные катализаторы — уменьшают количество оксидов углерода и углеводородов, а также твердых частиц в выхлопных газах
• Трехходовые катализаторы — окисляют оксиды углерода и углеводороды и восстанавливают оксиды азота в автоцистернах

Где в машине установлен катализатор? Чаще всего десятки сантиметров позади выпускного коллектора. Есть еще один метод, так называемые картриджи, устанавливаемые в выпускном коллекторе.

Более новые автомобили, которые соответствуют строгим стандартам выбросов, используют два или три катализатора.

Как катализатор работает на практике?

После запуска силового агрегата выхлопные газы двигателя уходят на катализатор. Катализатор должен нагреваться как минимум до 300 градусов Цельсия, чтобы происходили каталитические реакции. Катализатор работает оптимально, когда он имеет температуру от 400 до 800 градусов Цельсия. Для ускорения нагрева катализатора используются дополнительные растворы — чаще всего теплоизоляция под кожухом катализатора (поскольку это самое дешевое решение), реже нагреватели или дополнительная подача воздуха в выпускной коллектор.

Лямбда-зонды (лямбда-значения, определяющие соотношение топлива и воздуха), датчики, измеряющие процент содержания воздуха в выхлопных газах, размещены перед катализатором и прямо за ним. Датчики подают сигнал на компьютер, который управляет двигателем. Если содержание выхлопных газов слишком высокое, это означает, что двигатель работает на ненасыщенной смеси. Компьютер увеличивает количество впрыскиваемого топлива. И наоборот. Если содержание кислорода в смеси слишком низкое, доза топлива уменьшается.

Какое это имеет отношение к катализатору? Наряду с изменениями в составе топливной смеси в катализаторе происходят процессы восстановления и окисления с использованием кислорода. Процессы восстановления уменьшают количество токсичных оксидов азота, процессы окисления уменьшают количество оксидов углерода (восстановление до диоксида углерода) и углеводородов УВ (восстановление до пара и диоксида углерода). Процессы восстановления и окисления происходят поочередно, и благодаря им увеличивается степень конверсии катализатора (то есть его эффективность) — до 98%.

Давайте посмотрим, как катализатор очищает выхлопные газы на практике (источник: журнал Autoexpert 10/2007)

• Угарный газ — до катализатора 1%, после катализатора — 0,1%
• Углеводороды углеводородов — перед катализатором: до 100 ч / млн, ниже по потоку от катализатора: до 20 ч / млн
• Диоксид углерода — перед катализатором — до 14%, после катализатора — до 15,4%

Введение новых стандартов радикальных выбросов означает, что одних катализаторов уже недостаточно для очистки выхлопных газов дизельных двигателей. Также стало необходимым использовать сажевые фильтры DPF / FAP (от Евро 4) и системы селективного каталитического восстановления SCR (от Евро 6). Кроме того, обязательна система рециркуляции выхлопных газов EGR, снижающая содержание оксидов азота (для автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями).

Отказ катализатора (каталитический нейтрализатор) — почему катализаторы выходят из строя?

Автомобильный каталитический нейтрализатор подвергается очень тяжелым рабочим условиям. Выхлопная система вибрирует во время работы, и при движении по неровной поверхности возникает дополнительная вибрация.

Катализатор подвергается очень высоким тепловым перегрузкам. Выхлопные газы двигателя достигают температуры до 600 градусов по Цельсию (в зависимости от скорости и долговечности вождения), а с другой стороны, на его корпус влияет температура наружного воздуха (минус зимой). Кроме того, из-за расположения под автомобилем он подвержен механическим повреждениям и коррозии.

Катализатор обладает определенной прочностью. Каталитически активное покрытие стареет в процессе эксплуатации. Трудно определить, когда это произойдет. Тем не менее можно предположить, что он колеблется от 180 до 200 тысяч. км пробега.

Однако существует ряд факторов, которые могут значительно сократить технический срок службы катализатора.

И чаще всего они являются причиной его отказа и, следовательно, необходимости замены. Например:

• Въезд на машине в глубокую лужу. Катализатор нагревают до температуры нескольких сотен градусов по Цельсию через выхлопные газы. Попадание воды вызывает ее ударное охлаждение и усадку металлического корпуса. Это, в свою очередь, сжимает вставку внутри катализатора и измельчает ее.
• Отказ системы зажигания, вызывающий выпадение зажигания. В зависимости от конструкции и возраста автомобиля это может быть связано с повреждением высоковольтных проводов, купола устройства зажигания, распределительного пальца или отдельных катушек зажигания. Несгоревшие остатки топлива попадают на катализатор и вызывают его разрушение.
• Неправильно установленный момент зажигания — слишком длительная задержка зажигания приводит к повышению температуры в катализаторе примерно до 1000 ° C, что приводит к его разрушению.
• Старение двигателя, связанное с износом поршневых колец, вызывает сгорание моторного масла и попадание его остатков в катализатор. Порошок, образующийся после сгорания моторного масла, закупоривает каналы катализатора.
• Частая / подавляющая езда по городу — значительно сокращает срок службы катализатора.
• Неправильно отрегулированная газовая установка — также вызывает ускоренный износ этого элемента
• Механические повреждения — столкновение днища автомобиля с выступающим элементом может привести к вмятине корпуса и повреждению внутренней вставки.

Подержанный автомобиль каталитический нейтрализатор — каковы признаки отказа?

Есть несколько симптомов, которые указывают на отказ / износ катализатора:

• Гремит во время вождения — когда вход внутри катализатора откололся
• Индикатор проверки двигателя загорается после превышения определенной скорости. С течением времени скорость будет уменьшаться.
• После подключения автомобиля для диагностики наиболее распространенной ошибкой является PO420 (низкая производительность катализатора)
• Ухудшение двигателя, который иногда не имеет мощности, может иногда дергаться — это указывает на засоренный катализатор
• Падение мощности двигателя
• Возможно увеличение расхода топлива

В случае сбоя не все перечисленные выше симптомы возникают всегда.

Ремонт поврежденного каталитического нейтрализатора автомобиля — дорого? 

Какие решения есть у водителя?

• Удаление катализатора
• Замена катализатора на новый — оригинальный или универсальный
• Замена катализатора на использованный

Давайте посмотрим на все решения.

Удаление катализатора

Можно ли снять автомобильный каталитический нейтрализатор? Нет. Удаление запрещено законом. Если диагност обнаруживает, что в машине отключен каталитический нейтрализатор, он не должен подписывать технический осмотр. Автомобиль без каталитического нейтрализатора не соответствует нормам выбросов и не должен быть допущен к движению.

Несмотря на это, вы можете легко найти компании, которые занимаются удалением катализаторов. Выключение катализатора — только полумера, потому что лямбда-датчики обнаруживают его отсутствие и переводят двигатель в аварийный режим. Вместо катализатора, так называемый стримеры — они имеют форму катализатора, а расположение листов внутри них облегчает удаление дыма. Также необходимо вмешаться в программное обеспечение двигателя, чтобы второй лямбда-зонд не переводил его в аварийный режим. На практике для второго лямбда-зонда также используется простое механическое решение, заключающееся в том, чтобы зафиксировать его таким образом (с помощью специального металлического элемента), чтобы он не погружался в поток выхлопных газов.

Стоит помнить о катализаторе при покупке подержанного автомобиля. Может случиться, что предыдущий владелец отключит его, и у покупателя будут незапланированные расходы.

Замена катализатора новым — оригинальным или универсальным

Это самое дорогое решение, но в то же время самое надежное и долговечное.

При правильных условиях они могут выдержать до 200 000 км пробега, как те, что использовались для первой сборки. Сколько стоит такой катализатор? Все зависит от модели автомобиля и версии двигателя.

Они довольно долговечны.

Универсальные катализаторы в зависимости от размера и нормы выбросов являются самыми дешевыми. Однако они не очень долговечны.

Для катализаторов, установленных внутри выпускного коллектора, приобретаются специальные вкладыши. К сожалению, обмен довольно дорогой, потому что механик должен снять коллектор, разрезать его и попасть во вставку. Сам корпус также иногда приходится разрезать, чтобы вставить в него новую вставку.

Как происходит замена:

• Отсоедините разъемы лямбда-зондов (они могут быть расположены в среднем туннеле рядом с коробкой передач).
• Снятие всей выхлопной системы
• Старый катализатор вырезали с помощью угловой шлифовальной машины
• Сварка нового катализатора вместо старого. Возможно, потребуется установить несколько дополнительных проставок.
• Установка выхлопной системы
• Подключение штекеров лямбда-зондов

Дополнительные расходы могут возникнуть во время замены, потому что выхлопная система может быть сильно изношена. Неосторожный механик также может перекрутить лямбда-зонд (иногда вам нужно открутить его, когда он установлен в корпусе катализатора) или сломать его кабель.

Как выбирается автомобильный катализатор? Вам нужны данные, такие как:

• Марка, модель, год выпуска автомобиля
• Версия двигателя, мощность
• Стандарт эмиссии
• Диаметр выхлопной трубы
• Размеры и форма (обычно второстепенная проблема, за исключением катализаторов, установленных в выпускном коллекторе)

Как снизить стоимость замены катализатора на новый? Старый, разобранный катализатор можно продать. Работает много компаний, которые их покупают. Цена зависит от уровня истощения.

Замена катализатора на использованный

Это метод ремонта с наибольшим риском. Использованные катализаторы чаще всего покупают на шротах или онлайн-аукционах. Они не самые дешевые, и за их установку нужно платить столько же, сколько и за установку новых.

Вы никогда не знаете, в каком состоянии находится катализатор и как долго он будет работать. Если мы хотим сэкономить — лучше купить самый дешевый, универсальный катализатор.

Если ваш автомобиль показывает признаки износа каталитического нейтрализатора автомобиля

Если вы хотите заменить катализатор на новый оригинальный или универсальный

Если вам нужна помощь в выборе и покупке катализатора

Зачем в США и Британии воруют каталитические конвертеры с автомобилей

Цены на палладий выросли более чем на 50% за последние полгода из-за его дефицита. Благодаря этому металл, используемый в автомобильной промышленности для уменьшения вредных выбросов бензиновых двигателей, в январе впервые с 2002 г. стал стоить дороже золота. Это спровоцировало массовые случаи краж каталитических конвертеров в США и Великобритании, пишет The Wall Street Journal.

На рынке палладия уже давно наблюдается дефицит предложения, и многие эксперты прогнозируют, что он сохранится в ближайшие годы. Это связано с ростом спроса на металл из-за ужесточения экологических требований к автомобилям, особенно после ухудшения репутации дизельных машин после скандала с Volkswagen.

По прогнозам «Норникеля», крупнейшего в мире производителя палладия, дефицит металла на рынке сохранится до 2025 г., а в этом году он достигнет 1,4 млн унций.

В понедельник на Нью-Йоркской товарной бирже мартовский фьючерс на палладий стоил около $1367 за тройскую унцию (почти $44 за 1 г), за унцию золота давали $1309. Между тем с 2002 г. золото было дороже палладия, но в середине января они поменялись местами, а цена палладия даже превысила $1400. Физический дефицит палладия сохранится в краткосрочной и среднесрочной перспективе, даже если производители катализаторов начнут заменять палладий более дешевой платиной, поэтому его цена, «вероятно, продолжит бить рекорды… и может протестировать уровни выше $1500 за унцию», писали в конце января в отчете аналитики «Атона».

Украсть катализатор относительно легко – с этим можно справиться за несколько минут, а на YouTube есть обучающие видео, пишет WSJ. Воры довели этот процесс до совершенства, утверждает полиция Чикаго. По словам ее представителя Говарда Людвига, обычно этим посреди ночи занимается группа грабителей, которая подъезжает на автомобиле, отпиливает у стоящей на парковке машины катализатор с помощью поршневой пилы и тут же уезжает. «За одну ночь они работают в нескольких кварталах. Как минимум один ждет за рулем, а другой работает под автомобилем», – говорит Людвиг.

Выследить грабителей трудно, поскольку они сдают катализаторы на металлолом в тех штатах, где не нужно предъявлять документы. Обычно они получают за один катализатор от $150 до $200. «Продают они не автозапчасти, а именно металл», – утверждает лейтенант Чак Нейгл из Алабамы.

Точной статистики по кражам автомобильных катализаторов нет, отмечает WSJ. Однако полиция Лондона сообщила об учащении таких преступлений еще в сентябре прошлого года (с минимумов в начале 2016 г., когда палладий стоил менее $500 за унцию, он подорожал до $1100 в январе 2018 г., а после продлившейся до августа коррекции начался новый стремительный взлет цены). Причем в британской столице бывали случаи, когда грабители снимали катализаторы даже с гибридных автомобилей Toyota Prius, хотя, по данным компании European Metal Recycling, из катализаторов этих моделей можно извлечь лишь около 2 г палладия, а сами катализаторы можно продать примерно за $450.

Что такое каталитический нейтрализатор и зачем он нам?

В среднем автомобиль состоит из множества деталей — около 30 000 — и каждая из них выполняет определенную функцию. От простых гаек и болтов, скрепляющих все вместе, до самого двигателя, каждая машина представляет собой сложную комбинацию этих частей. Итак, когда дело доходит до каталитического нейтрализатора, вы, вероятно, знаете, что это деталь автомобиля, но, скорее всего, это так. Вы можете удивиться, узнав, что работа каталитического нейтрализатора заключается в преобразовании вредных загрязнителей в менее вредные выбросы еще до того, как они покинут выхлопную систему автомобиля. ¹

Вы знаете, что делать, когда загорается индикатор проверки двигателя? Узнайте больше здесь.

Если ваша машина была произведена после 1975 года, то, скорее всего, да. Каждая машина на дороге является источником вредных выбросов угарного газа, углеводородов и оксидов азота. ¹ Ежедневно ездят миллионы автомобилей, и это загрязнение может создать большие проблемы. Выбросы выхлопных газов способствуют заболеваниям дыхательных путей, плохому качеству воздуха и загрязнению окружающей среды. ² Для борьбы с этим вредным воздействием Агентство по охране окружающей среды (EPA) усилило нормы выбросов в середине 1970-х, и каталитический нейтрализатор был обязательным компонентом на всех автомобилях с 1975 года (год его создания). ³

Каталитический нейтрализатор расположен в нижней части автомобиля, в выхлопной системе между выпускным коллектором и глушителем. ² Сама деталь имеет форму бусинок или сот и покрыта металлическим катализатором, обычно комбинацией платины, родия и палладия. ¹ Когда выхлопные газы проходят через нагретый каталитический нейтрализатор, происходят два каталитических события:

1. Катализатор восстановления — это первое из двух каталитических событий, которые происходят. В нем используются металлические катализаторы для уменьшения вредных оксидов азота путем разделения молекул на азот и кислород. Азот задерживается внутри конвертера, а кислород проходит через него. ¹
2. Катализатор окисления — второе каталитическое событие. Он уменьшает количество несгоревших углеводородов и окиси углерода, сжигая (окисляя) их над металлическим катализатором. ¹

По сути, ваш каталитический нейтрализатор отфильтровывает вредные побочные продукты в выхлопе и сжигает их. ² И хотя основная функция каталитического нейтрализатора заключается в сокращении вредных выбросов, он также повышает эффективность вашего автомобиля, а исправный автомобиль продлит срок службы вашего каталитического нейтрализатора, сводя к минимуму возможность дорогостоящего ремонта каталитического нейтрализатора или замена.

Есть много возможных признаков того, что ваш каталитический нейтрализатор неисправен.Вялый двигатель или пониженное ускорение — это незаметные симптомы, которые нельзя игнорировать — попросите механика диагностировать проблему как можно скорее. Темный выхлопной дым и запах серы или тухлых яиц из выхлопных газов — более заметные признаки неисправности каталитического нейтрализатора. ⁴

Другие проблемы с автомобилем могут привести к повреждению каталитического нейтрализатора. Пропуски зажигания в свечах зажигания или отказавший кислородный датчик могут вызвать перегрев каталитического нейтрализатора. Он также может быть поврежден загрязняющими веществами в топливе; этилированное топливо разрушает металлы-катализаторы, хотя в США его редко можно найти.Охлаждающая жидкость двигателя может просочиться в систему сгорания из-за неисправной прокладки головки блока цилиндров, что может привести к засорению каталитического нейтрализатора. ⁴ Утечки любых жидкостей следует устранять быстро; это поможет предотвратить возможное повреждение каталитического нейтрализатора или других частей вашего автомобиля. Хотя очиститель каталитического нейтрализатора — это вариант для устранения мелких засоров, есть вероятность, что он не повлияет на более серьезные проблемы. ²

Лучший способ избежать ремонта или замены каталитического нейтрализатора — это следовать рекомендованному графику технического обслуживания вашего автомобиля и поддерживать в хорошем состоянии системы выхлопа, выхлопа и сгорания.Ухоженный автомобиль поможет продлить срок службы каталитического нейтрализатора на десять и более лет. ⁴ Но в редких случаях требуется ремонт или замена катализатора.

Прочтите здесь о других основных советах по обслуживанию автомобиля.

Ремонт каталитического нейтрализатора иногда является вариантом, хотя он может быть почти таким же дорогим, как и замена. Средняя стоимость ремонта каталитического нейтрализатора может составлять от 1000 до 2500 долларов. Это связано с тем, что для каталитического нейтрализатора требуются драгоценные металлы, такие как платина, родий и палладий.Эти материалы дороги для механиков, что приводит к более высокой стоимости ремонта. ³ Помимо замены этих металлов, глубокая очистка — один из немногих вариантов ремонта. ⁶ Если каталитический нейтрализатор имеет чрезмерный износ, замена может быть единственным вариантом.

Аналогичным образом, замена каталитического нейтрализатора стоит довольно дорого. Стоимость замены каталитического нейтрализатора составляет около 2000 долларов — и это только за саму деталь. ⁷ Кроме того, стоимость установки и рабочей силы еще больше повысит цену.

Какими бы дорогими ни были, когда требуется замена или ремонт каталитического нейтрализатора, это необходимо для вашего автомобиля. Удаление каталитического нейтрализатора не является безопасным или законным вариантом, поскольку в 1975 году Агентство по охране окружающей среды определило его как обязательный компонент. ³ Автомобиль не будет нормально работать без каталитического нейтрализатора, и небольшие проблемы могут в конечном итоге привести к отказу двигателя. ⁴ Не говоря уже о вредных выбросах в атмосферу.

Сохраните молодость вашего стареющего автомобиля с помощью нашего контрольного списка по уходу за автомобилем здесь.

Каталитический нейтрализатор, несомненно, является одним из самых важных из всех компонентов автомобиля — и по нескольким причинам. Каталитический нейтрализатор помогает уменьшить количество переносимых по воздуху загрязнителей, которые могут нанести вред людям, а также окружающей среде, превращая 90% вредных выбросов в менее вредные газы. ⁵ Хорошо обслуживаемый каталитический нейтрализатор повышает эффективность вашего автомобиля, напрямую влияя на его общее состояние и производительность.

Ваш механик может помочь вам решить, нужно ли и когда вам следует подумать о замене каталитического нейтрализатора.Ремонт вашего автомобиля может быть дорогостоящим, но он не должен замедлять вас. Кредитная карта Synchrony Car Care ™ поможет вам оплатить все крупные автомобильные расходы — запланированные и внеплановые — для вашего автомобиля, грузовика или жилого дома. Узнайте больше здесь. *

* При условии утверждения кредита. Действует везде, где Synchrony Car Care ™ принимается в США, включая Пуэрто-Рико.

Объяснение каталитических нейтрализаторов: как они работают и предотвращение краж

Если вы не знаете, что такое каталитический нейтрализатор, не стоит терять из-за этого сон.Эта технология не нова, и сегодня она присутствует практически в каждом автомобиле на дороге, но нет реальной причины, по которой каталитические нейтрализаторы должны быть в центре внимания любого автомобилиста большую часть времени. Они работают в фоновом режиме, используя химические реакции для очистки выхлопных газов вашего автомобиля от вредных газов. Если ваша не сломается или, как это становится все более распространенным в последние годы, кто-то не попытается ее украсть, беспокоиться не о чем.

В этом руководстве мы объясняем все, что вам нужно знать о каталитических нейтрализаторах — от того, как они работают, до материалов и драгоценных металлов, используемых в них — и как защитить ваш автомобиль от кражи каталитического нейтрализатора…

Как работают каталитические нейтрализаторы?

Каталитические нейтрализаторы превращают вредные вещества в выхлопных газах автомобиля, такие как оксид углерода, оксид азота, диоксид азота и углеводороды, в менее вредные вещества, такие как диоксид углерода и водяной пар, посредством химических реакций.

Внутренняя часть «кошки» обычно заполнена сотовой структурой, на которую нанесено покрытие, содержащее катализатор — вещество, которое вступает в реакцию с выхлопными газами, изменяя их химическую структуру.

Драгоценные металлы, такие как палладий, родий и платина, обычно используются в качестве катализаторов, и они обладают внутренней стоимостью, а это означает, что их стоит утилизировать и утилизировать, когда автомобиль списан. К сожалению, эти драгоценные металлы также делают каталитические нейтрализаторы мишенью для воров.

Каталитические нейтрализаторы должны работать при высоких температурах до 400 градусов, чтобы максимально повысить их эффективность. Чтобы достичь этой оптимальной рабочей температуры, первые блоки были расположены близко к двигателю автомобиля, но это вызвало свои собственные проблемы, и кошка постепенно перемещалась дальше по выхлопной системе, подальше от источника тепла двигателя.

В современных автомобилях каталитический нейтрализатор находится под автомобилем по направлению к выпускному отверстию выхлопной системы, что делает его доступным для воров, которые могут вырезать весь блок из-под автомобиля.

Типы каталитических нейтрализаторов

Существуют различные типы каталитических нейтрализаторов. Простая «двусторонняя» катализатор окисления превращает оксид углерода (CO) в диоксид углерода (CO2) и углеводороды, которые в основном представляют собой частицы несгоревшего топлива, в диоксид углерода и воду. На современных автомобилях устанавливаются более совершенные трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы, которые делают то же самое, а также снижают выбросы оксида азота (NO) и диоксида азота (NO2), которые вместе более известны как NOx, основная причина локального образования воздуха. загрязнение.

• Что такое AdBlue?

Дизельные автомобили обычно оснащены специальными каталитическими нейтрализаторами, чтобы справиться с определенными выбросами от дизельных двигателей с воспламенением от сжатия. Эти установки с катализатором окисления дизельного топлива обычно сочетаются с дополнительными технологиями очистки выхлопных газов, такими как рециркуляция выхлопных газов, дизельные фильтры твердых частиц для улавливания сажи и селективное каталитическое восстановление, в котором для удаления NOx используется впрыск раствора мочевины AdBlue.

Кража каталитического нейтрализатора

Количество случаев кражи каталитического нейтрализатора из автомобилей в 2019 году резко увеличилось, при этом общее количество случаев кражи за год примерно в 10 раз выше, чем в 2018 году.

Отчеты предполагают, что рост может быть отнесен на счет проблем с цепочкой поставок, из-за которых дилерам стало труднее обеспечить замену каталитических преобразователей через официальные каналы, что привело к возникновению черного рынка. Однако исторически самой большой движущей силой краж были зарубежные рынки драгоценных металлов внутри единиц. Каталитические нейтрализаторы, украденные в Великобритании, часто незаконно вывозятся за границу, а металлы перерабатываются.

Стоимость, связанная с заменой украденного каталитического нейтрализатора, может достигать 2000–3000 фунтов стерлингов, и эта цифра завышена из-за того, что воры обычно наносят машине ущерб при снятии устройства.Хотя кражи каталитических нейтрализаторов по-прежнему случаются редко, есть несколько простых шагов, которые вы можете предпринять, чтобы защитить свой автомобиль …

• Припаркуйте автомобиль в закрытом гараже или на хорошо освещенном месте на виду у всех, чтобы задняя часть автомобиля была близко к стена или забор.
• Нанесите номер VIN вашего автомобиля на корпус каталитического нейтрализатора.
• Попросите местный гараж приварить болты к каталитическому нейтрализатору или используйте другие коммерческие противоугонные устройства, которые затруднят его удаление.

История каталитического нейтрализатора

Каталитические нейтрализаторы существуют с 19 века, когда металлические цилиндры, содержащие фильтры, покрытые платиной, иридием и палладием, устанавливались на ранних французских легковых автомобилях в попытке очистить дым, выходящий из них. выхлопы. Технология была впервые запатентована французом Юджином Гудри, который переехал в Лос-Анджелес в 1930-х годах и основал компанию под названием Oxy-Catalyst, которая установила каталитические нейтрализаторы в промышленных дымоходах для борьбы со смогом.

• Стандарты выбросов Euro 6 и их значение для вас

Уже установив свои фильтры на складские вилочные погрузчики, к 1950-м годам Гудри начал исследовать технологию каталитического нейтрализатора для использования в автомобилях и получил патент на свою конструкцию в 1956 году. Использование этой технологии на серийных автомобилях не получило широкого распространения до тех пор, пока свинец, блокирующий химические реакции, происходящие в каталитических нейтрализаторах, не был удален из бензина, и производители не были вынуждены ужесточить правила выбросов автомобилей.

Сегодня подавляющее большинство автомобилей с двигателем внутреннего сгорания на дорогах имеют каталитический нейтрализатор, и для разных моделей используются различные типы. Многие автомобили также имеют дополнительные системы, такие как рециркуляция выхлопных газов, дизельные сажевые фильтры и технология селективного каталитического восстановления на основе AdBlue, которые работают с «кошкой» для дальнейшей очистки выхлопных газов автомобилей.

Вы стали жертвой кражи каталитического нейтрализатора? Дайте нам знать в комментариях ниже…

Как работают каталитические нейтрализаторы?

Как работают каталитические нейтрализаторы? — Объясни это Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 20 октября 2020 г.

Почерневшие здания и удушье улицы — если это ваш опыт когда вы открываете входную дверь утром, вы, вероятно, живете в большом такой город, как Лос-Анджелес, Лондон, Париж или Пекин. Автомобили, автобусы и грузовики стали большим подарком миру, потому что они помогают нам перемещаться себя (и то, что нам нужно) быстро и качественно.Но их загрязнение двигателя портит места, где мы живем и вредит нашему здоровью. К счастью, сейчас большинство автомобилей оснащены уменьшающие загрязнение единицы, называемые каталитическими конвертеры (иногда называемые «коты» или «кошки-минусы»), которые превращают вредные химические вещества в выхлопных газах автомобиля превращаются в безвредные газы, такие как пар. Давайте подробнее рассмотрим эти блестящие гаджеты и то, как они работай!

Иллюстрация: Основная концепция каталитического нейтрализатора: расположенный между двигателем вашего автомобиля и выхлопной трубой, он забирает грязный воздух и удаляет из него значительное количество загрязнений с помощью химических катализаторов.

Почему двигатели загрязняют окружающую среду

Фото: Колонны Парфенона в Афинах, Греция, почернели из-за загрязнения автомобиля. Афины — один из самых загрязненных автомобильным транспортом городов мира. Фото Майкла М. Редди любезно предоставлено Геологическая служба США.

Автомобильные двигатели работают на бензине или дизельном топливе, которые сделаны из нефти. Большая часть нашей нефти образуется, когда останки крошечных морских существ гниют, нагреваются и сдавливаются слои горных пород морского дна.Нефть состоит из углеводородов (молекулы, построенные из атомов углерода и водорода) потому что живые организмы тоже в основном состоят из этих атомов.

Теоретически, если вы сжигаете любое углеводородное топливо с кислородом из воздуха, вы выделяете много энергии и не производят ничего, кроме углекислого газа и воды, которые являются чистыми и относительно безвредными. Однако на практике бензин представляет собой смесь около 150 различных химикатов, не только углеводородов, но и добавок, и он горит не так чисто, как хотелось бы.Это означает, что вы обычно получаете загрязнение воздуха как побочный продукт. Загрязняющие газы, производимые автомобильными двигателями, включают: ядовитый газ, называемый монооксидом углерода, а также ЛОС (летучие органические соединений) и оксидов азота, вызывающих «смог» (вид удушья, облачное загрязнение транспортных средств, которое мы все знаем и ненавидим).

Рекламные ссылки

Что такое каталитический нейтрализатор?

Загрязняющие газы состоят из вредных молекул, но эти молекулы сделаны из относительно безвредных атомов.Итак, если бы мы могли найти способ расщепление молекул после того, как они покидают двигатель автомобиля и до они выбрасываются в воздух, мы могли бы решить проблему загрязнение — по крайней мере, некоторая его часть. Эту работу выполняет каталитический нейтрализатор.

Фото: экспериментальный новый каталитический нейтрализатор. тестируется под автомобилем. Фотография любезно предоставлена ​​Юго-Западным исследовательским институтом и Министерство энергетики США / Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (DoE / NREL).

Эти гаджеты намного проще, чем кажется.Катализатор это просто химическое вещество, которое заставляет химическую реакцию идти быстрее без самого себя меняется в процессе. Это немного похоже на тренера по легкой атлетике, который стоит на обочине трассы и кричит бегунам, чтобы те ехали быстрее. В тренер никуда не бежит; он просто стоит, машет руками, и заставляет бегунов разгоняться. В каталитическом нейтрализаторе Задача катализатора — ускорить удаление загрязнений. Катализатор изготовлен из платины или аналогичного платиноподобного металла. такие как палладий или родий.

Каталитический нейтрализатор — это большой металлический ящик, прикрепленный болтами к днищу автомобиля, из которого выходят две трубы. Один из них («вход» преобразователя) подключен к двигателю и выводит горячие загрязненные пары из цилиндров двигателя (где топливо сгорает и вырабатывает энергию). Вторая труба («выход» преобразователя) подсоединяется к выхлопной трубе (выхлопу). Когда газы из выхлопных газов двигателя обдувают катализатор, на его поверхности происходят химические реакции, разлагающие загрязняющие газы и превращающие их в другие газы, которые достаточно безопасны, чтобы безвредно выбрасывать их в воздух.

Очень важно отметить, что каталитические нейтрализаторы требуют используйте неэтилированный бензин, потому что свинец в обычном топливе «отравляет» катализатор и не позволяет ему поглощать вредные вещества в выхлопных газах. газы.

Что происходит внутри конвертера?

Фото: Инженеры постоянно стараются улучшить производительность каталитических нейтрализаторов, например, путем разработки катализаторов, которые более эффективно работают на более низкие температуры.Это пример низкотемпературного катализатора окисления из оксида олова и платины. Фото CPL Bryant V любезно предоставлено Исследовательским центром NASA в Лэнгли (NASA-LaRC).

Внутри конвертера газы проходят через плотные соты. конструкция из керамики с покрытием с катализаторами. Сотовая структура означает, что газы соприкасаются с большая площадь катализатора сразу, поэтому они быстрее преобразуются и эффективно.

Обычно в одном катализатор:

• Один из них решает проблему загрязнения оксида азота с помощью химический процесс, называемый восстановлением (удаление кислорода).Это расщепляет оксиды азота на азот и кислородные газы (которые безвредны, потому что они уже существуют в воздухе вокруг нас).
• Другой катализатор работает за счет противоположного химического процесса, называемого окислением (добавление кислород) и превращает окись углерода в двуокись углерода. Другая реакция окисления превращает несгоревшие углеводороды в выхлопных газах в диоксид углерода и воду.

Фактически, одновременно происходят три разные химические реакции. Вот почему мы говорим о трехкомпонентных каталитических нейтрализаторах.(Некоторые, менее эффективные преобразователи проводят только вторые две (окислительные) реакции, поэтому они называются двухкомпонентными каталитическими нейтрализаторами.) После того, как катализатор выполнил свою работу, из выхлопной трубы выходит в основном азот, кислород, углекислый газ и вода (в виде пар).

Насколько эффективны каталитические нейтрализаторы?

Диаграмма: Эффективность каталитических нейтрализаторов. Кошки имеют большое значение для выбросов, поскольку трехходовые преобразователи дают дополнительные преимущества по сравнению с двусторонними преобразователями.Цифры показывают загрязняющие вещества в граммах на километр на расстоянии 80 000 километров. Диаграмма составлена ​​Explain that Stuff.com с использованием данных Агентства по охране окружающей среды США (1990 г.) для легковых автомобилей с бензиновым двигателем, приведенных в таблице 3.2 (стр. 75) документа «Загрязнение воздуха автотранспортными средствами: стандарты и технологии контроля выбросов», Faiz et al. Всемирный банк, 1996.

Каталитические нейтрализаторы

в основном предназначены для уменьшения непосредственного локального загрязнения воздуха — грязного воздуха, в котором вы едете, — и эта диаграмма, безусловно, свидетельствует об их эффективности.Тем не менее, люди иногда задаются вопросом, действительно ли они такие зеленые, как кажутся. Важно помнить, что они сокращают выбросы , а не полностью их устраняют.

Одна проблема заключается в том, что они действительно работают только при высоких температурах (более 300 ° C / 600 ° F или около того), когда двигатель успевает прогреться. Первым типам каталитических нейтрализаторов обычно требовалось около 10–15 минут для разогрева, поэтому они были совершенно неэффективны в течение первых нескольких километров / миль пути (или любой части очень короткого пути).Современные конвертеры прогреваются всего за 2–3 минуты; даже в этом случае в это время все еще могут происходить значительные выбросы.

Таблица

: Каталитические нейтрализаторы становятся эффективными только при высоких рабочих температурах. Эта диаграмма показывает эффективность типичного устройства при преобразовании окиси углерода в диапазоне различных температур. Оксиды азота преобразуются с несколько большей эффективностью, а углеводороды — с несколько меньшей эффективностью. При высоких температурах окись углерода преобразуется с наименьшей эффективностью из трех.

Другой вопрос, увеличивают ли они выбросы парниковых газов. Мы думаем о двуокиси углерода как о безопасном газе, потому что он не токсичен в повседневных концентрациях. Тем не менее, это не совсем безобидно, потому что теперь мы знаем, что это основная причина глобального потепления и изменения климата. Некоторые люди считают, что каталитические нейтрализаторы ухудшают изменение климата, потому что они превращают окись углерода в двуокись углерода. Фактически, угарный газ, который производит ваша машина, в конечном итоге сам по себе превращается в углекислый газ в атмосфере, поэтому каталитический нейтрализатор не имеет никакого значения в этом отношении: он просто снижает угарный газ, который автомобиль выбрасывает на улицу, когда он едет. улучшение качества местного воздуха.

Но когда дело доходит до изменения климата, автоинженеры и экологи давно отметили еще одну серьезную проблему. Хотя кошки превращают большую часть оксидов азота в азот и кислород, они также производят небольшие количества закиси азота (N2O), парникового газа, который более чем в 300 раз сильнее углекислого газа. Проблема в том, что при таком большом количестве транспортных средств даже небольшое количество закиси азота становится серьезной проблемой. Еще в 2000 году Межправительственная группа экспертов по изменению климата отметила: «Внедрение каталитических нейтрализаторов в качестве меры борьбы с загрязнением в большинстве промышленно развитых стран приводит к значительному увеличению Выбросы N2O от автомобилей с бензиновым двигателем.» К счастью, новые каталитические нейтрализаторы производят значительно меньше закиси азота, чем старые. Тем не менее, хотя каталитические нейтрализаторы, безусловно, помогли нам справиться с краткосрочным загрязнением воздуха, есть опасения, что когда дело доходит до долгосрочного изменения климата, они могут усугубить ситуацию.

Как работает каталитический нейтрализатор

До того, как были разработаны каталитические нейтрализаторы, отработанные газы, производимые автомобильным двигателем, направлялись прямо в выхлопную трубу. выхлопную трубу и в атмосферу.Каталитический нейтрализатор находится между двигателем и выхлопной трубой, но он не работает как простой фильтр: он меняет химический состав выхлопных газов, переставляя атомов, из которых они сделаны:

1. Молекулы загрязняющих газов откачиваются из двигателя мимо сотового катализатора, изготовленного из платины, палладия или родия.
2. Катализатор расщепляет молекулы на атомы.
3. Затем атомы рекомбинируют в молекулы относительно безвредных веществ, таких как углекислый газ, азот и вода, которые безопасно выдуваются через выхлоп.

Работают ли каталитические нейтрализаторы для дизельных двигателей?

График

: Грязные дизели? Только малая часть выбросов дизельного двигателя (около одного процента) — это загрязнение. Этот один процент состоит в основном из оксидов азота (около 50 процентов) и твердых частиц с относительно небольшими количествами моноксида углерода, углеводородов и диоксида серы. Построено с использованием цифр из публикации Ибрагима Аслана Решитоглу и др., «Выбросы загрязняющих веществ от автомобилей с дизельным двигателем и систем нейтрализации выхлопных газов», «Чистые технологии и политика в области окружающей среды», январь 2015, том 17, выпуск 1, в котором приводятся данные из «Выбросы дизельных двигателей и их контроль» М.Хаир и В. Маевски. Society of Automotive Engineers, Inc., Warrendale, PA: 2006.

.

В дизельных двигателях могут использоваться и используются каталитические нейтрализаторы, но есть несколько важных отличий. от того, как они работают в бензиновых двигателях.

• В дизелях вместо трехкомпонентных катализаторов используются двухкомпонентные катализаторы окисления (которые решают только угарный газ и углеводороды), и специально разработанные работать с дизельными выхлопами, которые значительно холоднее бензиновых.
• Поскольку у них нет катализаторов восстановления, дизельные двигатели производят гораздо более высокие выбросы оксидов азота в выхлопные трубы, чем бензиновые двигатели.(Существуют различные другие механизмы, которые дизели могут использовать для борьбы с выбросами NOx, но мы не будем здесь вдаваться в подробности.)
• Каталитические нейтрализаторы в дизельных двигателях действительно помогают снизить выбросы твердых частиц (в основном сажи), хотя и незначительно; в частности, они устраняют один тип твердых частиц, известный как растворимая органическая фракция, SOF, состоящий из углеводородов, связанных с сажей. Дизельные сажевые фильтры (DPF) должны использоваться для значительного воздействия на выбросы сажи из двигателя.
• Помимо автомобилей, дизельные двигатели, как правило, приводят в движение автомобили гораздо большей мощности, чем бензиновые (например, огромные строительные машины), со значительно большей мощностью выхлопа.Вместо одного каталитического нейтрализатора, установленного между двигателя и выхлопной трубы, они могут иметь несколько отдельных блоков, установленных параллельно, чтобы справиться с более крупной выхлопной трубой. объем газа (как на схеме ниже).

Иллюстрации: Большие дизельные двигатели могут производить гораздо больший объем выхлопных газов, поэтому им, возможно, придется использовать несколько каталитических нейтрализаторов «параллельно». В этой конструкции компании Caterpillar 1990-х годов огромный преобразователь (серый) имеет диаметр около 1 м (3,3 фута). Выхлопной газ входит слева (1), равномерно разделяется на потоки блоком распределения потока (2, синий), проходит через один из семи отдельных блоков каталитического нейтрализатора (3, красный), подавляется системой глушителя шума (4 , зеленый) и выходы, несколько очищенные, через выхлопную трубу (5).Иллюстрация из патента США 5 578 277: Модульный каталитический нейтрализатор и глушитель для двигателя внутреннего сгорания Скотта Т. Уайта и др., Caterpillar, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Кто изобрел каталитический нейтрализатор?

« Мне нравится делать вещи реальностью, и именно этим занимаются инженеры — они берут основы науки и заставляют вещи происходить». »

Джон Дж. Муни, пионер катализаторов

Кого мы благодарим за то, что сделали улицы и города безопаснее и чище? Французский инженер-химик Юджин Гудри (1892–1962) запатентовал то, что, кажется, было самым первым каталитический нейтрализатор в США, зарегистрировав изобретение 5 мая 1950 г. и получив его (Патент США 2674521: Каталитический нейтрализатор выхлопных газов) четыре года спустя, 6 апреля 1954 г.Гудри ранее изобрел каталитический крекинг , промышленный процесс , Многие крупные сложные органические химические вещества в нефти разделены на десятки полезных продуктов, включая бензин. После этого он экспериментировал с различными видами автомобильного топлива и делал их чище. Хотя он осознавал растущую проблему загрязнения воздуха, его идеи намного опережали свое время: Каталитические нейтрализаторы были «отравлены» свинцовыми присадками, используемыми в бензине для улучшения характеристик.К счастью, в 1970-х годах люди начали осознавать опасность свинца, токсичного тяжелого металла. В 1973 году Агентство по охране окружающей среды США (EPA) выпустило отчет, демонстрирующий, как свинец наносит вред здоровью людей, что положило начало медленному процессу удаления свинца из бензина. Первые практические каталитические нейтрализаторы появились вскоре после этого, в середине 1970-х годов, и с тех пор используются в автомобилях.

Изображение: оригинальный каталитический нейтрализатор Юджина Гудри из его патента 1950 года.По сути, это набор концентрических металлических трубок (синего цвета), через которые проходят выхлопные газы. Чистый воздух всасывается через вентиляционные отверстия (желтые) с помощью трубки Вентури (оранжевая). Как и в случае с современным котом, Хаудри объясняет, что «нанесенный мелкодисперсный металлический катализатор предпочтительно представляет собой платину», хотя можно использовать другие подобные металлы; В отличие от современной кошки, катализатор (зеленый) расположен не в виде сот, а установлен в шестнадцати отдельных кольцах (красных) с интервалами вдоль трубки, причем каждое из них работает параллельно.Изображение из патента США 2 674 521: Каталитический нейтрализатор выхлопных газов, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Houdry изобрел основной катализатор окисления для борьбы с оксидом углерода. Усовершенствованные трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы, которые также могут нейтрализовать оксиды азота, были разработаны в начале 1970-х гг. Карл Кейт (1920–1988), Джон Муни (1929–2020) и инженеры-химики из Engelhard Corporation. Помимо удаления большего количества загрязняющих веществ, они начинают очищать выхлопные газы намного быстрее, чем предыдущие преобразователи, поэтому они более эффективны при более коротких поездках.

Изображение: В улучшенной конструкции Карла Кейта и Джона Муни есть два отдельных каталитических нейтрализатора. Загрязненные газы выходят из двигателя (красный, 10) и выпускного коллектора (оранжевый, 11) через первый катализатор (зеленый, 13), а затем второй (25), расположенный на некотором расстоянии, прежде чем выйти через выхлопную трубу (серый , 26). Иллюстрация из патента США 3,896,616: процесс и оборудование, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Рекламные ссылки

Узнать больше

На сайте

Книги

• Каталитический контроль загрязнения воздуха: коммерческая технология Рональда М.Хек, Роберт Дж. Фаррауто, Суреш Т. Гулати. John Wiley & Sons, 2016. Тщательно исчерпывающее руководство по теме, которое начинается с основ химии катализа, а затем переходит к преобразователям бензиновых и дизельных двигателей, стационарным источникам и таким темам, как контроль озона в самолетах и ​​очистка атмосферного воздуха.
• «Загрязнение воздуха от транспортных средств: стандарты и технологии контроля выбросов» Асифа Файза, Кристофера С. Уивера и Майкла П. Уолша. Публикации Всемирного банка, 1996 г.Интересный технический отчет с акцентом на то, как на практике контролируются выбросы в наиболее развитых и загрязненных городах мира. Включает множество полезных цифр и таблиц, а также сравнение эффективности законодательства о выбросах в разных странах. Вы также можете скачать его в формате PDF с исследовательского сайта Всемирного банка.
• Автомобильные каталитические преобразователи Кэтлин К. Тейлор. Springer, 1984/2012. Немного устарело, но все же полезно для справочной информации.

Новостные статьи

• Воры по всей стране скользят под машинами, проникая в каталитические нейтрализаторы Хироко Табучи, The New York Times, 21 февраля 2021 года.Драгоценные металлы по-прежнему делают каталитические нейтрализаторы привлекательной мишенью для воров.
• Джон Дж. Муни, изобретатель каталитического нейтрализатора, скончался в возрасте 90 лет по сообщению Сэма Робертса, The New York Times, 25 июня 2020 года. Оглядываясь на жизнь инженер, который первым изобрел трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы.
• Заявление об изобретении более чистого двигателя: BBC News, 22 января 2010 г. Шотландский изобретатель утверждает, что разработал двигатель с охлаждением, который практически не производит выбросов твердых частиц (сажи).
• «Когда платина взлетает, каталитический нейтрализатор нагревается» Мэтью Феникс. Wired, 17 февраля 2008 г. Почему воры считают, что из-за стремительного роста цен на платину каталитические нейтрализаторы стоит украсть
Преобразователи автомобилей
• сокращают смог, но способствуют глобальному потеплению, Мэтью Уолд. The New York Times, 29 мая 1998 г. EPA выпускает отчет, в котором освещаются проблемы с оксидом азота.
• Каталитические нейтрализаторы действительно «зеленые» ?: The Guardian, Notes and Queries. Читатели высказывают свое мнение о том, действительно ли кошки помогают планете.
• Каталитический нейтрализатор: Большое «Если» 1975 года Роберта У. Ирвина. The New York Times, 13 октября 1974 г. Эта статья из архивов показывает, как автомобильная промышленность серьезно беспокоилась об эффективности каталитических нейтрализаторов, когда они были впервые представлены в середине 1970-х годов.

Патенты

• Патент США 2 674 521: Каталитический нейтрализатор для выхлопных газов, автор Юджин Худри, 6 апреля 1954 г. В этом очень удобном для чтения патенте Хаудри объясняет, почему он разработал каталитические конвекторы и различные технические проблемы, которые он должен был решить в процессе (например, решение газы, образующиеся при различных условиях вождения).
• Патент США 3,896,616: процесс и устройство, авторы Карл Д. Кейт и Джон Дж. Муни, 29 июля 1975 г. Другой очень удобный для чтения патент, в нем описан улучшенный трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, используемый в большинстве современных транспортных средств.
• Патент США 4 672 809: Каталитический нейтрализатор для дизельного двигателя, автор Ричард К. Корнелисон и Уильям Б. Реталлик, W. R. Grace and Co, 16 июня 1987 г. Описывает некоторые проблемы, связанные с работой каталитического нейтрализатора с выбросами дизельного двигателя.
• Патент США 5,578,277: Модульный каталитический нейтрализатор и глушитель для двигателя внутреннего сгорания Скотта Т.Уайт и др., Caterpillar, 26 ноября 1996 г. Этот патент объясняет, как несколько каталитических блоков работают вместе над выхлопными газами очень большого дизельного двигателя.

Практические статьи

• «Тестирование и ремонт каталитических нейтрализаторов», Морт Шульц, Popular Mechanics, декабрь 1985 г. Датированная, но все же очень интересная статья, в которой объясняются различные типы каталитических преобразователей и исследуются причины их неисправности.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2007, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитируйте эту страницу

Вудфорд, Крис.(2007/2020) Каталитические нейтрализаторы. Получено с https://www.explainthatstuff.com/catalyticconverters.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Как работают каталитические нейтрализаторы?

Как работают каталитические нейтрализаторы? — Объясни это Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 20 октября 2020 г.

Почерневшие здания и удушье улицы — если это ваш опыт когда вы открываете входную дверь утром, вы, вероятно, живете в большом такой город, как Лос-Анджелес, Лондон, Париж или Пекин.Автомобили, автобусы и грузовики стали большим подарком миру, потому что они помогают нам перемещаться себя (и то, что нам нужно) быстро и качественно. Но их загрязнение двигателя портит места, где мы живем и вредит нашему здоровью. К счастью, сейчас большинство автомобилей оснащены уменьшающие загрязнение единицы, называемые каталитическими конвертеры (иногда называемые «коты» или «кошки-минусы»), которые превращают вредные химические вещества в выхлопных газах автомобиля превращаются в безвредные газы, такие как пар. Давайте подробнее рассмотрим эти блестящие гаджеты и то, как они работай!

Иллюстрация: Основная концепция каталитического нейтрализатора: расположенный между двигателем вашего автомобиля и выхлопной трубой, он забирает грязный воздух и удаляет из него значительное количество загрязнений с помощью химических катализаторов.

Почему двигатели загрязняют окружающую среду

Фото: Колонны Парфенона в Афинах, Греция, почернели из-за загрязнения автомобиля. Афины — один из самых загрязненных автомобильным транспортом городов мира. Фото Майкла М. Редди любезно предоставлено Геологическая служба США.

Автомобильные двигатели работают на бензине или дизельном топливе, которые сделаны из нефти. Большая часть нашей нефти образуется, когда останки крошечных морских существ гниют, нагреваются и сдавливаются слои горных пород морского дна.Нефть состоит из углеводородов (молекулы, построенные из атомов углерода и водорода) потому что живые организмы тоже в основном состоят из этих атомов.

Теоретически, если вы сжигаете любое углеводородное топливо с кислородом из воздуха, вы выделяете много энергии и не производят ничего, кроме углекислого газа и воды, которые являются чистыми и относительно безвредными. Однако на практике бензин представляет собой смесь около 150 различных химикатов, не только углеводородов, но и добавок, и он горит не так чисто, как хотелось бы.Это означает, что вы обычно получаете загрязнение воздуха как побочный продукт. Загрязняющие газы, производимые автомобильными двигателями, включают: ядовитый газ, называемый монооксидом углерода, а также ЛОС (летучие органические соединений) и оксидов азота, вызывающих «смог» (вид удушья, облачное загрязнение транспортных средств, которое мы все знаем и ненавидим).

Рекламные ссылки

Что такое каталитический нейтрализатор?

Загрязняющие газы состоят из вредных молекул, но эти молекулы сделаны из относительно безвредных атомов.Итак, если бы мы могли найти способ расщепление молекул после того, как они покидают двигатель автомобиля и до они выбрасываются в воздух, мы могли бы решить проблему загрязнение — по крайней мере, некоторая его часть. Эту работу выполняет каталитический нейтрализатор.

Фото: экспериментальный новый каталитический нейтрализатор. тестируется под автомобилем. Фотография любезно предоставлена ​​Юго-Западным исследовательским институтом и Министерство энергетики США / Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (DoE / NREL).

Эти гаджеты намного проще, чем кажется.Катализатор это просто химическое вещество, которое заставляет химическую реакцию идти быстрее без самого себя меняется в процессе. Это немного похоже на тренера по легкой атлетике, который стоит на обочине трассы и кричит бегунам, чтобы те ехали быстрее. В тренер никуда не бежит; он просто стоит, машет руками, и заставляет бегунов разгоняться. В каталитическом нейтрализаторе Задача катализатора — ускорить удаление загрязнений. Катализатор изготовлен из платины или аналогичного платиноподобного металла. такие как палладий или родий.

Каталитический нейтрализатор — это большой металлический ящик, прикрепленный болтами к днищу автомобиля, из которого выходят две трубы. Один из них («вход» преобразователя) подключен к двигателю и выводит горячие загрязненные пары из цилиндров двигателя (где топливо сгорает и вырабатывает энергию). Вторая труба («выход» преобразователя) подсоединяется к выхлопной трубе (выхлопу). Когда газы из выхлопных газов двигателя обдувают катализатор, на его поверхности происходят химические реакции, разлагающие загрязняющие газы и превращающие их в другие газы, которые достаточно безопасны, чтобы безвредно выбрасывать их в воздух.

Очень важно отметить, что каталитические нейтрализаторы требуют используйте неэтилированный бензин, потому что свинец в обычном топливе «отравляет» катализатор и не позволяет ему поглощать вредные вещества в выхлопных газах. газы.

Что происходит внутри конвертера?

Фото: Инженеры постоянно стараются улучшить производительность каталитических нейтрализаторов, например, путем разработки катализаторов, которые более эффективно работают на более низкие температуры.Это пример низкотемпературного катализатора окисления из оксида олова и платины. Фото CPL Bryant V любезно предоставлено Исследовательским центром NASA в Лэнгли (NASA-LaRC).

Внутри конвертера газы проходят через плотные соты. конструкция из керамики с покрытием с катализаторами. Сотовая структура означает, что газы соприкасаются с большая площадь катализатора сразу, поэтому они быстрее преобразуются и эффективно.

Обычно в одном катализатор:

• Один из них решает проблему загрязнения оксида азота с помощью химический процесс, называемый восстановлением (удаление кислорода).Это расщепляет оксиды азота на азот и кислородные газы (которые безвредны, потому что они уже существуют в воздухе вокруг нас).
• Другой катализатор работает за счет противоположного химического процесса, называемого окислением (добавление кислород) и превращает окись углерода в двуокись углерода. Другая реакция окисления превращает несгоревшие углеводороды в выхлопных газах в диоксид углерода и воду.

Фактически, одновременно происходят три разные химические реакции. Вот почему мы говорим о трехкомпонентных каталитических нейтрализаторах.(Некоторые, менее эффективные преобразователи проводят только вторые две (окислительные) реакции, поэтому они называются двухкомпонентными каталитическими нейтрализаторами.) После того, как катализатор выполнил свою работу, из выхлопной трубы выходит в основном азот, кислород, углекислый газ и вода (в виде пар).

Насколько эффективны каталитические нейтрализаторы?

Диаграмма: Эффективность каталитических нейтрализаторов. Кошки имеют большое значение для выбросов, поскольку трехходовые преобразователи дают дополнительные преимущества по сравнению с двусторонними преобразователями.Цифры показывают загрязняющие вещества в граммах на километр на расстоянии 80 000 километров. Диаграмма составлена ​​Explain that Stuff.com с использованием данных Агентства по охране окружающей среды США (1990 г.) для легковых автомобилей с бензиновым двигателем, приведенных в таблице 3.2 (стр. 75) документа «Загрязнение воздуха автотранспортными средствами: стандарты и технологии контроля выбросов», Faiz et al. Всемирный банк, 1996.

Каталитические нейтрализаторы

в основном предназначены для уменьшения непосредственного локального загрязнения воздуха — грязного воздуха, в котором вы едете, — и эта диаграмма, безусловно, свидетельствует об их эффективности.Тем не менее, люди иногда задаются вопросом, действительно ли они такие зеленые, как кажутся. Важно помнить, что они сокращают выбросы , а не полностью их устраняют.

Одна проблема заключается в том, что они действительно работают только при высоких температурах (более 300 ° C / 600 ° F или около того), когда двигатель успевает прогреться. Первым типам каталитических нейтрализаторов обычно требовалось около 10–15 минут для разогрева, поэтому они были совершенно неэффективны в течение первых нескольких километров / миль пути (или любой части очень короткого пути).Современные конвертеры прогреваются всего за 2–3 минуты; даже в этом случае в это время все еще могут происходить значительные выбросы.

Таблица

: Каталитические нейтрализаторы становятся эффективными только при высоких рабочих температурах. Эта диаграмма показывает эффективность типичного устройства при преобразовании окиси углерода в диапазоне различных температур. Оксиды азота преобразуются с несколько большей эффективностью, а углеводороды — с несколько меньшей эффективностью. При высоких температурах окись углерода преобразуется с наименьшей эффективностью из трех.

Другой вопрос, увеличивают ли они выбросы парниковых газов. Мы думаем о двуокиси углерода как о безопасном газе, потому что он не токсичен в повседневных концентрациях. Тем не менее, это не совсем безобидно, потому что теперь мы знаем, что это основная причина глобального потепления и изменения климата. Некоторые люди считают, что каталитические нейтрализаторы ухудшают изменение климата, потому что они превращают окись углерода в двуокись углерода. Фактически, угарный газ, который производит ваша машина, в конечном итоге сам по себе превращается в углекислый газ в атмосфере, поэтому каталитический нейтрализатор не имеет никакого значения в этом отношении: он просто снижает угарный газ, который автомобиль выбрасывает на улицу, когда он едет. улучшение качества местного воздуха.

Но когда дело доходит до изменения климата, автоинженеры и экологи давно отметили еще одну серьезную проблему. Хотя кошки превращают большую часть оксидов азота в азот и кислород, они также производят небольшие количества закиси азота (N2O), парникового газа, который более чем в 300 раз сильнее углекислого газа. Проблема в том, что при таком большом количестве транспортных средств даже небольшое количество закиси азота становится серьезной проблемой. Еще в 2000 году Межправительственная группа экспертов по изменению климата отметила: «Внедрение каталитических нейтрализаторов в качестве меры борьбы с загрязнением в большинстве промышленно развитых стран приводит к значительному увеличению Выбросы N2O от автомобилей с бензиновым двигателем.» К счастью, новые каталитические нейтрализаторы производят значительно меньше закиси азота, чем старые. Тем не менее, хотя каталитические нейтрализаторы, безусловно, помогли нам справиться с краткосрочным загрязнением воздуха, есть опасения, что когда дело доходит до долгосрочного изменения климата, они могут усугубить ситуацию.

Как работает каталитический нейтрализатор

До того, как были разработаны каталитические нейтрализаторы, отработанные газы, производимые автомобильным двигателем, направлялись прямо в выхлопную трубу. выхлопную трубу и в атмосферу.Каталитический нейтрализатор находится между двигателем и выхлопной трубой, но он не работает как простой фильтр: он меняет химический состав выхлопных газов, переставляя атомов, из которых они сделаны:

1. Молекулы загрязняющих газов откачиваются из двигателя мимо сотового катализатора, изготовленного из платины, палладия или родия.
2. Катализатор расщепляет молекулы на атомы.
3. Затем атомы рекомбинируют в молекулы относительно безвредных веществ, таких как углекислый газ, азот и вода, которые безопасно выдуваются через выхлоп.

Работают ли каталитические нейтрализаторы для дизельных двигателей?

График

: Грязные дизели? Только малая часть выбросов дизельного двигателя (около одного процента) — это загрязнение. Этот один процент состоит в основном из оксидов азота (около 50 процентов) и твердых частиц с относительно небольшими количествами моноксида углерода, углеводородов и диоксида серы. Построено с использованием цифр из публикации Ибрагима Аслана Решитоглу и др., «Выбросы загрязняющих веществ от автомобилей с дизельным двигателем и систем нейтрализации выхлопных газов», «Чистые технологии и политика в области окружающей среды», январь 2015, том 17, выпуск 1, в котором приводятся данные из «Выбросы дизельных двигателей и их контроль» М.Хаир и В. Маевски. Society of Automotive Engineers, Inc., Warrendale, PA: 2006.

.

В дизельных двигателях могут использоваться и используются каталитические нейтрализаторы, но есть несколько важных отличий. от того, как они работают в бензиновых двигателях.

• В дизелях вместо трехкомпонентных катализаторов используются двухкомпонентные катализаторы окисления (которые решают только угарный газ и углеводороды), и специально разработанные работать с дизельными выхлопами, которые значительно холоднее бензиновых.
• Поскольку у них нет катализаторов восстановления, дизельные двигатели производят гораздо более высокие выбросы оксидов азота в выхлопные трубы, чем бензиновые двигатели.(Существуют различные другие механизмы, которые дизели могут использовать для борьбы с выбросами NOx, но мы не будем здесь вдаваться в подробности.)
• Каталитические нейтрализаторы в дизельных двигателях действительно помогают снизить выбросы твердых частиц (в основном сажи), хотя и незначительно; в частности, они устраняют один тип твердых частиц, известный как растворимая органическая фракция, SOF, состоящий из углеводородов, связанных с сажей. Дизельные сажевые фильтры (DPF) должны использоваться для значительного воздействия на выбросы сажи из двигателя.
• Помимо автомобилей, дизельные двигатели, как правило, приводят в движение автомобили гораздо большей мощности, чем бензиновые (например, огромные строительные машины), со значительно большей мощностью выхлопа.Вместо одного каталитического нейтрализатора, установленного между двигателя и выхлопной трубы, они могут иметь несколько отдельных блоков, установленных параллельно, чтобы справиться с более крупной выхлопной трубой. объем газа (как на схеме ниже).

Иллюстрации: Большие дизельные двигатели могут производить гораздо больший объем выхлопных газов, поэтому им, возможно, придется использовать несколько каталитических нейтрализаторов «параллельно». В этой конструкции компании Caterpillar 1990-х годов огромный преобразователь (серый) имеет диаметр около 1 м (3,3 фута). Выхлопной газ входит слева (1), равномерно разделяется на потоки блоком распределения потока (2, синий), проходит через один из семи отдельных блоков каталитического нейтрализатора (3, красный), подавляется системой глушителя шума (4 , зеленый) и выходы, несколько очищенные, через выхлопную трубу (5).Иллюстрация из патента США 5 578 277: Модульный каталитический нейтрализатор и глушитель для двигателя внутреннего сгорания Скотта Т. Уайта и др., Caterpillar, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Кто изобрел каталитический нейтрализатор?

« Мне нравится делать вещи реальностью, и именно этим занимаются инженеры — они берут основы науки и заставляют вещи происходить». »

Джон Дж. Муни, пионер катализаторов

Кого мы благодарим за то, что сделали улицы и города безопаснее и чище? Французский инженер-химик Юджин Гудри (1892–1962) запатентовал то, что, кажется, было самым первым каталитический нейтрализатор в США, зарегистрировав изобретение 5 мая 1950 г. и получив его (Патент США 2674521: Каталитический нейтрализатор выхлопных газов) четыре года спустя, 6 апреля 1954 г.Гудри ранее изобрел каталитический крекинг , промышленный процесс , Многие крупные сложные органические химические вещества в нефти разделены на десятки полезных продуктов, включая бензин. После этого он экспериментировал с различными видами автомобильного топлива и делал их чище. Хотя он осознавал растущую проблему загрязнения воздуха, его идеи намного опережали свое время: Каталитические нейтрализаторы были «отравлены» свинцовыми присадками, используемыми в бензине для улучшения характеристик.К счастью, в 1970-х годах люди начали осознавать опасность свинца, токсичного тяжелого металла. В 1973 году Агентство по охране окружающей среды США (EPA) выпустило отчет, демонстрирующий, как свинец наносит вред здоровью людей, что положило начало медленному процессу удаления свинца из бензина. Первые практические каталитические нейтрализаторы появились вскоре после этого, в середине 1970-х годов, и с тех пор используются в автомобилях.

Изображение: оригинальный каталитический нейтрализатор Юджина Гудри из его патента 1950 года.По сути, это набор концентрических металлических трубок (синего цвета), через которые проходят выхлопные газы. Чистый воздух всасывается через вентиляционные отверстия (желтые) с помощью трубки Вентури (оранжевая). Как и в случае с современным котом, Хаудри объясняет, что «нанесенный мелкодисперсный металлический катализатор предпочтительно представляет собой платину», хотя можно использовать другие подобные металлы; В отличие от современной кошки, катализатор (зеленый) расположен не в виде сот, а установлен в шестнадцати отдельных кольцах (красных) с интервалами вдоль трубки, причем каждое из них работает параллельно.Изображение из патента США 2 674 521: Каталитический нейтрализатор выхлопных газов, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Houdry изобрел основной катализатор окисления для борьбы с оксидом углерода. Усовершенствованные трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы, которые также могут нейтрализовать оксиды азота, были разработаны в начале 1970-х гг. Карл Кейт (1920–1988), Джон Муни (1929–2020) и инженеры-химики из Engelhard Corporation. Помимо удаления большего количества загрязняющих веществ, они начинают очищать выхлопные газы намного быстрее, чем предыдущие преобразователи, поэтому они более эффективны при более коротких поездках.

Изображение: В улучшенной конструкции Карла Кейта и Джона Муни есть два отдельных каталитических нейтрализатора. Загрязненные газы выходят из двигателя (красный, 10) и выпускного коллектора (оранжевый, 11) через первый катализатор (зеленый, 13), а затем второй (25), расположенный на некотором расстоянии, прежде чем выйти через выхлопную трубу (серый , 26). Иллюстрация из патента США 3,896,616: процесс и оборудование, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Рекламные ссылки

Узнать больше

На сайте

Книги

• Каталитический контроль загрязнения воздуха: коммерческая технология Рональда М.Хек, Роберт Дж. Фаррауто, Суреш Т. Гулати. John Wiley & Sons, 2016. Тщательно исчерпывающее руководство по теме, которое начинается с основ химии катализа, а затем переходит к преобразователям бензиновых и дизельных двигателей, стационарным источникам и таким темам, как контроль озона в самолетах и ​​очистка атмосферного воздуха.
• «Загрязнение воздуха от транспортных средств: стандарты и технологии контроля выбросов» Асифа Файза, Кристофера С. Уивера и Майкла П. Уолша. Публикации Всемирного банка, 1996 г.Интересный технический отчет с акцентом на то, как на практике контролируются выбросы в наиболее развитых и загрязненных городах мира. Включает множество полезных цифр и таблиц, а также сравнение эффективности законодательства о выбросах в разных странах. Вы также можете скачать его в формате PDF с исследовательского сайта Всемирного банка.
• Автомобильные каталитические преобразователи Кэтлин К. Тейлор. Springer, 1984/2012. Немного устарело, но все же полезно для справочной информации.

Новостные статьи

• Воры по всей стране скользят под машинами, проникая в каталитические нейтрализаторы Хироко Табучи, The New York Times, 21 февраля 2021 года.Драгоценные металлы по-прежнему делают каталитические нейтрализаторы привлекательной мишенью для воров.
• Джон Дж. Муни, изобретатель каталитического нейтрализатора, скончался в возрасте 90 лет по сообщению Сэма Робертса, The New York Times, 25 июня 2020 года. Оглядываясь на жизнь инженер, который первым изобрел трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы.
• Заявление об изобретении более чистого двигателя: BBC News, 22 января 2010 г. Шотландский изобретатель утверждает, что разработал двигатель с охлаждением, который практически не производит выбросов твердых частиц (сажи).
• «Когда платина взлетает, каталитический нейтрализатор нагревается» Мэтью Феникс. Wired, 17 февраля 2008 г. Почему воры считают, что из-за стремительного роста цен на платину каталитические нейтрализаторы стоит украсть
Преобразователи автомобилей
• сокращают смог, но способствуют глобальному потеплению, Мэтью Уолд. The New York Times, 29 мая 1998 г. EPA выпускает отчет, в котором освещаются проблемы с оксидом азота.
• Каталитические нейтрализаторы действительно «зеленые» ?: The Guardian, Notes and Queries. Читатели высказывают свое мнение о том, действительно ли кошки помогают планете.
• Каталитический нейтрализатор: Большое «Если» 1975 года Роберта У. Ирвина. The New York Times, 13 октября 1974 г. Эта статья из архивов показывает, как автомобильная промышленность серьезно беспокоилась об эффективности каталитических нейтрализаторов, когда они были впервые представлены в середине 1970-х годов.

Патенты

• Патент США 2 674 521: Каталитический нейтрализатор для выхлопных газов, автор Юджин Худри, 6 апреля 1954 г. В этом очень удобном для чтения патенте Хаудри объясняет, почему он разработал каталитические конвекторы и различные технические проблемы, которые он должен был решить в процессе (например, решение газы, образующиеся при различных условиях вождения).
• Патент США 3,896,616: процесс и устройство, авторы Карл Д. Кейт и Джон Дж. Муни, 29 июля 1975 г. Другой очень удобный для чтения патент, в нем описан улучшенный трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, используемый в большинстве современных транспортных средств.
• Патент США 4 672 809: Каталитический нейтрализатор для дизельного двигателя, автор Ричард К. Корнелисон и Уильям Б. Реталлик, W. R. Grace and Co, 16 июня 1987 г. Описывает некоторые проблемы, связанные с работой каталитического нейтрализатора с выбросами дизельного двигателя.
• Патент США 5,578,277: Модульный каталитический нейтрализатор и глушитель для двигателя внутреннего сгорания Скотта Т.Уайт и др., Caterpillar, 26 ноября 1996 г. Этот патент объясняет, как несколько каталитических блоков работают вместе над выхлопными газами очень большого дизельного двигателя.

Практические статьи

• «Тестирование и ремонт каталитических нейтрализаторов», Морт Шульц, Popular Mechanics, декабрь 1985 г. Датированная, но все же очень интересная статья, в которой объясняются различные типы каталитических преобразователей и исследуются причины их неисправности.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2007, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитируйте эту страницу

Вудфорд, Крис.(2007/2020) Каталитические нейтрализаторы. Получено с https://www.explainthatstuff.com/catalyticconverters.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Как работают каталитические нейтрализаторы?

Как работают каталитические нейтрализаторы? — Объясни это Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 20 октября 2020 г.

Почерневшие здания и удушье улицы — если это ваш опыт когда вы открываете входную дверь утром, вы, вероятно, живете в большом такой город, как Лос-Анджелес, Лондон, Париж или Пекин.Автомобили, автобусы и грузовики стали большим подарком миру, потому что они помогают нам перемещаться себя (и то, что нам нужно) быстро и качественно. Но их загрязнение двигателя портит места, где мы живем и вредит нашему здоровью. К счастью, сейчас большинство автомобилей оснащены уменьшающие загрязнение единицы, называемые каталитическими конвертеры (иногда называемые «коты» или «кошки-минусы»), которые превращают вредные химические вещества в выхлопных газах автомобиля превращаются в безвредные газы, такие как пар. Давайте подробнее рассмотрим эти блестящие гаджеты и то, как они работай!

Иллюстрация: Основная концепция каталитического нейтрализатора: расположенный между двигателем вашего автомобиля и выхлопной трубой, он забирает грязный воздух и удаляет из него значительное количество загрязнений с помощью химических катализаторов.

Почему двигатели загрязняют окружающую среду

Фото: Колонны Парфенона в Афинах, Греция, почернели из-за загрязнения автомобиля. Афины — один из самых загрязненных автомобильным транспортом городов мира. Фото Майкла М. Редди любезно предоставлено Геологическая служба США.

Автомобильные двигатели работают на бензине или дизельном топливе, которые сделаны из нефти. Большая часть нашей нефти образуется, когда останки крошечных морских существ гниют, нагреваются и сдавливаются слои горных пород морского дна.Нефть состоит из углеводородов (молекулы, построенные из атомов углерода и водорода) потому что живые организмы тоже в основном состоят из этих атомов.

Теоретически, если вы сжигаете любое углеводородное топливо с кислородом из воздуха, вы выделяете много энергии и не производят ничего, кроме углекислого газа и воды, которые являются чистыми и относительно безвредными. Однако на практике бензин представляет собой смесь около 150 различных химикатов, не только углеводородов, но и добавок, и он горит не так чисто, как хотелось бы.Это означает, что вы обычно получаете загрязнение воздуха как побочный продукт. Загрязняющие газы, производимые автомобильными двигателями, включают: ядовитый газ, называемый монооксидом углерода, а также ЛОС (летучие органические соединений) и оксидов азота, вызывающих «смог» (вид удушья, облачное загрязнение транспортных средств, которое мы все знаем и ненавидим).

Рекламные ссылки

Что такое каталитический нейтрализатор?

Загрязняющие газы состоят из вредных молекул, но эти молекулы сделаны из относительно безвредных атомов.Итак, если бы мы могли найти способ расщепление молекул после того, как они покидают двигатель автомобиля и до они выбрасываются в воздух, мы могли бы решить проблему загрязнение — по крайней мере, некоторая его часть. Эту работу выполняет каталитический нейтрализатор.

Фото: экспериментальный новый каталитический нейтрализатор. тестируется под автомобилем. Фотография любезно предоставлена ​​Юго-Западным исследовательским институтом и Министерство энергетики США / Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (DoE / NREL).

Эти гаджеты намного проще, чем кажется.Катализатор это просто химическое вещество, которое заставляет химическую реакцию идти быстрее без самого себя меняется в процессе. Это немного похоже на тренера по легкой атлетике, который стоит на обочине трассы и кричит бегунам, чтобы те ехали быстрее. В тренер никуда не бежит; он просто стоит, машет руками, и заставляет бегунов разгоняться. В каталитическом нейтрализаторе Задача катализатора — ускорить удаление загрязнений. Катализатор изготовлен из платины или аналогичного платиноподобного металла. такие как палладий или родий.

Каталитический нейтрализатор — это большой металлический ящик, прикрепленный болтами к днищу автомобиля, из которого выходят две трубы. Один из них («вход» преобразователя) подключен к двигателю и выводит горячие загрязненные пары из цилиндров двигателя (где топливо сгорает и вырабатывает энергию). Вторая труба («выход» преобразователя) подсоединяется к выхлопной трубе (выхлопу). Когда газы из выхлопных газов двигателя обдувают катализатор, на его поверхности происходят химические реакции, разлагающие загрязняющие газы и превращающие их в другие газы, которые достаточно безопасны, чтобы безвредно выбрасывать их в воздух.

Очень важно отметить, что каталитические нейтрализаторы требуют используйте неэтилированный бензин, потому что свинец в обычном топливе «отравляет» катализатор и не позволяет ему поглощать вредные вещества в выхлопных газах. газы.

Что происходит внутри конвертера?

Фото: Инженеры постоянно стараются улучшить производительность каталитических нейтрализаторов, например, путем разработки катализаторов, которые более эффективно работают на более низкие температуры.Это пример низкотемпературного катализатора окисления из оксида олова и платины. Фото CPL Bryant V любезно предоставлено Исследовательским центром NASA в Лэнгли (NASA-LaRC).

Внутри конвертера газы проходят через плотные соты. конструкция из керамики с покрытием с катализаторами. Сотовая структура означает, что газы соприкасаются с большая площадь катализатора сразу, поэтому они быстрее преобразуются и эффективно.

Обычно в одном катализатор:

• Один из них решает проблему загрязнения оксида азота с помощью химический процесс, называемый восстановлением (удаление кислорода).Это расщепляет оксиды азота на азот и кислородные газы (которые безвредны, потому что они уже существуют в воздухе вокруг нас).
• Другой катализатор работает за счет противоположного химического процесса, называемого окислением (добавление кислород) и превращает окись углерода в двуокись углерода. Другая реакция окисления превращает несгоревшие углеводороды в выхлопных газах в диоксид углерода и воду.

Фактически, одновременно происходят три разные химические реакции. Вот почему мы говорим о трехкомпонентных каталитических нейтрализаторах.(Некоторые, менее эффективные преобразователи проводят только вторые две (окислительные) реакции, поэтому они называются двухкомпонентными каталитическими нейтрализаторами.) После того, как катализатор выполнил свою работу, из выхлопной трубы выходит в основном азот, кислород, углекислый газ и вода (в виде пар).

Насколько эффективны каталитические нейтрализаторы?

Диаграмма: Эффективность каталитических нейтрализаторов. Кошки имеют большое значение для выбросов, поскольку трехходовые преобразователи дают дополнительные преимущества по сравнению с двусторонними преобразователями.Цифры показывают загрязняющие вещества в граммах на километр на расстоянии 80 000 километров. Диаграмма составлена ​​Explain that Stuff.com с использованием данных Агентства по охране окружающей среды США (1990 г.) для легковых автомобилей с бензиновым двигателем, приведенных в таблице 3.2 (стр. 75) документа «Загрязнение воздуха автотранспортными средствами: стандарты и технологии контроля выбросов», Faiz et al. Всемирный банк, 1996.

Каталитические нейтрализаторы

в основном предназначены для уменьшения непосредственного локального загрязнения воздуха — грязного воздуха, в котором вы едете, — и эта диаграмма, безусловно, свидетельствует об их эффективности.Тем не менее, люди иногда задаются вопросом, действительно ли они такие зеленые, как кажутся. Важно помнить, что они сокращают выбросы , а не полностью их устраняют.

Одна проблема заключается в том, что они действительно работают только при высоких температурах (более 300 ° C / 600 ° F или около того), когда двигатель успевает прогреться. Первым типам каталитических нейтрализаторов обычно требовалось около 10–15 минут для разогрева, поэтому они были совершенно неэффективны в течение первых нескольких километров / миль пути (или любой части очень короткого пути).Современные конвертеры прогреваются всего за 2–3 минуты; даже в этом случае в это время все еще могут происходить значительные выбросы.

Таблица

: Каталитические нейтрализаторы становятся эффективными только при высоких рабочих температурах. Эта диаграмма показывает эффективность типичного устройства при преобразовании окиси углерода в диапазоне различных температур. Оксиды азота преобразуются с несколько большей эффективностью, а углеводороды — с несколько меньшей эффективностью. При высоких температурах окись углерода преобразуется с наименьшей эффективностью из трех.

Другой вопрос, увеличивают ли они выбросы парниковых газов. Мы думаем о двуокиси углерода как о безопасном газе, потому что он не токсичен в повседневных концентрациях. Тем не менее, это не совсем безобидно, потому что теперь мы знаем, что это основная причина глобального потепления и изменения климата. Некоторые люди считают, что каталитические нейтрализаторы ухудшают изменение климата, потому что они превращают окись углерода в двуокись углерода. Фактически, угарный газ, который производит ваша машина, в конечном итоге сам по себе превращается в углекислый газ в атмосфере, поэтому каталитический нейтрализатор не имеет никакого значения в этом отношении: он просто снижает угарный газ, который автомобиль выбрасывает на улицу, когда он едет. улучшение качества местного воздуха.

Но когда дело доходит до изменения климата, автоинженеры и экологи давно отметили еще одну серьезную проблему. Хотя кошки превращают большую часть оксидов азота в азот и кислород, они также производят небольшие количества закиси азота (N2O), парникового газа, который более чем в 300 раз сильнее углекислого газа. Проблема в том, что при таком большом количестве транспортных средств даже небольшое количество закиси азота становится серьезной проблемой. Еще в 2000 году Межправительственная группа экспертов по изменению климата отметила: «Внедрение каталитических нейтрализаторов в качестве меры борьбы с загрязнением в большинстве промышленно развитых стран приводит к значительному увеличению Выбросы N2O от автомобилей с бензиновым двигателем.» К счастью, новые каталитические нейтрализаторы производят значительно меньше закиси азота, чем старые. Тем не менее, хотя каталитические нейтрализаторы, безусловно, помогли нам справиться с краткосрочным загрязнением воздуха, есть опасения, что когда дело доходит до долгосрочного изменения климата, они могут усугубить ситуацию.

Как работает каталитический нейтрализатор

До того, как были разработаны каталитические нейтрализаторы, отработанные газы, производимые автомобильным двигателем, направлялись прямо в выхлопную трубу. выхлопную трубу и в атмосферу.Каталитический нейтрализатор находится между двигателем и выхлопной трубой, но он не работает как простой фильтр: он меняет химический состав выхлопных газов, переставляя атомов, из которых они сделаны:

1. Молекулы загрязняющих газов откачиваются из двигателя мимо сотового катализатора, изготовленного из платины, палладия или родия.
2. Катализатор расщепляет молекулы на атомы.
3. Затем атомы рекомбинируют в молекулы относительно безвредных веществ, таких как углекислый газ, азот и вода, которые безопасно выдуваются через выхлоп.

Работают ли каталитические нейтрализаторы для дизельных двигателей?

График

: Грязные дизели? Только малая часть выбросов дизельного двигателя (около одного процента) — это загрязнение. Этот один процент состоит в основном из оксидов азота (около 50 процентов) и твердых частиц с относительно небольшими количествами моноксида углерода, углеводородов и диоксида серы. Построено с использованием цифр из публикации Ибрагима Аслана Решитоглу и др., «Выбросы загрязняющих веществ от автомобилей с дизельным двигателем и систем нейтрализации выхлопных газов», «Чистые технологии и политика в области окружающей среды», январь 2015, том 17, выпуск 1, в котором приводятся данные из «Выбросы дизельных двигателей и их контроль» М.Хаир и В. Маевски. Society of Automotive Engineers, Inc., Warrendale, PA: 2006.

.

В дизельных двигателях могут использоваться и используются каталитические нейтрализаторы, но есть несколько важных отличий. от того, как они работают в бензиновых двигателях.

• В дизелях вместо трехкомпонентных катализаторов используются двухкомпонентные катализаторы окисления (которые решают только угарный газ и углеводороды), и специально разработанные работать с дизельными выхлопами, которые значительно холоднее бензиновых.
• Поскольку у них нет катализаторов восстановления, дизельные двигатели производят гораздо более высокие выбросы оксидов азота в выхлопные трубы, чем бензиновые двигатели.(Существуют различные другие механизмы, которые дизели могут использовать для борьбы с выбросами NOx, но мы не будем здесь вдаваться в подробности.)
• Каталитические нейтрализаторы в дизельных двигателях действительно помогают снизить выбросы твердых частиц (в основном сажи), хотя и незначительно; в частности, они устраняют один тип твердых частиц, известный как растворимая органическая фракция, SOF, состоящий из углеводородов, связанных с сажей. Дизельные сажевые фильтры (DPF) должны использоваться для значительного воздействия на выбросы сажи из двигателя.
• Помимо автомобилей, дизельные двигатели, как правило, приводят в движение автомобили гораздо большей мощности, чем бензиновые (например, огромные строительные машины), со значительно большей мощностью выхлопа.Вместо одного каталитического нейтрализатора, установленного между двигателя и выхлопной трубы, они могут иметь несколько отдельных блоков, установленных параллельно, чтобы справиться с более крупной выхлопной трубой. объем газа (как на схеме ниже).

Иллюстрации: Большие дизельные двигатели могут производить гораздо больший объем выхлопных газов, поэтому им, возможно, придется использовать несколько каталитических нейтрализаторов «параллельно». В этой конструкции компании Caterpillar 1990-х годов огромный преобразователь (серый) имеет диаметр около 1 м (3,3 фута). Выхлопной газ входит слева (1), равномерно разделяется на потоки блоком распределения потока (2, синий), проходит через один из семи отдельных блоков каталитического нейтрализатора (3, красный), подавляется системой глушителя шума (4 , зеленый) и выходы, несколько очищенные, через выхлопную трубу (5).Иллюстрация из патента США 5 578 277: Модульный каталитический нейтрализатор и глушитель для двигателя внутреннего сгорания Скотта Т. Уайта и др., Caterpillar, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Кто изобрел каталитический нейтрализатор?

« Мне нравится делать вещи реальностью, и именно этим занимаются инженеры — они берут основы науки и заставляют вещи происходить». »

Джон Дж. Муни, пионер катализаторов

Кого мы благодарим за то, что сделали улицы и города безопаснее и чище? Французский инженер-химик Юджин Гудри (1892–1962) запатентовал то, что, кажется, было самым первым каталитический нейтрализатор в США, зарегистрировав изобретение 5 мая 1950 г. и получив его (Патент США 2674521: Каталитический нейтрализатор выхлопных газов) четыре года спустя, 6 апреля 1954 г.Гудри ранее изобрел каталитический крекинг , промышленный процесс , Многие крупные сложные органические химические вещества в нефти разделены на десятки полезных продуктов, включая бензин. После этого он экспериментировал с различными видами автомобильного топлива и делал их чище. Хотя он осознавал растущую проблему загрязнения воздуха, его идеи намного опережали свое время: Каталитические нейтрализаторы были «отравлены» свинцовыми присадками, используемыми в бензине для улучшения характеристик.К счастью, в 1970-х годах люди начали осознавать опасность свинца, токсичного тяжелого металла. В 1973 году Агентство по охране окружающей среды США (EPA) выпустило отчет, демонстрирующий, как свинец наносит вред здоровью людей, что положило начало медленному процессу удаления свинца из бензина. Первые практические каталитические нейтрализаторы появились вскоре после этого, в середине 1970-х годов, и с тех пор используются в автомобилях.

Изображение: оригинальный каталитический нейтрализатор Юджина Гудри из его патента 1950 года.По сути, это набор концентрических металлических трубок (синего цвета), через которые проходят выхлопные газы. Чистый воздух всасывается через вентиляционные отверстия (желтые) с помощью трубки Вентури (оранжевая). Как и в случае с современным котом, Хаудри объясняет, что «нанесенный мелкодисперсный металлический катализатор предпочтительно представляет собой платину», хотя можно использовать другие подобные металлы; В отличие от современной кошки, катализатор (зеленый) расположен не в виде сот, а установлен в шестнадцати отдельных кольцах (красных) с интервалами вдоль трубки, причем каждое из них работает параллельно.Изображение из патента США 2 674 521: Каталитический нейтрализатор выхлопных газов, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Houdry изобрел основной катализатор окисления для борьбы с оксидом углерода. Усовершенствованные трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы, которые также могут нейтрализовать оксиды азота, были разработаны в начале 1970-х гг. Карл Кейт (1920–1988), Джон Муни (1929–2020) и инженеры-химики из Engelhard Corporation. Помимо удаления большего количества загрязняющих веществ, они начинают очищать выхлопные газы намного быстрее, чем предыдущие преобразователи, поэтому они более эффективны при более коротких поездках.

Изображение: В улучшенной конструкции Карла Кейта и Джона Муни есть два отдельных каталитических нейтрализатора. Загрязненные газы выходят из двигателя (красный, 10) и выпускного коллектора (оранжевый, 11) через первый катализатор (зеленый, 13), а затем второй (25), расположенный на некотором расстоянии, прежде чем выйти через выхлопную трубу (серый , 26). Иллюстрация из патента США 3,896,616: процесс и оборудование, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Рекламные ссылки

Узнать больше

На сайте

Книги

• Каталитический контроль загрязнения воздуха: коммерческая технология Рональда М.Хек, Роберт Дж. Фаррауто, Суреш Т. Гулати. John Wiley & Sons, 2016. Тщательно исчерпывающее руководство по теме, которое начинается с основ химии катализа, а затем переходит к преобразователям бензиновых и дизельных двигателей, стационарным источникам и таким темам, как контроль озона в самолетах и ​​очистка атмосферного воздуха.
• «Загрязнение воздуха от транспортных средств: стандарты и технологии контроля выбросов» Асифа Файза, Кристофера С. Уивера и Майкла П. Уолша. Публикации Всемирного банка, 1996 г.Интересный технический отчет с акцентом на то, как на практике контролируются выбросы в наиболее развитых и загрязненных городах мира. Включает множество полезных цифр и таблиц, а также сравнение эффективности законодательства о выбросах в разных странах. Вы также можете скачать его в формате PDF с исследовательского сайта Всемирного банка.
• Автомобильные каталитические преобразователи Кэтлин К. Тейлор. Springer, 1984/2012. Немного устарело, но все же полезно для справочной информации.

Новостные статьи

• Воры по всей стране скользят под машинами, проникая в каталитические нейтрализаторы Хироко Табучи, The New York Times, 21 февраля 2021 года.Драгоценные металлы по-прежнему делают каталитические нейтрализаторы привлекательной мишенью для воров.
• Джон Дж. Муни, изобретатель каталитического нейтрализатора, скончался в возрасте 90 лет по сообщению Сэма Робертса, The New York Times, 25 июня 2020 года. Оглядываясь на жизнь инженер, который первым изобрел трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы.
• Заявление об изобретении более чистого двигателя: BBC News, 22 января 2010 г. Шотландский изобретатель утверждает, что разработал двигатель с охлаждением, который практически не производит выбросов твердых частиц (сажи).
• «Когда платина взлетает, каталитический нейтрализатор нагревается» Мэтью Феникс. Wired, 17 февраля 2008 г. Почему воры считают, что из-за стремительного роста цен на платину каталитические нейтрализаторы стоит украсть
Преобразователи автомобилей
• сокращают смог, но способствуют глобальному потеплению, Мэтью Уолд. The New York Times, 29 мая 1998 г. EPA выпускает отчет, в котором освещаются проблемы с оксидом азота.
• Каталитические нейтрализаторы действительно «зеленые» ?: The Guardian, Notes and Queries. Читатели высказывают свое мнение о том, действительно ли кошки помогают планете.
• Каталитический нейтрализатор: Большое «Если» 1975 года Роберта У. Ирвина. The New York Times, 13 октября 1974 г. Эта статья из архивов показывает, как автомобильная промышленность серьезно беспокоилась об эффективности каталитических нейтрализаторов, когда они были впервые представлены в середине 1970-х годов.

Патенты

• Патент США 2 674 521: Каталитический нейтрализатор для выхлопных газов, автор Юджин Худри, 6 апреля 1954 г. В этом очень удобном для чтения патенте Хаудри объясняет, почему он разработал каталитические конвекторы и различные технические проблемы, которые он должен был решить в процессе (например, решение газы, образующиеся при различных условиях вождения).
• Патент США 3,896,616: процесс и устройство, авторы Карл Д. Кейт и Джон Дж. Муни, 29 июля 1975 г. Другой очень удобный для чтения патент, в нем описан улучшенный трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, используемый в большинстве современных транспортных средств.
• Патент США 4 672 809: Каталитический нейтрализатор для дизельного двигателя, автор Ричард К. Корнелисон и Уильям Б. Реталлик, W. R. Grace and Co, 16 июня 1987 г. Описывает некоторые проблемы, связанные с работой каталитического нейтрализатора с выбросами дизельного двигателя.
• Патент США 5,578,277: Модульный каталитический нейтрализатор и глушитель для двигателя внутреннего сгорания Скотта Т.Уайт и др., Caterpillar, 26 ноября 1996 г. Этот патент объясняет, как несколько каталитических блоков работают вместе над выхлопными газами очень большого дизельного двигателя.

Практические статьи

• «Тестирование и ремонт каталитических нейтрализаторов», Морт Шульц, Popular Mechanics, декабрь 1985 г. Датированная, но все же очень интересная статья, в которой объясняются различные типы каталитических преобразователей и исследуются причины их неисправности.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2007, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитируйте эту страницу

Вудфорд, Крис.(2007/2020) Каталитические нейтрализаторы. Получено с https://www.explainthatstuff.com/catalyticconverters.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Каталитические преобразователи | Давайте поговорим о науке

Есть ли у вас друзья, которые готовятся к экзамену по вождению? Или, может быть, вы тот, кто усвоил правила дорожного движения. Но как много вы на самом деле знаете о своей машине? Например, вы говорили, что благородные металлы помогают очищать выхлоп двигателя?

Предупреждение о заблуждении

Благородные металлы и драгоценные металлы — это не одно и то же.Драгоценные металлы имеют высокую денежную ценность. Благородные металлы обладают высокой устойчивостью к коррозии и окислению. Однако некоторые драгоценные металлы также относятся к благородным металлам.

Что выходит из выхлопной трубы автомобиля?

Выхлоп автомобилей также называют выхлопными газами автомобилей. В нем много веществ. Некоторые из них более вредны, чем другие.

В двигателе вашего автомобиля, вероятно, используется бензин в качестве топлива. Бензин — углеводород . Ваша машина смешивает это топливо с воздухом перед тем, как сжечь его.Этот процесс называется сжиганием , и он дает множество побочных химических продуктов.

Некоторые из этих побочных продуктов совершенно безопасны. Например, воздух на 78% состоит из газообразного азота (N ₂ ). Часть этого азота реагирует с кислородом во время горения. Однако большая его часть попадает в выхлоп двигателя как N ₂ . Выхлоп двигателя также включает воду (H ₂ O). Зимой вы часто будете видеть, как из выхлопных труб капает вода.

Автомобильные двигатели также выделяют много вредных веществ.Некоторые из них могут вызвать кислотное осаждение. Это касается диоксида углерода (CO ₂ ), оксидов азота (NO _x ) и оксидов серы .

Другие выбросы от транспортных средств могут вызвать проблемы со здоровьем, такие как сердечно-сосудистые заболевания и рак. Так обстоит дело с несгоревшими углеводородами, твердыми частицами (частицами углерода) и летучими органическими соединениями (ЛОС) .

Автомобильные двигатели также выделяют окиси углерода (CO) .Этот ядовитый газ может заменить кислород в вашем кровотоке. Если вы вдыхаете его достаточно, он может даже задохнуться!

Звучит очень опасно, не так ли? К счастью, каталитические нейтрализаторы помогают снизить вредные выбросы двигателя. Вот как.

Что такое каталитический нейтрализатор?

Каталитический нейтрализатор был изобретен около 1950 года Эженом Удри. Он был французским инженером-механиком. Он разработал каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов автомобилей.

Каталитические нейтрализаторы начали широко использовать примерно в 1975 году. В то время правительства начали попытки уменьшить загрязнение воздуха от автомобилей. Но тогда многие автомобили использовали этилированный бензин. Свинец (Pb) может препятствовать нормальной работе каталитического нейтрализатора. Это потому, что свинец может покрывать поверхность, которая обычно вступает в реакцию с выхлопными газами.

Знаете ли вы?

Представьте, что вы использовали одинаковое количество топлива в внедорожнике с каталитическим нейтрализатором и в газонокосилке без него.Газонокосилка будет выделять примерно в 100 раз больше загрязняющих веществ!

Как работают каталитические нейтрализаторы?

На автомобиле каталитический нейтрализатор прикреплен к выхлопной трубе. Металлический корпус содержит керамические соты. Соты покрыты смесью платины (Pt), палладия (Pd) и родия (Rh). Эти благородные металлы хорошо сопротивляются окислению, коррозии и кислоте. Это означает, что они могут противостоять плохой погоде и всем химическим веществам, выделяемым автомобильным двигателем.

Благородные металлы в каталитических нейтрализаторах действуют как катализаторы .Катализаторы представляют собой соединения , которые могут запускать химическую реакцию, не затрагивая самих себя. Сотовая структура внутри каталитического нейтрализатора увеличивает площадь поверхности, на которой могут происходить реакции.

Каталитические преобразователи используют в качестве катализаторов такие элементы, как платина (Pt), палладий (Pd) и родий (Rh) (давайте поговорим о науке с использованием фотографий Periodictableru [CC BY], Изображения химических элементов в высоком разрешении [CC BY и Alchemist-hp ( talk) www.pse-mendelejew Производная работа: Purpy Pupple [CC BY-SA 3.0] Wikimedia Commons (Pt, Pd, Rh)).

Знаете ли вы?

Сегодня около 98% всех продаваемых в мире новых автомобилей содержат каталитический нейтрализатор.

Какие химические реакции происходят в катализаторе?

В каталитических нейтрализаторах

используются реакции восстановления, и , окислительно-восстановительные, (окислительно-восстановительные) для уменьшения вредных выбросов.

Они используют катализатор восстановления , состоящий из платины и родия. Он помогает уменьшить количество оксидов азота (NO _x ), удаляя атомы азота из молекул оксида азота (NO и NO ₂ ).Это позволяет свободному кислороду образовывать газообразный кислород (O ₂ ). Затем атомы азота, прикрепленные к катализатору, вступают в реакцию друг с другом. В результате этой реакции образуется газообразный азот (N ₂ ).

Реакции восстановления азотной кислоты и диоксида азота (© Let’s Talk Science, 2019).

Изображение — текстовая версия

Азотная кислота и диоксид азота восстанавливаются с образованием газообразного азота и газообразного кислорода.

В каталитических нейтрализаторах

также используется катализатор окисления , состоящий из платины или палладия.Это помогает снизить содержание углеводородов (HC) и оксида углерода (CO). Начнем с того, что окись углерода и кислород соединяются с образованием двуокиси углерода (CO2). Затем несгоревшие углеводороды и кислород объединяются с образованием диоксида углерода и воды.

Реакции окисления монооксида углерода и несгоревших углеводородов (© Let’s Talk Science, 2019).

Изображение — текстовая версия

Окись углерода и кислород соединяются с образованием двуокиси углерода. Несгоревшие углеводороды и кислород соединяются с образованием диоксида углерода и воды.

Современные каталитические нейтрализаторы также используют кислородные датчики . Иногда их называют лямбда-датчиками. Они контролируют, сколько дополнительного кислорода закачивается в выхлопной поток. Поддержание правильного количества кислорода делает реакции восстановления и окисления более эффективными.

Знаете ли вы?

Автомобильный двигатель производит наибольшее количество загрязняющих веществ сразу после его включения. Это потому, что каталитическим нейтрализаторам может потребоваться несколько минут, чтобы сработать.Это отличный повод прогуляться, если вам нужно проехать лишь небольшое расстояние!

Исследователи изучают, можно ли использовать золото в каталитических нейтрализаторах. Это может показаться дорогим. Но на самом деле золото дешевле многих других благородных металлов. И это еще не все! Фактически, в ближайшие пару десятилетий у нас могут закончиться такие металлы, как платина. В некоторых местах люди даже воруют каталитические нейтрализаторы, чтобы добраться до драгоценных благородных металлов внутри!

Как работают каталитические нейтрализаторы | HowStuffWorks

В химии катализатор — это вещество, которое вызывает или ускоряет химическую реакцию, не затрагивая себя.Катализаторы участвуют в реакциях, но не являются ни реагентами, ни продуктами реакции, которую они катализируют. В организме человека ферменты являются естественными катализаторами, ответственными за многие важные биохимические реакции [источник: Chemicool].

В каталитическом нейтрализаторе работают два различных типа катализатора: катализатор восстановления и катализатор окисления . Оба типа состоят из керамической структуры, покрытой металлическим катализатором, обычно платиной, родием и / или палладием.Идея состоит в том, чтобы создать структуру, которая подвергает максимальную площадь поверхности катализатора потоку выхлопных газов, а также минимизирует необходимое количество катализатора, поскольку материалы чрезвычайно дороги. Некоторые из новейших конвертеров даже начали использовать золото, смешанное с более традиционными катализаторами. Золото дешевле, чем другие материалы, и может увеличивать окисление, химическую реакцию, которая снижает количество загрязняющих веществ, до 40 процентов [источник: Kanellos].

Большинство современных автомобилей оснащены трехкомпонентными каталитическими нейтрализаторами .Это относится к трем регулируемым выбросам, которые он помогает снизить.

Катализатор восстановления — первая ступень каталитического нейтрализатора. В нем используются платина и родий, чтобы уменьшить выбросы NOx. Когда молекула NO или NO2 контактирует с катализатором, катализатор вырывает атом азота из молекулы и удерживает его, высвобождая кислород в форме O2. Атомы азота связываются с другими атомами азота, которые также прилипают к катализатору, образуя N2. Например:

2NO => N2 + O2 или 2NO2 => N2 + 2O2

2NO => N ₂ + O ₂ или 2NO 2 2NO 2 => N ₂ + 2O ₂

Катализатор окисления является второй ступенью каталитического нейтрализатора.Он уменьшает количество несгоревших углеводородов и окиси углерода путем их сжигания (окисления) над платиновым и палладиевым катализатором. Этот катализатор способствует реакции CO и углеводородов с оставшимся кислородом в выхлопных газах. Например:

2CO + O ₂ => 2CO ₂

В каталитических нейтрализаторах используются два основных типа структур — соты и керамические шарики . В большинстве автомобилей сегодня используется сотовая структура.

В следующем разделе мы рассмотрим третий этап процесса конверсии и то, как получить максимальную отдачу от каталитического нейтрализатора.