Paano gumagana ang isang automotive catalytic converter?

Sa panahon ng pagpapatakbo ng isang panloob na engine ng pagkasunog, ang mga gas na maubos ay inilabas sa himpapawid, na hindi lamang isa sa mga pangunahing sanhi ng polusyon sa hangin, ngunit isa rin sa mga sanhi ng maraming sakit.

Ang mga gas na ito, na lumalabas sa mga sistema ng maubos ng mga sasakyan, ay binubuo ng labis na nakakapinsalang mga elemento, samakatuwid ang mga modernong kotse ay nilagyan ng isang espesyal na maubos na sistema, kung saan laging may isang katalista.

Ang catalytic converter ay sumisira sa mga nakakapinsalang molekula sa mga gas na maubos at ginagawa itong ligtas hangga't maaari para sa mga tao at sa kapaligiran.

Ano ang isang katalista?

Ang isang catalytic converter ay isang uri ng aparato na ang pangunahing gawain ay upang mabawasan ang mga nakakapinsalang emissions mula sa mga gas na maubos mula sa mga engine ng sasakyan. Ang istraktura ng katalista ay simple. Ito ay isang lalagyan ng metal na naka-install sa maubos na sistema ng isang kotse.

Mayroong dalawang tubo sa tangke. Ang "input" ng converter ay konektado sa engine, at ang mga gas na maubos ay pumasok sa pamamagitan nito, at ang "output" ay konektado sa resonator ng sistema ng maubos ng sasakyan.

Kapag ang mga gas na maubos mula sa makina ay pumasok sa katalista, nagaganap ang mga reaksyong kemikal. Sinisira nila ang mga mapanganib na gas at ginawang mga hindi nakapipinsalang gas na maaaring mailabas sa kapaligiran.

Ano ang mga elemento ng catalytic converter?

Upang gawing mas malinaw ito tungkol sa kung paano gumagana ang isang automobile catalytic converter, isaalang-alang natin kung ano ang mga pangunahing elemento nito. Nang hindi napupunta sa mga detalye, nakalista lamang kami sa mga pangunahing elemento kung saan ito binuo.

Substrate

Ang substrate ay ang panloob na istraktura ng katalista kung saan ang katalista at mahalagang mga metal ay pinahiran. Mayroong ilang mga uri ng mga substrate. Ang kanilang pangunahing pagkakaiba ay ang materyal na kung saan ito ginawa. Kadalasan ito ay isang inert substance na nagpapatatag ng mga aktibong particle sa ibabaw nito.

Coverage

Ang aktibong catalyst na materyal ay karaniwang binubuo ng alumina at mga compound tulad ng cerium, zirconium, nickel, barium, lanthanum at iba pa. Ang layunin ng patong ay upang palawakin ang pisikal na ibabaw ng substrate at magsilbi bilang isang base kung saan idineposito ang mga mahalagang metal.

Precious riles

Ang mga mahalagang metal na naroroon sa catalytic converter ay nagsisilbing magsagawa ng isang napakahalagang catalytic reaction. Ang karaniwang ginagamit na mahalagang mga metal ay platinum, palladium at rhodium, ngunit sa mga nakaraang taon ang isang malaking bilang ng mga tagagawa ay nagsimulang gumamit ng ginto.

Pabahay

Ang housing ay ang panlabas na shell ng device at naglalaman ng substrate at iba pang elemento ng catalyst. Ang materyal na kung saan ang kaso ay karaniwang ginawa ay hindi kinakalawang na asero.

Mga Pipe

Ang mga tubo ay kumokonekta sa catalytic converter ng sasakyan sa maubos na sistema at makina ng sasakyan. Ang mga ito ay gawa sa hindi kinakalawang na asero.

Paano gumagana ang isang automotive catalytic converter?

Para sa pagpapatakbo ng isang panloob na engine ng pagkasunog, mahalaga na ang isang matatag na proseso ng pagkasunog ng pinaghalong air-fuel ay nagaganap sa mga silindro nito. Sa panahon ng prosesong ito, nabubuo ang mga mapanganib na gas, tulad ng carbon monoxide, nitrogen oxides, hydrocarbons at iba pa.

Kung ang kotse ay walang catalytic converter, lahat ng ito ay labis na nakakapinsalang mga gas, pagkatapos na mapalabas sa exhaust manifold mula sa makina, ay dadaan sa exhaust system at direktang papasok sa hangin na ating hininga.

Kung ang sasakyan ay mayroong catalytic converter, ang mga gas na maubos ay dadaloy mula sa engine papunta sa muffler sa pamamagitan ng honeycomb ng substrate at reaksyon ng mga mahalagang metal. Bilang isang resulta ng isang reaksyon ng kemikal, ang mga nakakapinsalang sangkap ay na-neutralize, at ang hindi nakakapinsalang tambutso, na karamihan ay carbon dioxide, ay papasok sa kapaligiran mula sa sistema ng maubos.

Alam natin mula sa mga aralin sa kimika na ang isang katalista ay isang sangkap na nagdudulot o nagpapabilis ng isang kemikal na reaksyon nang hindi ito naaapektuhan. Ang mga catalyst ay nakikilahok sa mga reaksyon ngunit hindi mga reactant o mga produkto ng isang catalytic na reaksyon.

Mayroong dalawang yugto kung saan dumaan ang mga nakakapinsalang gas sa isang catalyst: pagbawas at oksihenasyon. Paano ito gumagana

Kapag ang temperatura ng operating ng catalyst ay umabot sa 500 hanggang 1200 degree Fahrenheit o 250-300 degrees Celsius, dalawang bagay ang nangyayari: pagbawas, at kaagad pagkatapos nito ay ang reaksyon ng oksihenasyon. Ito ay medyo kumplikado, ngunit talagang nangangahulugan ito na ang mga molekula ng sangkap ay nawawala at nakakakuha ng mga electron nang sabay, na nagbabago ng kanilang istraktura.

Ang pagbawas (pagsipsip ng oxygen) na nangyayari sa katalista ay naglalayong i-convert ang nitric oxide sa isang environmentally friendly gas.

Paano gumagana ang isang automotive catalyst sa yugto ng pagbawi?

Kapag ang nitrous oxide mula sa mga gas na maubos ng isang kotse ay pumasok sa katalista, ang platinum at rhodium dito ay nagsisimulang kumilos sa agnas ng mga molekulang nitrogen oxide, na ginagawang ganap na hindi nakakapinsala.

Ano ang nangyayari sa panahon ng yugto ng oksihenasyon?

Ang pangalawang yugto na nagaganap sa catalyst ay tinatawag na reaksyon ng oksihenasyon, kung saan ang hindi nasunog na mga hidrokarbon ay ginawang carbon dioxide at tubig sa pamamagitan ng paghahalo ng oxygen (oksihenasyon).

Ang mga reaksyong naganap sa catalyst ay binago ang komposisyon ng kemikal ng mga maubos na gas, binabago ang istraktura ng atom kung saan ito ginawa. Kapag ang mga molekula ng mapanganib na gas ay dumaan mula sa makina patungo sa catalyst, binabali ito sa mga atomo. Ang mga atomo, muling pagsasama-sama sa mga molekula sa medyo hindi nakakapinsalang sangkap tulad ng carbon dioxide, nitrogen at tubig, at inilabas sa kapaligiran sa pamamagitan ng exhaust system.

Ang mga pangunahing uri ng catalytic converter na ginamit sa mga gasolina engine ay dalawa: two-way at three-way.

Bilateral

Ang isang dobleng pader na (dobleng panig) na katalista ay sabay na nagsasagawa ng dalawang gawain: nagpapakuryente ng carbon monoxide sa carbon dioxide at nag-oxidize ng mga hydrocarbon (hindi nasunog o bahagyang nasunog na gasolina) sa carbon dioxide at tubig.

Ang uri ng automotive catalyst na ito ay ginamit sa diesel at gasolina engine upang mabawasan ang mga nakakapinsalang emissions ng hydrocarbons at carbon monoxide hanggang 1981, ngunit dahil hindi nito mai-convert ang nitrogen oxides, pagkatapos ng 81 napalitan ito ng three-way catalysts.

Three-way redox catalytic converter

Ang ganitong uri ng automotive catalyst, tulad ng naging ito, ay ipinakilala noong 1981, at ngayon ay naka-install ito sa lahat ng mga modernong kotse. Ang three-way catalyst ay gumaganap ng tatlong mga gawain nang sabay-sabay:

• binabawasan ang nitric oxide sa nitrogen at oxygen;
• nag-oxidize ng carbon monoxide sa carbon dioxide;
• nag-oxidize ng hindi nasunog na mga hidrokarbon sa carbon dioxide at tubig.

Dahil ginagawa ng ganitong uri ng catalytic converter ang parehong mga hakbang sa pagbabawas at oksihenasyon ng catalysis, ginagawa nito ang gawain nito nang may hanggang 98% na kahusayan. Nangangahulugan ito na kung ang iyong sasakyan ay nilagyan ng tulad ng isang catalytic converter, hindi nito madudumihan ang kapaligiran ng mga nakakapinsalang emisyon.

Mga uri ng catalstre sa mga diesel engine

Para sa mga sasakyang diesel, hanggang kamakailan lamang, ang isa sa pinakakaraniwang ginagamit na catalytic converter ay ang Diesel Oxidation Catalyst (DOC). Ang katalista na ito ay gumagamit ng oxygen sa exhaust stream upang mabago ang carbon monoxide sa carbon dioxide at hydrocarbons sa tubig at carbon dioxide. Sa kasamaang palad, ang uri ng catalyst na ito ay 90% lamang mahusay at namamahala upang alisin ang diesel amoy at bawasan ang nakikita ng mga maliit na butil, ngunit hindi epektibo sa pagbawas ng WALANG x emissions.

Ang mga diesel engine ay nagpapalabas ng mga gas na naglalaman ng isang medyo mataas na antas ng particulate matter (uling), na binubuo pangunahin ng elemental na carbon, na hindi makayanan ng mga catalyst ng DOC, kaya't dapat alisin ang mga maliit na butil gamit ang tinaguriang mga filter ng particulate (DPF).

Paano pinapanatili ang mga catalista?

Upang maiwasan ang mga problema sa katalista, mahalagang malaman na:

• Ang average na buhay ng katalista ay halos 160000 km. Matapos maglakbay sa distansya na ito, kailangan mong isaalang-alang ang pagpapalit sa transducer.
• Kung ang sasakyan ay nilagyan ng catalytic converter, hindi ka dapat gumamit ng lead fuel, dahil binabawasan nito ang pagiging epektibo ng catalyst. Ang tanging angkop na gasolina sa kasong ito ay unleaded.

Walang alinlangan, ang mga pakinabang ng mga aparatong ito para sa kapaligiran at ating kalusugan ay napakalaking, ngunit bilang karagdagan sa kanilang mga benepisyo, mayroon din silang mga kakulangan.

Ang isa sa kanilang pinakamalaking dehado ay gumagana lamang sila sa mataas na temperatura. Sa madaling salita, kapag sinimulan mo ang iyong kotse, ang catalytic converter ay halos walang ginagawa upang mabawasan ang mga emissions ng tambutso.

Nagsisimula lamang itong gumana nang mahusay pagkatapos na mainit ang mga maubos na gas sa 250-300 degree Celsius. Ito ang dahilan kung bakit ang ilang mga tagagawa ng kotse ay gumawa ng mga hakbang upang matugunan ang problemang ito sa pamamagitan ng paglipat ng katalista na malapit sa engine, na sa isang banda ay nagpapabuti sa pagganap ng aparato ngunit pinapaikli ang habang-buhay nito dahil ang kalapitan nito sa makina ay inilalantad ito sa napakataas na temperatura.

Sa mga nagdaang taon, napagpasyahan na ilagay ang catalytic converter sa ilalim ng upuan ng pasahero sa isang distansya na papayagan itong gumana nang mas mahusay nang hindi mailantad sa mataas na temperatura ng engine.

Iba pang mga disadvantages ng catalysts ay madalas na clogging at cake burning. Karaniwang nangyayari ang burnout dahil sa hindi nasusunog na gasolina na pumapasok sa exhaust system na nag-aapoy sa catalytic converter feed. Ang pagbabara ay kadalasang nangyayari dahil sa mahina o hindi angkop na gasolina, normal na pagkasira, istilo ng pagmamaneho, atbp.

Ang mga ito ay napakaliit na dehado laban sa backdrop ng napakalaking mga benepisyo na nakukuha natin mula sa paggamit ng mga automotive catalst. Salamat sa mga aparatong ito, limitado ang mga nakakapinsalang emisyon mula sa mga kotse.

Ang ilang mga kritiko ay nangangatwiran na ang carbon dioxide ay isa ring nakakapinsalang paglabas. Naniniwala sila na ang isang katalista ay hindi kailangan sa isang kotse, dahil ang mga naturang emisyon ay nagpapataas ng greenhouse effect. Sa katunayan, kung ang isang kotse ay walang catalytic converter at naglalabas ng carbon monoxide sa hangin, ang oxide na ito ay magiging carbon dioxide sa atmospera.

Sino ang Nag-imbento ng Catalyst?

Bagaman ang mga catalista ay hindi lumitaw nang marami hanggang sa huling bahagi ng 1970s, ang kanilang kasaysayan ay nagsimula nang mas maaga.

Ang ama ng katalista ay itinuturing na Pranses na inhinyero ng kemikal na si Eugene Goudry, na noong 1954 ay nag-patent ng kanyang imbensyon sa ilalim ng pangalang "Exhaust Catalytic Converter".

Bago ang pag-imbento na ito, nag-imbento si Goodry ng catalytic cracking, kung saan ang malalaking kumplikadong mga organikong kemikal ay pinaghihiwalay sa mga hindi nakakapinsalang produkto. Pagkatapos ay nag-eksperimento siya sa iba't ibang uri ng gasolina, ang layunin niya ay gawing mas malinis ito.

Ang aktwal na paggamit ng mga catalista sa mga sasakyan ay naganap noong kalagitnaan ng 1970s, nang ang mas mahigpit na mga regulasyon sa kontrol ng paglabas ay ipinakilala na nangangailangan ng pagtanggal ng tingga mula sa maubos mula sa mababang kalidad na gasolina.

Mga Tanong at Sagot:

Paano suriin ang pagkakaroon ng isang katalista sa isang kotse? Upang gawin ito, tumingin lamang sa ilalim ng kotse. Bilang karagdagan sa pangunahing muffler at ang maliit na muffler (ang resonator na nakaupo sa harap ng exhaust system), ang katalista ay isa pang bombilya.

Nasaan ang catalyst sa kotse? Dahil ang katalista ay dapat gumana sa mga kondisyon ng mataas na temperatura, ito ay matatagpuan malapit sa exhaust manifold hangga't maaari. Nasa harap ito ng resonator.

Ano ang isang katalista sa isang kotse? Ito ay isang catalytic converter - isang karagdagang bombilya sa sistema ng tambutso. Ito ay puno ng ceramic na materyal, na ang pulot-pukyutan ay natatakpan ng mahalagang metal.