ВНИМАНИЕ! Если Вам ПО ТЕЛЕФОНУ предложили перевести деньги на КИВИ-КОШЕЛЁК, то это означает, что к нашим номерам подключились мошенники!!! Будьте внимательны!

Как работает катализатор в автомобиле


что в нем ценного и что будет если его убрать

Резкий скачок уровня автомобилизации общества в конце двадцатого века потребовал глобального усиления требований к экологичности двигателей внутреннего сгорания. Суровые законодательные меры вынудили производителей разработать и внедрить сложные технические комплексы очистки выхлопных газов, главными компонентами которых стали системы электронного управления впрыском топлива и специальные узлы дополнительной переработки продуктов выпуска – каталитические нейтрализаторы.

Содержание статьи:

Зачем нужен в машине каталитический нейтрализатор

Большая часть выхлопных газов состоит из вполне нейтральных и безвредных веществ – азота, водяного пара и двуокиси углерода. Но обойтись только их наличием практически невозможно, такое случается лишь в идеально отрегулированном двигателе, работающем в предсказуемом стационарном режиме.

Во всех других случаях мотор начинает выделять крайне опасные для человека химически активные вещества, моноокись углерода, углеводороды и окислы азота.

Читайте также: Для чего нужна балансировка колес автомобиля

Прямое уничтожение подобных ядов с большой скоростью и в требуемом объёме практически невозможно, поэтому инженеры были вынуждены прибегнуть к известным из химии каталитическим реакциям переработки вредных веществ в относительно нейтральные.

Катализатором в химии называется компонент реакции, который участвует в процессе, хорошо его ускоряет, но сам при этом не расходуется.

Что ценного в устройстве

К сожалению, ценного там оказалось много. В роли катализаторов пришлось применить благородные металлы, наиболее подходящие для этой цели.

Дошло до того, что самым дешёвым из них оказалось золото, но чаще приходится использовать платину, палладий и родий. Многим известно, что эти элементы существенно дороже всем понятного золота.

Одновременно с применением столь недешёвых компонент потребовалось создать геометрически непростую структуру, обеспечивающую контактирование каталитического вещества со всем объёмом выпускаемого цилиндрами газа. Это мельчайшие керамические или металлические соты, сквозь которые и продувается весь поток выхлопа.

Статья по теме: Установка и подключение кнопки Старт/Стоп с алиэкспресс

В результате автомобиль приобрёл сложное, массивное и дорогое устройство в виде металлического корпуса, высокотехнологичной начинки, да ещё и обрамлённое контрольными датчиками с двух сторон, непрерывно следящими за его сохранностью и правильной работой.

Экологичность даром не даётся. Да и на этом прогресс не остановился, дальнейшее ужесточение требований законодателей продолжает влиять на появление дополнительных систем очистки выхлопа.

Виды катализаторов

По своему назначению нейтрализатор может быть двух- или трехкомпонентным.

  1. В первом случае он выполняет относительно простые функции окисления (дожигания) угарного газа и углеводородов до образования воды и двуокиси углерода.
  2. Во втором – добавляется сложная способность устройства работать с окислами азота. Особенно много их образуется в современных дизельных и бензиновых моторах, в силу повышения экономичности, которых конструкторам приходится использовать обеднённые и бедные смеси на впуске.

Трёхкомпонентые катализаторы, а именно такие чаще всего применяются, в свою очередь, могут отличаться по конструктивному признаку, изготавливаясь на базе керамических или металлических сотовых изделий.

Керамические относительно дешевле, но не обладают высокой механической прочностью и долговечностью, склонны к растрескиванию и разрушению, не терпят ударов при наезде на препятствия.

Металлические конструктивы обладают достаточной упругостью, поэтому лучше держат внешние и внутренние удары. Внутренние могут возникать при аномальных процессах горения и разрушительно воздействовать на тонкую сотовую начинку, где, как уже упоминалось, обычно нанесены такие непростые вещества, как платина, палладий и родий.

Но даже металл не спасает от предательского попадания на тонкие соты посторонних веществ из двигателя в виде компонент контрафактных рабочих жидкостей, слишком богатой смеси или всевозможных соединений кремния.

Это интересно: Почему не загорается лампа давления масла при включении зажигания

Катализаторы отличаются и по способу их установки. Раньше они располагались в виде врезок выхлопной трубы, подобно глушителям и резонаторам. Но оказалось, что так их очень трудно и затратно прогревать до рабочей температуры, при которой начинаются каталитические реакции.

Поэтому сейчас нейтрализаторы ставят непосредственно за выпускным коллектором, максимально близко к точке выхода раскалённых выхлопных газов. Уже не надо долго ждать выхода прибора на режим, меньше загрязняются кислородные датчики и сокращаются расходы топлива на поддержание температуры.

Причины и признаки неисправности

Теоретически катализатор должен работать вечно. Благородные металлы не окисляются и не расходуются в химических реакциях каталитического типа. Но реальность выглядит значительно хуже. Тонкие приборы оказываются бессильны перед нарушениями температурного режима и механическими ударами.

Почти все проблемы бывают связаны с нарушением работы систем питания и зажигания двигателя, а также с применением некачественного топлива. Всё это приводит к повышению температуры нейтрализатора, оплавлению и выкрашиванию его сотовой структуры с последующим закупориванием пути свободного прохода выхлопных газов.

При этом катализатор способен нанести страшный ответный удар двигателю. Его близкое расположение к зоне выпускных клапанов привело к опаснейшему эффекту – раскрошенная керамика может попадать в цилиндры.

Это не является парадоксом, дело в том, что импульсный характер движения газов на выпуске приводит к хаотическому перемещению частиц по коллектору и всасыванию их в двигатель перепадами давления.

Результат известен многим мотористам – царапины и задиры на поверхностях, которым это полностью противопоказано. Двигатель отправляется в капитальный ремонт.

Общим признаком неисправности станет потеря мощности двигателя, его неспособность развить большие обороты. В конце концов он просто перестанет запускаться. Это легко себе представить интуитивно, вообразив, что некто коварно заткнул выхлопную трубу. Результат абсолютно идентичен.

Как проверить

Симптомы слишком характерны, чтобы вызывать сложности с диагностикой забитого катализатора.

Изменившийся звук выхлопа, сдавленное шипение в выпускной системе, иногда вообще крайне слабая реакция руки, подведённой к срезу выхлопной трубы. Обычно к тому же зажигается лампочка контроля состояния двигателя, ЭСУД заметит нештатные показания датчиков.

К сведению: Почему перестал работать парктроник (причины, диагностика, ремонт)

Окончательный диагноз будет поставлен после снятия катализатора с автомобиля. Запечённые, заполненные отложениями и раскрошенные соты невозможно не заметить.

Как почистить

В тех случаях, когда соты ещё не повреждены, но пропускная способность нейтрализатора уже снижена смолянистыми отложениями, его можно промыть.

Для этого лучше всего использовать жидкость, обычно применяемую для очистки карбюраторов или топливных форсунок. Только потребуется её значительно больше.

Катализатор заливается промывочной жидкостью, после чего ей предоставляется время на растворение загрязнений, затем её сливают, внутренности детали промываются горячей водой и просушиваются (продуваются).

Обычно процедура требует неоднократного повторения. Существуют также специально предназначенные для подобных промывок составы.

Зачем вырезают катализатор на автомобиле

Подобное удаление имеет негативные последствия в виде увеличения загрязнения окружающей среды.

Выполняется оно обычно по двум причинам – экономии на покупке новой детали, взамен пришедшей в негодность (изделие дорогое по описанным выше причинам) и мощностного тюнинга автомобиля.

Снижение сопротивления на выхлопе позволит мотору раскручиваться более уверенно. К тому не секрет, что экологичность и экономичность пока не могут существовать одновременно. На обслуживание хорошего катализатора требуется значительное количество дополнительного топлива, не несущего полезной нагрузки.

Тонкости удаления устройства из выхлопной системы

Выполнить это без значительных затрат времени иногда невозможно. Прошли времена, когда катализатор представлял собой удобный в обращении жестяной цилиндр с хрупкой керамической начинкой. Два крепких удара ломом — и дело сделано.

Сейчас приходится иметь дело с изделием замысловатой формы, без доступа к внутренностям, да ещё и с крепкими металлическими сотами. Приходится вскрывать корпус и потом его заваривать. В условиях СТО операция не самая дешёвая.

По теме: Почему течет масло из двигателя, как найти и устранить протечку

Завершиться процесс должен перенастройкой «мозгов» двигателя, иначе они сразу вычислят обман. Это делается различными способами, в зависимости от квалификации и привычек исполнителя. Могут применяться как программные, так и аппаратные «обманки» контролирующих датчиков.

Результат один – мотор адаптируется к новым условиям и перестаёт паниковать лампочкой «Check engine». Иногда ставят так называемый пламегаситель – специальную вварку, нормализующую звук, температуру и внутреннюю аэродинамику выхлопа.

Как работают автомобильные катализаторы и что они делают.

«Мы раскрываем все о катализаторах в выхлопах автомобилей».

Что такое катализатор и что он делает?

Некоторые ошибочно принимают катализатор за фильтр, это явно не так.

Это просто вызывает реакцию в выхлопных газах, которые превращают вредные выбросы в более дружественные.

В идеальном мире автомобильный двигатель эффективно сжигает весь бензин, подаваемый в двигатель, и не выделяет ничего, кроме углекислого газа и водяного пара.

К сожалению, двигатель внутреннего сгорания не очень эффективный зверь, в результате чего в выхлопных газах выделяется несколько различных загрязнителей.

Каталитические нейтрализаторы стали обязательными в Великобритании для всех новых автомобилей с 1 по январь 1993 года с целью уменьшения загрязнения. Их часто обвиняют в потере мощности, о чем мы говорим в нашей статье о спортивном катализаторе .

Катализаторы - агентство знакомств для выхлопных загрязнителей

Какие вредные компоненты содержатся в выхлопных газах?

Неполное сгорание бензина приводит к образованию окиси углерода и различных летучих органических соединений (ЛОС).

Эта проблема хуже всего при работе на холостом ходу или замедлении. Угарный газ является ядовитым и парниковым газом.

Летучие органические соединения вредны для здоровья, а некоторые связаны с раком.

Очень высокие температуры в двигателе (более 1500 ° C) заставляют азот из воздуха вступать в реакцию с кислородом из воздуха с образованием закиси азота.

Это вызывает различные проблемы, например, диоксид азота реагирует с водой в атмосфере с образованием разбавленной азотной кислоты, которая вызывает кислотные дожди.

Воздействие солнечного света на эту смесь загрязняющих веществ вызывает фотохимические смоги и образование других загрязнителей, таких как озон.

Итак, как катализатор превращает эти элементы?

Вы можете думать о своем каталитическом нейтрализаторе как о агентстве по сбору загрязняющих веществ в выхлопных газах, которое помогает им встретиться с идеальным партнером и преобразовать их в углекислый газ и водяной пар.

Некоторые из химических реакций, которые происходят в каталитическом нейтрализаторе, показаны ниже.

  • угарный газ + кислород → углекислый газ
  • летучих органических соединений (частично сгоревший бензин) + кислород → диоксид углерода + вода
  • окись азота + окись углерода → двуокись углерода + азот


Выше стандартного поперечного сечения катализатора и ниже спортивного спортивного катализатора.

Вы можете видеть, что спортивная кошка течет намного лучше и менее ограничена.

Различные категории размеров ячейки доступны между этими двумя крайностями.

Каталитический нейтрализатор это чудо инженерного проектирования. Когда вы включаете двигатель, он должен справиться с быстрым повышением температуры на несколько сотен ° C менее чем за минуту.

Рабочие температуры до 1000 ° C, на сильно настроенном двигателе TorqueCars это чаще встречается в верхней части этого диапазона.

Катализатор должен иметь хороший контакт с выхлопными газами, не препятствуя его потоку.

Скорость, с которой поток выхлопных газов означает, что катализатор имеет считанные миллисекунды, чтобы творить свою магию.

Ответ - керамическая решетка с примерно 400 каналами на квадратный дюйм, покрытая смесью, содержащей драгоценные металлы платину, родий и палладий, а также другие оксиды металлов.

Одной из основных причин повреждения каталитических нейтрализаторов является высокая температура.

Обычная рабочая температура составляет 150-600 ° C, но пропуски зажигания и высокие скорости движения могут привести к температурам до 1000 ° C.

Это повреждает поверхность катализатора, снижая его эффективность и в экстремальных условиях может расплавить керамику.

Другая проблема - отравление из-за загрязнений в выхлопных газах. Сера, содержащаяся в бензине или фосфоре из моторного масла, может повредить эффективность катализатора.

Пожалуйста, Присоединяйтесь к нам на нашем дружественном форуме, чтобы узнать последние тенденции в области катализаторов и выхлопных систем для вашего автомобиля.

ПОЖАЛУЙСТА, ПОМОГИТЕ: ВАМ НУЖНЫ ВАШИ ПОЛНОМОЧИЯ, ЧТОБЫ ПОКРЫТЬ РАСХОДЫ НА ЭТОМ САЙТЕ И ДЕРЖАТЬ ЕГО РАБОТУ Я не взимаю с вас за посещение этого веб-сайта, и это позволяет большинству читателей TorqueCars сэкономить долл. США за долл. В год - , но мы НЕ ПРИБЫЛИ и даже не покрываем наши расходы.Чтобы мы продолжали работать, ПОЖАЛУЙСТА, , . Пожертвуйте здесь.

. Эта статья была написана мной, основателем Waynne Smith TorqueCars, и я ценю ваши отзывы и предложения. Эта запись была подал в соответствии со статьями, Уход за автомобилем. Вы можете оставить отзыв ниже или присоединиться к нашему форуму, чтобы подробно обсудить эту статью и модификацию автомобиля с нашими членами.

Если вам понравилась эта страница , поделитесь ею с друзьями, оставьте ссылку на нее на своем любимом форуме или используйте параметры закладок, чтобы сохранить ее в своем профиле в социальных сетях.

Обратная связь

Пожалуйста, используйте наши форумы , если вы хотите задать вопрос по настройке , и обратите внимание, что мы не продаем запчасти или услуги, мы просто онлайн-журнал.

Помогите нам улучшить, оставьте предложение или совет

,

видов катализа

Это имеет катализатор в той же фазе, что и реагенты. Обычно все будет присутствовать в виде газа или содержаться в одной жидкой фазе. Примеры содержат один из них. , ,

Примеры гомогенного катализа

Реакция между персульфат-ионами и йодид-ионами

Это реакция решения, которую вы можете встретить только в контексте катализа, но это прекрасный пример!

Персульфат-ионы (пероксодисульфат-ионы), S 2 O 8 2- , являются очень сильными окислителями.Йодид-ионы очень легко окисляются до йода. И все же реакция между ними в растворе в воде очень медленная.

Если вы посмотрите на уравнение, легко понять, почему это так:

Реакция нуждается в столкновении двух отрицательных ионов. На этом пути отталкивание станет серьезным!

Каталитическая реакция полностью устраняет эту проблему. Катализатором могут быть ионы железа (II) или железа (III), которые добавляются в один и тот же раствор.Это еще один хороший пример использования соединений переходных металлов в качестве катализаторов из-за их способности изменять степень окисления.

Ради аргумента, мы возьмем катализатор в качестве ионов железа (II). Как вы вскоре увидите, на самом деле не имеет значения, используете ли вы ионы железа (II) или железа (III).

Ионы персульфата окисляют ионы железа (II) до ионов железа (III). При этом ионы персульфата восстанавливаются до ионов сульфата.

Ионы железа (III) являются достаточно сильными окислителями для окисления йодид-ионов в йод.В процессе они снова восстанавливаются до ионов железа (II).

Обе эти отдельные стадии в общей реакции включают столкновение между положительными и отрицательными ионами. Это будет гораздо более вероятным, чем столкновение двух отрицательных ионов в некатализированной реакции.

Что произойдет, если вы будете использовать ионы железа (III) в качестве катализатора вместо ионов железа (II)? Реакции просто происходят в другом порядке.

 

Разрушение атмосферного озона

Это хороший пример гомогенного катализа, где все присутствует в виде газа.

Озон, O 3 , постоянно образуется и снова разрушается в высокой атмосфере под действием ультрафиолетового света. Обычные молекулы кислорода поглощают ультрафиолетовый свет и распадаются на отдельные атомы кислорода. Они имеют неспаренные электроны и известны как свободных радикалов . Они очень реактивные.

Кислородные радикалы могут затем соединяться с обычными молекулами кислорода с образованием озона.

Озон также можно снова разделить на обычный кислород и кислородный радикал, поглощая ультрафиолетовый свет.

Это образование и разрушение озона происходит постоянно. Взятые вместе, эти реакции останавливают много вредного ультрафиолетового излучения, проникающего в атмосферу и достигающего поверхности Земли.

Каталитическая реакция, в которой мы заинтересованы, разрушает озон и, таким образом, останавливает его поглощение ультрафиолета.

Например, хлорфторуглероды (ХФУ), такие как CF 2 Cl 2 , широко использовались в аэрозолях и в качестве хладагентов.Их медленный распад в атмосфере производит атомы хлора - свободные радикалы хлора. Они катализируют разрушение озона.

Это происходит в два этапа. В первом случае озон распадается и образуется новый свободный радикал.

Катализатор радикала хлора регенерируется второй реакцией. Это может происходить двумя способами в зависимости от того, попадает ли радикал ClO в молекулу озона или кислородный радикал.

Если он попадает в кислородный радикал (полученный в результате одной из реакций, которые мы рассмотрели ранее):

Или если он попадет в молекулу озона:

Поскольку радикал хлора продолжает восстанавливаться, каждый из них может разрушить тысячи молекул озона.

,
Как каталитические нейтрализаторы в автомобилях выходят из строя и почему это важно Кредит: CC0 Public Domain

Современные автомобили используют каталитические нейтрализаторы для удаления окиси углерода, углеводородов и других вредных химических веществ из выхлопных газов.

Для этого они используют дорогостоящие металлы, обладающие особыми химическими свойствами, эффективность которых со временем снижается.Доцент Маттео Каргнелло и кандидат в доктора Эмметт Гудман недавно возглавили команду, которая предложила новый способ снижения стоимости и продления срока службы этих материалов, решая проблему, которая раздражала автомобильных инженеров в течение многих лет. В процессе работы Карнелло и его коллеги сделали нечто замечательное: сделали прорыв в зрелой области, где изменения происходят медленно, если вообще происходят.

Что насчет каталитических нейтрализаторов нужно улучшить?

Новый каталитический нейтрализатор может стоить 1000 долларов и более, что делает его одним из самых дорогих отдельных компонентов на любом автомобиле.Они являются дорогостоящими, поскольку используют дорогие металлы, такие как палладий, для ускорения химических реакций, которые очищают выхлопные газы. Палладий стоит около 50 долларов за грамм - больше, чем золото - и каждый каталитический нейтрализатор содержит около 5 граммов. Такие металлы, как палладий, являются катализаторами - особым классом материалов, которые ускоряют химические реакции, но не изменяют себя химически. Теоретически, катализаторы могут использоваться снова и снова, до бесконечности. Однако на практике производительность катализаторов со временем ухудшается.Чтобы компенсировать это, мы вынуждены использовать больше этих дорогих металлов заранее, что увеличивает стоимость. Наша цель - лучше понять причины этой деградации и способы противодействия ей.

Почему катализаторы выходят из строя?

В идеале катализаторы должны быть разработаны таким образом, чтобы иметь максимально возможную площадь поверхности, способствующую наибольшему количеству химических реакций. Таким образом, производители обычно распределяют много мелких частиц по поверхности нового каталитического нейтрализатора. Из прошлых исследований мы знаем, что со временем атомы металла начинают двигаться, образуя все более крупные частицы, которые имеют меньшую площадь поверхности и, следовательно, становятся менее эффективными.Мы называем этот процесс комкования "спеканием". Чтобы противодействовать спеканию, производители используют чрезмерное количество металла, чтобы преобразователь соответствовал нормам выбросов для 10- или 15-летнего срока службы автомобиля. Наша команда обнаружила, что спекание - не единственная причина дезактивации. Фактически, этот новый механизм дезактивации оказывается совершенно противоположным спеканию. При некоторых обстоятельствах вместо того, чтобы частицы становились больше, они разлагаются на более мелкие частицы и в конечном итоге превращаются в отдельные атомы, которые по существу неактивны.Это новое понимание, которое, как мы полагаем, ранее никто не представлял, и побудило нас искать совершенно новый способ максимизировать срок службы и производительность металлов в каталитических нейтрализаторах.

Что мы можем сделать, чтобы катализаторы работали дольше?

Наши исследования показывают, что если мы тщательно контролируем размер и расстояние между металлическими частицами, частицы палладия не будут спекаться в большие комки и не разлагаться на отдельные атомы.Раньше многие в сообществе катализа считали, что если вы хотите сделать частицы стабильными, вы должны держать их как можно дальше друг от друга, чтобы предотвратить миграцию частиц. Мы смешали это понятие, объединив совместную команду, которая изучала деградацию по-новому. Аарон Джонстон-Пек из Национального института стандартов и технологий использовал передовую микроскопию, чтобы помочь визуализировать присутствие отдельных атомов. Саймон Баре из Национальной ускорительной лаборатории SLAC использовал рентгеновские методы, чтобы доказать, что каталитические материалы начинаются как частицы и заканчивают как отдельные атомы.Чтобы поместить эти экспериментальные результаты в теоретическую основу, мы работали с Фрэнком Абилдом-Педерсеном из Центра SUNCAT по науке о интерфейсах и катализу и SLAC, а также с Филиппом Плесовым из Технологического института Карлсруэ в Германии. У них были вычислительные ресурсы, чтобы помочь нам моделировать механизм деактивации в атомном масштабе. В конце концов, мы предоставили научную основу, которая могла бы позволить снизить загрязнение при использовании меньшего количества драгоценного металла и снизить стоимость каталитических нейтрализаторов.Если инженеры-автомобилестроители в конечном итоге подтвердят и воплотят в жизнь эти выводы, это будет огромной победой для потребителей в долгосрочной перспективе.


Исследователи конвертируют СО в СО2 с одним атомом металла
Дополнительная информация: Эммет Д.Goodman et al. Дезактивация катализатора посредством разложения на отдельные атомы и роль загрузки металла, Nature Catalysis (2019). DOI: 10.1038 / s41929-019-0328-1 Предоставлено Стэндфордский Университет

Цитирование : Как каталитические нейтрализаторы в автомобилях выходят из строя и почему это важно (2019, 14 августа) извлечено 18 июля 2020 г. с https: // физ.орг / Новости / 2019-08-каталитические-автомобили-bad.html

Этот документ защищен авторским правом. Кроме честных сделок с целью частного изучения или исследования, нет Часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Содержание предоставлено исключительно в информационных целях.

,

Смотрите также