Cum funcționează convertorii catalitici

O grămadă mare de convertoare catalitice căptușite cu platină. Vezi mai multe imagini vii verzi. James L. Amos / National Geographic / Getty Images

Există milioane de mașini pe drum în Statele Unite, iar fiecare este o sursă de poluare a aerului. Mai ales în orașele mari, cantitatea de poluare pe care toate mașinile o produc împreună poate crea probleme mari.

Pentru a rezolva aceste probleme, orașele, statele și guvernul federal creează legi privind aerul curat care restricționează cantitatea de poluare pe care o pot produce mașinile. De-a lungul anilor, producătorii auto au făcut multe rafinări la motoarele auto și la sistemele de combustibil pentru a ține pasul cu aceste legi. Una dintre aceste modificări a apărut în 1975 cu un dispozitiv interesant numit a convertor catalitic. Misiunea convertizorului catalitic este de a transforma poluanții nocivi în emisii mai puțin nocive înainte de a părăsi vreodată sistemul de evacuare al mașinii.

Convertizoarele catalitice sunt dispozitive uimitor de simple, așa că este incredibil să vezi cât de mare au un impact. În acest articol, veți afla ce poluanți sunt produși de un motor și cum un convertor catalitic se ocupă cu fiecare dintre acești poluanți pentru a ajuta la reducerea emisiilor vehiculului.

cuprins

1. Poluanți produși de un motor auto
2. Modul în care convertorii catalitici reduc poluarea
3. Controlul poluării și îmbunătățirea performanței

Locația unui convertor catalitic într-o mașină.

Pentru a reduce emisiile, motoarele auto moderne controlează cu atenție cantitatea de combustibil pe care o ard. Ei încearcă să mențină raportul aer-combustibil foarte aproape de stoechiometric punct, care este raportul ideal dintre aer și combustibil. Teoretic, la acest raport, tot combustibilul va fi ars folosind tot oxigenul din aer. Pentru benzină, raportul stoechiometric este de aproximativ 14,7: 1, ceea ce înseamnă că pentru fiecare kilogram de benzină vor fi arse 14,7 kilograme de aer. Amestecul de combustibil diferă de fapt de la raportul ideal în timpul conducerii. Uneori, amestecul poate fi a se sprijini (un raport aer-combustibil mai mare de 14,7), iar alte ori amestecul poate fi bogat (un raport aer-combustibil mai mic de 14,7).

Principalele emisii ale unui motor auto sunt:

• Gaz azotat (N2) - Aerul este 78% procent de azot gaz, iar cea mai mare parte a acestuia trece chiar prin motorul mașinii.
• Dioxid de carbon (CO2) - Acesta este un produs de ardere. Carbonul din legăturile de combustibil cu oxigenul din aer.
• Vapor de apă (H2O) - Acesta este un alt produs de ardere. Hidrogenul din combustibil se leagă cu oxigenul din aer.

Aceste emisii sunt în mare parte benigne, deși emisiile de dioxid de carbon contribuie la încălzirea globală. Deoarece procesul de ardere nu este niciodată perfect, unele cantități mai mici de emisii mai nocive sunt, de asemenea, produse în motoarele auto. Convertizoarele catalitice sunt concepute pentru a reduce toate cele trei:

• Monoxid de carbon (CO) este un gaz otrăvitor care este incolor și inodor.
• hidrocarburi sau compuși organici volatili (COV) sunt o componentă majoră a smogului produs mai ales din combustibilul evaporat, nears.
• Oxizi de azot (NO și NO2, numite împreună NOx) sunt un factor care contribuie la smog și ploaie acidă, ceea ce provoacă, de asemenea, iritarea membranelor mucusului uman.

În secțiunea următoare, vom analiza exact ce se întâmplă în interiorul convertizorului catalitic.

Mașinile de tuns iarba sunt în continuare?

Valoare pentru galon, motoarele noi de tuns iarba contribuie de 93 de ori mai multe emisii care formează smog decât mașinile noi. Nu este de mirare că EPA și autoritățile de reglementare de stat din California încearcă din greu să obțină convertoare catalitice de dimensiuni mari de bilă de golf în mașină de tuns iarba și alte motoare mici. Cu toate acestea, la fel ca în anii ’70, parlamentarii sunt întâmpinați de un lobby puternic. Briggs & Stratton, principalul producător de motoare mici, spune că aceste reglementări ar constitui un produs nesigur, care emite prea multă căldură. Patru producători de motoare de tuns iarba mai mici au respins această taxă. Briggs & Stratton, de asemenea, susține că supraîncălzirea ar putea provoca incendii cu perii în cazul în care cositoarele sunt lăsate să funcționeze și să stea nemișcate. Democrații din California și APE consideră că are mai multe de-a face cu linia de jos. Reglementările în așteptare propuse în California ar putea reduce emisiile cu echivalentul a 800.000 de mașini pe zi [sursa: Barringer].

În chimie, a catalizator este o substanță care provoacă sau accelerează o reacție chimică fără ca ea însăși să fie afectată. Catalizatorii participă la reacții, dar nu sunt nici reactanți, nici produse din reacția pe care o catalizează. În corpul uman, enzimele sunt catalizatori care apar în mod natural, responsabili pentru multe reacții biochimice esențiale [sursa: Chemicool].

În convertizorul catalitic, există două tipuri diferite de catalizator la locul de muncă, a catalizator de reducere si un catalizator de oxidare. Ambele tipuri constau dintr-o structură ceramică acoperită cu un catalizator metalic, de obicei platină, rodiu și / sau paladiu. Ideea este de a crea o structură care să expună suprafața maximă a catalizatorului la fluxul de evacuare, reducând în același timp cantitatea de catalizator necesară, deoarece materialele sunt extrem de costisitoare. Unele dintre cele mai noi convertoare au început chiar să folosească aur amestecat cu catalizatorii mai tradiționali. Aurul este mai ieftin decât celelalte materiale și ar putea crește oxidarea - reacția chimică care reduce poluanții cu până la 40 la sută [sursa: Kanellos].

Cele mai multe mașini moderne sunt echipate cu convertoare catalitice cu trei căi. Aceasta se referă la cele trei emisii reglementate pe care le ajută la reducere.

- catalizator de reducere este prima etapă a convertizorului catalitic. Folosește platină și rodiu pentru a ajuta la reducerea emisiilor de NOx. Când o moleculă NO sau NO2 intră în contact cu catalizatorul, catalizatorul scoate atomul de azot din moleculă și îl ține, eliberând oxigenul sub formă de O2. Atomii de azot se leagă cu alți atomi de azot care sunt de asemenea lipiți de catalizator, formând N2. De exemplu:

2NO => N2 + O2 sau 2NO2 => N2 + 2O2

2NO => N₂ + O₂ sau 2NO₂ => N₂ + 2O₂

Structura catalizatorului de fagure din ceramică.

catalizator de oxidare este a doua etapă a convertizorului catalitic. Acesta reduce hidrocarburile arse și monoxidul de carbon prin arderea (oxidarea) acestora pe un catalizator de platină și paladiu. Acest catalizator ajută la reacția CO și a hidrocarburilor cu oxigenul rămas în gazele de eșapament. De exemplu:

2CO +₂ => 2CO₂

Există două tipuri principale de structuri utilizate la convertoarele catalitice -- fagure de miere și margele ceramice. Majoritatea automobilelor folosesc astăzi o structură de fagure.

În următoarea secțiune, vom analiza a treia etapă a procesului de conversie și cum puteți obține cel mai mult de la convertorul dvs. catalitic.

A treia etapă a convertirii este a sistem de control care monitorizează fluxul de evacuare și folosește aceste informații pentru a controla sistemul de injecție de combustibil. Există un senzor de oxigen montat în amonte de catalizator, ceea ce înseamnă că este mai aproape de motor decât de convertizor. Acest senzor spune computerului motorului cât de mult oxigen este în evacuare. Calculatorul motorului poate crește sau micșora cantitatea de oxigen din eșapament prin ajustarea raportului aer-combustibil. Această schemă de control permite computerului motorului să se asigure că motorul funcționează aproape de punctul stoechiometric și, de asemenea, să se asigure că există suficient oxigen în evacuare, pentru a permite catalizatorului de oxidare să arde hidrocarburile arse și CO.

Convertorul catalitic face o treabă excelentă la reducerea poluării, dar poate fi îmbunătățit în mod substanțial. Unul dintre cele mai mari neajunsuri ale sale este că funcționează doar la o temperatură destul de ridicată. Când porniți mașina la rece, catalizatorul nu face aproape nimic pentru a reduce poluarea din evacuarea dvs..

O soluție simplă la această problemă este de a apropia convertorul catalitic de motor. Aceasta înseamnă că gazele de eșapament mai calde ajung la convertor și se încălzește mai repede, dar acest lucru poate reduce și durata de viață a convertorului, expunându-l la temperaturi extrem de ridicate. Majoritatea producătorilor de autovehicule poziționează convertorul sub scaunul pasagerului din față, suficient de departe de motor pentru a menține temperatura în jos până la niveluri care nu-l vor dăuna.

Preîncălzire convertorul catalitic este o modalitate bună de a reduce emisiile. Cel mai simplu mod de a preîncălzi convertorul este să folosești încălzitoare cu rezistență electrică. Din păcate, sistemele electrice de 12 volți de pe majoritatea mașinilor nu oferă suficientă energie sau putere pentru a încălzi convertorul catalitic suficient de rapid. Majoritatea oamenilor nu ar aștepta câteva minute ca catalizatorul să se încălzească înainte de a porni mașina. Mașinile hibride care au baterii mari, de înaltă tensiune, pot oferi suficientă energie pentru a încălzi foarte repede catalizatorul.

Convertizori catalitici în motoare diesel nu funcționează la fel de bine în reducerea NOx. Un motiv este că motoarele diesel funcționează mai rece decât motoarele standard, iar convertizoarele funcționează mai bine pe măsură ce se încălzesc. Unii dintre principalii experți auto în domeniul mediului au creat un nou sistem care ajută la combaterea acestui aspect. Ele injectează a uree soluție în conducta de evacuare, înainte de a ajunge la convertor, pentru a evapora și a amesteca cu evacuarea și a crea o reacție chimică care va reduce NOx. Uree, cunoscută și sub numele de carbamida, este un compus organic format din carbon, azot, oxigen și hidrogen. Se găsește în urina mamiferelor și amfibienilor. Ureea reacționează cu NOx pentru a produce azot și vapori de apă, eliminând peste 90 la sută din oxizii de azot în gazele de eșapament [sursa: Raport inovații].

Furtul convertizorului catalitic

-În toată țara, SUV-urile și camioanele devin ținte pentru oportuniștii care doresc să încaseze metale prețioase valoroase utilizate în convertoarele catalitice. Un convertor catalitic standard conține câteva sute de dolari în valoare de platină, paladiu și rodiu. Garda la sol a camioanelor și SUV-urilor facilitează accesul ușor la convertoare, astfel încât tot ce are nevoie de un hoț este un ferăstrău reciproc și aproximativ 60 de secunde. Această tendință are poliția în multe părți ale țării unde acest tip de furt a fost o problemă. Poliția avertizează șoferii de SUV și camioane să parcheze în zone aglomerate, bine luminate.

Articole similare

• Colț de testare: test de convertizor catalitic
• Cum funcționează încălzirea globală
• Cum funcționează benzina
• Cum funcționează sistemele de aprindere a combustibilului
• Cum funcționează mașinile hibride
• Cum funcționează poluarea cu ozon
• Ce este un catalizator și cum funcționează unul?
• Cum știu dacă convertorul meu catalitic a eșuat?

Mai multe legături grozave

• MisterFixIt.com: Catalizator înfundat?
• Azot în aer

surse

• Barringer, Felicity; Un mod mai ecologic de a tăia iarba rulează Afoul unui hol puternic. New York Times
• Kanellos, Michael; Aur pentru a merge în motoare diesel. CNET News.com
• www.chemicool.com
• www.innovations-report.com