Как работает каталитический нейтрализатор – катализатор автомобиля. Как устроен катализатор автомобиля
Как устроен катализатор Ремонт выхлопной системы Черновцы
Kатализатор представляет собой корпус из нержавеющей стали, включенный в систему выпуска до глушителя. В корпусе располагается блок носителя с многочисленными продольными порами, покрытыми тончайшим слоем вещества катализатора, которое само не вступает в химические реакции, но одним своим присутствием ускоряет их течение.
Химикам известно множество катализаторов — медь, хром, никель, палладий, родий. Но самой стойкой к воздействию сернистых соединений, которые образуются при сгорании содержащейся в бензине серы, оказалась благородная платина. На долю катализаторов приходится до 60% себестоимости устройства. Именно благодаря им происходят необходимые химические реакции – окисление монооксида углерода (СО) и несгоревших углеводородов (СН), а также сокращение количества окиси азота (NOx). В трехкомпонентном катализаторе платина и палладий вызывают окисление СО и СН, а родий ”борется” с NOx. Кстати, родий – субпродукт при получении платины – наиболее ценный в этой троице. Чтобы увеличить площадь контакта каталитического слоя с выхлопными газами, на поверхность сот наносится подложка толщиной 20-60 микрон с развитым микрорельефом.
Как правило, носителем в катализаторе служит спецкерамика — монолит со множеством продольных сот-ячеек, на которые нанесена специальная шероховатая подложка. Это позволяет максимально увеличить эффективную площадь контакта каталитического покрытия с выхлопными газами — до величин около 20 тыс. м2. Причем вес благородных металлов, нанесенных на подложку на этой огромной площади, составляет всего 2-3 грамма!!! Керамика сделана достаточно огнеупорной – выдерживает температуру до 800-850 С. Но все равно при неисправности системы питания и длительной работе на переобогащенной рабочей смеси монолит может не выдержать и оплавиться — и тогда катализатор выйдет из строя. Именно поэтому так проблематично выглядит использование катализаторов с керамическим носителем на карбюраторных двигателях.
Впрочем, все шире в качестве носителей каталитического слоя используются тончайшие металлические соты. Это позволяет увеличить площадь рабочей поверхности, получить меньшее противодавление, ускорить разогрев катализатора до рабочей температуры и, главное, расширить температурный диапазон до 1000-1050 С. Соты катализатора, изображенного на рисунке, сделаны из тонкостенного (толщиной всего 0,04 мм, а не 0,15 мм, как у керамики) листа хромоалюминиевой стали, для лучшей адгезии каталитического слоя легированной редкоземельным металлом иттрием. Такой катализатор выдерживает пиковые температуры до 1300 С. Вот только цена на такие катализаторы уж очень кусается (стоимость как правило в полтора-два раза выше керамических), что и препядствует их широкому применениюю.
Катализатор наиболее эффективен при определенном составе отработавших газов. Это значит, что нужно очень точно выдерживать состав горючей смеси возле так называемого стехиометрического отношения воздух/топливо, значение которого лежит в узких пределах 14,5 — 14,7. Если горючая смесь будет богаче, то упадет эффективность нейтрализации СО и СН, если беднее — NOX.
Поддерживать стехиометрический состав горючей смеси можно было только одним способом — управлять смесеобразованием, немедленно получая информацию о процессе сгорания, то есть, организовав обратную связь. Решение стало эпохальным.
В выпускной коллектор поместили специально разработанный кислородный датчик — так называемый лямбда-зонд (на Западе принято обозначать греческой буквой так называемый коэффициент избытка воздуха, то есть отношение стехиометрического состава смеси к текущему). Он вступает с раскаленными выхлопными газами в электрохимическую реакцию и выдает сигнал, уровень которого зависит от количества кислорода в выхлопе. Если кислорода осталось много — значит, смесь слишком бедная, если мало — богатая. А по результатам мгновенного анализа, которым занимается электроника, можно быстро корректировать состав смеси в ту или иную сторону. Если смесь бедная, то низковольтный сигнал дает команду на обогащение топливной смеси, и наоборот. Первый датчик (установленный до катализатора) необходим для коррекции состава горючей смеси, второй — контролирует степень очистки выхлопных газов катализатором. Дополнительный датчик кислорода является обязательным для соответствия нормам токсичности Евро-4 (хотя иногда и встречается на автомобилях с Евро-2,3)
Впервые трехкомпонентные катализаторы с обратной связью и кислородным датчиком появились на двигателях автомобилей Volvo в 1977 году. А сейчас ими оснащены все производимые автомобили.
gl.cto.cv.ua
Как работает каталитический нейтрализатор – катализатор автомобиля
Каталитический нейтрализатор или катализатор автомобиля представляет собой устройство, которое использует принцип влияния на химическую реакцию для преобразования вредных веществ выхлопных газов автомобилей в безвредные соединения.
Вредные соединения в выбросах автомобиля:
- углеводороды (в виде несгоревшего бензина)
- окись углерода (образована путем сжигания бензина)
- оксиды азота (создается, когда тепло двигателя контактирует с азотом в воздухе, чтобы объединиться с кислородом)
Углеводороды образуют смог. Моноксид углерода яд для любых дышащих воздухом животных. Оксиды азота приводят к смогу и кислотным дождям.
Катализатор автомобиля у современных машин оснащены трехкомпонентными каталитическими нейтрализаторами. Это относится к трем уровням выбросов, которые помогают уменьшить.
Нейтрализация диоксида азота — первый этап каталитического нейтрализатора. Диоксид азота – один из самых распространенных загрязнителей атмосферы на сегодняшний день. Для его устранения используется платина и родий, чтобы помочь сократить выбросы NOx. Когда диоксид NO2 контактирует с катализатором освобождается кислород в форме O2. Другие атомы азота, которые в катализаторе, образуют N2. Например:
2NO = > N2 + O2 или 2NO2 = > N2 + 2O2
Керамическая сотовидная структура катализатора автомобиля.
Катализатор окисления является вторым этапом каталитического нейтрализатора. Это уменьшает несгоревший углеводород и моноксид углерода путем сжигания (окисления) на платине и палладии катализатора. В катализаторе происходит реакциия CO и углеводородов с оставшимся кислородом в выхлопных газах. Например:
2CO + O2 = > 2CO2
Существует два основных типа конструкций, используемых в каталитических нейтрализаторов — соты и керамический бисер. Большинство автомобилей сегодня использовать ячеистую структуру.
Контроль загрязнения и улучшение производительности
Катализатор автомобиля или каталитический конвертер делает большую работу на уменьшение загрязнения, но требует улучшения. Одним из крупнейших недостатков является то, что он работает только при достаточно высокой температуре. Когда автомобиль холодный, каталитический конвертер ничего не делает, чтобы уменьшить загрязнение через выхлопные газы.
Одно простое решение этой проблемы заключается в том, чтобы переместить каталитический нейтрализатор ближе к двигателю. Это означает, что ближе к двигателю выхлопные газы преобразователь нагревают быстрее, но это может также уменьшить ресурс преобразователя, подвергая его чрезвычайно высокой температуре. Большинство производителей устанавливают преобразователь под сиденьем переднего пассажира, достаточно далеко от двигателя поддерживая температуру до неповреждающих уровней.
Предпусковой подогрев каталитического нейтрализатора является хорошим способом для снижения выбросов. Самый простой способ разогреть конвертер является использование электрического сопротивления нагревателей. К сожалению, 12-вольтовые электрические системы на большинство автомобилей не обеспечивают достаточно энергии или мощности для быстрого нагрева каталитического нейтрализатора. Большинство людей не будут ждать несколько минут для разогрева каталитического преобразователя перед началом движения автомобиля. Гибридные автомобили, которые имеют батареи более высокого напряжения могут обеспечить достаточную мощность для разогрева катализатор автомобиля достаточно быстро.
beelead.com
Каталитический нейтрализатор - устройство и принцип работы
С каждым годом требования к экологической безопасности автомобилей возрастают. В первую очередь это относится к самому опасному в экологическом отношении фактору автомобиля, то есть к токсичности выхлопных газов. К счастью, технический прогресс не стоит на месте, и сегодня это проблема вполне решаема.
Кроме того, что сама конструкция двигателей современных автомобилей позволяет уменьшить токсичность выхлопных газов, на автомобили также устанавливаются и специальные устройства, так называемые каталитические конвертеры – нейтрализаторы, или как называют их автомобилисты — катализаторы.
Каталитический конвертер
Это устройство, интегрированное в выхлопную систему автомобиля, дополнительно снижает токсичность выхлопа. Работает катализатор посредством дожигания несгоревших остатков углеводорода и угарного газа, за счет полученного при восстановлении оксидов азота кислорода, для такого дожигания.
Конструкция катализатора довольно проста (рис. выше) – он состоит из керамического мелкоячеистого наполнителя, поверхность которого покрыта специальным слоем платиноиридиевого сплава. Ячеистая конструкция наполнителя позволяет получить максимальную площадь контакта выхлопных газов, проходящих через наполнитель с его поверхностью, за счет чего увеличивается активная рабочая поверхность катализатора.
Как происходит процесс нейтрализации вредных веществ
Катализатор позволяет значительно снизить в выхлопных газах содержание таких вредных веществ как окись углерода, углеводороды и оксиды азота.
Сам процесс нейтрализации проходит так: остатки не сгоревших веществ в выхлопных газах (CO, HC, NOx, O2), проходя через катализатор и взаимодействуя с его поверхностью, покрытой каталитическим слоем, окисляются, то есть, как бы дополнительно дожигаются кислородом, который тоже присутствует в выхлопных газах. Во время этой реакции выделяется тепло, которое в свою очередь дополнительно активизирует реакцию окисления. Благодаря такому процессу на выходе катализатора выхлопные газы содержат в своем составе N2, h3O, CO2.
Вещества входящие в катализатор и элементы выходящие из катализатора
Следует заметить, что нормальная работа катализатора может быть обеспечена только при нормальном, так называемом стехиометрическом соотношении топлива и кислорода в горючей смеси. В автомобилях, оснащенных инжекторной системой впрыска топлива с электронным управлением, условия для такой оптимальной работы каталитического нейтрализатора обеспечивает электронная система, регулирующая состав горючей смеси.
Специальный кислородный датчик, установленный в выхлопной системе, определяет содержание кислорода, оставшегося в выхлопных газах, и по этому показателю электронный блок управления корректирует состав рабочей смеси, увеличивая или уменьшая подачу топлива в камеры сгорания. При неполадках в системе подачи топлива, в результате чего нарушается оптимальное соотношение воздуха и топлива в горючей смеси, катализатор также не может работать в оптимальном режиме, и это даже может сократить его срок службы.
Видео:
Катализаторы на дизельных двигателях
Катализаторы, устанавливаемые на дизельные двигатели, схожи по принципу работы, но, несколько отличаются по своей конструкции. Такие катализаторы нерегулируемые, из-за особенностей работы дизельного мотора.
Катализатор для дизельного двигателя
Дело в том, что в камеру сгорания дизеля, воздуха поступает всегда больше, чем нужно для полного сгорания топлива, поэтому такая регулировка состава смеси по контролю за количеством оставшегося в выхлопных газах кислорода, просто не нужна. Катализатор для дизельного мотора преобразует токсичный угарный газ и углеводород в углекислый газ и воду, кроме того, устраняет неприятный запах выхлопных газов.
К сожалению, дизельные катализаторы плохо справляются с нейтрализацией оксидов азота (NO и NO2), содержащихся в выхлопе. Это связано с относительно низкой температурой выхлопных газов дизеля, из-за чего процесс нейтрализации проходит хуже. Для решения этой проблемы, катализаторы для дизельных двигателей, стараются размещать ближе к двигателю, то есть там, где температура газов выше, или снабжают катализаторы собственными встроенными электрическими нагревателями.
Загрузка... avto-i-avto.ru
Как работает катализатор в автомобиле
Миллионы машин в мире – источники загрязнения окружающей среды. Особенно плохо обстоят дела в больших городах, где вредные выхлопы представляют реальную угрозу для жителей.
Чтобы решать эту проблему, правительства стран принимают законы, устанавливающие пределы выброса вредных веществ, в которые должны вписываться эксплуатируемые машины. Для соответствия этим законам производители автомобилей постоянно работают над двигателями и топливными системами. Для дальнейшего уменьшения вредных выбросов были изобретены катализаторы, которые входят в контакт с отработавшими газами и сильно уменьшают вредные выхлопы.
В этой статье Вы познакомитесь, какие вредные вещества производит двигатель и как катализатор борется с каждым из них. Катализаторы – удивительно простые устройства, поэтому Вам будет интересно узнать, насколько эффективно они работают!
Вредные выхлопы автомобиляДля уменьшения вредных выхлопов современные машины тщательно контролируют количество сгораемого топлива. Для этого соотношение топлива и воздуха поддерживается на близком к стехиометрическому уровне, то есть на идеальном расчетном уровне. Теоретически это соотношение означает, что происходит сгорание всего топлива и кислорода воздуха. Для бензина стехиометрическое соотношение - 14.7:1. Топливная смесь лишь немного отклоняется от этого идеального соотношения во время езды. Иногда смесь бывает бедной (соотношение воздух-топливо больше 14.7) или богатой (соотношение воздух-топливо меньше 14.7).
Главные составляющие выхлопа автомобиля: Азот (N2) – воздух на 78% состоит из азота, и большая часть его проходит через двигатель. Оксид углерода (CO2) – это один из продуктов работы двигателя. Углерод в топливе связывается с кислородом в воздухе. Пары воды (h3O) – еще один продукт сгорания. Водород в топливе связывается с кислородом в воздухе. Эти части выхлопа практически безобидные (хотя оксид углерода вносит вклад в глобальное потепление). Но процесс сгорания не бывает идеальным и приводит к малым выбросам более вредных и опасных газов:
Окись углерода (CO) или угарный газ – ядовитый газ без цвета и запаха.
Гидрокарбонаты и летучие органические вещества (VOC) – получаются из-за не прогоревшего полностью топлива
Солнечный свет разрушает эти соединения, и получаются окиси - продукты фотохимического разложения выхлопных газов, которые входят в реакцию с оксидом азота и образуют слой озона (O3), главного компонента смога.
Окись азота (NO и NO2, называемые вместе NOx) – вносят вклад в смог и кислотные дожди, а также вызывают раздражения слизистой человека. Три выше упомянутые вредные составляющие выхлопа должны уменьшаться в количестве при прохождении через катализатор.
 |
Трехкомпонентный каталитический нейтрализаторА- катализатор уменьшения вредных выхлопов, В- катализатор окисления (сгорания) вредных веществ, С- керамическая сотовая структура |
Большинство современных машин оснащено трехкомпонентными катализаторами. "Три компонента" относятся к трем вредным выхлопам, которые надо нейтрализовать – угарный газ СО, углеводороды VOC и окись NOx. Именно благодаря трем компонентам происходят необходимые химические реакции – окисление монооксида углерода (СО) и несгоревших углеводородов (СН), а также сокращение количества окиси азота (NOx). В трехкомпонентном катализаторе платина и палладий вызывают окисление СО и СН, а родий уменьшает выбросы NOx. Катализатор представляет сотовую структуру из керамики. Это позволяет максимально увеличить эффективную площадь контакта каталитического покрытия с выхлопными газами - до величин около 20 тыс. м2. Причем вес благородных металлов, нанесенных на подложку на этой огромной площади, составляет всего 2-3 грамма! Керамика сделана достаточно огнеупорной – выдерживает температуру до 800-850 градусов. Но все равно при неисправности системы питания и длительной работе на богатой рабочей смеси монолит может не выдержать и оплавиться - и тогда катализатор выйдет из строя. Именно поэтому так проблематично выглядит использование катализаторов с керамическим носителем на карбюраторных двигателях.
Обратите внимание на две раздельные части катализаторов
Большинство катализаторов используют сотовую структуру.
Керамическая сотовая структура катализатораПервая часть катализатора использует платину и родий для уменьшения выхлопа NOx. При контакте с молекулами NO или NO2 катализатор отрываем азот N из соединения, тем самым, освобождая азот O2. Атомы азота образуют соединение азота N2. Формула процесса:
2NO => N2 + O2 или 2NO2 => N2 + 2O2
Окисляющий катализатор – второй этап очистки. Он уменьшает выбросы несгоревших углеводородов и моноксида углерода путем сжигания их (окислением) в платиновом и палладиевом катализаторе. Этот катализатор ускоряет реакцию CO и углеводородов с несгоревшим кислородом в выхлопном газе. Формула:
2CO + O2 => 2CO2
Но откуда берется этот кислород?
Контрольная система – это третий этап. Она контролирует состав выходящих газов и использует эту информацию для контроля впрыска. Перед катализатором установлен кислородный датчик или лямбда-зонд. Этот датчик сообщает блоку управления двигателем, сколько кислорода в выхлопном газе. Сам блок управления может увеличивать или уменьшать количество кислорода в топливной смеси. Эта контрольная схема позволяет компьютеру устанавливать близкое к стехиометрическому соотношение топлива к воздуха, а так же обеспечивать достаточное количество кислорода в выхлопе, чтобы окислялись гидрокарбонаты и CO.
Другие способы уменьшения вредных выхлопов.Катализатор существенно уменьшает вредные выхлопы автомобиля, но его можно еще дальше совершенствовать. Большой недостаток катализатора – высокий температурный режим работы. Когда Вы запускаете холодный автомобиль, сначала катализатор вообще не работает, и все вредные выбросы выходят в окружающую среду.
Простое решение этой проблемы – разместить катализатор ближе к двигателю. Это позволит ему прогреваться быстрее, но также уменьшает срок эксплуатации из-за работы при повышенных температурах. Большинство производителей размещают катализатор под передним пассажирским сиденьем, чтобы увеличить срок службы устройства.
Предварительный прогрев катализатора – хороший способ вывести его раньше на рабочий температурный режим. Самый простой способ –электрический нагревательный элемент. К сожалению, 12 Вольт автомобильной сети недостаточно для быстрого прогрева катализатора. Кроме того, большинство водителей не будут ждать несколько минут на прогрев катализатора до запуска машины. Сегодня только гибридные машины располагают достаточным напряжением для быстрого прогрева катализатора.
| Следующая > |
Related news items:
Newer news items:
Older news items:
www.inspire-club.ru
