Bir otomotiv katalitik konvertörü nasıl çalışır?

İçten yanmalı bir motorun çalışması sırasında, sadece hava kirliliğinin ana nedenlerinden biri değil, aynı zamanda birçok hastalığın nedenlerinden biri olan egzoz gazları atmosfere salınır.

Araçların egzoz sistemlerinden çıkan bu gazlar son derece zararlı unsurlardan oluşuyor, bu nedenle modern otomobillerde her zaman katalizörün bulunduğu özel bir egzoz sistemi bulunuyor.

Katalitik konvertör egzoz gazlarındaki zararlı molekülleri yok eder ve onları insanlar ve çevre için olabildiğince güvenli hale getirir.

Katalizör nedir?

Katalitik konvertör, asıl görevi otomobil motorlarından çıkan egzoz gazlarından kaynaklanan zararlı emisyonları azaltmak olan bir cihaz türüdür. Katalizör yapısı basittir. Bu, bir arabanın egzoz sistemine takılan metal bir kaptır.

Depoda iki adet boru bulunmaktadır. Konvertörün "girişi" motora bağlanır ve bunun içinden egzoz gazları girer ve "çıkış", araç egzoz sisteminin rezonatörüne bağlanır.

Motordan çıkan egzoz gazları katalizöre girdiğinde içinde kimyasal reaksiyonlar gerçekleşir. Zararlı gazları yok ederler ve bunları çevreye salınabilecek zararsız gazlara dönüştürürler.

Katalitik konvertörün bileşenleri nelerdir?

Bir otomobilin katalitik konvertörünün nasıl çalıştığını biraz daha netleştirmek için, ana unsurlarının neler olduğunu düşünelim. Ayrıntılara girmeden, yalnızca inşa edildiği ana unsurları listeleyeceğiz.

Yüzey

Substrat, üzerine katalizörün ve değerli metallerin kaplandığı katalizörün iç yapısıdır. Birkaç alt tabaka türü vardır. Ana farkları, yapıldığı malzemedir. Çoğu zaman, yüzeyinde aktif parçacıkları stabilize eden inert bir maddedir.

Kapsama

Aktif katalizör malzemesi genellikle alümina ve seryum, zirkonyum, nikel, baryum, lantan ve diğerleri gibi bileşiklerden oluşur. Kaplamanın amacı, alt tabakanın fiziksel yüzeyini genişletmek ve üzerine değerli metallerin biriktiği bir taban görevi görmektir.

Değerli metaller

Katalitik konvertörde bulunan değerli metaller, son derece önemli bir katalitik reaksiyonun yürütülmesine hizmet eder. Yaygın olarak kullanılan değerli metaller platin, paladyum ve rodyumdur, ancak son yıllarda çok sayıda üretici altını kullanmaya başlamıştır.

konut

Mahfaza, cihazın dış kabuğudur ve substratı ve katalizörün diğer elemanlarını içerir. Kasanın yapıldığı malzeme genellikle paslanmaz çeliktir.

borular

Borular, aracın katalitik konvertörünü aracın egzoz sistemine ve motoruna bağlar. Paslanmaz çelikten imal edilmiştir.

Bir otomotiv katalitik konvertörü nasıl çalışır?

İçten yanmalı bir motorun çalışması için, silindirlerinde hava-yakıt karışımının kararlı bir yanma işleminin gerçekleşmesi önemlidir. Bu işlem sırasında karbon monoksit, azot oksitler, hidrokarbonlar ve diğerleri gibi zararlı gazlar oluşur.

Otomobilin katalitik konvertörü yoksa, bu son derece zararlı gazların tümü motordan egzoz manifolduna salındığında egzoz sisteminden geçecek ve doğrudan soluduğumuz havaya girecektir.

Araçta bir katalitik konvertör varsa, egzoz gazları alt tabakanın bal peteği yoluyla motordan susturucuya akacak ve değerli metallerle reaksiyona girecektir. Kimyasal reaksiyon sonucunda zararlı maddeler nötralize edilir ve sadece zararsız egzoz, yani çoğunlukla karbondioksit, egzoz sisteminden çevreye girer.

Kimya derslerinden biliyoruz ki, katalizör bir kimyasal reaksiyonu etkilemeden ona neden olan veya onu hızlandıran bir maddedir. Katalizörler reaksiyonlara katılır, ancak ne reaktanlar ne de katalitik reaksiyonların ürünleridir.

Katalizördeki zararlı gazların geçtiği iki aşama vardır: indirgeme ve oksidasyon. Nasıl çalışır?

Katalizörün çalışma sıcaklığı 500 ila 1200 derece Fahrenheit veya 250-300 santigrat dereceye ulaştığında, iki şey olur: indirgeme ve hemen ardından oksidasyon reaksiyonu. Kulağa biraz karmaşık geliyor, ama aslında maddenin moleküllerinin aynı anda elektron kaybedip kazandıkları anlamına geliyor, bu da yapılarını değiştiriyor.

Katalizörde meydana gelen indirgeme (oksijenin emilmesi), nitrik oksidi çevre dostu bir gaza dönüştürmeyi amaçlamaktadır.

Kurtarma aşamasında bir otomotiv katalizörü nasıl çalışır?

Bir arabanın egzoz gazlarından çıkan nitröz oksit katalizöre girdiğinde, içindeki platin ve rodyum nitrojen oksit moleküllerinin ayrışması üzerine etki etmeye başlar ve zararlı gazı tamamen zararsız hale getirir.

Oksidasyon aşamasında ne olur?

Katalizörde meydana gelen ikinci aşama, yanmamış hidrokarbonların oksijenle karıştırılarak (oksidasyon) karbondioksite ve suya dönüştürüldüğü oksidasyon reaksiyonu olarak adlandırılır.

Katalizörde meydana gelen reaksiyonlar egzoz gazlarının kimyasal bileşimini değiştirerek yapıldıkları atomun yapısını değiştirir. Zararlı gaz molekülleri motordan katalizöre geçtiğinde onları atomlara ayırır. Atomlar, karbondioksit, nitrojen ve su gibi nispeten zararsız maddelere moleküller halinde yeniden birleşir ve egzoz sistemi yoluyla çevreye salınır.

Benzinli motorlarda kullanılan ana katalitik konvertör türleri ikidir: iki yollu ve üç yollu.

iki taraflı

Çift cidarlı (çift taraflı) bir katalizör aynı anda iki görevi yerine getirir: karbon monoksiti karbondioksite oksitler ve hidrokarbonları (yanmamış veya kısmen yanmış yakıt) karbondioksit ve suya oksitler.

Bu tip otomotiv katalizörü, 1981 yılına kadar zararlı hidrokarbon ve karbon monoksit emisyonlarını azaltmak için dizel ve benzinli motorlarda kullanıldı, ancak nitrojen oksitleri dönüştüremediği için 81'den sonra üç yollu katalizörlerle değiştirildi.

Üç yollu redoks katalitik konvertör

Bu tip otomotiv katalizörü, ortaya çıktığı gibi 1981'de tanıtıldı ve bugün tüm modern arabalara kuruldu. Üç yollu katalizör aynı anda üç görevi yerine getirir:

• nitrik oksidi nitrojen ve oksijene indirger;
• karbon monoksiti karbon dioksite okside eder;
• yanmamış hidrokarbonları karbondioksit ve suya okside eder.

Bu tip katalitik konvertörler katalizin hem indirgeme hem de oksidasyon adımlarını gerçekleştirdiğinden %98'e varan verimle görevini yerine getirmektedir. Bu, arabanızda böyle bir katalitik konvertör varsa, çevreyi zararlı emisyonlarla kirletmeyeceği anlamına gelir.

Dizel motorlarda katalizör çeşitleri

Dizel araçlar için yakın zamana kadar en yaygın kullanılan katalitik konvertörlerden biri Dizel Oksidasyon Katalizörüydü (DOC). Bu katalizör, karbon monoksiti karbondioksite ve hidrokarbonları suya ve karbondioksite dönüştürmek için egzoz akışındaki oksijeni kullanır. Ne yazık ki, bu tip katalizör yalnızca% 90 verimlidir ve dizel kokusunu ortadan kaldırmayı ve görünür parçacıkları azaltmayı başarır, ancak NOx emisyonlarını azaltmada etkili değildir.

Dizel motorlar, DOC katalizörlerinin baş edemediği temel karbondan oluşan nispeten yüksek seviyede partikül madde (kurum) içeren gazlar yayar, bu nedenle partiküllerin partikül filtreleri (DPF) adı verilenler kullanılarak uzaklaştırılması gerekir.

Katalizörler nasıl korunur?

Katalizörle ilgili sorunları önlemek için şunları bilmek önemlidir:

• Ortalama katalizör ömrü yaklaşık 160000 km'dir. Bu mesafeyi gittikten sonra, dönüştürücüyü değiştirmeyi düşünmeniz gerekir.
• Araçta katalitik konvertör varsa, katalizörün etkinliğini azalttığı için kurşunlu yakıt kullanmamalısınız. Bu durumda tek uygun yakıt kurşunsuzdur.

Kuşkusuz bu cihazların çevreye ve sağlığımıza faydaları çok büyük, ancak faydalarının yanı sıra sakıncaları da var.

En büyük dezavantajlarından biri, yalnızca yüksek sıcaklıklarda çalışmalarıdır. Başka bir deyişle, arabanızı çalıştırdığınızda, katalitik konvertör egzoz emisyonlarını azaltmak için neredeyse hiçbir şey yapmaz.

Ancak egzoz gazları 250-300 santigrat dereceye kadar ısıtıldıktan sonra verimli çalışmaya başlar. Bu nedenle bazı otomobil üreticileri, katalizörü motora yaklaştırarak bu sorunu çözmek için adımlar atmışlardır, bu da bir yandan cihazın performansını iyileştirirken ömrünü kısaltır çünkü motora yakınlığı onu çok yüksek sıcaklıklara maruz bırakır.

Son yıllarda katalitik konvertörün yüksek motor sıcaklıklarına maruz kalmadan daha verimli çalışmasına imkan verecek mesafeye yolcu koltuğunun altına yerleştirilmesine karar verilmiştir.

Katalizörlerin diğer dezavantajları sık sık tıkanma ve kek yanmasıdır. Tükenme genellikle egzoz sistemine giren ve katalitik konvertör beslemesinde ateşlenen yanmamış yakıt nedeniyle meydana gelir. Tıkanma çoğunlukla yetersiz veya uygun olmayan benzin, normal aşınma ve yıpranma, sürüş tarzı vb. nedeniyle meydana gelir.

Bunlar, otomotiv katalizörlerini kullanmaktan elde ettiğimiz büyük faydaların arka planına karşı çok küçük dezavantajlardır. Bu cihazlar sayesinde, arabalardan kaynaklanan zararlı emisyonlar sınırlandırılmıştır.

Bazı eleştirmenler, karbondioksitin de zararlı bir emisyon olduğunu savunuyor. Bir arabada katalizöre ihtiyaç olmadığına inanıyorlar çünkü bu tür emisyonlar sera etkisini artırıyor. Aslında bir arabada katalitik konvertör yoksa ve havaya karbon monoksit yayarsa, bu oksit atmosferde kendisi karbondioksite dönüşecektir.

Katalizörü kim icat etti?

Katalizörler 1970'lerin sonlarına kadar toplu halde görünmese de, tarihleri ​​çok daha erken başladı.

Katalizörün babası, 1954 yılında "Egzoz Katalitik Dönüştürücü" adı altında buluşunun patentini alan Fransız kimya mühendisi Eugene Goudry olarak kabul edilir.

Bu buluştan önce Goodry, büyük karmaşık organik kimyasalların zararsız ürünlere ayrıldığı katalitik kırmayı icat etti. Sonra farklı yakıt türlerini denedi, amacı onu daha temiz hale getirmekti.

Otomobillerde katalizörlerin fiili kullanımı, düşük kaliteli benzinden egzozdaki kurşunun çıkarılmasını gerektiren daha sıkı emisyon kontrol düzenlemelerinin getirildiği 1970'lerin ortalarında gerçekleşti.

Sorular ve Cevaplar:

Bir arabada bir katalizörün varlığı nasıl kontrol edilir? Bunu yapmak için, sadece arabanın altına bakın. Ana susturucuya ve küçük susturucuya (egzoz sisteminin önüne oturan rezonatör) ek olarak, katalizör başka bir ampuldür.

Arabadaki katalizör nerede? Katalizörün yüksek sıcaklık koşullarında çalışması gerektiğinden, egzoz manifolduna mümkün olduğunca yakın yerleştirilir. Rezonatörün önündedir.

Arabadaki katalizör nedir? Bu bir katalitik konvertördür - egzoz sisteminde ek bir ampul. Petek kısmı değerli metal kaplı seramik malzeme ile doldurulmuştur.