汽車催化轉換器如何工作？

在內燃機的運轉過程中，排氣被釋放到大氣中，這不僅是造成空氣污染的主要原因之一，而且還是許多疾病的原因之一。

這些從車輛排氣系統中排出的氣體由極有害的元素組成，因此，現代汽車配備了特殊的排氣系統，在該排氣系統中始終存在催化劑。

催化轉化器會破壞廢氣中的有害分子，並使其對人和環境盡可能安全。

什麼是催化劑？

催化轉化器是一種設備，其主要任務是減少來自汽車發動機廢氣的有害排放。 催化劑結構簡單。 這是一個安裝在汽車排氣系統中的金屬容器。

儲罐中有兩條管道。 轉換器的“輸入”連接到引擎，廢氣通過引擎進入，“輸出”連接到車輛排氣系統的諧振器。

當發動機廢氣進入催化劑時，會發生化學反應。 它們會破壞有害氣體並將其轉變為無害氣體，並釋放到環境中。

催化轉化器有哪些元素？

為了更清楚地了解汽車催化轉化器的工作原理，讓我們考慮一下其主要成分。 在不贅述的情況下，我們僅列出構建它的主要元素。

後盾

基材是催化劑的內部結構，催化劑和貴金屬被塗覆在其上。 有幾種類型的基材。 它們的主要區別在於製造材料。 大多數情況下，它是一種惰性物質，可穩定其表面的活性顆粒。

Покрытие

催化劑活性物質通常由氧化鋁和鈰、鋯、鎳、鋇、鑭等化合物組成。 塗層的目的是擴大基材的物理表面，並作為貴金屬沉積的基礎。

貴金屬

催化轉化器中存在的貴金屬用於進行極其重要的催化反應。 常用的貴金屬有鉑金、鈀金和銠金，但近年來大量製造商開始使用黃金。

住房

外殼是設備的外殼，包含催化劑的底物和其他元素。 製作錶殼的材料通常是不銹鋼。

管

管道將車輛的催化轉化器連接至車輛的排氣系統和發動機。 它們由不銹鋼製成。

汽車催化轉換器如何工作？

對於內燃機的運行，重要的是，空氣-燃料混合物在其氣缸中進行穩定的燃燒過程。 在此過程中，會形成有害氣體，例如一氧化碳，氮氧化物，碳氫化合物等。

如果汽車沒有催化轉換器，則所有這些極其有害的氣體在從發動機排放到排氣歧管後，將通過排氣系統並直接進入我們呼吸的空氣中。

如果車輛具有催化轉化器，廢氣將通過基體的蜂窩狀結構從發動機流向消音器，並與貴金屬發生反應。 作為化學反應的結果，有害物質被中和，只有無害的排氣（主要是二氧化碳）從排氣系統進入環境。

我們從化學課上知道，催化劑是一種在不影響化學反應的情況下引起或加速化學反應的物質。 催化劑參與反應，但既不是反應物也不是催化反應的產物。

催化劑中的有害氣體通過兩個階段：還原和氧化。 這個怎麼運作？

當催化劑的工作溫度達到500至1200華氏度或250-300攝氏度時，會發生兩件事：還原，然後立即發生氧化反應。 這聽起來有些複雜，但實際上意味著該物質的分子同時在失去和獲得電子，從而改變了它們的結構。

催化劑中發生的還原（吸收氧氣）旨在將一氧化氮轉化為環境友好型氣體。

汽車催化劑在回收階段如何工作？

當汽車廢氣中的一氧化二氮進入催化劑時，其中的鉑和銠開始作用於氮氧化物分子的分解，從而將有害氣體轉變為完全無害的氣體。

在氧化階段會發生什麼？

在催化劑中發生的第二階段稱為氧化反應，其中未燃燒的碳氫化合物通過與氧氣混合而轉化為二氧化碳和水（氧化）。

在催化劑中發生的反應改變了廢氣的化學組成，從而改變了廢氣的原子結構。 當有害氣體分子從發動機傳遞到催化劑時，它將它們分解成原子。 原子依次重組為分子，成為相對無害的物質，例如二氧化碳，氮氣和水，並通過排氣系統釋放到環境中。

汽油發動機中使用的催化轉化器的主要類型有兩種：二元和三元。

雙邊

雙層（雙面）催化劑同時執行兩項任務：將一氧化碳氧化為二氧化碳，並將碳氫化合物（未燃燒或部分燃燒的燃料）氧化為二氧化碳和水。

直到1981年，這種類型的汽車催化劑一直用於柴油和汽油發動機，以減少碳氫化合物和一氧化碳的有害排放，但是由於它無法轉化氮氧化物，因此在81歲後被三效催化劑取代。

三效氧化還原催化轉化器

事實證明，這種類型的汽車催化劑於1981年推出，如今已安裝在所有現代汽車上。 三元催化器同時執行三個任務：

• 將一氧化氮還原為氮氣和氧氣；
• 將一氧化碳氧化為二氧化碳；
• 將未燃燒的碳氫化合物氧化為二氧化碳和水。

由於這種類型的催化轉化器執行催化的還原和氧化步驟，因此它以高達 98% 的效率執行任務。 這意味著如果您的汽車配備了這種催化轉化器，就不會排放有害物質污染環境。

柴油發動機中催化劑的類型

對於柴油車輛，直到最近，最常用的催化轉化器之一是柴油氧化催化劑（DOC）。 該催化劑在廢氣流中使用氧氣將一氧化碳轉化為二氧化碳，並將碳氫化合物轉化為水和二氧化碳。 不幸的是，這種類型的催化劑僅具有90％的效率，並且可以消除柴油的氣味並減少可見的顆粒，但是在減少NOx排放方面無效。

柴油發動機排放的氣體中含有相對較高的顆粒物（煤煙），其主要由元素碳組成，DOC催化劑無法應對，因此必須使用所謂的顆粒過濾器（DPF）去除顆粒。

催化劑如何保養？

為了避免催化劑出現問題，重要的是要知道：

• 平均催化劑壽命為約160000萬公里。 經過此距離後，您需要考慮更換換能器。
• 如果車輛配備催化轉化器，則不應使用含鉛燃料，因為它會降低催化劑的效率。 在這種情況下，唯一合適的燃料是無鉛燃料。

毫無疑問，這些設備對環境和健康的好處是巨大的，但是除了它們的好處之外，它們也有缺點。

它們的最大缺點之一是它們只能在高溫下工作。 換句話說，當您開車時，催化轉化器幾乎沒有任何作用可減少廢氣排放。

只有在廢氣加熱到250-300攝氏度後，它才能開始有效地工作。 這就是為什麼一些汽車製造商已採取措施通過將催化劑移至更靠近發動機的方式來解決該問題的原因，一方面，它提高了設備的性能，但縮短了其使用壽命，因為其靠近發動機的溫度使其暴露在非常高的溫度下。

近年來，已經決定將催化轉化器以一定的距離放置在乘客座椅下方，以使其能夠更有效地運行而不暴露於高發動機溫度。

催化劑的其他缺點是經常堵塞和燒餅。燒毀通常是由於未燃燒的燃料進入排氣系統並在催化轉換器進料中點燃而發生的。堵塞最常見的原因是汽油品質差或不合適、正常磨損、駕駛方式等。

在我們從使用汽車催化劑獲得巨大收益的背景下，這些都是非常小的缺點。 由於有了這些設備，汽車的有害排放得以限制。

一些批評家認為，二氧化碳也是一種有害排放物。 他們認為汽車不需要催化劑，因為這種排放會增加溫室效應。 事實上，如果汽車沒有催化轉化器，將一氧化碳排放到空氣中，這種氧化物本身就會在大氣中變成二氧化碳。

誰發明了催化劑？

儘管催化劑直到1970年代末才大規模出現，但它們的歷史要早得多。

催化劑之父被認為是法國化學工程師 Eugene Goudry，他於 1954 年以“廢氣催化轉換器”的名義為其發明申請了專利。

在本發明之前，Goodry發明了催化裂化，其中將大型複雜的有機化學物質分離成無害的產品。 然後他嘗試了不同類型的燃料，他的目標是使其更清潔。

催化劑在汽車中的實際使用發生在1970年代中期，當時出台了更嚴格的排放控制法規，要求從劣質汽油的廢氣中去除鉛。

問題與解答：

如何檢查汽車上是否存在催化劑？ 為此，只需查看汽車下方即可。 除了主消聲器和小消聲器（位於排氣系統前部的諧振器）之外，催化劑是另一個燈泡。

汽車的催化劑在哪裡？ 由於催化劑必須在高溫條件下工作，因此它的位置應盡可能靠近排氣歧管。 它在諧振器的前面。

什麼是汽車中的催化劑？ 這是一個催化轉化器 - 排氣系統中的一個附加燈泡。 它填充有陶瓷材料，其蜂窩狀材料覆蓋有貴金屬。