Для чего нужен катализатор в автомобиле

Для чего нужен катализатор в автомобиле этот вопрос задают многие. Миллионы автомобилей на дорогах являются источником выброса токсичных веществ. Особенно в крупных городах (только в Москве зарегистрировано порядка 6 млн. авто) количество загрязнения от автомобилей определяется качеством выхлопных газов.

Для улучшения качества воздуха принимаются законы и технические решения, которые ограничивают количество загрязнения, производимого автомобилями. За последние годы автопроизводители сделали множество уточнений в двигателях и топливных контурах автомобилей, чтобы соответствовать этим законам. С 1975 года мировой автопром стал вводить в авто  современное устройство под названием каталитический нейтрализатор.

Назначение каталитического нейтрализатора или катализатора состоит в  уменьшении вредных выбросов и веществ, прежде чем они покидают  выхлопную систему автомобиля — вот для чего нужен катализатор в автомобиле

Каталитические преобразователи по отношению к современным автомобилям не сложные устройства, но имеют большое влияние на работоспособность автомобиля в целом.  Чаще всего при пробеге от 90 до 150 тысяч километров забит катализатор и  по признакам это легко определяется. Так как замена катализатора, по сути, установка нового, то это потребует компьютерную  диагностику и работу профессионалов в области выхлопных систем современных автомобилей.

Выбросы двигателя автомобиля

Сокращая выбросы, современные автомобильные двигатели постоянно контролируют количество топлива, которое они сжигают. Автомобильные устройства пытаются  сохранить соотношение воздух — топливо близкое к стехиометрической точке, которая является идеальной пропорцией воздуха к топливу. По теории при соблюдении этого коэффициента все топливо  превратится в энергию с использованием всего кислорода в воздухе. Для бензина стехиометрический коэффициент равен 14,7: 1, что означает, что каждый грамм бензина использует 14,7 граммов  воздуха для сожжения. В исправном авто топливная смесь фактически колеблется возле необходимого соотношения. Иногда смесь может быть бедная (соотношение воздуха к топливу выше 14.7) и богатая (соотношение воздух-топливо ниже, чем 14.7).

В любом случае происходят различные выбросы из двигателя автомобиля:

• Газ азот (N²) – большая часть такого газа проходит непосредственно через двигатель автомобиля.
• Двуокись углерода (CO²) — это продукт сгорания. Содержание углерода в топливе с кислородом в воздухе.
• Водяной пар (H²O) — это продукт сгорания.

Эти выхлопы в основном не приносят вреда, хотя предполагается, что выбросы углекислого газа приводят к глобальному потеплению.

В связи с тем, что  процесс сгорания не является совершенным, некоторое количество наиболее вредных выбросов одновременно производится в автомобильных двигателях:

• Окись углерода (CO) представляет собой ядовитый газ без цвета и запаха
• Углеводороды или летучие органические соединения являются одними из основных компонентов смога
• Оксиды азота (NO и NO², совместно называется NO^x) способствуют смогу, который влияет на органы дыхания.

Принцип работы катализатора

В автомобилях катализаторы имеют  керамическую структуру с тонким покрытием  металлом, обычно платиной, родием и/или палладием. Принцип работы катализатора заключается в создании структуры, которая образует максимальную площадь поверхности катализатора для потока выхлопных газов.

Поскольку поры расположены близко к двигателю, они нагреваются и химическая структура проходящих выхлопных газов изменяется так, что вредные газы, которые вызывают смог удаляются и преобразовываются в азот и кислород.
В катализаторе имеется система управления, которая снимает уровень потока выхлопных газов и использует эти данные для управления системой впрыска топлива. Система управления имеет датчик,  подключенный к компьютеру автомобиля. Компьютер автомобиля увеличивает или уменьшает количество кислорода в выхлопных газах, регулируя соотношение воздух — топливо. Этот принцип работы катализатора и схема управления позволяет компьютеру  определить, что двигатель работает близко к стехиометрической отметке и имеется необходимый состав для оптимальной работы катализатора для сжигания несгоревшего углеводорода и CO. Для этого нужен катализатор в автомобиле.

Катализатор мочевина в дизельных двигателях

Катализаторы в дизельных двигателях неэффективно работают в области сокращения выбросов NO^x. Одна из причин: дизельные двигатели прохладнее, чем бензиновые. Разработчики дизельных двигателей изобрели систему, которая улучшает эффективность очистки выхлопных газов катализатор   мочевина. Система впрыскивает раствор мочевины в выхлопную трубу, прежде чем выхлопной газ поступает в катализатор, мочевина испаряется и смешивается с выхлопным газом вызывая химическую реакцию, которая приводит к сокращению выбросов NO^x. Мочевина, также называется как Карбамид, — органическое соединение из углерода, азота, кислорода и водорода (имеется в моче млекопитающих и земноводных, поэтому так и называется). Мочевина реагирует с NO^x производя азот и водяной пар, нейтрализуя более чем 90% оксидов азота в выхлопных газах. Мочевина катализатору помогает нейтрализовать выхлопные газы  дизельных двигателей.

В химии, к катализаторам  относятся вещества, которые вызывают или ускоряют химическую реакцию. В человеческом теле, ферменты являются также естественным катализатором ответственным за многие важнейшие биохимические реакции.