Home » Misc » Как катализатор попадает в двигатель

Как катализатор попадает в двигатель


Катализатор (каталик), как причина задиров в цилиндрах двигателя Kia/Hyundai

 
Добрый день, сегодня мы расскажем о каталитическом нейтрализаторе отработанных газов (катализаторе), как об одной из основных причин, которая может приводить к появлению задиров (механический износ) на поверхности стенок цилиндров в корейских бензиновых двигателях Киа/Хендай системы DOHC (Double Over Head Camshaft) семейств Theta и Nu серий G4KD, G4NC, G4NA и G4ND, которые устанавливаются на популярные модели, такие как: Kia Sportage, Kia Seltos, Kia Optima, Hyundai Tucson, Hyundai Creta, Hyundai Sonata , Hyundai Elantra и на многие другие машины автоконцерна.

В конце нашего материала, для большей наглядности, мы продемонстрируем вам видео, в котором поделимся личным опытом и комментариями, полученными от опытных автоспециалистов в области силовых установок, а также полезной информацией, которую смогли раздобыть в сети Интернет. Рассмотрение вопроса, касающегося того, как влияет катализатор на появление задиров в моторе, мы провели на примере, своего автомобиля Kia Sportage (4-го поколения), выпущенного в сентябре 2017 года и оснащенного бензиновым двигателем 2.0 DOHC серии G4NA с маслофорсунками.
{banner_adsensetext}
Итак, сразу отметим, что в корейских автомобилях, которые компонуются бензиновыми силовыми агрегатами с объемами 1.6, 1.8 и 2.0 литра, с 2016 года устанавливается 2 катализатора — первый сразу за двигателем, а второй посередине выхлопной трубы (магистральный). По мнению большинства специалистов, на появление задиров влияет именно первый, так сказать выходной катализатор, который располагается сразу за мотором на выпускном коллекторе. Про него то, мы и будем говорить в нашей статье.

Итак, давайте сперва освежим в памяти, что из себя представляет типовой катализатор. Каталитический нейтрализатор — это один из ключевых элементов любого современного авто, который оснащен двс (двигателем внутреннего сгорания). С виду катализатор является особого неприглядной деталью, однако именно эта запасная часть уберегает окружающую среду от вредных выбросов.

Катализатор в корейских автомобилях входит в систему впрыска отработанных газов, который зачастую располагается сразу за выпускным коллектором или непосредственно на нем. Данный компонент силовой установки очень плотно контактирует с двигателем. В катализатор попадает раскаленный выхлоп, выходящий из мотора и проходящий через коллектор. После прохождения нейтрализатора, выхлопные газы замедляются, охлаждаются и очищаются от вредных веществ, а затем проходят дальше катализатор на выхлопной трубе, попадают в резонатор и выходят на 90% очищенными в окружающую среду из глушителя.

Главный компонент любого катализатора располагается в его сердцевине. Именно в ней находится массивный керамический блок (фильтр), состоящий из множества мелких сот, на стенки которых нанесены драгоценные металлы, такие как палладий, платины, иридий и родий. Таким образом, при касании вредных отработанных газов о стенки сот катализатора, химически активные составляющие сгорают и выводятся из глушителя в виде безвредного углекислого газа.


Так, например, напыленный на соты катализатора палладий и платина играют в устройстве роль своеобразного окислителя, который предназначен для ускорения горения углеводородов. Фильтрующий керамический блок помещен в специальный металлических кожух, внутри которого имеется необходимый слой теплоизоляции. Катализатор нейтралитического действия не просто улавливает, а затем останавливает вредные химические активные соединения, но также и напрямую воздействует на функционирование силового агрегата автомобиля. Справочно заметим, что сигналы с установленных на катализаторе датчиков (датчики расположены, как на входе, так и на выходе устройства), постоянно считываются бортовым компьютером автомобиля и помогают мотору наиболее оптимальным образом сбалансировать рабочую топливно-воздушную смесь.

Наиболее частой причиной выхода из строя нейтрализатора является механическое повреждение устройства, причем, как внешнего воздействия, так и внутреннего. Как правило, механическое повреждение катализатора приводит к деформации его корпуса. Стоит заметить, что сердцевина катализатора — это хрупкие керамические пористые соты с тонкими стенками, которые очень легко крошатся, причем даже при небольших физических нагрузках.

{banner_reczagyand}
Однако в корейских автомобилях выходные катализаторы зачастую крошатся из-за неверно подобранного материала и ошибочного расположения самого устройства, в следствии чего керамические соты имеют свойство самостоятельно разрушаться под воздействием высоких температур, а обломки засасывает обратно в коллектор и в цилиндры соответственно, где они и входят в пагубное взаимодействие с поршнями, нанося повышенный износ, как стенкам цилиндров ( возникают углубления — бороздки), так и самим поршням (как на фото ниже).


Кроме того, всегда нужно помнить, что несвоевременный ремонт каталитического нейтрализатора также опасен, так как мелкие крошки керамики попадая в выпускной тракт напрямую залетают в рабочую область цилиндров силового агрегата. Как мы сказали ранее керамические частицы повреждают стенки цилиндров (царапают поверхность), вызывая задиры, что в последствии выводит мотор из стабильно работающего состояния в аварийное. Если двигатель в дополнение оснащен турбиной, то от керамического мусора также может пострадать и она. Заметим, что дополнительный нагрев выпускного тракта может привести к деформациям головы блока цилиндров (ГБЦ), что также достаточно сильно уменьшает срок службы мотора.

Как правило, керамическая сердцевина катализатора в корейских двигателях начинает разваливаться на небольших пробегах (начиная с 35-40 тысяч километров и даже раньше), особенно это касается мотора семейства Theta серии G4KD (не оснащен маслофорсунками). Разрушение керамических сот в катализаторе зачастую происходит со стороны двигателя, именно в этом месте многие специалисты чаще всего обнаруживают обломанные осколки и расплавленную часть. Самое интересное то, что в большинстве случаев ошибка на приборной панели, свидетельствующая о проблемах в системе двигателя не загорается, при этом катализатор продолжает постепенно разваливаться, причем, в прямом смысле этого слова, теряя с каждым километром пробега свою эффективность и засоряя цилиндры опасным для них мусором.

Довольно часто в запущенных ситуациях (задиры прогрессируют во всех четырех цилиндрах), силовая установка начинает потреблять масло в большом количестве, то есть начинается жор масла и появляются отчетливые металлические стуки со стороны моторного отсека на холостых оборотах. Таким образом, как рекомендуют многие автомеханики, если двигатель корейского производства после 50-60 тысяч километров не начнет чрезмерно потреблять масло и стучать на холодную, то это совсем не означает, что у него нет задиров, просто они еще не дошли до критического состояния, при этом с вероятностью в 85-90% можно сказать точно — керамическая сердцевина катализатора уже начала разрушаться, направляя свои обломки непосредственно в цилиндры.

Почему у практически новых автомобилей существует такая большая вероятность появления задиров? Как утверждают многие независимые эксперты, автоконцерн Kia/Hyundai нарочно (сознательно) производит недоработанные бензиновые моторы, в которые на стадии разработки внедряют брак, как в виде не качественного материала тех или иных деталей (мягкая поверхность колодцев цилиндров, хрупкая керамика катализатора), так и в виде конструкторских недоделок (близкое расположение к двс катализатора, неправильная форма поршней, колец и цилиндров), от чего в последствии страдают десятки, если не сотни тысяч автовладельцев (точной статистики по задирам до сих пор нет).

Одно можно утверждать точно, «задиристые» моторы постепенно приобретают массовый характер, причем независимо от частоты маслосервиса и качества расходников, применяемых при регламентном обслуживании. Кроме того, многие новоиспеченные автовладельцы считают, что двигатели новой линейки « NU» серии G4NA, G4NC и G4ND спасены от задиров, благодаря наличию в их моторах маслофорсунок, которые охлаждают поршни. К сожалению, это не так. Маслофорсунки способны незначительно отодвинуть сроки появления задиров, но не более того. Получается, что задиры — это уже, в какой-то степени массовая проблема, которая может проявится при любом пробеге, даже на малом, при любой эксплуатации и на подавляющем большинстве моделей Киа/Хендай, которые находятся в производстве с 2010 года и поставляются на рынок стран Таможенного Союза (Россия, Беларусь и Казахстан).

Как защитить свой двигатель от задиров? Наверняка спасет от задиров корейский мотор — это удаление каталитического нейтрализатора, установленного на выпускном коллекторе и монтаж вместо него специального пламегасителя, причем, чем раньше это будет сделано, тем дольше проживет двс без задиров.

Установка пламегасителя поспособствует снижению температуры отработанных газов, благодаря чему долговечность выхлопной системы не чуть не изменится. Как правило, кроме скрытого монтажа пламегасителя в корпус коллектора, необходимо еще сделать специальный чип-тюнинг (тюнинговая прошивка содержит контрольные параметры заводской программы), что позволит полностью сохранить гарантию дилера на транспортное средство, так как все сварные швы на коллекторе довольно быстро покроются грязью, что делает их незаметными.

А теперь давайте наглядно посмотрим на пример катализатора, который прошел около 40 тысяч километров (на фото ниже). Как можем видеть, керамические соты со стороны мотора уже вовсю начали разваливаться. А теперь представьте, для появления задиров, достаточно лишь нескольких осколков, которые затянутся в цилиндры силового агрегата. Таким образом, если появятся задиры в моторе, то зачастую у автовладельца останется всего 2 сценария развития событий: капитальный ремонт двигателя с помощью гильзования и замена двс на контрактный или новый.

Как происходит удаление катализатора и, что это даст автовладельцу корейца? Подробно рассказывать про демонтаж выпускного коллектора на наш взгляд смысла нет, тут и так все понятно (снимается коллектор и разрезается болгаркой, а затем дрелью высверливается керамическая сердцевина, чтобы не осталось от нее ровным счетом ничего). После того, как полость коллектора будет полностью очищена от сот катализатора, в его корпус вставляется пламегаситель (специалисты рекомендуют к установке производителя MG Race), желательно из нержавейки. Затем происходит соединение корпуса выпускного коллектора и пламегасителя при помощи аргонной сварки.


После установки пламегасителя, все разрезанные части выпускного коллектора соединяются. Рекомендуем при соединении частей выпускного коллектора использовать именно аргонную сварку, так как только сможет обеспечить прочность и стойкость к коррозии сварных швов.

Примерно через 12-14 дней все сварные швы на выпускном коллекторе, как правило, равномерно покрываются грязью и приобретают похожий цвет на саму деталь. Если планируется гарантийное обращение к дилеру, то не стоит волноваться, сварные швы даже через неделю почти не будут заметны, да и навряд ли дилер захочет пачкать свои руки и лезть под днище выяснять причину изменений на выпускном коллекторе.

Вред рассыпавшегося катализатора миф или реальность? / Чип-Тюнинг Удаление катализатора

  • Опубликовано 22. 02.2019
  • 3497 просмотров

Всем привет! Надоели эти вопросы клиентов по поводу того, что чем вредит разрушенный катализатор. Обычно люди начинают гуглить и находят статьи и видео «специалистов» с драйва и ютуба которые высказывают свои теории и утверждают: что т.к в выхлопе давление, пыль ни как не может попасть в двигатель, хотя у производителей автомобилей к примеру марки Toyota есть техническая нота по этому факту, т.е на дилерском сервисном центре при обнаружении разрушенного катализатора рекомендуется произвести осмотр блока двигателя на предмет задиров, такие рекомендации есть не только у Toyota но и у других концернов. Часто попадаются автомобили Kia/Hyundai у которых катализатор сыплется уже на пробеге 30000. Виной всему в первую очередь качество топлива, во вторую автовладельцы часто экономят на замене и выборе свечей зажигания, т.е когда свечной зазор увеличивается топливо в цилиндре сгорает не полностью, в итоге остатки топливовоздушной смеси попадают на разогретый порядка 400 градусов катализатор где они воспламеняются тем самым его разрушая.   
Для начала немного о том, что такое катализатор, для чего он нужен и из чего состоит.  Более простым языком катализатор нужен для, очистки выхлопа от излишних вредных для экологии веществ.  По сути это керамическая сетка, сверху покрытая драгоценными металлами такими как: платина, палладий, радий. Очистка выхлопа от вредных веществ происходит за счет химической реакции выхлопных газов с этими металлами. Когда катализатор рассыпается все это дело в виде пыли попадает в камеру сгорания и действует на стенках как наждачная бумага оставляя задиры, в результате падает компрессия или начинается дикий жор масла.
Теперь к сути, начнем с простого. Автомобили, которые оборудованы клапаном EGR и турбонаддувом, для наддува используется энергия выхлопных газов, EGR в целях снижения токсичности на определенных режимах работы двигателя возвращает отработанные газы во впускной коллектор для дожигания остатков токсичной для экологии смеси, теперь давайте представим, сажевый фильтр или катализатор рассыпался и пыль за счет давления выхлопных газов летит в турбину или канал EGR летит обратно во впуск, соответственно все это оказывается в цилиндре. На своем опыте встречал порчу турбины на а/м Ford Transit в результате воздействия пыли с катализатора, при чем на стороннем сервисе заменили аж 3 турбины за свой счет, в итоге клиент приехал к нам и причина была найдена, оказывается всего лишь надо было удалить катализатор и прошить автомобиль под нормы токсичности евро 2, при этом был отключен клапан EGR, т.е автомобиль на определенных режимах начал работать на чистом кислороде. 
С EGR и турбонаддувом разобрались, теперь разберемся с таким понятием как перекрытие клапанов.  По сути это когда впускной клапан открывается рано, а выпускной поздно в момент подхода поршня к ВМТ, в этот момент и впуск и выпуск отрыты, такой принцип используется на автомобилях с изменяемыми фазами ГРМ, по сути это сделано инженерами автоконцернов для увеличения динамики и экономичности двигателя, но с другой стороны в этот момент в камере сгорания возникает сильное разряжение и тут опять часть выхлопа с другого цилиндра вместе с пылью от катализатора попадает во впуск, т. е в выпускном коллекторе возникает завихрение за счет которого часть выхлопа вместе с пылью хоть и в небольшом количестве попадает в камеру сгорания, а дальше моторное масло + пыль + металл делают свое дело. По этой теме есть очень много видео роликов в youtube где специалисты наглядно это все объясняют и показываю. Это все к тому что, если Вам сказали катализатор рассыпается и его надо выбивать и шить автомобиль под нормы токсичности «Евро 2», задумайтесь, ремонт или даже замена ДВС стоит значительно дороже. 
Ну и далее перейдем к двигателям где перекрытие клапанов не используется, для рассмотрения возьмем человеческий организм, если у Вас заложен нос, то начинает болеть голова или чувствуется некий дискомфорт, примерно тоже самое происходит и с двигателем, впуск есть, а выпуска нет, соответственно за счет противодавления в цилиндре увеличивается температура сгорания и энергия выхлопных газов направлена в обратную сторону, автомобиль теряет динамику, остатки топлива догорают перед выпускным коллектором что очень сильно снижает ресурс ДВС.
С Вас никто не вытягивает деньги, мы хотим как лучше для Вас и Вашего автомобиля.

Как работают каталитические нейтрализаторы?

Как работают каталитические нейтрализаторы? - Объясните этот материал

Вы здесь: Домашняя страница > Транспорт > Катализаторы

  • Дом
  • индекс А-Я
  • Случайная статья
  • Хронология
  • Учебное пособие
  • О нас
  • Конфиденциальность и файлы cookie

Реклама

Почерневшие здания и удушье улицы — если это ваш опыт когда вы открываете входную дверь утром, вы, вероятно, живете в большом таких городов, как Лос-Анджелес, Лондон, Париж или Пекин. Автомобили, автобусы и грузовики стали отличным подарком миру, потому что они помогают нам передвигаться себя (и вещи, которые нам нужны) быстро и эффективно. Но их загрязнение двигателя портит места, где мы живем и вредит нашему здоровью. К счастью, сейчас большинство автомобилей оснащены устройства для снижения загрязнения, называемые каталитическими преобразователи (иногда называемые «кошками» или «кошками-минусами»), которые превращают вредные химические вещества в выхлопных газах автомобилей превращаются в безвредные газы, такие как пар. Давайте подробнее рассмотрим эти блестящие гаджеты и то, как они работай!

Рисунок: Базовая концепция каталитического нейтрализатора: он находится между двигателем автомобиля и выхлопной трубой, всасывает грязный воздух и удаляет из него значительное количество загрязнений с помощью химических катализаторов.

Содержание

  1. Почему двигатели загрязняют окружающую среду
  2. Что такое каталитический нейтрализатор?
  3. Что происходит внутри преобразователя?
  4. Насколько эффективны каталитические нейтрализаторы?
  5. Как работает каталитический нейтрализатор
  6. Работают ли каталитические нейтрализаторы для дизельных двигателей?
  7. Кто изобрел каталитический нейтрализатор?
  8. Узнать больше

Почему двигатели загрязняют окружающую среду

Автомобильные двигатели работают на бензине или дизельном топливе, которые сделаны из нефти. Большая часть нашей нефти образуется, когда останки крошечных морских существ гниют, нагреваются и сдавливаются слои пород морского дна. Нефть состоит из углеводородов (молекулы, построенные из атомов углерода и водорода) потому что живые организмы в основном тоже состоят из этих атомов.

Теоретически, если вы сжигаете любое углеводородное топливо с кислородом воздуха, вы выделяете много энергии и не производят ничего, кроме углекислого газа и воды, которые чисты и относительно безвредны. Однако на практике бензин представляет собой смесь около 150 различных химикатов, не только углеводородов, но и добавок, и горит не так чисто, как хотелось бы. Это означает, что вы обычно получаете загрязнение воздуха как побочный продукт. Загрязняющие газы, выделяемые двигателями автомобилей, включают ядовитый газ, называемый окисью углерода, а также ЛОС (летучие органические соединения) и оксиды азота, вызывающие смог (вид удушающего, облачного загрязнения транспортных средств, которое мы все знаем и ненавидим).

Фото: Колонны Парфенона в Афинах, Греция, почернели из-за загрязнения автомобилями. Афины — один из самых загрязненных дорожным движением городов мира. Фото Майкла М. Редди предоставлено Геологическая служба США.

Рекламные ссылки

Что такое каталитический нейтрализатор?

Загрязняющие газы состоят из вредных молекул, но эти молекулы состоят из относительно безвредных атомов. Итак, если бы мы могли найти способ расщепление молекул после того, как они покидают двигатель автомобиля и до их выбрасывают в воздух, мы могли бы решить проблему загрязнение — или часть его, во всяком случае. Это работа, которую выполняет каталитический нейтрализатор.

Эти гаджеты намного проще, чем кажутся. Катализатор это просто химическое вещество, которое ускоряет химическую реакцию без самого себя меняется в процессе. Это немного похоже на тренера по легкой атлетике, который стоит рядом с дорожкой и кричит бегунам, чтобы они шли быстрее. тренер никуда не бежит; он просто стоит там, машет руками, и заставляет бегунов ускоряться. В каталитическом нейтрализаторе работа катализатора заключается в ускорении удаления загрязнения. Катализатор изготовлен из платины или аналогичного платиноподобного металла. таких как палладий или родий.

Катализатор представляет собой большую металлическую коробку, привинченную к днищу автомобиля, из которой выходят две трубы. Один из них («вход» преобразователя) подключен к двигателю и вводит горячие загрязненные пары из цилиндров двигателя (где горит топливо и вырабатывается мощность). Вторая труба («выход» преобразователя) соединена с выхлопной трубой (выхлопной). Когда газы от выхлопных газов двигателя обдувают катализатор, на его поверхности происходят химические реакции, в результате которых загрязняющие газы распадаются на части и превращаются в другие газы, достаточно безопасные для безвредного выброса в воздух.

Фото: Экспериментальный новый каталитический нейтрализатор предназначен для уменьшения загрязняющего воздействия несгоревшего топлива, оксидов азота и твердых частиц. Изображение предоставлено Окриджской национальной лабораторией. опубликовано на Flickr по лицензии Creative Commons (CC BY 2.0).

Очень важно отметить, что каталитические нейтрализаторы требуют от вас использовать неэтилированный бензин, так как свинец в обычном топливе «отравляет» катализатор и препятствует тому, чтобы он поглощал загрязняющие вещества с выхлопными газами. газы.

Что происходит внутри преобразователя?

Фото: Инженеры постоянно пытаются улучшить производительность каталитических нейтрализаторов, например, путем разработки катализаторов, которые работают более эффективно при более низкие температуры. Это пример катализатора низкотемпературного окисления, изготовленного из оксида олова и платины. Фотография CPL Bryant V предоставлена ​​Исследовательским центром НАСА в Лэнгли (NASA-LaRC).

Внутри преобразователя газы проходят через плотные соты конструкция из керамики с покрытием с катализаторами. Сотовая структура означает, что газы касаются большая площадь катализатора сразу, поэтому они преобразуются быстрее и эффективно.

Как правило, в одном каталитический нейтрализатор:

  • Один из них борется с загрязнением оксидами азота, используя химический процесс, называемый восстановлением (удаление кислорода). Это расщепляет оксиды азота на азот и кислородные газы (которые безвредны, потому что они уже существуют в воздухе вокруг нас).
  • Другой катализатор работает в противоположном химическом процессе, называемом окислением (добавление кислород) и превращает монооксид углерода в диоксид углерода. Другая реакция окисления превращает несгоревшие углеводороды в выхлопных газах в углекислый газ и воду.

По сути, одновременно происходят три разные химические реакции. Вот почему мы говорим о трехкомпонентных каталитических нейтрализаторах. (Некоторые, менее эффективные преобразователи выполняют только две вторые реакции (окисления), поэтому они называются двухкомпонентными каталитическими нейтрализаторами.) После того, как катализатор сделал свое дело, из выхлопной трубы выходит в основном азот, кислород, углекислый газ и вода (в виде пар).

Насколько эффективны каталитические нейтрализаторы?

Cats существенно сокращают выбросы, а трехкомпонентные преобразователи дают значительные дополнительные преимущества по сравнению с двухкомпонентными преобразователями:

Таблица: Эффективность каталитических нейтрализаторов. Цифры показывают загрязняющие вещества в граммах на километр на 80 000 километров. Диаграмма, составленная «Объясните, что Stuff.com» с использованием данных для легковых автомобилей, работающих на бензине, из Агентства по охране окружающей среды США (1990 г.), приведенных в таблице 3.2 (стр. 75) «Загрязнение воздуха от автомобилей: стандарты и технологии для контроля выбросов», Faiz et al, World Bank, 1996.

Каталитические нейтрализаторы в основном предназначены для уменьшения непосредственного локального загрязнения воздуха — грязного воздуха там, где вы едете, — и эта диаграмма, безусловно, свидетельствует о том, что они эффективны. Тем не менее, люди иногда задаются вопросом, действительно ли они такие зеленые, как кажутся. Важно помнить, что они сократить выбросы , а не полностью их устранить.

Одна проблема заключается в том, что они действительно работают только при высоких температурах (более 300°C/600°F или около того), когда двигатель успел прогреться. Ранним типам каталитических нейтрализаторов обычно требовалось около 10–15 минут для прогрева, поэтому они были совершенно неэффективны в течение первых нескольких километров / миль пути (или любой части очень короткого путешествия). Современные преобразователи прогреваются всего за 2–3 минуты; даже в этом случае в это время все еще могут происходить значительные выбросы.

Таблица: Каталитические нейтрализаторы становятся эффективными только при высоких рабочих температурах. На этой диаграмме показана эффективность типичного устройства при преобразовании монооксида углерода в диапазоне различных температур. Оксиды азота конвертируются с несколько большей эффективностью, а углеводороды - с несколько меньшей эффективностью. При высоких температурах монооксид углерода преобразуется с наименьшей эффективностью из трех.

Другой вопрос, увеличивают ли они выбросы парниковых газов. Мы думаем об углекислом газе как о безопасном газе, потому что он не токсичен в повседневных концентрациях. Тем не менее, это не совсем безвредно, потому что теперь мы знаем, что это основная причина глобального потепления и изменения климата. Некоторые люди считают, что каталитические нейтрализаторы усугубляют изменение климата, потому что они превращают монооксид углерода в диоксид углерода. На самом деле, угарный газ, производимый вашим автомобилем, в конечном итоге сам по себе превращается в углекислый газ в атмосфере, поэтому каталитический нейтрализатор не имеет значения в этом отношении: он просто уменьшает количество угарного газа, выбрасываемого автомобилем на улицу во время движения. улучшение качества местного воздуха.

Но когда дело доходит до изменения климата, автоинженеры и экологи уже давно отмечают еще одну серьезную проблему. Хотя кошки превращают большую часть оксидов азота в азот и кислород, в процессе они также производят небольшое количество закиси азота (N2O) — парникового газа, который более чем в 300 раз сильнее углекислого газа. Проблема в том, что при таком количестве автомобилей на дорогах даже небольшое количество закиси азота создает серьезную проблему. Еще в 2000 г. Межправительственная группа экспертов по изменению климата отметила: «Внедрение каталитических нейтрализаторов в качестве меры по борьбе с загрязнением в большинстве промышленно развитых стран приводит к значительному увеличению Выбросы N2O от автомобилей с бензиновым двигателем». К счастью, новые каталитические нейтрализаторы производят гораздо меньше закиси азота, чем старые. Тем не менее, несмотря на то, что каталитические нейтрализаторы, безусловно, помогли нам справиться с краткосрочным загрязнением воздуха, опасения, что, когда дело доходит до долгосрочного изменения климата, они могут усугубить ситуацию.

Как работает каталитический нейтрализатор

До того, как были разработаны каталитические нейтрализаторы, выхлопные газы автомобильного двигателя выбрасывались прямо в выхлопную трубу. выхлопную трубу и в атмосферу. Каталитический нейтрализатор находится между двигателем и выхлопной трубой, но он не работает как простой фильтр: он изменяет химический состав выхлопных газов, перестраивая атомы, из которых они сделаны:

  1. Молекулы загрязняющих газов перекачиваются из двигателя мимо сотового катализатора, сделанного из платины, палладия или родия.
  2. Катализатор расщепляет молекулы на атомы.
  3. Затем атомы рекомбинируются в молекулы относительно безвредных веществ, таких как углекислый газ, азот и вода, которые безопасно выдуваются через выхлоп.

Работают ли каталитические нейтрализаторы для дизельных двигателей?

Лишь небольшая часть выбросов дизельного двигателя (около одного процента) представляет собой загрязнение. Этот один процент состоит в основном из оксидов азота (около 50 процентов) и твердых частиц с относительно небольшими количествами окиси углерода, углеводородов и двуокиси серы.

Таблица: Грязные дизеля? Нарисовано с использованием данных из книги «Выбросы загрязняющих веществ от автомобилей с дизельными двигателями и системы доочистки выхлопных газов» Ибрагима Аслана Решитоглу и др. , «Чистые технологии и политика в отношении окружающей среды», январь 2015 г., том 17, выпуск 1, а сами данные цитируются из книги «Выбросы дизельных двигателей и их контроль» М. Хайр и В. Маевский. Общество автомобильных инженеров, Inc., Уоррендейл, Пенсильвания: 2006.

Дизельные двигатели могут и используют каталитические нейтрализаторы, но есть несколько важных отличий. от того, как они работают в бензиновых двигателях.

  • Вместо трехкомпонентных катализаторов в дизелях используются двухкомпонентные катализаторы окисления. (которые справляются только с угарным газом и углеводородами) и специально разработанные для работы с дизельными выхлопами, которые значительно холоднее бензиновых выхлопов.
  • Так как у них нет восстановительных катализаторов, дизельные двигатели производят гораздо более высокие выбросы оксидов азота из выхлопных газов, чем бензиновые двигатели. (Существуют различные другие механизмы, которые дизельные двигатели могут использовать для сокращения выбросов NOx, но мы не будем здесь вдаваться в подробности. )
  • Каталитические нейтрализаторы на дизельных двигателях помогают снизить выбросы твердых частиц (в основном сажи), хотя и незначительно; в частности, они борются с одним типом твердых частиц, известным как растворимая органическая фракция SOF, состоящая из углеводородов, связанных с сажей. Дизельные сажевые фильтры (DPF) должны использоваться, чтобы существенно снизить выбросы сажи двигателем.
  • Автомобили в стороне, дизельные двигатели, как правило, приводят в движение более крупные транспортные средства, чем бензиновые двигатели (например, огромные строительные машины). со значительно большей мощностью выхлопа. Вместо одного каталитического нейтрализатора, установленного между двигатель и выхлопная труба, они могут иметь несколько отдельных блоков, установленных параллельно, чтобы справиться с более крупным выхлопом объем газа (как на диаграмме ниже).

Художественное произведение: большие дизельные двигатели могут производить гораздо больший объем выхлопных газов, поэтому они могут нуждаться в использовании несколько каталитических нейтрализаторов «параллельно». В этой конструкции Caterpillar 1990-х годов огромный преобразователь (серого цвета) имеет диаметр около 1 м (3,3 фута). Выхлопной газ поступает слева (1), равномерно разделяется на потоки узлом распределения потока (2, синий), проходит через один из семи отдельных блоков каталитического нейтрализатора (3, красный), глушится системой шумоглушителя (4 , зеленый), и выходит, несколько очищенный, через выхлопную трубу (5). Изображение из патента США 5 578 277: Модульный каталитический нейтрализатор и глушитель для двигателя внутреннего сгорания Скотта Т. Уайта и др., Caterpillar, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Кто изобрел каталитический нейтрализатор?

" Я люблю, чтобы что-то происходило, и это то, что делают инженеры - они берут фундаментальную науку и заставляют вещи происходить.. "

Джон Дж. Муни, пионер каталитического нейтрализатора

Кого мы благодарим за то, что улицы и города стали чище и безопаснее? Французский инженер-химик Юджин Гудри (1892–1962) запатентовал то, что, кажется, было самым первым каталитический нейтрализатор в США, подача заявки на изобретение 5 мая 19 г. 50 и получив его (Патент США 2 674 521: Каталитический нейтрализатор для выхлопных газов) четыре года спустя, 6 апреля 1954 года. Хоудри ранее изобрел каталитический крекинг , промышленный процесс, в котором многие крупные сложные органические химические вещества в нефти разделяются на десятки полезных продуктов, включая бензин. После этого он экспериментировал с производством различных видов автомобильного топлива и сделал их чище.

Хотя он осознавал растущую проблему загрязнения воздуха, его идеи намного опередили свое время: каталитические нейтрализаторы были «отравлены» свинцовыми присадками, используемыми в бензине для улучшения характеристик. К счастью, в 19В 70-х люди начали осознавать опасность свинца, токсичного тяжелого металла. В 1973 году Агентство по охране окружающей среды США (EPA) выпустило отчет, демонстрирующий, как свинец вредит здоровью людей, что положило начало медленному процессу удаления свинца из бензина. Первые практические каталитические нейтрализаторы появились вскоре после этого, в середине 1970-х годов, и с тех пор используются в автомобилях.

Работа: оригинальный каталитический нейтрализатор Юджина Хоудри из его патента 1950 года. По сути, это набор концентрических металлических трубок (синего цвета), через которые проходят выхлопные газы. Чистый воздух всасывается через вентиляционные отверстия (желтые) с помощью трубки Вентури (оранжевые). Как и в случае с современной кошкой, Ходри объясняет, что «осажденный мелкодисперсный металлический катализатор предпочтительно представляет собой платину», хотя можно использовать и другие подобные металлы; в отличие от современного кота, катализатор (зеленый) расположен не в виде сот, а смонтирован в виде шестнадцати отдельных колец (красных) с промежутками вдоль трубы, каждое из которых работает параллельно. Изображение из патента США 2,674,521: Каталитический нейтрализатор выхлопных газов, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Houdry изобрел основной катализатор окисления для борьбы с угарным газом. Усовершенствованные трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы, которые также могли бороться с оксидами азота, были разработаны в начале 1970-х гг. Карл Кейт (1920–1988), Джон Муни (1929–2020) и инженеры-химики в Engelhard Corporation. Помимо удаления большего количества загрязняющих веществ, они начинают очищать выхлопные газы намного быстрее, чем более ранние нейтрализаторы, поэтому они более эффективны при коротких поездках.

Иллюстрация: В улучшенной конструкции Карла Кейта и Джона Муни есть два отдельных каталитических нейтрализатора. Загрязненные газы вытекают из двигателя (красный, 10) и выпускного коллектора (оранжевый, 11) через первый каталитический нейтрализатор (зеленый, 13), а затем второй (25), на некотором расстоянии, перед выходом через выхлопную трубу (серый). , 26). Работа из патента США 3,896,616: Процесс и устройство, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Узнайте больше

На этом сайте

  • Загрязнение воздуха
  • Автомобильные двигатели (бензиновые двигатели)
  • Изменение климата и глобальное потепление
  • Электростатические осадители дыма
  • Фотокаталитические очистители воздуха

Книги

  • Каталитический контроль загрязнения воздуха: коммерческая технология Рональда М. Хека, Роберта Дж. Фаррауто, Суреша Т. Гулати. John Wiley & Sons, 2016. Тщательно исчерпывающее руководство по теме, которая начинается с базовой химии катализа, а затем переходит к преобразователям бензиновых и дизельных двигателей, стационарным источникам и таким темам, как контроль озона в самолетах и ​​очистка атмосферного воздуха.
  • Загрязнение воздуха от автомобилей: стандарты и технологии контроля выбросов Асифа Файза, Кристофера С. Уивера и Майкла П. Уолша. Публикации Всемирного банка, 1996. Интересный технический отчет с акцентом на то, как на практике контролируются выбросы в наиболее развитых и загрязненных городах мира. Включает множество полезных рисунков и таблиц, а также сравнение эффективности законодательства о выбросах в разных странах. Вы также можете загрузить его в формате PDF с исследовательского сайта Всемирного банка.
  • Автомобильные каталитические нейтрализаторы Кэтлин С. Тейлор. Спрингер, 1984/2012. Несколько устарело, но все еще полезно для справочной информации.

Новостные статьи

  • Воры по всей стране пробираются под машины, выкрадывая каталитические нейтрализаторы, Хироко Табучи, The New York Times, 21 февраля 2021 г. Драгоценные металлы по-прежнему делают каталитические нейтрализаторы привлекательной целью для воров.
  • Джон Дж. Муни, изобретатель каталитического нейтрализатора, умер в возрасте 9 лет0 Сэм Робертс, The New York Times, 25 июня 2020 г. Оглядываясь назад на жизнь инженер, который первым изобрел трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы.
  • Заявление изобретателя о более чистом двигателе: BBC News, 22 января 2010 г. Шотландский изобретатель утверждает, что разработал двигатель с охлаждением, который практически не производит твердых частиц (сажи).
  • По мере роста платины каталитический нейтрализатор нагревается Мэтью Феникс. Wired, 17 февраля 2008 г. Почему воры считают, что из-за стремительного роста цен на платину стоит воровать каталитические нейтрализаторы
  • Автомобильные конвертеры сокращают смог, но усугубляют глобальное потепление, Мэтью Уолд. The New York Times, 29 мая 1998 г. Агентство по охране окружающей среды выпускает отчет, в котором освещаются проблемы, связанные с оксидом азота.
  • Каталитические нейтрализаторы действительно «зеленые»?: The Guardian, Notes and Queries. Читатели высказывают свое мнение о том, действительно ли кошки помогают планете.
    • Каталитический нейтрализатор
  • : большое «если» 1975 года Роберта В. Ирвина. The New York Times, 13 октября 1974 г. Эта статья из архива показывает, как автомобильная промышленность серьезно относилась к эффективности каталитических нейтрализаторов, когда они были впервые представлены в середине 19-го века.70-е годы.

Патенты

  • Патент США 2,674,521: Каталитический нейтрализатор выхлопных газов, автор Юджин Хоудри, 6 апреля 1954 г. В этом очень легко читаемом патенте Ходри объясняет, почему он разработал каталитические нейтрализаторы, и различные технические проблемы, которые ему пришлось решать в процессе ( таких как борьба с газами, образующимися в самых разных условиях вождения).
  • Патент США 3 896 616: Процесс и устройство Карла Д. Кейта и Джона Дж. Муни, 29 июля 1975 г. Еще один очень удобный для чтения патент описывает улучшенный трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, используемый в большинстве современных автомобилей.
  • Патент США 4 672 809: Каталитический нейтрализатор для дизельного двигателя, Ричард К. Корнелисон и Уильям Б. Реталлик, WR Grace and Co, 16 июня 1987 г. Описывает некоторые проблемы, связанные с работой каталитического нейтрализатора с выбросами дизельного двигателя.
  • Патент США 5 578 277: Модульный каталитический нейтрализатор и глушитель для двигателя внутреннего сгорания Скотт Т. Уайт и др., Caterpillar, 26 ноября 1996 г. В этом патенте объясняется, как несколько каталитических блоков работают вместе над выбросами выхлопной трубы очень большого дизельного двигателя.

Практические статьи

  • Тестирование и ремонт каталитических нейтрализаторов Морт Шульц, Popular Mechanics, декабрь 1985 г. Датированная, но все же очень интересная статья, объясняющая различные типы каталитических нейтрализаторов и исследующая причины их выхода из строя.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты.

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2007, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подпишитесь на нас

Оцените эту страницу

Пожалуйста, оцените эту страницу или оставьте отзыв, и я сделаю пожертвование WaterAid.

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2007/2020) Катализаторы. Получено с https://www.explainthatstuff.com/catalyticconverters.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]

Подробнее на нашем веб-сайте...

  • Связь
  • Компьютеры
  • Электричество и электроника
  • Энергия
  • Машиностроение
  • Окружающая среда

  • Гаджеты
  • Домашняя жизнь
  • Материалы
  • Наука
  • Инструменты и инструменты
  • Транспорт

↑ Вернуться к началу

Как работают каталитические нейтрализаторы?

Как работают каталитические нейтрализаторы? - Объясните этот материал

Вы здесь: Домашняя страница > Транспорт > Катализаторы

  • Дом
  • индекс А-Я
  • Случайная статья
  • Хронология
  • Учебное пособие
  • О нас
  • Конфиденциальность и файлы cookie

Реклама

Почерневшие здания и удушье улицы — если это ваш опыт когда вы открываете входную дверь утром, вы, вероятно, живете в большом таких городов, как Лос-Анджелес, Лондон, Париж или Пекин. Автомобили, автобусы и грузовики стали отличным подарком миру, потому что они помогают нам передвигаться себя (и вещи, которые нам нужны) быстро и эффективно. Но их загрязнение двигателя портит места, где мы живем и вредит нашему здоровью. К счастью, сейчас большинство автомобилей оснащены устройства для снижения загрязнения, называемые каталитическими преобразователи (иногда называемые «кошками» или «кошками-минусами»), которые превращают вредные химические вещества в выхлопных газах автомобилей превращаются в безвредные газы, такие как пар. Давайте подробнее рассмотрим эти блестящие гаджеты и то, как они работай!

Рисунок: Базовая концепция каталитического нейтрализатора: он находится между двигателем автомобиля и выхлопной трубой, всасывает грязный воздух и удаляет из него значительное количество загрязнений с помощью химических катализаторов.

Содержание

  1. Почему двигатели загрязняют окружающую среду
  2. Что такое каталитический нейтрализатор?
  3. Что происходит внутри преобразователя?
  4. Насколько эффективны каталитические нейтрализаторы?
  5. Как работает каталитический нейтрализатор
  6. Работают ли каталитические нейтрализаторы для дизельных двигателей?
  7. Кто изобрел каталитический нейтрализатор?
  8. Узнать больше

Почему двигатели загрязняют окружающую среду

Автомобильные двигатели работают на бензине или дизельном топливе, которые сделаны из нефти. Большая часть нашей нефти образуется, когда останки крошечных морских существ гниют, нагреваются и сдавливаются слои пород морского дна. Нефть состоит из углеводородов (молекулы, построенные из атомов углерода и водорода) потому что живые организмы в основном тоже состоят из этих атомов.

Теоретически, если вы сжигаете любое углеводородное топливо с кислородом воздуха, вы выделяете много энергии и не производят ничего, кроме углекислого газа и воды, которые чисты и относительно безвредны. Однако на практике бензин представляет собой смесь около 150 различных химикатов, не только углеводородов, но и добавок, и горит не так чисто, как хотелось бы. Это означает, что вы обычно получаете загрязнение воздуха как побочный продукт. Загрязняющие газы, выделяемые двигателями автомобилей, включают ядовитый газ, называемый окисью углерода, а также ЛОС (летучие органические соединения) и оксиды азота, вызывающие смог (вид удушающего, облачного загрязнения транспортных средств, которое мы все знаем и ненавидим).

Фото: Колонны Парфенона в Афинах, Греция, почернели из-за загрязнения автомобилями. Афины — один из самых загрязненных дорожным движением городов мира. Фото Майкла М. Редди предоставлено Геологическая служба США.

Рекламные ссылки

Что такое каталитический нейтрализатор?

Загрязняющие газы состоят из вредных молекул, но эти молекулы состоят из относительно безвредных атомов. Итак, если бы мы могли найти способ расщепление молекул после того, как они покидают двигатель автомобиля и до их выбрасывают в воздух, мы могли бы решить проблему загрязнение — или часть его, во всяком случае. Это работа, которую выполняет каталитический нейтрализатор.

Эти гаджеты намного проще, чем кажутся. Катализатор это просто химическое вещество, которое ускоряет химическую реакцию без самого себя меняется в процессе. Это немного похоже на тренера по легкой атлетике, который стоит рядом с дорожкой и кричит бегунам, чтобы они шли быстрее. тренер никуда не бежит; он просто стоит там, машет руками, и заставляет бегунов ускоряться. В каталитическом нейтрализаторе работа катализатора заключается в ускорении удаления загрязнения. Катализатор изготовлен из платины или аналогичного платиноподобного металла. таких как палладий или родий.

Катализатор представляет собой большую металлическую коробку, привинченную к днищу автомобиля, из которой выходят две трубы. Один из них («вход» преобразователя) подключен к двигателю и вводит горячие загрязненные пары из цилиндров двигателя (где горит топливо и вырабатывается мощность). Вторая труба («выход» преобразователя) соединена с выхлопной трубой (выхлопной). Когда газы от выхлопных газов двигателя обдувают катализатор, на его поверхности происходят химические реакции, в результате которых загрязняющие газы распадаются на части и превращаются в другие газы, достаточно безопасные для безвредного выброса в воздух.

Фото: Экспериментальный новый каталитический нейтрализатор предназначен для уменьшения загрязняющего воздействия несгоревшего топлива, оксидов азота и твердых частиц. Изображение предоставлено Окриджской национальной лабораторией. опубликовано на Flickr по лицензии Creative Commons (CC BY 2.0).

Очень важно отметить, что каталитические нейтрализаторы требуют от вас использовать неэтилированный бензин, так как свинец в обычном топливе «отравляет» катализатор и препятствует тому, чтобы он поглощал загрязняющие вещества с выхлопными газами. газы.

Что происходит внутри преобразователя?

Фото: Инженеры постоянно пытаются улучшить производительность каталитических нейтрализаторов, например, путем разработки катализаторов, которые работают более эффективно при более низкие температуры. Это пример катализатора низкотемпературного окисления, изготовленного из оксида олова и платины. Фотография CPL Bryant V предоставлена ​​Исследовательским центром НАСА в Лэнгли (NASA-LaRC).

Внутри преобразователя газы проходят через плотные соты конструкция из керамики с покрытием с катализаторами. Сотовая структура означает, что газы касаются большая площадь катализатора сразу, поэтому они преобразуются быстрее и эффективно.

Как правило, в одном каталитический нейтрализатор:

  • Один из них борется с загрязнением оксидами азота, используя химический процесс, называемый восстановлением (удаление кислорода). Это расщепляет оксиды азота на азот и кислородные газы (которые безвредны, потому что они уже существуют в воздухе вокруг нас).
  • Другой катализатор работает в противоположном химическом процессе, называемом окислением (добавление кислород) и превращает монооксид углерода в диоксид углерода. Другая реакция окисления превращает несгоревшие углеводороды в выхлопных газах в углекислый газ и воду.

По сути, одновременно происходят три разные химические реакции. Вот почему мы говорим о трехкомпонентных каталитических нейтрализаторах. (Некоторые, менее эффективные преобразователи выполняют только две вторые реакции (окисления), поэтому они называются двухкомпонентными каталитическими нейтрализаторами.) После того, как катализатор сделал свое дело, из выхлопной трубы выходит в основном азот, кислород, углекислый газ и вода (в виде пар).

Насколько эффективны каталитические нейтрализаторы?

Cats существенно сокращают выбросы, а трехкомпонентные преобразователи дают значительные дополнительные преимущества по сравнению с двухкомпонентными преобразователями:

Таблица: Эффективность каталитических нейтрализаторов. Цифры показывают загрязняющие вещества в граммах на километр на 80 000 километров. Диаграмма, составленная «Объясните, что Stuff.com» с использованием данных для легковых автомобилей, работающих на бензине, из Агентства по охране окружающей среды США (1990 г. ), приведенных в таблице 3.2 (стр. 75) «Загрязнение воздуха от автомобилей: стандарты и технологии для контроля выбросов», Faiz et al, World Bank, 1996.

Каталитические нейтрализаторы в основном предназначены для уменьшения непосредственного локального загрязнения воздуха — грязного воздуха там, где вы едете, — и эта диаграмма, безусловно, свидетельствует о том, что они эффективны. Тем не менее, люди иногда задаются вопросом, действительно ли они такие зеленые, как кажутся. Важно помнить, что они сократить выбросы , а не полностью их устранить.

Одна проблема заключается в том, что они действительно работают только при высоких температурах (более 300°C/600°F или около того), когда двигатель успел прогреться. Ранним типам каталитических нейтрализаторов обычно требовалось около 10–15 минут для прогрева, поэтому они были совершенно неэффективны в течение первых нескольких километров / миль пути (или любой части очень короткого путешествия). Современные преобразователи прогреваются всего за 2–3 минуты; даже в этом случае в это время все еще могут происходить значительные выбросы.

Таблица: Каталитические нейтрализаторы становятся эффективными только при высоких рабочих температурах. На этой диаграмме показана эффективность типичного устройства при преобразовании монооксида углерода в диапазоне различных температур. Оксиды азота конвертируются с несколько большей эффективностью, а углеводороды - с несколько меньшей эффективностью. При высоких температурах монооксид углерода преобразуется с наименьшей эффективностью из трех.

Другой вопрос, увеличивают ли они выбросы парниковых газов. Мы думаем об углекислом газе как о безопасном газе, потому что он не токсичен в повседневных концентрациях. Тем не менее, это не совсем безвредно, потому что теперь мы знаем, что это основная причина глобального потепления и изменения климата. Некоторые люди считают, что каталитические нейтрализаторы усугубляют изменение климата, потому что они превращают монооксид углерода в диоксид углерода. На самом деле, угарный газ, производимый вашим автомобилем, в конечном итоге сам по себе превращается в углекислый газ в атмосфере, поэтому каталитический нейтрализатор не имеет значения в этом отношении: он просто уменьшает количество угарного газа, выбрасываемого автомобилем на улицу во время движения. улучшение качества местного воздуха.

Но когда дело доходит до изменения климата, автоинженеры и экологи уже давно отмечают еще одну серьезную проблему. Хотя кошки превращают большую часть оксидов азота в азот и кислород, в процессе они также производят небольшое количество закиси азота (N2O) — парникового газа, который более чем в 300 раз сильнее углекислого газа. Проблема в том, что при таком количестве автомобилей на дорогах даже небольшое количество закиси азота создает серьезную проблему. Еще в 2000 г. Межправительственная группа экспертов по изменению климата отметила: «Внедрение каталитических нейтрализаторов в качестве меры по борьбе с загрязнением в большинстве промышленно развитых стран приводит к значительному увеличению Выбросы N2O от автомобилей с бензиновым двигателем». К счастью, новые каталитические нейтрализаторы производят гораздо меньше закиси азота, чем старые. Тем не менее, несмотря на то, что каталитические нейтрализаторы, безусловно, помогли нам справиться с краткосрочным загрязнением воздуха, опасения, что, когда дело доходит до долгосрочного изменения климата, они могут усугубить ситуацию.

Как работает каталитический нейтрализатор

До того, как были разработаны каталитические нейтрализаторы, выхлопные газы автомобильного двигателя выбрасывались прямо в выхлопную трубу. выхлопную трубу и в атмосферу. Каталитический нейтрализатор находится между двигателем и выхлопной трубой, но он не работает как простой фильтр: он изменяет химический состав выхлопных газов, перестраивая атомы, из которых они сделаны:

  1. Молекулы загрязняющих газов перекачиваются из двигателя мимо сотового катализатора, сделанного из платины, палладия или родия.
  2. Катализатор расщепляет молекулы на атомы.
  3. Затем атомы рекомбинируются в молекулы относительно безвредных веществ, таких как углекислый газ, азот и вода, которые безопасно выдуваются через выхлоп.

Работают ли каталитические нейтрализаторы для дизельных двигателей?

Лишь небольшая часть выбросов дизельного двигателя (около одного процента) представляет собой загрязнение. Этот один процент состоит в основном из оксидов азота (около 50 процентов) и твердых частиц с относительно небольшими количествами окиси углерода, углеводородов и двуокиси серы.

Таблица: Грязные дизеля? Нарисовано с использованием данных из книги «Выбросы загрязняющих веществ от автомобилей с дизельными двигателями и системы доочистки выхлопных газов» Ибрагима Аслана Решитоглу и др., «Чистые технологии и политика в отношении окружающей среды», январь 2015 г., том 17, выпуск 1, а сами данные цитируются из книги «Выбросы дизельных двигателей и их контроль» М. Хайр и В. Маевский. Общество автомобильных инженеров, Inc., Уоррендейл, Пенсильвания: 2006.

Дизельные двигатели могут и используют каталитические нейтрализаторы, но есть несколько важных отличий. от того, как они работают в бензиновых двигателях.

  • Вместо трехкомпонентных катализаторов в дизелях используются двухкомпонентные катализаторы окисления. (которые справляются только с угарным газом и углеводородами) и специально разработанные для работы с дизельными выхлопами, которые значительно холоднее бензиновых выхлопов.
  • Так как у них нет восстановительных катализаторов, дизельные двигатели производят гораздо более высокие выбросы оксидов азота из выхлопных газов, чем бензиновые двигатели. (Существуют различные другие механизмы, которые дизельные двигатели могут использовать для сокращения выбросов NOx, но мы не будем здесь вдаваться в подробности.)
  • Каталитические нейтрализаторы на дизельных двигателях помогают снизить выбросы твердых частиц (в основном сажи), хотя и незначительно; в частности, они борются с одним типом твердых частиц, известным как растворимая органическая фракция SOF, состоящая из углеводородов, связанных с сажей. Дизельные сажевые фильтры (DPF) должны использоваться, чтобы существенно снизить выбросы сажи двигателем.
  • Автомобили в стороне, дизельные двигатели, как правило, приводят в движение более крупные транспортные средства, чем бензиновые двигатели (например, огромные строительные машины). со значительно большей мощностью выхлопа. Вместо одного каталитического нейтрализатора, установленного между двигатель и выхлопная труба, они могут иметь несколько отдельных блоков, установленных параллельно, чтобы справиться с более крупным выхлопом объем газа (как на диаграмме ниже).

Художественное произведение: большие дизельные двигатели могут производить гораздо больший объем выхлопных газов, поэтому они могут нуждаться в использовании несколько каталитических нейтрализаторов «параллельно». В этой конструкции Caterpillar 1990-х годов огромный преобразователь (серого цвета) имеет диаметр около 1 м (3,3 фута). Выхлопной газ поступает слева (1), равномерно разделяется на потоки узлом распределения потока (2, синий), проходит через один из семи отдельных блоков каталитического нейтрализатора (3, красный), глушится системой шумоглушителя (4 , зеленый), и выходит, несколько очищенный, через выхлопную трубу (5). Изображение из патента США 5 578 277: Модульный каталитический нейтрализатор и глушитель для двигателя внутреннего сгорания Скотта Т. Уайта и др., Caterpillar, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Кто изобрел каталитический нейтрализатор?

" Я люблю, чтобы что-то происходило, и это то, что делают инженеры - они берут фундаментальную науку и заставляют вещи происходить. . "

Джон Дж. Муни, пионер каталитического нейтрализатора

Кого мы благодарим за то, что улицы и города стали чище и безопаснее? Французский инженер-химик Юджин Гудри (1892–1962) запатентовал то, что, кажется, было самым первым каталитический нейтрализатор в США, подача заявки на изобретение 5 мая 19 г.50 и получив его (Патент США 2 674 521: Каталитический нейтрализатор для выхлопных газов) четыре года спустя, 6 апреля 1954 года. Хоудри ранее изобрел каталитический крекинг , промышленный процесс, в котором многие крупные сложные органические химические вещества в нефти разделяются на десятки полезных продуктов, включая бензин. После этого он экспериментировал с производством различных видов автомобильного топлива и сделал их чище.

Хотя он осознавал растущую проблему загрязнения воздуха, его идеи намного опередили свое время: каталитические нейтрализаторы были «отравлены» свинцовыми присадками, используемыми в бензине для улучшения характеристик. К счастью, в 19В 70-х люди начали осознавать опасность свинца, токсичного тяжелого металла. В 1973 году Агентство по охране окружающей среды США (EPA) выпустило отчет, демонстрирующий, как свинец вредит здоровью людей, что положило начало медленному процессу удаления свинца из бензина. Первые практические каталитические нейтрализаторы появились вскоре после этого, в середине 1970-х годов, и с тех пор используются в автомобилях.

Работа: оригинальный каталитический нейтрализатор Юджина Хоудри из его патента 1950 года. По сути, это набор концентрических металлических трубок (синего цвета), через которые проходят выхлопные газы. Чистый воздух всасывается через вентиляционные отверстия (желтые) с помощью трубки Вентури (оранжевые). Как и в случае с современной кошкой, Ходри объясняет, что «осажденный мелкодисперсный металлический катализатор предпочтительно представляет собой платину», хотя можно использовать и другие подобные металлы; в отличие от современного кота, катализатор (зеленый) расположен не в виде сот, а смонтирован в виде шестнадцати отдельных колец (красных) с промежутками вдоль трубы, каждое из которых работает параллельно. Изображение из патента США 2,674,521: Каталитический нейтрализатор выхлопных газов, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Houdry изобрел основной катализатор окисления для борьбы с угарным газом. Усовершенствованные трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы, которые также могли бороться с оксидами азота, были разработаны в начале 1970-х гг. Карл Кейт (1920–1988), Джон Муни (1929–2020) и инженеры-химики в Engelhard Corporation. Помимо удаления большего количества загрязняющих веществ, они начинают очищать выхлопные газы намного быстрее, чем более ранние нейтрализаторы, поэтому они более эффективны при коротких поездках.

Иллюстрация: В улучшенной конструкции Карла Кейта и Джона Муни есть два отдельных каталитических нейтрализатора. Загрязненные газы вытекают из двигателя (красный, 10) и выпускного коллектора (оранжевый, 11) через первый каталитический нейтрализатор (зеленый, 13), а затем второй (25), на некотором расстоянии, перед выходом через выхлопную трубу (серый). , 26). Работа из патента США 3,896,616: Процесс и устройство, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Узнайте больше

На этом сайте

  • Загрязнение воздуха
  • Автомобильные двигатели (бензиновые двигатели)
  • Изменение климата и глобальное потепление
  • Электростатические осадители дыма
  • Фотокаталитические очистители воздуха

Книги

  • Каталитический контроль загрязнения воздуха: коммерческая технология Рональда М. Хека, Роберта Дж. Фаррауто, Суреша Т. Гулати. John Wiley & Sons, 2016. Тщательно исчерпывающее руководство по теме, которая начинается с базовой химии катализа, а затем переходит к преобразователям бензиновых и дизельных двигателей, стационарным источникам и таким темам, как контроль озона в самолетах и ​​очистка атмосферного воздуха.
  • Загрязнение воздуха от автомобилей: стандарты и технологии контроля выбросов Асифа Файза, Кристофера С. Уивера и Майкла П. Уолша. Публикации Всемирного банка, 1996. Интересный технический отчет с акцентом на то, как на практике контролируются выбросы в наиболее развитых и загрязненных городах мира. Включает множество полезных рисунков и таблиц, а также сравнение эффективности законодательства о выбросах в разных странах. Вы также можете загрузить его в формате PDF с исследовательского сайта Всемирного банка.
  • Автомобильные каталитические нейтрализаторы Кэтлин С. Тейлор. Спрингер, 1984/2012. Несколько устарело, но все еще полезно для справочной информации.

Новостные статьи

  • Воры по всей стране пробираются под машины, выкрадывая каталитические нейтрализаторы, Хироко Табучи, The New York Times, 21 февраля 2021 г. Драгоценные металлы по-прежнему делают каталитические нейтрализаторы привлекательной целью для воров.
  • Джон Дж. Муни, изобретатель каталитического нейтрализатора, умер в возрасте 9 лет0 Сэм Робертс, The New York Times, 25 июня 2020 г. Оглядываясь назад на жизнь инженер, который первым изобрел трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы.
  • Заявление изобретателя о более чистом двигателе: BBC News, 22 января 2010 г. Шотландский изобретатель утверждает, что разработал двигатель с охлаждением, который практически не производит твердых частиц (сажи).
  • По мере роста платины каталитический нейтрализатор нагревается Мэтью Феникс. Wired, 17 февраля 2008 г. Почему воры считают, что из-за стремительного роста цен на платину стоит воровать каталитические нейтрализаторы
  • Автомобильные конвертеры сокращают смог, но усугубляют глобальное потепление, Мэтью Уолд. The New York Times, 29 мая 1998 г. Агентство по охране окружающей среды выпускает отчет, в котором освещаются проблемы, связанные с оксидом азота.
  • Каталитические нейтрализаторы действительно «зеленые»?: The Guardian, Notes and Queries. Читатели высказывают свое мнение о том, действительно ли кошки помогают планете.
    • Каталитический нейтрализатор
  • : большое «если» 1975 года Роберта В. Ирвина. The New York Times, 13 октября 1974 г. Эта статья из архива показывает, как автомобильная промышленность серьезно относилась к эффективности каталитических нейтрализаторов, когда они были впервые представлены в середине 19-го века.70-е годы.

Патенты

  • Патент США 2,674,521: Каталитический нейтрализатор выхлопных газов, автор Юджин Хоудри, 6 апреля 1954 г. В этом очень легко читаемом патенте Ходри объясняет, почему он разработал каталитические нейтрализаторы, и различные технические проблемы, которые ему пришлось решать в процессе ( таких как борьба с газами, образующимися в самых разных условиях вождения).
  • Патент США 3 896 616: Процесс и устройство Карла Д. Кейта и Джона Дж. Муни, 29 июля 1975 г. Еще один очень удобный для чтения патент описывает улучшенный трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, используемый в большинстве современных автомобилей.
  • Патент США 4 672 809: Каталитический нейтрализатор для дизельного двигателя, Ричард К. Корнелисон и Уильям Б. Реталлик, WR Grace and Co, 16 июня 1987 г. Описывает некоторые проблемы, связанные с работой каталитического нейтрализатора с выбросами дизельного двигателя.
  • Патент США 5 578 277: Модульный каталитический нейтрализатор и глушитель для двигателя внутреннего сгорания Скотт Т. Уайт и др., Caterpillar, 26 ноября 1996 г. В этом патенте объясняется, как несколько каталитических блоков работают вместе над выбросами выхлопной трубы очень большого дизельного двигателя.

Практические статьи

  • Тестирование и ремонт каталитических нейтрализаторов Морт Шульц, Popular Mechanics, декабрь 1985 г. Датированная, но все же очень интересная статья, объясняющая различные типы каталитических нейтрализаторов и исследующая причины их выхода из строя.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты.

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Learn more