汽车催化转化器如何工作？

在内燃发动机运行期间，废气排放到大气中，这不仅是造成空气污染的主要原因之一，而且还是许多疾病的原因之一。

这些来自车辆排气系统的气体由极其有害的元素组成，这就是为什么现代汽车配备特殊的排气系统的原因，其中必须存在催化剂。

催化转化器会破坏废气中的有害分子，并使其对人和环境尽可能安全。

什么是催化剂？

催化转化器是一种设备，其主要任务是减少来自汽车发动机废气的有害排放。 催化剂装置简单。 这是安装在汽车排气系统中的金属罐。

储罐中有两条管道。 转换器的“输入”连接到引擎，废气流经引擎，“输出”连接到汽车排气系统的谐振器。

当发动机废气进入催化剂时，其中会发生化学反应。 它们会破坏有害气体并将其转变为可以释放到环境中的安全气体。

催化转化器由哪些元素组成？

为了使汽车催化转化器的工作原理更加清晰，让我们考虑一下其主要成分。 在不赘述的情况下，我们仅列出构建它的主要元素。

基材

基材是催化剂的内部结构，催化剂和贵金属被涂覆在其上。 有几种类型的基材。 它们的主要区别在于制造材料。 大多数情况下，它是一种惰性物质，可稳定其表面的活性颗粒。

覆盖范围

催化剂活性物质通常由氧化铝和铈、锆、镍、钡、镧等化合物组成。 涂层的目的是扩大基材的物理表面，并作为贵金属沉积的基础。

贵金属

催化转化器中存在的贵金属用于进行极其重要的催化反应。 常用的贵金属有铂金、钯金和铑金，但近年来大量制造商开始使用黄金。

Корпус

外壳是设备的外壳，包含催化剂的底物和其他元素。 制作表壳的材料通常是不锈钢。

管

管道将车辆的催化转化器连接至车辆的排气系统和发动机。 它们由不锈钢制成。

汽车催化转化器如何工作？

对于内燃机的运行，重要的是，空气-燃料混合物在其气缸中进行稳定的燃烧过程。 在此过程中，会形成有害气体，例如一氧化碳，氮氧化物，碳氢化合物等。

如果汽车没有催化转化器，则所有这些极有害的气体在从发动机释放到排气歧管后，将通过排气系统并直接进入我们呼吸的空气。

如果车辆具有催化转化器，废气将通过底材的蜂窝状结构从发动机传递到消声器，并与贵金属发生反应。 由于化学反应，有害物质被中和，只有主要由二氧化碳组成的无害废气才从废气系统进入环境。

我们从化学课上知道，催化剂是一种在不影响化学反应的情况下引起或加速化学反应的物质。 催化剂参与反应，但既不是反应物也不是催化反应的产物。

有害气体通过催化剂的过程分为两个阶段：还原和氧化。 怎么运行的？

当催化剂的工作温度达到500至1200华氏度或250至300摄氏度时，会发生两件事：还原，然后立即发生氧化反应。 这听起来有些复杂，但实际上这意味着物质的分子同时失去和接收电子，这就是其结构发生变化的原因。

催化剂中发生的还原（吸收氧气）旨在将一氧化氮转化为环境友好型气体。

汽车催化剂在回收阶段如何工作？

当汽车废气中的一氧化二氮进入催化剂时，其中的铂和铑开始影响一氧化氮分子的分解，从而将有害气体变成完全无害。

在氧化阶段会发生什么？

在催化剂中发生的第二阶段称为氧化反应，其中未燃烧的碳氢化合物通过与氧气混合而转化为二氧化碳和水（氧化）。

催化剂中发生的反应改变了废气的化学组成，改变了组成废气的原子的结构。 当有害气体分子从发动机传递到催化剂时，它将它们分离成原子。 原子依次重组为分子，成为相对无害的物质，例如二氧化碳，氮气和水，并通过排气系统释放到环境中。

汽油发动机中使用的催化转化器的主要类型有两种：二元和三元。

双面

双层（双面）催化剂同时执行两项任务：将一氧化碳氧化为二氧化碳，并将碳氢化合物（未燃烧或部分燃烧的燃料）氧化为二氧化碳和水。

直到1981年，这种类型的汽车催化剂一直用于柴油和汽油发动机，以减少碳氢化合物和一氧化碳的有害排放，但是由于无法转化为氮氧化物，因此81年后被三效催化剂取代。

三效氧化还原催化转化器

事实证明，这种类型的汽车催化剂于1981年推出，如今已安装在所有现代汽车上。 三元催化器同时执行三个任务：

• 将一氧化氮还原为氮气和氧气；
• 将一氧化碳氧化为二氧化碳；
• 将未燃烧的碳氢化合物氧化为二氧化碳和水。

由于这种类型的催化转化器执行催化的还原和氧化步骤，因此它以高达 98% 的效率执行任务。 这意味着如果您的汽车配备了这种催化转化器，就不会排放有害物质污染环境。

柴油机中催化剂的类型

对于柴油车辆，直到最近，最常用的催化转化器之一是柴油氧化催化剂（DOC）。 该催化剂在废气流中使用氧气将一氧化碳转化为二氧化碳，并将碳氢化合物转化为水和二氧化碳。 不幸的是，这种类型的催化剂仅能达到90％的效率，并且能够消除柴油的气味并减少可见的颗粒，但对减少NOx排放却无效。

柴油发动机排放的气体中含有相对较高的颗粒物（煤烟），其主要由元素碳组成，DOC催化剂无法处理这些碳，因此必须使用所谓的颗粒过滤器（DPF）除去颗粒。

如何保养催化剂？

为了避免催化剂出现问题，重要的是要知道：

• 平均催化剂寿命约为160000 km。 行驶了此距离后，您需要考虑更换转换器。
• 如果车辆配备催化转化器，则不应使用含铅燃料，因为它会降低催化剂的效率。 在这种情况下，唯一合适的燃料是无铅燃料。

无疑，这些设备的环境和健康益处是巨大的，但是除了它们的优点之外，它们还具有缺点。

它们的最大缺点之一是它们只能在高温下工作。 换句话说，当您开车时，催化转化器几乎没有任何作用可减少废气排放。

仅在废气加热到250-300摄氏度后，它才能开始有效工作。 这就是为什么一些汽车制造商已采取措施通过将催化剂移至更靠近发动机的方式来解决此问题的原因，一方面可以提高设备的性能，但会缩短其使用寿命，因为其靠近发动机的温度使其暴露在非常高的温度下。

近年来，决定将催化转化器以一定的距离放置在乘客座椅下方，这样他就可以在不暴露于高温发动机的情况下更高效地工作。

Другими недостатками катализаторов являются частое засорение и обжиг пирога. Выгорание обычно происходит из-за не сгоревшего топлива, попадающего в выхлопную систему, которое воспламеняется в подаче катализатора. Засорение чаще всего происходит из-за плохого или неподходящего бензина, естественного износа, стиля вождения и т.д.

在使用汽车催化剂所带来的巨大收益中，这些都是非常小的缺陷。 由于有了这些设备，汽车的有害排放得以限制。

一些批评家认为，二氧化碳也是一种有害排放物。 他们认为汽车不需要催化剂，因为这种排放会增加温室效应。 事实上，如果汽车没有催化转化器，将一氧化碳排放到空气中，这种氧化物本身就会在大气中变成二氧化碳。

谁发明了催化剂？

尽管催化剂直到1970年代末才大规模出现，但它们的历史要早得多。

催化剂之父被认为是法国化学工程师 Eugene Goudry，他于 1954 年以“废气催化转换器”的名义为其发明申请了专利。

在本发明之前，Goodry发明了催化裂化，其中将大型复杂的有机化学物质分离成无害的产品。 然后，他尝试了各种类型的燃料，他的目标是使其更清洁。

催化剂在汽车中的实际使用发生在1970年代中期，当时引入了更严格的排放控制规定，由于劣质汽油需要从废气中去除铅。

问题与解答：

如何检查汽车上是否存在催化剂？ 为此，只需查看汽车下方即可。 除了主消声器和小消声器（位于排气系统前面的谐振器）之外，催化剂是另一个灯泡。

汽车的催化剂在哪里？ 由于催化剂必须在高温条件下工作，因此它的位置应尽可能靠近排气歧管。 它在谐振器的前面。

什么是汽车中的催化剂？ 这是一个催化转化器 - 排气系统中的一个附加灯泡。 它填充有陶瓷材料，其蜂窝状材料覆盖着贵金属。