自動車用触媒コンバーターはどのように機能しますか？

内燃機関の運転中、排気ガスは大気中に放出され、大気汚染の主な原因のXNUMXつであるだけでなく、多くの病気の原因のXNUMXつでもあります。

車両の排気システムから排出されるこれらのガスは非常に有害な要素で構成されているため、現代の車には常に触媒が存在する特殊な排気システムが装備されています。

触媒コンバーターは、排気ガス中の有害な分子を破壊し、人々と環境に対して可能な限り安全にします。

触媒とは？

触媒コンバーターは、自動車エンジンの排気ガスからの有害な排出物を減らすことを主な目的とするタイプの装置です。 触媒構造はシンプルです。 自動車の排気系に取り付けられる金属製の容器です。

タンクにはXNUMXつのパイプがあります。 コンバーターの「入力」はエンジンに接続されており、排気ガスはエンジンを通って入り、「出力」は車両の排気システムの共振器に接続されています。

エンジンからの排気ガスが触媒に入ると、そこで化学反応が起こります。 それらは有害なガスを破壊し、環境に放出できる無害なガスに変えます。

触媒コンバーターのコンポーネントは何ですか？

自動車用触媒コンバーターがどのように機能するかをもう少し明確にするために、その主な要素が何であるかを考えてみましょう。 詳細には触れずに、作成元の主要な要素のみをリストします。

基板

基板は、触媒と貴金属がコーティングされた触媒の内部構造です。 基板にはいくつかの種類があります。 それらの主な違いは、それが作られている材料です。 ほとんどの場合、活性粒子を表面で安定させる不活性物質です。

Покрытие

活性触媒材料は、通常、アルミナと、セリウム、ジルコニウム、ニッケル、バリウム、ランタンなどの化合物で構成されています。 コーティングの目的は、基板の物理的な表面を拡張し、貴金属が堆積するベースとして機能することです。

貴金属

触媒コンバーターに存在する貴金属は、非常に重要な触媒反応を実行するのに役立ちます。 一般的に使用される貴金属はプラチナ、パラジウム、ロジウムですが、近年多くのメーカーが金を使用し始めています。

Корпус

ハウジングは装置の外殻であり、基質および触媒の他の要素を含む。 通常、ケースの素材はステンレススチールです。

パイプ

パイプは、車両の触媒コンバーターを車両の排気システムとエンジンに接続します。 彼らはステンレス鋼で作られています。

自動車用触媒コンバーターはどのように機能しますか？

内燃機関の運転のためには、シリンダー内で混合気の安定した燃焼プロセスが行われることが重要です。 このプロセス中に、一酸化炭素、窒素酸化物、炭化水素などの有害ガスが発生します。

車に触媒コンバーターがない場合、これらの非常に有害なガスはすべて、エンジンから排気マニホールドに放出されると、排気システムを通過して、直接呼吸する空気に入ります。

車両に触媒コンバーターがある場合、排気ガスはエンジンから基板のハニカムを通ってマフラーに流れ、貴金属と反応します。 化学反応の結果、有害物質は中和され、無害な排気ガス、ほとんどが二酸化炭素が排気システムから環境に入ります。

化学の授業から、触媒とは化学反応に影響を与えることなく、化学反応を引き起こしたり、加速させたりする物質であることを知っています。 触媒は反応に参加しますが、触媒反応の反応物でも生成物でもありません。

触媒内の有害ガスが通過するXNUMXつの段階があります：還元と酸化です。 使い方？

触媒の動作温度が華氏500〜1200度または摂氏250〜300度に達すると、XNUMXつのことが起こります：還元とその直後の酸化反応。 これは少し複雑に聞こえますが、実際には、物質の分子が同時に電子を失ったり、獲得したりして、その構造が変化することを意味します。

触媒で起こる還元（酸素の吸収）は、一酸化窒素を環境に優しいガスに変換することを目的としています。

自動車触媒は回復段階でどのように機能しますか？

車の排気ガスからの亜酸化窒素が触媒に入るとき、その中のプラチナとロジウムは窒素酸化物分子の分解に作用し始め、有害ガスを完全に無害なものに変えます。

酸化段階では何​​が起こりますか？

触媒で発生するXNUMX番目のステップは酸化反応と呼ばれ、未燃焼の炭化水素が酸素と混合することにより二酸化炭素と水に変換されます（酸化）。

触媒で起こる反応は、排気ガスの化学組成を変化させ、それらが作られる原子の構造を変える。 有害ガスの分子がエンジンから触媒に渡されると、それらは原子に分解されます。 次に、原子は分子に再結合して、二酸化炭素、窒素、水などの比較的無害な物質を形成し、排気システムを通じて環境に放出されます。

ガソリンエンジンで使用される触媒コンバーターの主なタイプは、XNUMXウェイとXNUMXウェイです。

二国間

二重壁（両面）触媒は、XNUMXつのタスクを同時に実行します。一酸化炭素を二酸化炭素に酸化し、炭化水素（未燃または部分燃焼の燃料）を二酸化炭素と水に酸化します。

このタイプの自動車用触媒は、1981年まで炭化水素と一酸化炭素の有害排出物を削減するためにディーゼルエンジンとガソリンエンジンで使用されていましたが、窒素酸化物を変換できなかったため、81を三元触媒に置き換えました。

三元レドックス触媒コンバーター

結局のところ、このタイプの自動車用触媒は1981年に導入され、今日ではすべての現代の自動車に取り付けられています。 三元触媒はXNUMXつのタスクを同時に実行します。

• 一酸化窒素を窒素と酸素に還元します。
• 一酸化炭素を二酸化炭素に酸化する;
• 未燃炭化水素を二酸化炭素と水に酸化します。

このタイプの触媒コンバーターは、触媒作用の還元と酸化の両方のステップを実行するため、最大 98% の効率でそのタスクを実行します。 これは、あなたの車にそのような触媒コンバーターが装備されている場合、有害な排出物で環境を汚染しないことを意味します.

ディーゼルエンジンの触媒の種類

ディーゼル車の場合、最近まで、最も一般的に使用されている触媒コンバーターの90つは、ディーゼル酸化触媒（DOC）でした。 この触媒は、排気ストリーム内の酸素を使用して、一酸化炭素を二酸化炭素に、炭化水素を水と二酸化炭素に変換します。 残念ながら、このタイプの触媒は効率がXNUMX％にすぎず、ディーゼルの臭いをなくして可視粒子を減らすことができますが、NO x排出量の削減には効果的ではありません。

ディーゼルエンジンは、DOC触媒が処理できない元素状炭素を主成分とする比較的高レベルの粒子状物質（すす）を含むガスを排出するため、いわゆる粒子フィルター（DPF）を使用して粒子を除去する必要があります。

触媒はどのように維持されますか？

触媒の問題を回避するには、次のことを知っておくことが重要です。

• 平均触媒寿命は約160000 kmです。 この距離を移動した後、トランスデューサーの交換を検討する必要があります。
• 車両に触媒コンバーターが装備されている場合は、触媒の効果が低下するため、有鉛燃料を使用しないでください。 この場合の唯一の適切な燃料は無鉛です。

間違いなく、環境と私たちの健康に対するこれらのデバイスの利点は計り知れませんが、それらの利点に加えて、それらには欠点もあります。

最大の欠点のXNUMXつは、高温でしか機能しないことです。 言い換えれば、あなたがあなたの車を始動するとき、触媒コンバーターは排気ガスを減らすためにほとんど何もしません。

排気ガスが摂氏250〜300度に加熱された後にのみ、効率的に機能し始めます。 このため、一部の自動車メーカーは、触媒をエンジンに近づけることでこの問題に対処する対策を講じています。これにより、一方ではデバイスのパフォーマンスが向上しますが、エンジンに近接していると高温になり、寿命が短くなります。

近年、触媒コンバーターを助手席の下に配置し、エンジンの高温にさらされることなく、より効率的に作動できるようにすることが決定されています。

触媒の他の欠点は、頻繁な目詰まりとケーキの燃焼です。バーンアウトは通常、未燃焼の燃料が排気システムに入り、触媒コンバーターの供給で点火することで発生します。詰まりは、ガソリンの質の悪さや不適切さ、通常の磨耗、運転スタイルなどが原因で発生することがほとんどです。

これらは、自動車用触媒を使用することで得られる大きなメリットを背景にした非常に小さな欠点です。 これらの装置のおかげで、車からの有害な排出は制限されます。

一部の批評家は、二酸化炭素も有害な排出物であると主張しています。 彼らは、自動車には触媒は必要ないと考えています。なぜなら、そのような排出物は温室効果を増大させるからです。 実際、車に触媒コンバーターがなく、空気中に一酸化炭素を排出すると、この酸化物自体が大気中で二酸化炭素に変わります。

誰が触媒を発明したのか？

触媒は1970年代後半まで一斉に出現しなかったが、その歴史ははるかに早く始まった。

触媒の父は、1954 年に「排気触媒コンバーター」という名前で発明の特許を取得したフランスの化学技術者、ユージン グードリーであると考えられています。

本発明以前には、Goodryは接触分解を発明しました。接触分解では、大きな複雑な有機化学物質が無害な製品に分離されます。 それから彼はさまざまな種類の燃料で実験しました、彼の目標はそれをよりきれいにすることでした。

自動車での触媒の実際の使用は、1970年代半ばに行われ、低品質ガソリンからの排気ガスから鉛​​を除去することを要求する、より厳しい排出規制が導入されました。

質問と回答：

車の触媒の存在を確認する方法は？ これを行うには、車の下を見てください。 メインマフラーとスモールマフラー（エキゾーストシステムの前面にあるレゾネーター）に加えて、触媒は別のバルブです。

車の触媒はどこにありますか？ 触媒は高温条件で作動する必要があるため、エキゾーストマニホールドのできるだけ近くに配置します。 レゾネーターの前にあります。

車の触媒とは何ですか？ これは触媒コンバーターです-排気システムの追加のバルブ。 それはセラミック材料で満たされ、そのハニカムは貴金属で覆われています。