Каталитический конвертер

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Каталити́ческий конвертер, нейтрализатор — устройство в выхлопной системе двигателя внутреннего сгорания, предназначенное для снижения токсичности отработавших газов посредством каталитического восстановления оксидов азота и использования образованного от этой реакции кислорода для окисления угарного газа и недогоревших углеводородов.

Наилучшим соотношением топлива и воздуха на входе в двигатель для выполнения этой задачи является стехиометрическое.

Также его работу контролирует датчик остаточного кислорода (лямбда-зонд).

Принцип работы[править | править код]

Основные вещества, вырабатываемые при работе двигателя, являются безвредными. Ими являются:

  • азот (N2) — воздух состоит на 78 % из азота;
  • вода (H2O);
  • углекислый газ (CO2) — сам по себе безвреден (в малых количествах), однако считается, что его переизбыток ведет к глобальному потеплению;

Однако процесс горения не совершенен, и, помимо безвредных веществ, при работе двигателя выделяются токсичные и вредные вещества. Этими веществами являются:

  • углеводороды (CHx) — основной компонент смога;
  • оксиды азота (NOx) — ещё один компонент смога;
  • окись углерода (CO) — ядовитый газ без цвета и запаха;

В каталитических преобразователях используются два вида катализаторов: восстанавливающий и окислительный.

Восстанавливающий катализатор использует платину и родий, катализирующие разложение оксидов азота на инертный безопасный молекулярный азот и кислород.

На окислительном катализаторе, состоящем обычно из платины и палладия, образовавшийся свободный кислород реагирует с углеводородами несгоревшего топлива и окисью углерода.

Также могут происходить и оксилительно-восстановительные реакции между оксидом азота и угарным газом.

В упрощённом виде эти химические реакции выглядят следующим образом:

  • NO2 -> N2 + O2
  • CxHy + O2 -> CO2 + H2O;
  • NO + CO -> N2 + CO2;
  • CO + O2 -> CO2;

И другие.

Применяющиеся в автомобилях нейтрализаторы требуют, чтобы двигатель работал при коэффициенте избытка воздуха (α), максимально приближенном единице. Это не дает возможности использовать обедненную смесь (α>1) для повышения экономичности и богатую смесь (α<1) для получения большей мощности на определённых режимах.

Катализаторы в дизельных двигателях[править | править код]

Каталитические преобразователи дизельных двигателей плохо справляются с сокращением выбросов NOx. Одна из причин в том, что дизельные двигатели сами по себе функционируют в более низком температурном режиме, чем бензиновые, и не достигают оптимальной температуры этого типа катализатора. Некоторые ведущие эксперты в области «зеленого» автомобилестроения придумали новую выхлопную систему, которая помогает исправить этот недостаток. Они впрыскивают водный раствор мочевины в выхлопную трубу до того, как газы достигнут преобразователя. Мочевина реагирует с NOx с получением азота и водяного пара, снижая количество оксидов азота в выхлопных газах более чем на 90 процентов.

Конструкция[править | править код]

Современные катализаторы являются двух- или трёхкомпонентными. Трёхкомпонентный катализатор представляет собой металлический корпус из нержавеющей стали, имеющий на стенках термическую прокладку, в котором находится «сотовая» конструкция или, реже, конструкция типа «керамические бусины». Сотовая конструкция бывает металлической или керамической и покрыта веществами-катализаторами, обычно это платина, родий или палладий (в последнее время на некоторых моделях начинают применять золото, так как оно дешевле других металлов-катализаторов).

Керамическая конструкция более распространена, так как дешевле, однако у такой конструкции есть большой минус — хрупкость. Достаточно небольшого удара, чтобы керамические соты осыпались.

Примечания[править | править код]

См. также[править | править код]

Ссылки[править | править код]