Что такое каталитический нейтрализатор и почему он должен работать в определенном диапазоне?

Все это взято с: http://auto.howstuffworks.com/catalytic-converter2.htm

Хорошо, атакуем каждый из них по порядку:

Что такое каталитический нейтрализатор?

Это устройство в выхлопной системе вашего автомобиля, которое удаляет нежелательные газы из потока выхлопных газов.

Как это работает?

В химии катализатор ускоряет химическую реакцию, фактически не участвуя в ней. В случае с катализатором в вашем автомобиле катализатором является платина, родий, палладий, а сегодня даже золото. В вашем автомобиле есть два типа катализатора: восстановительный и окислительный. Общая идея состоит в том, что вы создаете коробку, припаркованную в потоке выхлопных газов, которая обнажает как можно большую площадь поверхности катализатора, сохраняя при этом небольшое количество катализатора, поскольку они очень дороги. Сегодня в некоторых используется золото, потому что оно дешевле, чем другие.

Катализатор восстановления представляет собой первую ступень конвертера и используется для вымывания молекул NO или NO ₂ из газового потока. Когда эти молекулы попадают на катализатор, они превращаются в N и O ₂ . N и O ₂ доброкачественные, NO и NO ₂ не очень.

Второй этап предназначен для сокращения выбросов углеводородов и окиси углерода путем сжигания их на сотовом экране катализатора, показанном выше.

Каково их назначение в автомобиле?

См. выше. Они удаляют нежелательные токсичные газы из выхлопного потока.

Нужны ли они (т.е. есть ли они на всех машинах)?

В США, по крайней мере, каждый автомобиль после 1975 года должен был иметь его. Вы не можете зарегистрировать здесь автомобиль, если он был удален.

Почему он должен работать в определенном химическом диапазоне?

Что касается того, почему химия работает только в узком диапазоне топливно-воздушной смеси, я понятия не имею.

Еще одна вещь, и я думаю, что вы получили эту идею от меня, поэтому я прошу прощения за неясность. Дело не в том, что преобразователь вызывает избыточное тепло при работе за пределами расчетного химического диапазона. Если двигатель работает на слишком обедненной смеси, нагревается именно обедненная смесь, а не гидротрансформатор.

Каталитический нейтрализатор имеет структуру, покрытую драгоценными металлами. Когда каталитические нейтрализаторы только появились, эта структура представляла собой керамические шарики, покрытые металлом. Это не сработало, и конструкция была изменена либо на соты, либо на монолит, оба керамические. Трубки сот проходят по всей длине преобразователя. Монолит похож на соты, только квадраты вместо шестиугольников.

Четыре металла в каталитическом нейтрализаторе — это платина, родий, палладий и церий. Эти металлы вступают в реакцию с четырьмя вредными загрязняющими веществами, когда температура конвертера достаточно высока. Выражение «преобразователь загорелся» относится к температуре, достаточно высокой для начала химической реакции.

К вредным выбросам относятся оксиды азота (NOx), углеводороды (HC) и окись углерода (CO). Эти загрязняющие вещества разрушаются в различных условиях. CO и HC расщепляются, когда топливная смесь обеднена. Бедная смесь содержит больше кислорода, и этот избыток кислорода используется для окисления CO в CO2 и расщепления углеводородов на CO2 и H2O. NOx расщепляется при обогащении смеси, когда кислорода очень мало. NOx распадается на N2 и O2 с выделением кислорода. Эти процессы в конвертере осуществляются с помощью платины, родия и палладия.

Церий в конвертере используется в качестве накопителя кислорода. Когда смесь бедная, церий накапливает кислород. Когда смесь богата, церий выделяет кислород, чтобы помочь преобразовать загрязняющие вещества, которым нужен кислород.

Поскольку условия, которые разрушают загрязняющие вещества, противоположны друг другу, автомобиль должен постоянно переключаться с бедной на богатую и обратно, чтобы должным образом преобразовать все выбросы. Это приводит к тому, что автомобиль работает в узком диапазоне около стехиометрического или 14,7: 1, двигаясь вперед и назад по нему.

Эти выбросы вредны для вас (много информации доступно в Google). Они преобразуются в не вредные вещества каталитическим нейтрализатором.

В США все автомобили на шоссе требуют каталитического нейтрализатора. Исключение составляют очень старые автомобили, автомобили весом более 10 000 фунтов, автомобили с дизельным двигателем (у них есть еще кое-что), есть и другие, но эти встречаются чаще всего.

• Почему он должен работать в определенном химическом диапазоне?

Исходный газ катализатора бензинового двигателя (выхлопные газы) должен оставаться в очень узком окне топливной смеси, потому что химические реакции, которые уменьшают NOx и окисляют углеводороды, зависят от смеси и взаимоисключают друг друга. NOx может быть восстановлен только в среде с высоким содержанием топлива, а HC может окисляться только в обедненной, доступной кислороду среде.

Наиболее важными управляющими уравнениями для окисления углеводородов являются:

H2 + 0,5O2 -> H2O (i)

CO + 0,5O2 -> CO2 (ii)

C3H6 + 4,5O2 -> 3CO2 + 3H2O (iii)

C3H8 + 5O2 -> 3CO2 + 4H2O (iv)

Наиболее важными управляющими уравнениями для сокращения выбросов NOx являются:

H2 + NO -> H2O + 0,5N2 (об.)

CO + NO -> CO2 + 0,5N2 (vi)

C3H6 + 9NO -> 3CO2 + 3H2O + 4,5N2 (vii)

C3H8 + 10NO -> 3CO2 + 4H2O + 5N2 (viii)

Реакция церия: Ce2O3 + 0,5O2 -> 2CeO2 (ix)

Единственная топливная смесь, отвечающая требованиям обоих наборов реакций, - это смесь, очень близкая к стехиометрической. Катализатор уменьшит около 80% вводимых NOx и углеводородов, пока смесь поддерживается в этом очень маленьком окне топливной смеси, рабочее окно составляет AFR от 14,55 до 14,69. (лямбда от 0,995 до 1,005). Это смесь, которая отклоняется от стехиометрической более чем на ½ процента.

Графика, представляющая эту концепцию.

Распространенным заблуждением является то, что для завершения реакции смесь должна циклически переходить от богатой к обедненной. Это неправда; он должен оставаться в окне. В более старых системах требовалось циклически перемешивать смесь, чтобы она оставалась в окне, потому что узкополосный кислородный датчик сообщает только о стехиометрическом состоянии смеси. Широкополосные датчики не циклируют смесь; они удерживают стабильную смесь в еще меньшем диапазоне, что улучшает преобразование загрязняющих веществ до показателей выше 80%, которые были достижимы с помощью узкополосной циклической системы.

Краткий ответ.

Это часть вашего выхлопа, которая помогает очищать выхлопные газы. Обычно сразу за ним (или внутри него) есть датчик, который следит за тем, как он работает. Я думаю, что в новых автомобилях это может помочь с воздушно-газовой смесью, если ваша машина работает на бедной или богатой смеси.

Вам не обязательно это нужно, но если вам случится удалить его, вы должны, по крайней мере, добавить обычную выхлопную трубу, чтобы заменить ее. Это поможет с шумом и обратным давлением.