როგორ მუშაობს საავტომობილო კატალიზური გადამყვანი?

შინაგანი წვის ძრავის მუშაობის დროს ატმოსფეროში გამოიყოფა გამონაბოლქვი აირები, რომლებიც არა მხოლოდ ჰაერის დაბინძურების ერთ – ერთი მთავარი მიზეზია, არამედ მრავალი დაავადების ერთ – ერთი მიზეზი.

ეს გაზები, რომლებიც გამოდის მანქანების გამონაბოლქვი სისტემებიდან, შედგება ძალიან მავნე ელემენტებისგან, ამიტომ თანამედროვე მანქანები აღჭურვილია სპეციალური გამონაბოლქვი სისტემით, რომელშიც ყოველთვის არის კატალიზატორი.

კატალიზატორი ანადგურებს გამონაბოლქვი აირების მავნე მოლეკულებს და რაც შეიძლება უსაფრთხოდ აქცევს ხალხს და გარემოს.

რა არის კატალიზატორი?

კატალიზური გადამყვანი არის მოწყობილობის ტიპი, რომლის მთავარი ამოცანაა ავტომობილების ძრავებიდან გამონაბოლქვი აირებიდან მავნე გამონაბოლქვის შემცირება. კატალიზატორის სტრუქტურა მარტივია. ეს არის მეტალის კონტეინერი, რომელიც დამონტაჟებულია მანქანის გამოსაბოლქვ სისტემაში.

ავზში ორი მილია. კონვერტორის "შეყვანა" უკავშირდება ძრავას და გამოდის გამონაბოლქვი აირები, ხოლო "გამომავალი" უკავშირდება მანქანის გამონაბოლქვი სისტემის რეზონატორს.

როდესაც ძრავის გამონაბოლქვი აირები შედიან კატალიზატორში, მასში ხდება ქიმიური რეაქციები. ისინი ანადგურებენ მავნე გაზებს და აქცევს მათ უვნებელ გაზებად, რომელთა გამოყოფა შესაძლებელია გარემოში.

რა კომპონენტები აქვს კატალიზატორს?

ცოტათი გასაგებად რომ გახდეს საავტომობილო კატალიზური გადამყვანი, განვიხილოთ რა არის მისი ძირითადი ელემენტები. დეტალების შესწავლის გარეშე, ჩვენ ჩამოვთვლით მხოლოდ ძირითად ელემენტებს, საიდანაც იგი აგებულია.

სუბსტრატი

სუბსტრატი არის კატალიზატორის შიდა სტრუქტურა, რომელზედაც დაფარულია კატალიზატორი და ძვირფასი ლითონები. არსებობს რამდენიმე სახის სუბსტრატი. მათი მთავარი განსხვავება არის მასალა, საიდანაც იგი მზადდება. ყველაზე ხშირად ეს არის ინერტული ნივთიერება, რომელიც ასტაბილურებს აქტიურ ნაწილაკებს მის ზედაპირზე.

დაფარვის

აქტიური კატალიზატორი მასალა ჩვეულებრივ შედგება ალუმინისა და ნაერთებისგან, როგორიცაა ცერიუმი, ცირკონიუმი, ნიკელი, ბარიუმი, ლანთანი და სხვა. საფარის დანიშნულებაა სუბსტრატის ფიზიკური ზედაპირის გაფართოება და საყრდენის როლი, რომელზეც ძვირფასი ლითონები დეპონირდება.

ძვირფასი ლითონები

კატალიზატორში არსებული ძვირფასი ლითონები ემსახურება უაღრესად მნიშვნელოვანი კატალიზური რეაქციის განხორციელებას. ყველაზე ხშირად გამოყენებული ძვირფასი ლითონებია პლატინი, პალადიუმი და როდიუმი, მაგრამ ბოლო წლებში მწარმოებლების დიდმა რაოდენობამ დაიწყო ოქროს გამოყენება.

საცხოვრებელი

კორპუსი არის მოწყობილობის გარე გარსი და შეიცავს სუბსტრატს და კატალიზატორის სხვა ელემენტებს. მასალა, საიდანაც ჩვეულებრივ მზადდება კორპუსი, არის უჟანგავი ფოლადი.

მილები

მილები აკავშირებს ავტომობილის კატალიზატორს ავტომობილის გამონაბოლქვის სისტემასა და ძრავასთან. ისინი დამზადებულია უჟანგავი ფოლადისგან.

როგორ მუშაობს საავტომობილო კატალიზური გადამყვანი?

შიდა წვის ძრავის მუშაობისთვის მნიშვნელოვანია, რომ მის ცილინდრებში მოხდეს ჰაერის საწვავის ნარევის სტაბილური წვის პროცესი. ამ პროცესის დროს წარმოიქმნება მავნე გაზები, როგორიცაა ნახშირბადის მონოქსიდი, აზოტის ოქსიდები, ნახშირწყალბადები და სხვა.

თუ მანქანას არ აქვს კატალიზური გადამყვანი, ყველა ეს უკიდურესად მავნე აირი, ძრავისგან გამონაბოლქვი მრავალფეროვში გათავისუფლებისთანავე, გაივლის გამონაბოლქვის სისტემას და შევა ისეთ ჰაერში, რომელსაც პირდაპირ ვსუნთქავთ.

თუ მანქანას აქვს კატალიზატორული, გამონაბოლქვი აირები ძრავიდან მაყუტერისკენ მიედინება სუბსტრატის თაფლის ფენის მეშვეობით და რეაგირებს ძვირფას ლითონებთან. ქიმიური რეაქციის შედეგად, მავნე ნივთიერებები ანეიტრალდება და გამონაბოლქვი სისტემიდან გარემოში ხვდება მხოლოდ უვნებელი გამონაბოლქვი, ძირითადად ნახშირორჟანგი.

ქიმიის გაკვეთილებიდან ვიცით, რომ კატალიზატორი არის ნივთიერება, რომელიც იწვევს ან აჩქარებს ქიმიურ რეაქციას მასზე გავლენის გარეშე. კატალიზატორები მონაწილეობენ რეაქციებში, მაგრამ არ არიან რეაგენტები და არც კატალიზური რეაქციის პროდუქტები.

არსებობს ორი ეტაპი, რომლითაც კატალიზატორში მავნე გაზები გადის: შემცირება და დაჟანგვა. Როგორ მუშაობს?

როდესაც კატალიზატორის სამუშაო ტემპერატურა 500-დან 1200 გრადუს ფარენგეიტს ან 250-300 გრადუს ცელსიუსს მიაღწევს, ხდება ორი რამ: შემცირება და ამისთანავე დაჟანგვის რეაქცია. ეს ცოტა რთულად ჟღერს, მაგრამ სინამდვილეში ეს ნიშნავს, რომ ნივთიერების მოლეკულები ერთდროულად კარგავენ და იძენენ ელექტრონებს, რაც ცვლის მათ სტრუქტურას.

შემცირება (ჟანგბადის შეწოვა), რომელიც ხდება კატალიზატორში, მიზნად ისახავს აზოტის ოქსიდის გარდაქმნას ეკოლოგიურად სუფთა გაზად.

როგორ მუშაობს საავტომობილო კატალიზატორი აღდგენის ფაზაში?

როდესაც მანქანის გამონაბოლქვი აირებიდან აზოტის ოქსიდი შედის კატალიზატორში, მასში პლატინა და როდიუმი იწყებენ მოქმედებას აზოტის ოქსიდის მოლეკულების დაშლაზე, მავნე აირს აბრუნებენ სრულიად უვნებლად.

რა ხდება ჟანგვის ეტაპზე?

მეორე ეტაპი, რომელიც ხდება კატალიზატორში, ეწოდება დაჟანგვის რეაქციას, რომელშიც დაუწვავი ნახშირწყალბადები ჟანგბადთან (დაჟანგვა) შერევით გარდაიქმნება ნახშირორჟანგად და წყალში.

კატალიზატორში მომხდარი რეაქციები ცვლის გამონაბოლქვი აირების ქიმიურ შემადგენლობას, ცვლის ატომის სტრუქტურას. როდესაც მავნე აირების მოლეკულები ძრავიდან კატალიზატორში გადადის, ის მათ ატომებად იშლება. ატომები, თავის მხრივ, იქმნება მოლეკულების სახით შედარებით უვნებელ ნივთიერებებად, როგორიცაა ნახშირორჟანგი, აზოტი და წყალი და გამონაბოლქვი სისტემის საშუალებით გამოიყოფა გარემოში.

კატალიზატორების ძირითადი ტიპები, რომლებიც ბენზინის ძრავებში გამოიყენება, ორია: ორმხრივი და სამმხრივი.

ორმხრივი

ორმაგი კედლის (ორმხრივი) კატალიზატორი ერთდროულად ასრულებს ორ დავალებას: აჟანგავს ნახშირბადის მონოქსიდს ნახშირორჟანგად და ნახშირწყალბადებს (არ გადაწვავს ან ნაწილობრივ დაწვავს) ნახშირორჟანგს და წყალს.

ამ ტიპის საავტომობილო კატალიზატორი გამოიყენებოდა დიზელისა და ბენზინის ძრავებში ნახშირწყალბადების და ნახშირბადის მონოქსიდის მავნე გამონაბოლქვის შესამცირებლად 1981 წლამდე, მაგრამ რადგან მას აზოტის ოქსიდების გარდაქმნა არ შეეძლო, 81 წლის შემდეგ იგი შეიცვალა სამმხრივი კატალიზატორებით.

სამმხრივი რედოქს კატალიზური გადამყვანი

ამ ტიპის საავტომობილო კატალიზატორი, როგორც აღმოჩნდა, 1981 წელს შემოვიდა და დღეს ის დამონტაჟებულია ყველა თანამედროვე მანქანაზე. სამმხრივი კატალიზატორი ერთდროულად ასრულებს სამ დავალებას:

• ამცირებს აზოტის ოქსიდს აზოტსა და ჟანგბადამდე;
• ჟანგავს ნახშირბადის მონოქსიდს ნახშირორჟანგად;
• ჟანგავს დაუწვავ ნახშირწყალბადებს ნახშირორჟანგსა და წყალში.

იმის გამო, რომ ამ ტიპის კატალიზური გადამყვანი ასრულებს კატალიზის როგორც შემცირების, ასევე დაჟანგვის ეტაპებს, ის ასრულებს თავის ამოცანას 98%-მდე ეფექტურობით. ეს ნიშნავს, რომ თუ თქვენი მანქანა აღჭურვილია ასეთი კატალიზატორით, ის არ დააბინძურებს გარემოს მავნე გამონაბოლქვით.

კატალიზატორების ტიპები დიზელის ძრავებში

დიზელის სატრანსპორტო საშუალებებისთვის, ბოლო დრომდე, ერთ-ერთი ყველაზე ხშირად გამოყენებული კატალიზატორი იყო დიზელის დაჟანგვის კატალიზატორი (DOC). ეს კატალიზატორი იყენებს ჟანგბადს გამონაბოლქვის ნაკადში ნახშირბადის მონოქსიდი ნახშირორჟანგად და ნახშირწყალბადები წყალად და ნახშირორჟანგად გადააქცია. სამწუხაროდ, ამ ტიპის კატალიზატორი მხოლოდ 90% ეფექტურია და ახერხებს დიზელის სუნის აღმოფხვრას და ხილული ნაწილაკების შემცირებას, მაგრამ არ არის ეფექტური NO x გამოყოფის შემცირებაში.

დიზელის ძრავები გამოყოფენ გაზებს, რომლებიც შეიცავს ნაწილაკების შედარებით მაღალ დონეს (ჭვარტლს), რომელიც ძირითადად შედგება ელემენტარული ნახშირბადისგან, რომელსაც DOC კატალიზატორები ვერ უმკლავდებიან, ამიტომ ნაწილაკები უნდა მოიხსნას ე.წ. ნაწილაკების ფილტრების გამოყენებით (DPF).

როგორ ხდება კატალიზატორების შენარჩუნება?

კატალიზატორთან პრობლემების თავიდან ასაცილებლად მნიშვნელოვანია იცოდეთ:

• კატალიზატორის სიცოცხლის საშუალო ხანგრძლივობაა დაახლოებით 160000 კმ. ამ მანძილის გავლის შემდეგ, თქვენ უნდა გაითვალისწინოთ ტრანსდუქტორის შეცვლა.
• თუ მანქანა აღჭურვილია კატალიზატორით, არ უნდა გამოიყენოთ ტყვიის შემცველი საწვავი, რადგან ეს ამცირებს კატალიზატორის ეფექტურობას. ერთადერთი შესაფერისი საწვავი ამ შემთხვევაში არის ტყვიის გარეშე.

ეჭვგარეშეა, ამ მოწყობილობების სარგებელი გარემოსა და ჩვენი ჯანმრთელობისთვის ძალიან დიდია, მაგრამ მათი სარგებელის გარდა, მათ ასევე აქვთ უარყოფითი მხარეები.

მათი ერთ-ერთი ყველაზე დიდი მინუსი ის არის, რომ ისინი მხოლოდ მაღალ ტემპერატურაზე მუშაობენ. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, როდესაც მანქანას იწყებთ, კატალიზატორი თითქმის არაფერს აკეთებს გამონაბოლქვის გამონაბოლქვის შესამცირებლად.

ის მხოლოდ ეფექტურად იწყებს მუშაობას მას შემდეგ, რაც გამონაბოლქვი გაზები გაცხელდება 250-300 გრადუს ცელსიუსამდე. სწორედ ამიტომ, ზოგიერთმა მწარმოებელმა კომპანიამ ნაბიჯები გადადგა ამ პრობლემის მოსაგვარებლად კატალიზატორის ძრავთან მიახლოებით, რაც, ერთი მხრივ, აუმჯობესებს მოწყობილობის მუშაობას, მაგრამ ამცირებს მის სიცოცხლის ხანგრძლივობას, რადგან ძრავასთან სიახლოვე ძალიან მაღალ ტემპერატურაზე ახდენს მას.

ბოლო წლების განმავლობაში გადაწყდა კატალიზური გადამყვანი მოთავსდეს მგზავრის სავარძლის ქვეშ მანძილზე, რაც საშუალებას მისცემს მას უფრო ეფექტურად იმუშაოს ძრავის მაღალი ტემპერატურის ზემოქმედების გარეშე.

კატალიზატორების სხვა ნაკლოვანებებია ხშირი ჩაკეტვა და ნამცხვრის წვა. დამწვრობა ჩვეულებრივ ხდება გამონაბოლქვი სისტემაში დაუწვავი საწვავის შესვლის გამო, რომელიც ანთებულია კატალიზატორის საკვებში. ჩაკეტვა ყველაზე ხშირად ხდება ცუდი ან უვარგისი ბენზინის, ნორმალური ცვეთა, მართვის სტილის და ა.შ.

ეს არის ძალიან მცირე უარყოფითი მხარეები იმ უზარმაზარი სარგებელის ფონზე, რომელსაც საავტომობილო კატალიზატორების გამოყენებით ვიღებთ. ამ მოწყობილობების წყალობით, მანქანებიდან მავნე გამონაბოლქვი შეზღუდულია.

ზოგიერთი კრიტიკოსი ამტკიცებს, რომ ნახშირორჟანგი ასევე მავნე გამონაბოლქვია. მათ მიაჩნიათ, რომ კატალიზატორი არ არის საჭირო მანქანაში, რადგან ასეთი გამონაბოლქვი ზრდის სათბურის ეფექტს. სინამდვილეში, თუ მანქანას არ აქვს კატალიზატორი და ჰაერში ნახშირორჟანგს გამოყოფს, ეს ოქსიდი თავად გადაიქცევა ატმოსფეროში ნახშირორჟანგად.

ვინ გამოიგონა კატალიზატორი?

მიუხედავად იმისა, რომ კატალიზატორები მასობრივად არ გამოჩენილან 1970-იანი წლების ბოლომდე, მათი ისტორია გაცილებით ადრე დაიწყო.

კატალიზატორის მამად ითვლება ფრანგი ქიმიური ინჟინერი ევგენი გუდრი, რომელმაც 1954 წელს დააპატენტა თავისი გამოგონება სახელწოდებით "გამონაბოლქვი კატალიზური გადამყვანი".

ამ გამოგონებამდე გუდრიმ გამოიგონა კატალიზური კრეკინგი, რომელშიც დიდი რთული ორგანული ქიმიკატები გამოიყოფა უვნებელ პროდუქტებად. შემდეგ მან ექსპერიმენტები ჩაატარა სხვადასხვა ტიპის საწვავზე, მისი მიზანი იყო მისი უფრო სუფთა გაკეთება.

კატალიზატორების რეალური გამოყენება ავტომობილებში მოხდა 1970-იანი წლების შუა პერიოდში, როდესაც შემოღებულ იქნა უფრო მკაცრი გამონაბოლქვის კონტროლის რეგულაციები, რომლებიც მოითხოვს დაბალი ხარისხის ბენზინიდან გამონაბოლქვიდან ტყვიის ამოღებას.

კითხვები და პასუხები:

როგორ შევამოწმოთ კატალიზატორის არსებობა მანქანაზე? ამისათვის უბრალოდ შეხედეთ მანქანის ქვეშ. გარდა ძირითადი მაყუჩისა და პატარა მაყუჩისა (რეზონატორი, რომელიც ზის გამონაბოლქვი სისტემის წინა მხარეს), კატალიზატორი არის კიდევ ერთი ნათურა.

სად არის კატალიზატორი მანქანაში? ვინაიდან კატალიზატორი უნდა მუშაობდეს მაღალ ტემპერატურულ პირობებში, ის განლაგებულია რაც შეიძლება ახლოს გამონაბოლქვთან. ის რეზონატორის წინ არის.

რა არის კატალიზატორი მანქანაში? ეს არის კატალიზატორი - დამატებითი ნათურა გამოსაბოლქვი სისტემაში. იგი ივსება კერამიკული მასალით, რომლის თაფლი დაფარულია ძვირფასი ლითონისგან.