เครื่องฟอกไอเสียรถยนต์ทำงานอย่างไร?

ในระหว่างการทำงานของเครื่องยนต์สันดาปภายในก๊าซไอเสียจะถูกปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศซึ่งไม่เพียง แต่เป็นสาเหตุหลักของมลพิษทางอากาศเท่านั้น แต่ยังเป็นสาเหตุหนึ่งของโรคต่างๆอีกด้วย

ก๊าซเหล่านี้ซึ่งออกมาจากระบบไอเสียของยานพาหนะประกอบด้วยองค์ประกอบที่เป็นอันตรายอย่างยิ่งดังนั้นรถยนต์สมัยใหม่จึงติดตั้งระบบไอเสียพิเศษซึ่งมีตัวเร่งปฏิกิริยาอยู่เสมอ

เครื่องฟอกไอเสียจะทำลายโมเลกุลที่เป็นอันตรายในก๊าซไอเสียและทำให้ปลอดภัยต่อคนและสิ่งแวดล้อมมากที่สุด

ตัวเร่งปฏิกิริยาคืออะไร?

เครื่องฟอกไอเสียเป็นอุปกรณ์ประเภทหนึ่งที่มีหน้าที่หลักในการลดการปล่อยมลพิษที่เป็นอันตรายจากก๊าซไอเสียของเครื่องยนต์รถยนต์ โครงสร้างตัวเร่งปฏิกิริยานั้นเรียบง่าย นี่คือภาชนะโลหะที่ติดตั้งในระบบไอเสียของรถยนต์

มีสองท่อในถัง "อินพุต" ของคอนเวอร์เตอร์เชื่อมต่อกับเครื่องยนต์และก๊าซไอเสียจะเข้าไปในนั้นและ "เอาต์พุต" จะเชื่อมต่อกับเรโซเนเตอร์ของระบบไอเสียของรถยนต์

เมื่อก๊าซไอเสียของเครื่องยนต์เข้าสู่ตัวเร่งปฏิกิริยาปฏิกิริยาทางเคมีจะเกิดขึ้น พวกมันทำลายก๊าซที่เป็นอันตรายและเปลี่ยนให้เป็นก๊าซที่ไม่เป็นอันตรายซึ่งสามารถปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อมได้

อะไรคือองค์ประกอบของเครื่องฟอกไอเสีย?

เพื่อให้ชัดเจนขึ้นเล็กน้อยว่าเครื่องฟอกไอเสียรถยนต์ทำงานอย่างไรให้พิจารณาว่าองค์ประกอบหลักคืออะไร โดยไม่ต้องลงรายละเอียดเราจะแสดงเฉพาะองค์ประกอบหลักที่สร้างขึ้น

การสนับสนุน

สารตั้งต้นคือโครงสร้างภายในของตัวเร่งปฏิกิริยาที่เคลือบตัวเร่งปฏิกิริยาและโลหะมีค่า พื้นผิวมีหลายประเภท ความแตกต่างหลักของพวกเขาคือวัสดุที่ใช้ทำ ส่วนใหญ่มักเป็นสารเฉื่อยที่ทำให้อนุภาคที่ทำงานอยู่บนพื้นผิวมีความเสถียร

ความคุ้มครอง

วัสดุเร่งปฏิกิริยามักประกอบด้วยอะลูมินาและสารประกอบ เช่น ซีเรียม เซอร์โคเนียม นิกเกิล แบเรียม แลนทานัม และอื่นๆ จุดประสงค์ของการเคลือบผิวคือเพื่อขยายพื้นผิวทางกายภาพของพื้นผิวและทำหน้าที่เป็นฐานในการเคลือบโลหะมีค่า

โลหะมีค่า

โลหะมีค่าที่มีอยู่ในเครื่องฟอกไอเสียทำหน้าที่ในการดำเนินปฏิกิริยาการเร่งปฏิกิริยาที่สำคัญอย่างยิ่ง โลหะมีค่าที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ แพลทินัม แพลเลเดียม และโรเดียม แต่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ผู้ผลิตจำนวนมากเริ่มใช้ทองคำ

การเคหะ

ตัวเรือนเป็นเปลือกนอกของอุปกรณ์และประกอบด้วยสารตั้งต้นและองค์ประกอบอื่นๆ ของตัวเร่งปฏิกิริยา วัสดุที่ใช้ทำตัวเรือนมักจะเป็นสแตนเลส

หลอด

ท่อเชื่อมต่อเครื่องฟอกไอเสียของรถกับระบบไอเสียและเครื่องยนต์ของรถ พวกเขาทำจากสแตนเลส

เครื่องฟอกไอเสียรถยนต์ทำงานอย่างไร?

สำหรับการทำงานของเครื่องยนต์สันดาปภายในสิ่งสำคัญคือกระบวนการเผาไหม้ที่มั่นคงของส่วนผสมอากาศและเชื้อเพลิงจะเกิดขึ้นในกระบอกสูบ ในระหว่างกระบวนการนี้จะเกิดก๊าซที่เป็นอันตรายเช่นคาร์บอนมอนอกไซด์ไนโตรเจนออกไซด์ไฮโดรคาร์บอนและอื่น ๆ

หากรถไม่มีเครื่องฟอกไอเสียก๊าซที่เป็นอันตรายอย่างยิ่งทั้งหมดเหล่านี้หลังจากระบายออกสู่ท่อร่วมไอเสียจากเครื่องยนต์แล้วจะผ่านระบบไอเสียและเข้าสู่อากาศที่เราหายใจโดยตรง

หากรถมีเครื่องฟอกไอเสียก๊าซไอเสียจะไหลจากเครื่องยนต์ไปยังท่อไอเสียผ่านรังผึ้งของวัสดุพิมพ์และทำปฏิกิริยากับโลหะมีค่า อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาทางเคมีสารที่เป็นอันตรายจะถูกทำให้เป็นกลางและมีเพียงไอเสียที่ไม่เป็นอันตรายซึ่งส่วนใหญ่เป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เท่านั้นที่เข้าสู่สิ่งแวดล้อมจากระบบไอเสีย

เรารู้จากบทเรียนวิชาเคมีว่าตัวเร่งปฏิกิริยาคือสารที่ทำให้เกิดหรือเร่งปฏิกิริยาเคมีโดยไม่ส่งผลกระทบต่อมัน ตัวเร่งปฏิกิริยามีส่วนร่วมในปฏิกิริยาแต่ไม่ใช่ทั้งสารตั้งต้นหรือผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาการเร่งปฏิกิริยา

ก๊าซที่เป็นอันตรายในตัวเร่งปฏิกิริยามีสองขั้นตอน: การลดและการออกซิเดชั่น มันทำงานอย่างไร?

เมื่ออุณหภูมิในการทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยาสูงถึง 500 ถึง 1200 องศาฟาเรนไฮต์หรือ 250-300 องศาเซลเซียสจะมีสองสิ่งเกิดขึ้น: การลดลงและทันทีหลังจากนั้นปฏิกิริยาออกซิเดชั่น ฟังดูซับซ้อนเล็กน้อย แต่จริงๆแล้วหมายความว่าโมเลกุลของสารสูญเสียและได้รับอิเล็กตรอนในเวลาเดียวกันซึ่งจะเปลี่ยนโครงสร้างของมัน

การลดลง (การดูดซึมออกซิเจน) ที่เกิดขึ้นในตัวเร่งปฏิกิริยามีจุดมุ่งหมายเพื่อเปลี่ยนไนตริกออกไซด์ให้เป็นก๊าซที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

ตัวเร่งปฏิกิริยายานยนต์ทำงานอย่างไรในช่วงการกู้คืน

เมื่อไนตรัสออกไซด์จากไอเสียของรถยนต์เข้าสู่ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลทินัมและโรเดียมในนั้นจะเริ่มทำหน้าที่ในการสลายตัวของโมเลกุลไนโตรเจนออกไซด์เปลี่ยนก๊าซที่เป็นอันตรายให้กลายเป็นก๊าซที่ไม่เป็นอันตรายอย่างสมบูรณ์

เกิดอะไรขึ้นระหว่างขั้นตอนการออกซิเดชั่น?

ขั้นตอนที่สองที่เกิดขึ้นในตัวเร่งปฏิกิริยาเรียกว่าปฏิกิริยาออกซิเดชั่นซึ่งไฮโดรคาร์บอนที่ไม่ถูกเผาไหม้จะถูกเปลี่ยนเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำโดยการผสมกับออกซิเจน (ออกซิเดชั่น)

ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในตัวเร่งปฏิกิริยาจะเปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมีของก๊าซไอเสียโดยเปลี่ยนโครงสร้างของอะตอมที่พวกมันถูกสร้างขึ้น เมื่อโมเลกุลของก๊าซที่เป็นอันตรายผ่านจากเครื่องยนต์ไปยังตัวเร่งปฏิกิริยามันจะแตกออกเป็นอะตอม ในทางกลับกันอะตอมจะรวมตัวกันเป็นโมเลกุลใหม่เป็นสารที่ไม่เป็นอันตรายเช่นคาร์บอนไดออกไซด์ไนโตรเจนและน้ำและถูกปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อมผ่านระบบไอเสีย

ประเภทหลักของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ในเครื่องยนต์เบนซินมีสองแบบ: สองทางและสามทาง

ทวิภาคี

ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีผนังสองชั้น (สองด้าน) ทำหน้าที่สองอย่างพร้อมกัน: ออกซิไดซ์คาร์บอนมอนอกไซด์เป็นคาร์บอนไดออกไซด์และออกซิไดซ์ไฮโดรคาร์บอน (เชื้อเพลิงที่ไม่ได้เผาหรือเผาบางส่วน) เป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ

ตัวเร่งปฏิกิริยายานยนต์ประเภทนี้ใช้ในเครื่องยนต์ดีเซลและเบนซินเพื่อลดการปล่อยก๊าซไฮโดรคาร์บอนและคาร์บอนมอนอกไซด์ที่เป็นอันตรายจนถึงปี 1981 แต่เนื่องจากไม่สามารถเปลี่ยนไนโตรเจนออกไซด์ได้หลังจากนั้น 81 ตัวจึงถูกแทนที่ด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาสามทาง

เครื่องฟอกไอเสียรีดอกซ์สามทาง

ตัวเร่งปฏิกิริยายานยนต์ประเภทนี้เปิดตัวในปีพ. ศ. 1981 และปัจจุบันได้รับการติดตั้งในรถยนต์สมัยใหม่ทั้งหมด ตัวเร่งปฏิกิริยาสามทางทำงานสามอย่างพร้อมกัน:

• ลดไนตริกออกไซด์เป็นไนโตรเจนและออกซิเจน
• ออกซิไดซ์คาร์บอนมอนอกไซด์เป็นคาร์บอนไดออกไซด์
• ออกซิไดซ์ไฮโดรคาร์บอนที่ยังไม่ถูกเผาเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ

เนื่องจากเครื่องฟอกไอเสียประเภทนี้ดำเนินการทั้งขั้นตอนการรีดักชันและออกซิเดชันของตัวเร่งปฏิกิริยา จึงทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด 98% ซึ่งหมายความว่าหากรถของคุณติดตั้งเครื่องฟอกไอเสียดังกล่าว จะไม่สร้างมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมด้วยการปล่อยมลพิษที่เป็นอันตราย

ประเภทของตัวเร่งปฏิกิริยาในเครื่องยนต์ดีเซล

สำหรับรถยนต์ดีเซลจนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ตัวเร่งปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้กันมากที่สุดตัวหนึ่งคือตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชั่นดีเซล (DOC) ตัวเร่งปฏิกิริยานี้ใช้ออกซิเจนในไอเสียเพื่อเปลี่ยนคาร์บอนมอนอกไซด์เป็นคาร์บอนไดออกไซด์และไฮโดรคาร์บอนเป็นน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ น่าเสียดายที่ตัวเร่งปฏิกิริยาประเภทนี้มีประสิทธิภาพเพียง 90% และสามารถกำจัดกลิ่นของน้ำมันดีเซลและลดอนุภาคที่มองเห็นได้ แต่ไม่มีประสิทธิภาพในการลดการปล่อย NO x

เครื่องยนต์ดีเซลปล่อยก๊าซที่มีอนุภาค (เขม่า) ค่อนข้างสูงซึ่งประกอบด้วยธาตุคาร์บอนเป็นหลักซึ่งตัวเร่งปฏิกิริยา DOC ไม่สามารถรับมือได้ดังนั้นจึงต้องกำจัดอนุภาคออกโดยใช้สิ่งที่เรียกว่าตัวกรองอนุภาค (DPF)

ตัวเร่งปฏิกิริยาได้รับการบำรุงรักษาอย่างไร?

เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาเกี่ยวกับตัวเร่งปฏิกิริยาสิ่งสำคัญคือต้องรู้ว่า:

• อายุการใช้งานตัวเร่งปฏิกิริยาเฉลี่ยประมาณ 160000 กม. หลังจากเดินทางระยะนี้คุณต้องพิจารณาเปลี่ยนทรานสดิวเซอร์
• หากรถติดตั้งตัวฟอกไอเสีย คุณไม่ควรใช้น้ำมันเชื้อเพลิงที่มีสารตะกั่ว เนื่องจากจะลดประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยา เชื้อเพลิงที่เหมาะสมในกรณีนี้คือไร้สารตะกั่ว

ไม่ต้องสงสัยเลยว่าประโยชน์ของอุปกรณ์เหล่านี้ต่อสิ่งแวดล้อมและสุขภาพของเรานั้นมีมากมายมหาศาล แต่นอกเหนือจากประโยชน์ของมันแล้วยังมีข้อเสียอีกด้วย

ข้อเสียที่ใหญ่ที่สุดอย่างหนึ่งคือทำงานในอุณหภูมิสูงเท่านั้น กล่าวอีกนัยหนึ่งคือเมื่อคุณสตาร์ทรถเครื่องฟอกไอเสียแทบจะไม่ทำอะไรเลยเพื่อลดการปล่อยไอเสีย

จะเริ่มทำงานอย่างมีประสิทธิภาพหลังจากที่ก๊าซไอเสียได้รับความร้อนถึง 250-300 องศาเซลเซียส นี่คือเหตุผลที่ผู้ผลิตรถยนต์บางรายดำเนินการเพื่อแก้ไขปัญหานี้โดยการย้ายตัวเร่งปฏิกิริยาให้ใกล้กับเครื่องยนต์ซึ่งในแง่หนึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของอุปกรณ์ แต่ทำให้อายุการใช้งานสั้นลงเนื่องจากความใกล้เคียงกับเครื่องยนต์ทำให้อุณหภูมิสูงมาก

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมามีการตัดสินใจที่จะวางเครื่องฟอกไอเสียไว้ใต้เบาะผู้โดยสารในระยะห่างที่จะช่วยให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยไม่ต้องสัมผัสกับอุณหภูมิของเครื่องยนต์ที่สูง

ข้อเสียอื่นๆ ของตัวเร่งปฏิกิริยาคือการอุดตันบ่อยครั้งและการเผาไหม้ของเค้ก การเผาไหม้มักเกิดขึ้นเนื่องจากน้ำมันเชื้อเพลิงที่ไม่เผาไหม้เข้าสู่ระบบไอเสียซึ่งติดไฟอยู่ในฟีดเครื่องฟอกไอเสีย การอุดตันมักเกิดขึ้นเนื่องจากน้ำมันเบนซินไม่ดีหรือไม่เหมาะสม การสึกหรอตามปกติ รูปแบบการขับขี่ ฯลฯ

สิ่งเหล่านี้เป็นข้อเสียเล็กน้อยเมื่อเทียบกับผลประโยชน์มหาศาลที่เราได้รับจากการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยายานยนต์ ด้วยอุปกรณ์เหล่านี้การปล่อยมลพิษที่เป็นอันตรายจากรถยนต์จึงมี จำกัด

นักวิจารณ์บางคนโต้แย้งว่าก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นก๊าซที่เป็นอันตรายเช่นกัน พวกเขาเชื่อว่าไม่จำเป็นต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาในรถยนต์ เพราะการปล่อยมลพิษดังกล่าวจะเพิ่มภาวะเรือนกระจก ในความเป็นจริง หากรถยนต์ไม่มีเครื่องฟอกไอเสียและปล่อยก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์สู่อากาศ สารออกไซด์นี้จะกลายเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศ

ใครเป็นผู้คิดค้นตัวเร่งปฏิกิริยา?

แม้ว่าตัวเร่งปฏิกิริยาจะไม่ปรากฏเป็นจำนวนมากจนกระทั่งช่วงปลายทศวรรษ 1970 แต่ประวัติศาสตร์ของพวกเขาเริ่มต้นเร็วกว่านั้นมาก

บิดาของตัวเร่งปฏิกิริยาถือเป็นวิศวกรเคมีชาวฝรั่งเศส Eugene Goudry ซึ่งในปี 1954 ได้จดสิทธิบัตรสิ่งประดิษฐ์ของเขาภายใต้ชื่อ "Exhaust Catalytic Converter"

ก่อนที่จะมีการประดิษฐ์นี้ Goodry ได้คิดค้นการแตกตัวเร่งปฏิกิริยาซึ่งสารเคมีอินทรีย์ที่ซับซ้อนขนาดใหญ่จะแยกออกเป็นผลิตภัณฑ์ที่ไม่เป็นอันตราย จากนั้นเขาก็ทดลองกับเชื้อเพลิงประเภทต่างๆเป้าหมายของเขาคือทำให้มันสะอาดขึ้น

การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาจริงในรถยนต์เกิดขึ้นในช่วงกลางทศวรรษ 1970 เมื่อมีการนำกฎข้อบังคับการควบคุมการปล่อยมลพิษที่เข้มงวดขึ้นซึ่งกำหนดให้กำจัดตะกั่วออกจากไอเสียจากน้ำมันเบนซินคุณภาพต่ำ

คำถามและคำตอบ:

จะตรวจสอบการมีอยู่ของตัวเร่งปฏิกิริยาบนรถได้อย่างไร? การทำเช่นนี้เพียงแค่มองใต้ท้องรถ นอกจากตัวเก็บเสียงหลักและตัวเก็บเสียงขนาดเล็ก (ตัวสะท้อนที่อยู่ด้านหน้าระบบไอเสีย) ตัวเร่งปฏิกิริยายังเป็นอีกหลอดหนึ่ง

ตัวเร่งปฏิกิริยาในรถอยู่ที่ไหน? เนื่องจากตัวเร่งปฏิกิริยาต้องทำงานในสภาวะที่มีอุณหภูมิสูง จึงอยู่ใกล้กับท่อร่วมไอเสียมากที่สุด มันอยู่หน้าเครื่องสะท้อนเสียง

ตัวเร่งปฏิกิริยาในรถยนต์คืออะไร? นี่คือตัวเร่งปฏิกิริยา - หลอดไฟเพิ่มเติมในระบบไอเสีย หุ้มด้วยวัสดุเซรามิก รังผึ้งหุ้มด้วยโลหะล้ำค่า