مبدل کاتاليزوری یا کاتالیزور خودرو چيست؟
“کاتاليزور” از نظر شيمی، مادهای است که باعث واکنش شيميايی میشود. از مبدل کاتاليستی برای تبديل گازهای مضر توليد شده توسط سوخت موتور بنزين يا ديزل استفاده میکند تا گازهای مضر کمتری به هوا منتقل شوند.
مبدل های کاتاليزوری كجا واقع شده اند؟
مبدل کاتاليستی در يک سيستم اگزوز خودرو قرار دارد. اغلب در نزديکی منيفولد خروجی موتور (بخشی است از اگزوز كه به موتور و منيفولد متصل میشود). مبدل کاتاليزوری هنگامی که گرم میشود بسيار کارآمدتر است، از اين رو آنها را در نزديکی موتور قرار میدهند که دمای بالاتری دارد. دمای کاری مطلوب مبدل کاتاليستی بين ٣٥٠ تا ٤٠٠ درجه سانتيگراد است.
چه چيزی در داخل مبدل کاتاليستی قرار دارد؟
در داخل اغلب مبدلهای کاتاليزوری مدرن، انواع لانه زنبوری، يا انواع قديمی، مهرههای سراميکی کوچک هستند. هر ساختار داخل يک مبدل کاتاليزوری، پوشش کاتاليزورهايی را ايجاد میکند که باعث واکنش شيميايی میشوند. اين کاتاليزورها شامل يک لايه نازک از پلاتين، روديوم و يا پالاديوم هستند.
- به منظور ساختن سیستم اصلاح ساختار بخار ، یک کاتالیزور نیکل از نوع لانه زنبور با استفاده از تکنیک ترکیبی از یک روش ژل sol و آبکاری بر روی یک بستر از جنس استنلس استیل تهیه شده. نوع ماده کاهش دهنده مورد استفاده در فرآیند آبکاری نه تنها بر میزان تشکیل ذرات نیکل بلکه در خاصیت اصلاح بخار متان (MSR) کاتالیزور آماده شده نیز تأثیر دارد.
- کاتالیزوری تهیه شده با استفاده از NaBH4 عملکرد MSR بیشتری نسبت به کاتالیزورهای تجاری نشان داد و نشان میدهد که تخریب کاتالیزور حتی در شرایط شدید H2O / CH4 کاملاً کم بود. زمان آبکاری فرآیند آبکاری نیکل نیز به میزان قابل توجهی بر خاصیت اصلاح اثر گذاشت.
- هنگام استفاده از ماده کاهش دهنده NaBH4، زمان آبکاری حدود 3 دقیقه بیشترین عملکرد را داشت.
- کلرید و سولفات برای گونههای آنیونی معرف نیکل مورد استفاده در آبکاری مناسب بود. براساس اندازهگیری XPS ، وضعیت الکترونی نیکل که با استفاده از کلرید و سولفات تهیه شده است، به نظر میرسد حالتی است که برای شکلگیری گونههای CHx و تشکیل گونههای O * در مکانیسم اصلاح مناسب است.
- افزودن یک مؤلفه تبلیغ کننده به محلول آلومینیوم sol برای بهبود عملکرد اصلاح مؤثر بود. به خصوص، خاصیت اصلاح کاتالیزوری که مؤلفه Ce را اضافه میکند، بهبود یافت. روش ترکیبی تهیه شده در این مطالعه یک روش مفید و قابل گسترش برای تهیه کاتالیزور ساختاری با عملکرد بالا در بستر استیل است.
مبدل کاتالیست سرامیکی
- بسیاری از مبدلهای اولیه کاتالیزور اتومبیل در دهه 1970 از پشتیبانی از گلوله یا مهره استفاده میکنند. یک حجم از ذرات کروی (گلوله) ساخته شده از گاما آلومینا به قطر 2.5 تا 5 میلیمتر، در یک پوسته فولادی قرار داده شده و بین دو صفحه وجود دارد تا مبدل کاتالیزوری را تشکیل دهد. کاتالیزور و تثبیت کننده فلز نجیب در گلولهها قرار گرفتند. این طراحی از راکتورهای کاتالیزوری مورد استفاده در صنعت پردازش شیمیایی سرچشمه گرفته است. کاتالیزور پلت دارای معایب مختلفی از جمله افت فشار بالا و از دست رفتن کاتالیزور تدریجی به دلیل جاذبه بود. لانه زنبوریهای یکپارچه، که برای رفع کاستیهای تکیهگاههای گندزدایی ایجاد شده اند، به یک بستر استاندارد در برنامه های امروزی اتومبیل، دیزل و سایر برنامههای کنترل انتشار تبدیل شدهاند.
- تکیهگاههای کاتالیزور یکپارچه سازه های لانه زنبوری هستند که بسیاری از کانالهای موازی کوچک و کوچک، بصورت محوری در داخل قسمت اجرا میشوند. آنها گاهی به بسترهای “جریان” گفته میشوند. سطح مقطع معمولاً دایرهای یا بیضی شکل است، اما کانتورهای نامتقارن نیز تولید می شوند. گازهای خروجی که از طریق کانالها جریان مییابند با کاتالیزوری که در دیوارههای کانال ته نشین شده است تماس می گیرند. از مزایای اصلی تکیهگاههای یکپارچه میتوان به سطح هندسی بالا (GSA) در هر واحد حجم (تراکم)، مساحت بزرگ باز جلو (افت فشار کم) و مقاومت در برابر جاذبه عالی اشاره کرد. بسترهای سرامیکی (لانه زنبوری) معمولاً دارای سلولهای مربعی هستند،در حالی که بیشتر بسترهای فلزی دارای کانالهای سینوسی هستند.
- سایر مقاطع کانال ممکن است، از جمله مثلث، شش ضلعی، ذوزنقه و گرد. تعداد سلولها میتواند بین 10 تا بیش از 1000 سلول در اینچ مربع (cpsi) متفاوت باشد. در دهه 1990 قطعاتی که از لحاظ تجاری برای کاربردهای موتور احتراق داخلی مورد استفاده قرار گرفته بودند، تراکم سلولی بین 200 تا 600 سی پی سی دارند، که 400 سی سی سی رایجترین تراکم سلولی در کاربردهای اتومبیل بنزینی است. از آن زمان به بعد، تراکم سلول به طور فزایندهای در اتومبیل های بنزینی معرفی شده است که قطعات بیشتر از 1000 سی سی در هر دو سرامیک و طرحهای فلزی موجود است. بیشتر بسترها برای کاربردهای دیزل در محدوده 300-400 cpsi باقی مانده است.
مبدل کاتاليزوری چگونه کار می کند؟
- نمودار پايه در رو به رو نشان میدهد که چگونه يک مبدل کاتاليزوری کار میکند. چگونه مبدل کاتاليزور کار میکند منطقه قرمز نمودار گازهای خام « خام موتور » را که به مبدل کاتاليستی وارد میشوند، نشان میدهد. سوزاندن سوختهای فسيلی گازهای مضر برای محيط زيست توليد میکند که بسياری از دانشمندان معتقدند که به طور کلی به گرم شدن کره زمين کمک میکند، در غير اينصورت به اثر گلخانهای معروف است.
- برخی از گازهای مضر توليد شده توسط موتورهای خودرو عبارتند از مونوکسيد کربن، کسيد نيتروژن، هيدروکربنها. همانطور که موتور سوخت را میسوزاند، گازهای خروجی از طريق منيفولد و به سيستم اگزوز و از طريق انبار و با لوله انتهایی خارج میشوند.
- سيستم اگزوز قبلا فقط به عنوان وسيله ای برای انتقال گازهای دود و موتور از عقب خودرو به منظور جلوگيری از ورود گاز به داخل منطقه کابين و همچنين کاهش سر و صدای موتور با استفاده از صدا خفهکنها يا مخزن هايی با پره و لوله های مشبک بخش هايی از این سيستم بود با اين حال، امروزه همه وسايل نقليه مدرن نيز شامل يک مبدل کاتاليزوری به همراه این سيستم هستند.
4. از آنجا که اين گازهای مضر وارد مبدل کاتاليزوری میشوند، از طريق ساختار لانه زنبوری که از پلاتين، روديوم و يا پالاديوم پوشيده شده است وارد میشوند. با توجه به فلزات گرانبها و درجه حرارت بالا، اين عناصر شيميايی واکنشی را ايجاد میکنند که گازهای مضر را به گاز نيتروژن (N2 ) تبديل میکند که 78 ٪از آن شامل دی اکسيد کربن (CO2 )و بخار آب (H2O )است.
5. ساختار لانه زنبوری داخلی يک مبدل کاتاليزوری میتواند از سراميک يا يک فويل فلزی ساخته شود. مزايای يک لانه زنبوری سراميکی اين است که دوام خوبی در برابر چرخه حرارت طولانی دارد. بد اقبالی اين است که از انعطاف بسيار خوبی برخوردار نيست، میتواند با لرزش و يا حتی تحت فشار شديد شكسته شود.
6. اساسا زمانی يک مبدل کاتاليزوری در بهترين حالت است كه سلولهای سراميكی بيشتری در هر اينچ مربع برای عبور گازهای خروجی همراه با فلزات گرانبها و براحتی از آنها گذر كنند. بهترين حالت مبدلهای کاتاليزوری مبدل کاتاليست خودرو مبدل کاتاليزوری زمانی بسيار کارآمد است که جديد باشد.
7. اکثر مبدلهای کاتاليزوری جديد از حدود 99 درصد بهره وری شروع میشوند، اما پس از چند هزار مايل به حدود 95 درصد رسيده است. اگر کارايی مبدل کاتاليزوری خيلی پايين باشد (معمولا کمتر از 92 درصد بهره وری)، چراغ نشانگر خرابی (MIL )يا چراغ هشدار دهنده موتور روشن میشود. کارايی با يک سنسور اندازه گيری میشود که قبل از مبدل کاتاليستی و يا بعد از آن قرار داده شده است. اين سنسورها به طور مداوم نسبت هوا / سوخت موجود در گازهای خروجی را اندازه گيری میکنند و سيستم مديريت موتور را آگاه میکنند که آيا دستگاه کار میکند يا خير.
8. اگر مشكلی پيش بيايد چراغ مديريت موتور ممکن است روشن شود. اولين بار مبدل کاتاليزوری در انگلستان معرفی شد تمام اتومبيلهای بنزينی توليد شده در انگلستان از سال 1993 دارای يک مبدل کاتاليستی بود که به طور استاندارد مطابق با مقررات زيست محيطی بود.
تبديل کاتاليست هاچه مدت طول می کشد ، آيا آنها از بين می روند؟
به طور کلی، يک مبدل کاتاليستی تا زمانی که تا متوسط ميانگين عمر يک خودرو معمولی که بين 100.000 تا 150.000 كيلومتر كاربرد دارد، كه اين بر مبنای مبدل کاتاليزوری که توليدکنندگان قطعات اصلی يا OEM با مواد و کيفيت و استاندارد بالا ساخته شده است. بنابراين در شرايط كاركرد خوب موتور و سوخت و نگهداری صحيح میتواند تا سه سال موثر باشد.
چگونگی فعالیت کاتالیزور در خودرو
شاید برای شما هم جالب باشد که با نحوه کار سیستم کاتالیزور خودرو آشنا شوید. در مقاله ای با همین عنوان در پیا صنعت اطلاعات لازم در این خصوص در اختیار شما قرار داده شده است. می توانید در ادامه ویدویی در این خصوص را دیدن کنید. برای کسب اطلاعات بیشتر میتوانید مقاله مربوط به نحوه فرایند کاتالیزور را دنیال کنید.