Bagaimana penukar pemangkin automotif berfungsi?

Semasa operasi mesin pembakaran dalaman, gas ekzos dipancarkan ke atmosfer, yang bukan hanya salah satu penyebab utama pencemaran udara, tetapi juga salah satu penyebab banyak penyakit.

Gas-gas ini, yang berasal dari sistem ekzos kenderaan, terdiri daripada unsur-unsur yang sangat berbahaya, sebab itulah kereta moden dilengkapi dengan sistem ekzos khas, di mana pemangkin semestinya ada.

Penukar pemangkin memusnahkan molekul gas ekzos berbahaya dan menjadikannya seaman mungkin bagi orang dan persekitaran.

Apa itu pemangkin?

Catalytic converter adalah sejenis peranti yang tugas utamanya adalah untuk mengurangkan pelepasan berbahaya dari gas ekzos mesin kenderaan. Peranti pemangkinnya mudah. Ini adalah tangki logam yang dipasang di sistem ekzos kereta.

Terdapat dua paip di dalam tangki. "Input" konverter disambungkan ke mesin, dan gas ekzos mengalir melaluinya, dan "output" dihubungkan ke resonator sistem ekzos kereta.

Apabila ekzos enjin memasuki pemangkin, reaksi kimia berlaku di dalamnya. Mereka memusnahkan gas berbahaya dan mengubahnya menjadi gas yang selamat yang dapat dilepaskan ke persekitaran.

Apakah unsur yang terdiri daripada pemangkin pemangkin?

Untuk menjadikannya sedikit lebih jelas bagaimana penukar pemangkin kenderaan berfungsi, marilah kita mempertimbangkan apakah elemen utamanya. Tanpa membincangkan secara terperinci, kami hanya menyenaraikan elemen-elemen utama yang dibina.

Substrat

Substrat ialah struktur dalaman pemangkin di mana mangkin dan logam berharga disalut. Terdapat beberapa jenis substrat. Perbezaan utama mereka adalah bahan dari mana ia dibuat. Selalunya ia adalah bahan lengai yang menstabilkan zarah aktif pada permukaannya.

Liputan

Bahan mangkin aktif biasanya terdiri daripada alumina dan sebatian seperti serium, zirkonium, nikel, barium, lanthanum dan lain-lain. Tujuan salutan adalah untuk mengembangkan permukaan fizikal substrat dan berfungsi sebagai asas di mana logam berharga didepositkan.

Logam berharga

Logam berharga yang terdapat dalam penukar pemangkin berfungsi untuk menjalankan tindak balas pemangkin yang sangat penting. Logam berharga yang biasa digunakan ialah platinum, paladium dan rhodium, tetapi dalam beberapa tahun kebelakangan ini sejumlah besar pengeluar telah mula menggunakan emas.

Perumahan

Perumah ialah cangkang luar peranti dan mengandungi substrat dan unsur-unsur lain pemangkin. Bahan dari mana kes itu biasanya dibuat adalah keluli tahan karat.

Paip

Paip menghubungkan penukar pemangkin kenderaan ke sistem ekzos kenderaan dan mesin. Mereka diperbuat daripada keluli tahan karat.

Bagaimana penukar pemangkin automotif berfungsi?

Untuk pengoperasian enjin pembakaran dalaman, adalah penting bahawa proses pembakaran campuran udara-bahan api yang stabil berlaku di dalam silindernya. Semasa proses ini, gas berbahaya terbentuk, seperti karbon monoksida, nitrogen oksida, hidrokarbon dan lain-lain.

Sekiranya kereta tidak mempunyai pemangkin pemangkin, semua gas yang sangat berbahaya ini, setelah dilepaskan ke manifold ekzos dari mesin, akan melalui sistem ekzos dan akan langsung memasuki udara yang kita hirup.

Sekiranya kenderaan mempunyai pemangkin pemangkin, gas ekzos akan mengalir dari mesin ke peredam melalui sarang lebah substrat dan bertindak balas dengan logam berharga. Akibat tindak balas kimia, bahan berbahaya dinetralkan, dan hanya ekzos yang tidak berbahaya, yang terdiri terutamanya dari karbon dioksida, yang memasuki lingkungan dari sistem ekzos.

Kita tahu daripada pelajaran kimia bahawa mangkin ialah bahan yang menyebabkan atau mempercepatkan tindak balas kimia tanpa menjejaskannya. Pemangkin mengambil bahagian dalam tindak balas tetapi bukan bahan tindak balas atau produk tindak balas pemangkin.

Terdapat dua peringkat di mana gas berbahaya masuk ke dalam pemangkin: pengurangan dan pengoksidaan. Bagaimana ia berfungsi?

Apabila suhu operasi pemangkin mencapai 500 hingga 1200 darjah Fahrenheit atau 250-300 darjah Celsius, dua perkara berlaku: pengurangan, dan segera setelah reaksi pengoksidaan ini. Kedengarannya agak rumit, tetapi pada kenyataannya ini bermaksud molekul suatu zat secara serentak kehilangan dan menerima elektron, sebab itulah strukturnya berubah.

Pengurangan (pengambilan oksigen) yang berlaku dalam pemangkin bertujuan untuk menukar oksida nitrat menjadi gas yang mesra alam.

Bagaimana pemangkin automotif berfungsi dalam fasa pemulihan?

Apabila nitrat oksida dari gas ekzos kereta memasuki pemangkin, platinum dan rhodium di dalamnya mula bertindak pada penguraian molekul nitrik oksida, menjadikan gas berbahaya menjadi tidak berbahaya.

Apa yang berlaku pada tahap pengoksidaan?

Tahap kedua, yang berlaku dalam pemangkin, disebut reaksi pengoksidaan di mana hidrokarbon yang tidak terbakar diubah menjadi karbon dioksida dan air dengan mencampurkan dengan oksigen (pengoksidaan).

Tindak balas yang berlaku dalam pemangkin mengubah komposisi kimia gas ekzos, mengubah struktur atom yang mana ia terdiri. Apabila molekul gas berbahaya berpindah dari mesin ke pemangkin, ia memisahkannya menjadi atom. Atom, pada gilirannya, bergabung semula menjadi molekul menjadi bahan yang tidak berbahaya seperti karbon dioksida, nitrogen dan air, dan dilepaskan ke persekitaran melalui sistem pembuangan.

Jenis utama penukar pemangkin yang digunakan dalam enjin petrol adalah dua: dua arah dan tiga hala.

Dua hala

Pemangkin berdinding dua (dua sisi) secara serentak melakukan dua tugas: ia mengoksidakan karbon monoksida menjadi karbon dioksida dan mengoksidakan hidrokarbon (bahan bakar tidak terbakar atau terbakar separa) kepada karbon dioksida dan air.

Jenis pemangkin automotif ini digunakan dalam enjin diesel dan petrol untuk mengurangkan pelepasan hidrokarbon dan karbon monoksida berbahaya sehingga tahun 1981, tetapi kerana ia tidak dapat menukar nitrogen oksida, setelah 81 tahun ia digantikan dengan pemangkin tiga arah.

Penukar pemangkin redoks tiga hala

Pemangkin automotif jenis ini, ternyata, diperkenalkan pada tahun 1981, dan hari ini dipasang pada semua kereta moden. Pemangkin tiga arah melakukan tiga tugas secara serentak:

• mengembalikan oksida nitrat kepada nitrogen dan oksigen;
• mengoksidakan karbon monoksida kepada karbon dioksida;
• mengoksidakan hidrokarbon tidak terbakar kepada karbon dioksida dan air.

Oleh kerana penukar pemangkin jenis ini melakukan kedua-dua langkah pengurangan dan pengoksidaan pemangkin, ia melaksanakan tugasnya dengan kecekapan sehingga 98%. Ini bermakna jika kereta anda dilengkapi dengan penukar pemangkin sedemikian, ia tidak akan mencemarkan alam sekitar dengan pelepasan berbahaya.

Jenis Pemangkin dalam Mesin Diesel

Untuk kenderaan diesel, sehingga baru-baru ini, salah satu penukar pemangkin yang paling biasa digunakan adalah pemangkin pengoksidaan diesel (DOC). Pemangkin ini menggunakan oksigen dalam aliran ekzos untuk menukar karbon monoksida menjadi karbon dioksida dan hidrokarbon menjadi air dan karbon dioksida. Malangnya, pemangkin jenis ini hanya 90% berkesan, dan berjaya menghilangkan bau diesel dan mengurangkan zarah yang kelihatan, tetapi tidak berkesan dalam mengurangkan pelepasan NO x.

Enjin diesel mengeluarkan gas yang mengandungi zat partikulat (jelaga) yang relatif tinggi, yang terdiri terutamanya dari unsur karbon, yang tidak dapat dikendalikan oleh pemangkin DOC, jadi partikel mesti dikeluarkan menggunakan penapis partikulat (DPF).

Bagaimana pemangkin diservis?

Untuk mengelakkan masalah dengan pemangkin, penting untuk mengetahui bahawa:

• Purata jangka hayat pemangkin adalah sekitar 160000 km. Setelah menempuh jarak ini, anda perlu memikirkan untuk menukar penukar.
• Jika kenderaan dilengkapi dengan penukar pemangkin, anda tidak boleh menggunakan bahan api plumbum, kerana ia mengurangkan keberkesanan pemangkin. Satu-satunya bahan api yang sesuai dalam kes ini ialah tanpa plumbum.

Tidak diragukan lagi, manfaat alam sekitar dan kesihatan dari peranti ini sangat besar, tetapi selain kelebihannya, mereka juga mempunyai kekurangannya.

Salah satu kelemahan terbesar mereka ialah ia hanya berfungsi pada suhu tinggi. Dengan kata lain, semasa anda memulakan kereta, pemangkin pemangkin tidak melakukan apa-apa untuk mengurangkan pelepasan ekzos.

Ia mula berfungsi dengan cekap hanya setelah gas ekzos dipanaskan hingga 250-300 darjah Celsius. Itulah sebabnya sebilangan pengeluar kereta telah mengambil langkah untuk menyelesaikan masalah ini dengan mendekatkan pemangkin ke mesin, yang, di satu pihak, meningkatkan prestasi peranti, tetapi memendekkan jangka hayatnya, kerana jaraknya dengan mesin memperlihatkannya ke suhu yang sangat tinggi.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, diputuskan untuk meletakkan pemangkin pemangkin di bawah tempat duduk penumpang pada jarak yang memungkinkannya bekerja dengan lebih efisien tanpa terdedah kepada suhu mesin yang tinggi.

Kelemahan lain pemangkin ialah kerap tersumbat dan kek terbakar. Burnout biasanya berlaku disebabkan oleh bahan api yang tidak terbakar memasuki sistem ekzos yang dinyalakan dalam suapan penukar pemangkin. Tersumbat paling kerap berlaku kerana petrol yang lemah atau tidak sesuai, haus dan lusuh biasa, gaya pemanduan, dsb.

Ini adalah kelemahan yang sangat kecil di tengah faedah luar biasa yang kita dapat dari penggunaan pemangkin automotif. Berkat peranti ini, pelepasan berbahaya dari kenderaan terhad.

Sesetengah pengkritik berpendapat bahawa karbon dioksida juga merupakan pelepasan berbahaya. Mereka percaya bahawa pemangkin tidak diperlukan dalam kereta, kerana pelepasan sedemikian meningkatkan kesan rumah hijau. Sebenarnya, jika kereta tidak mempunyai catalytic converter dan mengeluarkan karbon monoksida ke udara, oksida ini sendiri akan bertukar menjadi karbon dioksida di atmosfera.

Siapa yang mencipta pemangkin?

Walaupun pemangkin tidak muncul secara besar-besaran hingga akhir 1970-an, sejarahnya bermula lebih awal.

Bapa kepada pemangkin itu dianggap sebagai jurutera kimia Perancis Eugene Goudry, yang pada tahun 1954 telah mematenkan ciptaannya di bawah nama "Exhaust Catalytic Converter".

Sebelum penemuan ini, Goodry mencipta retakan pemangkin, di mana bahan kimia organik kompleks yang besar dipisahkan menjadi produk yang tidak berbahaya. Kemudian dia bereksperimen dengan berbagai jenis bahan bakar, tujuannya adalah membuatnya lebih bersih.

Penggunaan sebenar pemangkin dalam kereta berlaku pada pertengahan tahun 1970-an, ketika peraturan pengendalian pelepasan yang lebih ketat diperkenalkan, yang memerlukan penyingkiran timbal dari ekzos kerana petrol berkualiti rendah.

Soalan dan Jawapan:

Bagaimana untuk memeriksa kehadiran pemangkin pada kereta? Untuk melakukan ini, lihat sahaja di bawah kereta. Sebagai tambahan kepada muffler utama dan muffler kecil (resonator yang terletak di hadapan sistem ekzos), pemangkin adalah mentol lain.

Di manakah pemangkin di dalam kereta? Oleh kerana pemangkin mesti beroperasi dalam keadaan suhu tinggi, ia terletak sedekat mungkin dengan manifold ekzos. Ia berada di hadapan resonator.

Apakah pemangkin dalam kereta? Ini adalah penukar pemangkin - mentol tambahan dalam sistem ekzos. Ia dipenuhi dengan bahan seramik, yang sarang lebahnya ditutup dengan logam berharga.