مبدل کاتالیزوری سه طرفه چه کاری انجام می دهد؟

هر موتور بنزینی ترکیبی از گازها را تولید می کند که اگر مستقیماً در هوا منتشر شود مضر خواهد بود. همراه با دی اکسید کربن و بخار آب، احتراق نیز مونوکسید کربن، هیدروکربن های نسوخته و اکسیدهای نیتروژن ایجاد می کند. یک مبدل کاتالیزوری سه طرفه در مسیر اگزوز، معمولاً درست بعد از منیفولد اگزوز قرار می گیرد و این گازهای باقیمانده را قبل از رسیدن به لوله اگزوز از طریق یک پاکسازی شیمیایی مجبور می کند.

سه واکنشی که به آن نام می دهند

در داخل مبدل، یک بستر سرامیکی یا فلزی به شکل لانه زنبوری با یک لایه نازک از فلزات کاتالیزور پوشانده شده است. همانطور که گاز خروجی از هزاران کانال باریک عبور می کند، با این پوشش تماس می گیرد و تقریباً بلافاصله سه واکنش متمایز را ایجاد می کند.

واکنش احیا برای اکسیدهای نیتروژن پیچیده‌ترین واکنش از این سه است، زیرا به محیطی با اکسیژن ضعیف نیاز دارد، در حالی که دو واکنش اکسیداسیون برای ادامه به اکسیژن اضافی نیاز دارند. ایجاد هر دو شرایط درست در داخل یک دستگاه چالش اصلی مهندسی پشت این فناوری است و با کنترل دقیق نسبت هوا به سوخت ورودی به موتور حل می شود.

آنچه در داخل مبدل است

هسته دستگاه یک زیرلایه لانه زنبوری سرامیکی است که گاهی اوقات با یک تشک فولادی زنگ نزن راه راه در برنامه های کاربردی جایگزین می شود. این بستر با یک لایه متخلخل از اکسید آلومینیوم برای به حداکثر رساندن مساحت سطح شسته می شود، سپس با مقدار کمی کاتالیزور فلز گرانبها - معمولاً ترکیبی از پلاتین، پالادیوم و رودیوم - بارگذاری می شود.

• پلاتین و پالادیوم واکنش های اکسیداسیون را هدایت می کند و مونوکسید کربن و هیدروکربن ها را تجزیه می کند.
• رودیوم در درجه اول مسئول واکنش کاهشی است که اکسیدهای نیتروژن را دوباره به گاز نیتروژن تبدیل می کند.
• ساختار لانه زنبوری مقدار زیادی از سطح را در یک محفظه کوچک بسته بندی می کند - یک مبدل تقریباً به اندازه یک قمقمه قهوه بزرگ می تواند گازهای خروجی اگزوز را در سطحی معادل چندین زمین فوتبال قرار دهد.

چرا نسبت هوا به سوخت باید دقیق بماند؟

فرآیند تبدیل سه طرفه تنها در یک باند بسیار باریک نسبت هوا به سوخت، با تمرکز بر آنچه به عنوان نسبت استوکیومتری شناخته می شود، کارآمد است - حدود 14.7 قسمت هوا به 1 قسمت سوخت وزنی برای بنزین. این پنجره گاهی اوقات "پنجره" عامل کاتالیزور نامیده می شود و عرض آن تنها چند دهم درصد است.

اگر مخلوط بیش از حد لاغر باشد (هوای بیش از حد نسبت به سوخت)، اکسیژن کافی برای رشد واکنش‌های اکسیداسیون وجود دارد، اما واکنش کاهش اکسیدهای نیتروژن کند می‌شود زیرا محیطی با اکسیژن ضعیف برای آن وجود ندارد. اگر مخلوط خیلی غنی باشد (سوخت بیش از حد)، برعکس اتفاق می‌افتد: اکسیدهای کربن هیدروکون نیتروژن به خوبی تبدیل می‌شوند، مونوکسید کربن هیدروکون به خوبی از آن عبور می‌کنند.

برای نگه داشتن موتور در داخل این نوار باریک، واحد کنترل موتور سیگنالی را از یک سنسور اکسیژن که در مقابل مبدل قرار داده شده است می خواند و به طور مداوم تحویل سوخت را تنظیم می کند، اغلب چندین بار در ثانیه. یک سنسور اکسیژن دوم که بعد از مبدل قرار می‌گیرد، بررسی می‌کند که واکنش‌ها چگونه پیش می‌روند و آن داده‌ها را به حلقه کنترل باز می‌گرداند. این کنترل حلقه بسته به همین دلیل است که یک سنسور اکسیژن از کار افتاده تقریباً همیشه به صورت کاهش راندمان مبدل نشان داده می شود، حتی زمانی که خود مبدل از نظر مکانیکی خوب است.

نشان می دهد که مبدل دیگر کار خود را انجام نمی دهد

یک مبدل معمولاً یکباره خراب نمی شود. با تخریب، آلوده شدن یا مسدود شدن فیزیکی پوشش کاتالیست، کارایی به تدریج کاهش می یابد. توجه به علائم زیر می تواند قبل از تبدیل شدن به یک تعمیر گران قیمت، مشکلی را ایجاد کند.

یک مبدل به طور معمول چقدر دوام می آورد

در شرایط عملیاتی عادی، الف مبدل کاتالیزوری سه طرفه به گونه ای ساخته شده است که عمر وسیله نقلیه را که اغلب از 150000 مایل گذشته است، دوام می آورد. طول عمر آن تحت چند شرایط خاص به طور قابل توجهی کوتاه می شود:

• مکرر موتور خاموش می شود سوخت نسوخته را به مبدل بفرستید، جایی که مشتعل می شود و گرمای شدید ایجاد می کند که می تواند بستر را ذوب کند.
• نشت روغن یا مایع خنک کننده به داخل محفظه احتراق سطح کاتالیزور را می پوشاند و از انجام واکنش های شیمیایی جلوگیری می کند.
• سوخت سرب دار یا افزودنی های خاص سوخت می تواند به طور دائم پوشش کاتالیزور را مسموم کند، اگرچه این مسئله در مناطقی که بنزین سرب دار حذف شده است تا حد زیادی مشکلی نیست.
• آسیب فیزیکی از زباله های جاده یا رانندگی از روی موانع می تواند بستر سرامیکی را ترک کند حتی اگر مواد شیمیایی سالم باشد.

چرا رگولاتورها به آنها نیاز دارند

اکسیدهای نیتروژن به مه دود و باران اسیدی کمک می کنند، مونوکسید کربن در فضاهای بسته سمی است و هیدروکربن های نسوخته با نور خورشید واکنش می دهند و ازن سطح زمین را تشکیل می دهند. از آنجایی که یک مبدل سه طرفه هر سه آلاینده را در یک گذر مورد بررسی قرار می دهد، زمانی که تزریق سوخت حلقه بسته کنترل دقیق سوخت هوا را ممکن کرد، به دستگاه استاندارد کنترل آلاینده برای خودروهای بنزینی تبدیل شد. مبدل‌های مدرن، همراه با تزریق الکترونیکی سوخت و بازخورد حسگر بی‌درنگ، به طور معمول انتشار گازهای گلخانه‌ای این سه آلاینده را در مقایسه با موتوری که اصلاً تصفیه نشده است، 80 تا 95 درصد کاهش می‌دهند.

همچنین به همین دلیل است که این دستگاه فقط روی موتورهای بنزینی که با نسبت استوکیومتری یا نزدیک به آن کار می کنند به درستی کار می کند. موتورهای دیزلی که بر اساس طراحی نازک کار می کنند، برای مدیریت همان دسته از آلاینده ها به فناوری های مختلف پس از تصفیه مانند کاتالیزورهای اکسیداسیون دیزل و سیستم های کاهش کاتالیزوری انتخابی متکی هستند.

سالم نگه داشتن مبدل

از آنجایی که مبدل کاملاً به احتراق دقیق و بازخورد صحیح سنسور بستگی دارد، مؤثرترین راه برای محافظت از آن تعمیر و نگهداری معمول در سایر نقاط موتور است.

• شمع ها را طبق برنامه تعویض کنید تا از احتراق ناقص که سوخت خام را به اگزوز می ریزد، جلوگیری کنید.
• به جای ادامه دادن به رانندگی با یک ایراد ناقص فعال یا وضعیت پر کار، به چراغ های چک موتور فوراً نشان دهید.
• از سوختی استفاده کنید که مطابق با مشخصات سازنده باشد تا از رسوباتی که می توانند سطح کاتالیزور را آلوده کنند جلوگیری کنید.
• وقتی وسیله نقلیه به مسافت پیموده شده نزدیک می شود، سنسورهای اکسیژن را آزمایش کنید، زیرا یک سیگنال سنسور کند، حلقه کنترل هوا-سوخت را که مبدل به آن وابسته است، کاهش می دهد.

مبدل کاتالیزوری سه طرفه یکی از معدود اجزای انتشار گازهای گلخانه‌ای در خودروهای مدرن است که راننده به ندرت مجبور به فکر کردن به آن است - این مبدل در هر ثانیه که موتور کار می‌کند سه واکنش شیمیایی جداگانه انجام می‌دهد و اکثر گازهای مضر خروجی اگزوز را قبل از خروج از اگزوز به نیتروژن، دی اکسید کربن و آب تبدیل می‌کند.