자동차 촉매 변환기는 어떻게 작동합니까?

내연 기관이 작동하는 동안 배기 가스는 대기 오염의 주요 원인 중 하나 일뿐만 아니라 많은 질병의 원인 중 하나이기도합니다.

차량의 배기 시스템에서 나오는 이러한 가스는 극도로 유해한 요소로 구성되어 있기 때문에 현대 자동차에는 항상 촉매가 존재하는 특수 배기 시스템이 장착되어 있습니다.

촉매 변환기는 배기 가스의 유해 분자를 파괴하여 사람과 환경을 위해 가능한 한 안전하게 만듭니다.

촉매 란 무엇입니까?

촉매 변환기는 자동차 엔진의 배기 가스로 인한 유해한 배출을 줄이는 것이 주된 임무 인 장치 유형입니다. 촉매 구조는 간단합니다. 자동차 배기 시스템에 설치되는 금속 용기입니다.

탱크에는 두 개의 파이프가 있습니다. 컨버터의 "입력"은 엔진에 연결되고 배기 가스가 엔진을 통해 들어가고 "출력"은 차량 배기 시스템의 공진기에 연결됩니다.

엔진의 배기 가스가 촉매로 들어가면 화학 반응이 발생합니다. 그들은 유해한 가스를 파괴하고 환경으로 방출 될 수있는 무해한 가스로 바꿉니다.

촉매 변환기의 구성 요소는 무엇입니까?

자동차 촉매 변환기가 어떻게 작동하는지 좀 더 명확하게하기 위해 주요 요소가 무엇인지 생각해 봅시다. 세부 사항으로 들어 가지 않고, 우리는 그것이 구축 된 주요 요소만을 나열 할 것입니다.

기판

기질은 촉매와 귀금속이 코팅된 촉매의 내부 구조입니다. 기판에는 여러 유형이 있습니다. 그들의 주요 차이점은 그것이 만들어지는 재료입니다. 대부분 표면의 활성 입자를 안정화시키는 불활성 물질입니다.

적용 범위

활성 촉매 물질은 일반적으로 알루미나와 세륨, 지르코늄, 니켈, 바륨, 란탄 등과 같은 화합물로 구성됩니다. 코팅의 목적은 기판의 물리적 표면을 확장하고 귀금속이 증착되는 베이스 역할을 하는 것입니다.

귀금속

촉매 변환기에 존재하는 귀금속은 매우 중요한 촉매 반응을 수행하는 역할을 합니다. 일반적으로 사용되는 귀금속은 백금, 팔라듐 및 로듐이지만 최근에는 많은 제조업체에서 금을 사용하기 시작했습니다.

Корпус

하우징은 장치의 외부 쉘이며 기판 및 촉매의 기타 요소를 포함합니다. 케이스를 만드는 재료는 일반적으로 스테인리스 스틸입니다.

파이프

파이프는 차량의 촉매 변환기를 차량의 배기 시스템 및 엔진에 연결합니다. 그들은 스테인레스 스틸로 만들어졌습니다.

자동차 촉매 변환기는 어떻게 작동합니까?

내연 기관의 작동을 위해 실린더에서 공기-연료 혼합물의 안정적인 연소 과정이 발생하는 것이 중요합니다. 이 과정에서 일산화탄소, 질소 산화물, 탄화수소 등과 같은 유해한 가스가 형성됩니다.

자동차에 촉매 변환기가없는 경우 엔진에서 배기 매니 폴드로 방출 된 이러한 극도로 유해한 가스는 모두 배기 시스템을 통과하여 우리가 직접 호흡하는 공기로 들어갑니다.

차량에 촉매 변환기가있는 경우 배기 가스는 엔진에서 기판의 벌집을 통해 머플러로 이동하여 귀금속과 반응합니다. 화학 반응의 결과로 유해 물질이 중화되고 무해한 배기 가스 (대부분 이산화탄소) 만 배기 시스템에서 환경으로 유입됩니다.

우리는 화학 수업에서 촉매가 화학 반응에 영향을 미치지 않으면서 화학 반응을 일으키거나 가속시키는 물질이라는 것을 알고 있습니다. 촉매는 반응에 참여하지만 반응물도 아니고 촉매 반응의 생성물도 아닙니다.

촉매의 유해 가스가 통과하는 단계에는 환원과 산화의 두 단계가 있습니다. 어떻게 작동합니까?

촉매의 작동 온도가 화씨 500 ~ 1200도 또는 섭씨 250 ~ 300도에 도달하면 환원과 그 직후 산화 반응이라는 두 가지 일이 발생합니다. 조금 복잡하게 들리지만 실제로는 물질의 분자가 동시에 전자를 잃고 얻음으로써 구조가 변한다는 것을 의미합니다.

촉매에서 발생하는 환원 (산소 흡수)은 산화 질소를 환경 친화적 인 가스로 전환하는 것을 목표로합니다.

회수 단계에서 자동차 촉매는 어떻게 작용합니까?

자동차 배기 가스의 아산화 질소가 촉매로 들어가면 백금과 로듐이 질소 산화물 분자의 분해에 작용하여 유해 가스를 완전히 무해한 가스로 만듭니다.

산화 단계에서 어떤 일이 발생합니까?

촉매에서 발생하는 두 번째 단계는 산화 반응이라고하며, 연소되지 않은 탄화수소는 산소와 혼합 (산화)하여 이산화탄소와 물로 전환됩니다.

촉매에서 일어나는 반응은 배기 가스의 화학적 조성을 변화시켜 이들이 만들어지는 원자의 구조를 변화시킵니다. 유해 가스 분자가 엔진에서 촉매로 전달되면 원자로 분해됩니다. 원자는 차례로 분자로 재결합하여 이산화탄소, 질소 및 물과 같은 상대적으로 무해한 물질로 재결합하고 배기 시스템을 통해 환경으로 방출됩니다.

가솔린 엔진에 사용되는 주요 유형의 촉매 변환기는 양방향 및 XNUMX 방향 두 가지입니다.

양자

이중벽 (양면) 촉매는 일산화탄소를 이산화탄소로 산화시키고 탄화수소 (미 연소 또는 부분 연소 연료)를 이산화탄소와 물로 산화시키는 두 가지 작업을 동시에 수행합니다.

이 유형의 자동차 촉매는 1981 년까지 탄화수소와 일산화탄소의 유해한 배출을 줄이기 위해 디젤 및 가솔린 엔진에 사용되었지만, 질소 산화물을 전환 할 수 없었기 때문에 81 년 이후 XNUMX 원 촉매로 대체되었습니다.

XNUMX 원 산화 환원 촉매 컨버터

이 유형의 자동차 촉매는 1981 년에 도입되었으며 오늘날 모든 현대 자동차에 설치됩니다. XNUMX 원 촉매는 세 가지 작업을 동시에 수행합니다.

• 산화 질소를 질소와 산소로 환원합니다.
• 일산화탄소를 이산화탄소로 산화시킵니다.
• 연소되지 않은 탄화수소를 이산화탄소와 물로 산화시킵니다.

이러한 유형의 촉매 변환기는 촉매의 환원 및 산화 단계를 모두 수행하기 때문에 최대 98% 효율로 작업을 수행합니다. 즉, 자동차에 이러한 촉매 변환기가 장착되어 있으면 유해한 배출물로 환경을 오염시키지 않습니다.

디젤 엔진의 촉매 유형

디젤 차량의 경우 최근까지 가장 일반적으로 사용되는 촉매 변환기 중 하나는 디젤 산화 촉매 (DOC)였습니다. 이 촉매는 배기 흐름에서 산소를 사용하여 일산화탄소를 이산화탄소로, 탄화수소를 물과 이산화탄소로 전환합니다. 안타깝게도 이러한 유형의 촉매는 효율이 90 %에 불과하며 디젤 냄새를 제거하고 눈에 보이는 입자를 줄일 수 있지만 NOx 배출을 줄이는 데는 효과적이지 않습니다.

디젤 엔진은 주로 원소 탄소로 구성된 비교적 높은 수준의 입자상 물질 (그을음)을 포함하는 가스를 방출하므로 DOC 촉매로는 처리 할 수없는 입자를 소위 입자 필터 (DPF)를 사용하여 제거해야합니다.

촉매는 어떻게 유지됩니까?

촉매제 문제를 방지하려면 다음 사항을 아는 것이 중요합니다.

• 평균 촉매 수명은 약 160000km입니다. 이 거리를 이동 한 후에는 변환기 교체를 고려해야합니다.
• 차량에 촉매 변환기가 장착되어 있는 경우 납이 함유된 연료를 사용하면 촉매의 효과가 감소하므로 사용해서는 안 됩니다. 이 경우 유일하게 적합한 연료는 무연입니다.

의심 할 여지없이 이러한 장치가 환경과 우리의 건강에 미치는 이점은 엄청나지만 이점 외에도 단점도 있습니다.

가장 큰 단점 중 하나는 고온에서만 작동한다는 것입니다. 즉, 자동차를 시동 할 때 촉매 변환기는 배기 가스를 줄이기 위해 거의 아무것도하지 않습니다.

배기 가스가 섭씨 250-300도까지 가열 된 후에 만 ​​효율적으로 작동하기 시작합니다. 그렇기 때문에 일부 자동차 제조업체는 촉매를 엔진에 더 가깝게 이동하여이 문제를 해결하기 위해 조치를 취했습니다. 이는 한편으로는 장치의 성능을 향상 시키지만 엔진과의 근접성이 매우 높은 온도에 노출되어 수명이 단축됩니다.

최근에는 높은 엔진 온도에 노출되지 않고보다 효율적으로 작동 할 수있는 거리를두고 조수석 아래에 촉매 컨버터를 배치하기로 결정했습니다.

촉매의 다른 단점은 빈번한 막힘과 케이크 연소입니다. 번아웃은 일반적으로 촉매 변환기 공급 장치에서 점화되는 미연소 연료가 배기 시스템으로 유입되어 발생합니다. 막힘은 품질이 좋지 않거나 부적합한 휘발유, 정상적인 마모, 운전 스타일 등으로 인해 가장 자주 발생합니다.

이것은 우리가 자동차 촉매제를 사용하여 얻는 엄청난 이점을 배경으로하는 매우 작은 단점입니다. 이러한 장치 덕분에 자동차의 유해한 배출이 제한됩니다.

일부 비평가들은 이산화탄소도 유해한 배출물이라고 주장합니다. 그들은 그러한 배출이 온실 효과를 증가시키기 때문에 자동차에 촉매가 필요하지 않다고 믿습니다. 실제로 자동차에 촉매 변환기가 없어 일산화탄소를 대기 중으로 배출하면 이 산화물 자체가 대기 중에서 이산화탄소로 변하게 된다.

누가 촉매를 발명 했습니까?

촉매제는 1970 년대 후반까지 한꺼번에 나타나지 않았지만 그 역사는 훨씬 일찍 시작되었습니다.

촉매의 아버지는 1954년에 "Exhaust Catalytic Converter"라는 이름으로 자신의 발명품에 대한 특허를 취득한 프랑스 화학 엔지니어 Eugene Goudry로 간주됩니다.

본 발명 이전에 Goodry는 크고 복잡한 유기 화학 물질이 무해한 제품으로 분리되는 촉매 분해를 발명했습니다. 그런 다음 그는 다양한 종류의 연료를 실험했고 그의 목표는 연료를 더 깨끗하게 만드는 것이 었습니다.

자동차에 촉매를 실제로 사용하는 것은 1970 년대 중반에 저품질 휘발유에서 배출되는 납을 제거해야하는 더 엄격한 배기 가스 규제가 도입 된시기입니다.

질의 응답 :

자동차에 촉매가 있는지 확인하는 방법은 무엇입니까? 이렇게하려면 차 아래를 살펴보십시오. 메인 머플러와 소형 머플러(배기 시스템 앞에 있는 공진기) 외에도 촉매는 또 다른 전구입니다.

자동차의 촉매는 어디에 있습니까? 촉매는 고온 조건에서 작동해야 하므로 가능한 한 배기 매니폴드에 가깝게 위치합니다. 공진기 앞에 있습니다.

자동차의 촉매란? 이것은 촉매 변환기입니다 - 배기 시스템의 추가 전구. 그것은 귀금속으로 덮인 벌집 모양의 세라믹 재료로 채워져 있습니다.