این مقاله را به اشتراک بگذارید
کاتالیزور یکی از قطعات اصلی سیستم کنترل آلایندگی خودرو می‌باشد که در بخش خروجی اگزوز و منیفولد خروجی موتور نصب میشود، کاتالیزور وظیفه دارد با تبدیل گازهای سمی حاصل از احتراق خودرو به گازهای بی ضرر، مانع از انتشار آلاینده ها در هوا و آلودگی محیط زیست شود. در بسیاری از کشورها این قطعه از الزامات اجباری در خودروها به شمار میرود.
آلودگی های زیست محیطی از جمله مهم ترین معضلات کره زمین است که کشورها همواره با آنها درگیر می باشند. یکی از راه حل هایی که برای این معضل جدی توسط قوانین زیست محیطی در کشورها طراحی و اجرا شده است، استفاده از قطعه ای به نام ” کاتالیزور ” برای خوردو ها می‌باشد تا تولید و انتشار آلاینده ها کاهش داده شود.
کاتالیزور چیست؟
کاتالیزور یا مبدل کاتالیست بخشی از سیستم اگزوز و خروجی گازهای خودرو است. مبدل کاتالیستی مورد استفاده در اگزوز خودروها، کاربرد جدیدی از کاتالیزور سطحی است. کربن منوکسید و هیدروکربن‌های حاصل از سوخت‌های نسوخته موجود در دود خودرو، از آلاینده‌های خطرناک هوا هستند.
گازهای خارج شده از اگزوز اتومبیل همراه با مقداری هوا از روی کاتالیزور که شامل فلز اکسیدهاست عبور داده میشود. گاز CO و هیدروکربن‌ها به CO2 و H2O تبدیل می‌شوند که نسبتا بی خطرند و در هوا رها می‌شوند. کاتالیست بخش مهمی از سیستم کنترل آلایندگی خودروی شماست. ولی گاهی اوقات عملکرد آنها مختل میشود.
در بسیاری از کشورها در آوردن و حذف کاتالیزور و رانندگی بدون آن تخلف سنگینی محسوب میشود و خلاف قانون است. زیرا به محیط زیست صدمه جدی وارد میشود.
اجزای تشکیل دهنده کاتالیزور ماشین عبارتند از:
-
هسته کاتالیزور
این جزء در قسمت داخلی کاتالیزور و در بستری سرامیکی قرار گرفته است، ساختار بستر هسته‌کاتالیزور خودرو معمولا به صورت لانه زنبوری است.
-
مایع کاتالیزور
اصلی ترین جزء تشکیل دهنده کاتالیزور ماشین، مایع‌کاتالیزور می‌باشد و معمولا ساختاری از فلز های با ارزشی مانند طلا، کادمیوم، رودیوم و پلاتین دارد.
-
لایه اکسیدی
لایه اکسیدی عملا نگه دارنده مایع‌کاتالیزور بوده و از جنس دی اکسید تیتانیوم، اکسید آلومینیوم، دی اکسید سیلیکون، سیلیکا و آلومینا است.
مواد تشکیل دهنده و جنس داخل کاتالیزور
جنس هسته‌کاتالیزور اگزوز معمولا از سرامیک مونولیتی است. مایع یا همان مواد تشکیل دهنده داخل کاتالیزور، اصلی ترین بخش این قطعه است که همانطور که گفته شد از فلزات گرانبها ساخته میشود، گفتنی است در راستای کاهش هزینه تولید مواد داخل کاتالیزور خودرو، بیشتر از پالادیوم و رادیوم در مایع کاتالیست استفاده می‌کنند، معمولا تا ۹% از جنس کاتالیزور اگزوز پلاتین بوده که اصلی ترین دلیل گران بودن قیمت کاتالیزور شناخته میشود.
انواع کاتالیزور
-
مبدل های اکسیداسیون دو راهه
ابزارهای اکسیداسیون دو راهه دو وظیفه همزمان اکسیداسیون مونوکسیدکربن به دی اکسیدکربن و اکسیداسیون هیدروکربن ها به دی اکسیدکربن و آب را انجام می دهد. این مبدل به طور گسترده ای در موتورهای دیزلی برای کاهش انتشار هیدروکربن و مونوکسیدکربن استفاده می شود. با این حال به دلیل عدم توانایی در کنترل اکسیدهای ازت ، دیگر در ایالات متحده و کانادا استفاده نمی شود.
-
اکسیداسیون- کاهش سه راهه
دستگاه های اکسیداسیون – کاهش سه راهه در سیستم های کنترل میزان انتشار گاز وسایل نقلیه در بیشتر مناطق جهان از جمله ایالات متحده و کانادا استفاده می شود. مقررات سخت در رابطه با آلاینده های خودرو استفاده از مبدل های سه طرفه در خودروهای بنزینی را تقریباً اجباری کرده است. این مبدل ها به عنوان یکی از مهمترین اختراعات تاریخ خودرو شناخته شده اند و سه کار همزمان را انجام می دهند ، یعنی کاهش اکسیدهای نیتروژن به نیتروژن و اکسیژن ، اکسیداسیون مونوکسیدکربن به دی اکسید کربن و اکسیداسیون هیدروکربن های نسوخته به دی اکسید کربن و آب.
-
کاتالیزور اکسیداسیون دیزل (DOC)
DOC معمولاً برای احتراق فشاری مانند موتورهای دیزلی استفاده می شود. این دستگاه از اکسیژن موجود در جریان گازهای خروجی برای تبدیل مونوکسیدکربن به دی اکسید کربن و هیدروکربن ها به آب و دی اکسید کربن استفاده می کند. این مبدل ها با کارایی ۹۰٪ کار می کنند و می توانند بوی گازوئیل را نیز از بین ببرند.
محل نصب کاتالیست کجاست؟
کاتالیزور اگزوز برای عملکرد خود، نیاز به گرمای بسیار زیادی در حدود ۸۰۰-۹۰۰ درجه سانتی‌گراد دارد بنابراین روی بخشی از اگزوز قرار می گیرد که بیشترین گرما را تولید می کند. از طرف دیگر کاتالیزور به جذب گرما و در نتیجه کاهش دمای موتور خودرو کمک می کند. به همین دلیل کاتالیست در قسمت انتهایی اگزوز سمت ماشین نصب می شود که کنار خروجی منیفولد دود قرار گرفته و با وجود دمای بسیار بالا در این قسمت به بهترین نحو عمل می کند.
کاتالیزور چه کاری انجام میدهد و چگونه کار میکند؟
- گازهای خروجی اگزوز شامل مقادیر بالایی از CO و هیدرو کربن ها می‌باشد که سبب ایجاد آلودگی و خطرات بسیاری برای سلامتی انسان میشود. این گازها قبل از عبور از اگزوز و آزاد شدن در هوا وارد کاتالیزور میشود. اینجاست که کارایی کاتالیزور به چشم می آید و کار آن آغاز میشود. دود خرورجی موتور وارد کاتالیزور خودرو که شامل فلز اکسیده است شده و توسط بخش احیای این قطعه تبدیل به CO2 و H2O میشود، تبدیل گاز ها به این مولکول ها سبب بی خطر شدن آنها برای طبیعت میشود.
- در مرحله بعد بخش اکسید کننده کاتالیست، هیدروکربن های نسوخته و مونو اکسید کربن را در سطح پلاتین و پالادیوم کاتالیزور اکسید میکند. سپس آنها را به دی اکسید کربن تبدیل میکند، گاز دی اکسید کربن طبق باور بسیاری از دانشمندان، اثر گلخانه ای شدیدی داشته و برای سلامتی انسان مضر است.
- پس از این نوبت به سیستم کنترل کاتالیزور می‌رسد که جریان گازهای خروجی اگزوز را به صورت کامل بررسی نماید، در این بخش قطعه ای به نام سنسور اکسیژن وجود دارد که بین موتور خودرو و مبدل قرار گرفته و میزان اکسیژن موجود در این گازها را مورد سنجش قرار داده و به کامپیوتر خودرو منتقل میکند تا نسبت سوخت و هوا به تعادل رسیده و بهینه سازی شود. وجود یک مبدل کاتالیزوری در فرآیند کاهش میزان آلایندگی تاثیر گذار خواهد بود و این قطعه با انجام وظیفه خود درصد بالایی از آلاینده هایی مانند هیدرو کربن های نسوخته، مونو اکسید کربن، هیدروژن، آلدئید ها و اکسید های نیتروژن را کاهش میدهد.
طول عمر کاتالیست
طول عمر مبدل های کاتالیزوری محدود است زیرا قطعه اسفنجی بکار رفته داخل مبدل کاتالیزور به مرور زمان خاصیت خود را از دست می دهد. در نتیجه فرآیند تبدیل گاز سمی به گاز غیر سمی دچار اختلال می شود و باید آنرا تعویض کرد. طول عمر مفید این قطعه حدودا بین ۱۰۰۰۰۰ تا ۱۲۰۰۰۰ کیلومتر است و بعد از مدتی پس از این دوره، عملا کارایی خود را از دست داده و میزان آلایندگی تا ۵ برابر افزایش می‌یابد.
اثرات زیست محیطی استفاده از کاتالیست خودرو
مبدل کاتالیزوری به طور خاص برای کاهش آلودگی های مضر ناشی از احتراق سوخت های فسیلی مبتنی بر هیدروکربن در اتومبیل اختراع شده است. این دستگاه ها می توانند انتشار هیدروکربن ها را تقریباً ۸۷٪ ، مونوکسیدکربن ۸۵٪ و نیتروژن اکسید ۶۲٪ کاهش دهند.
با کاهش انتشار گازهای سمی از جمله دی اکسید کربن گازهای گلخانه ای کمتری منتشر شده و روند گرمایش زمین متوقف می شود. از طرف دیگر کاهش این گازها در اتمسفر باعث کاهش ریزش باران های اسیدی می شود که برای کل اکوسیستم های زمین مضر هستند.
