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 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.
این جزء در قسمت داخلی کاتالیزور و در بستری سرامیکی قرار گرفته است، ساختار بستر هستهکاتالیزور خودرو معمولا به صورت لانه زنبوری است.
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 عملا نگه دارنده مایعکاتالیزور بوده و از جنس دی اکسید تیتانیوم، اکسید آلومینیوم، دی اکسید سیلیکون، سیلیکا و آلومینا است.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.