Mga Paksa:
- Pangkalahatan
- Three-way/oxidation catalyst operation
- Mga temperatura ng pagtatrabaho
- Ang operasyon ng NOx catalyst
- Pagtanda at mga sanhi nito
Pangkalahatan:
Ang pangalang Catalyst ay orihinal na nagmula sa salitang Griyego na Katalysis (na ang ibig sabihin ay pagkalusaw). Ang isang katalista ay kinakailangan mula noong katapusan ng 1992 upang matugunan ang mga kinakailangan sa kapaligiran. Ang mga maubos na gas ay naglalaman ng mga mapanganib na sangkap: CO (carbon monoxide), NOx (nitrogen oxide) at CH (unburned hydrocarbon). Ang mga sangkap na ito ay (na-oxidized) sa mga hindi nakakapinsalang sangkap. Kaya naman tinawag ang Oxidation Catalyst.
Sa kimika, ang isang katalista ay isang sangkap na nag-uudyok ng isang kemikal na reaksyon at nagpapabilis o nagpapabagal dito nang hindi ito sumasailalim sa anumang pagbabago.
Three-way/oxidation catalyst operation:
Ang isang katalista ay hindi isang filter, ngunit maaaring makita bilang isang elemento ng conversion kung saan ang mga mahalagang metal tulad ng platinum, rhodium o paladium ay idinagdag. Kung ang mga maubos na gas ay dumating sa contact dito, isang napakabilis na kemikal na reaksyon ay nangyayari. Ang mga molekula ng mga nakakapinsalang gas ay nabubulok at nabubuklod sa iba pang mga molekula na nagreresulta sa isang hindi nakakapinsalang gas. Ang katalista ay may kakayahang linisin ang mga maubos na gas ng 90%. Gayunpaman, ito ay dumating sa gastos ng mas mataas na pagkonsumo at mas mababang kapangyarihan. Ito ay dahil lumilikha ito ng isang tiyak na paglaban ng hangin sa landas ng tambutso.
Mga sangkap sa mga maubos na gas:
- CO2: Carbon dioxide (Mapanganib sa kapaligiran, tao at hayop sa mataas na konsentrasyon)
- CO: Carbon monoxide (hindi ganap na nasusunog na gas, nakakapinsala din sa kalusugan)
- CH: Hydrocarbons (hindi nasusunog na mga bahagi ng gasolina)
- O2: Mga bahagi ng oxygen (na hindi lumahok sa pagkasunog)
- NOx: Nitrogen compound (na nabuo lamang sa napakataas na temperatura ng pagkasunog.
Kino-convert ng catalyst ang 3 nakakapinsalang sangkap na CO, HC at NOx sa 3 hindi nakakapinsalang sangkap: CO2, H2O at N2. Dito rin nagmula ang pangalang three-way catalyst.
Upang magdagdag ng O2 at CO sa catalyst upang maganap ang conversion, dapat ayusin ang pattern ng iniksyon ng engine. Upang bumuo ng O2 ang timpla ay dapat na sandalan (mas kaunting gasolina, mas maraming hangin). Upang bumuo ng CO, ang timpla ay dapat na mayaman (mas maraming gasolina, mas kaunting hangin). Ang huli ay hindi ang kaso sa lean-mixture engine, tingnan ang NOx catalyst chapter sa ibaba ng pahina.
Sa pamamagitan ng palaging pag-iniksyon ng kaunti ng sobra at ng kaunting gasolina sa mga cylinder, ang isang mayaman at payat na timpla ay laging nalilikha. Ang mga sobra ng CO at O2 kaya napupunta sa katalista. Sa katalista, ang platinum ay tumutugon sa CO at HC. Tinitiyak ng rhodium ang pagbawas ng NOx. Ipinapaliwanag din nito kung bakit sinusukat ang iba't ibang boltahe kapag nagsusukat sa sensor ng Lambda. Doon ang boltahe ay nag-iiba sa pagitan ng 0,2 at 0,8 Volt (mula sa mahirap hanggang sa mayaman, atbp.) Ang sistema ng pamamahala ng makina ng kotse (ang ECU) ang kumokontrol dito mismo. Kaya walang kailangang ayusin.
| Mapanganib na sangkap: | Idagdag mula sa: | Mga resulta sa: |
| CO+ | O2 = | CO2 |
| HC+ | O2 = | CO2 + H2O |
| NOx+ | CO = | N2 + CO2 |
Upang magdagdag ng O2 at CO sa catalyst upang maganap ang conversion, dapat ayusin ang pattern ng iniksyon ng engine. Upang bumuo ng O2 ang timpla ay dapat na sandalan (mas kaunting gasolina, mas maraming hangin). Upang bumuo ng CO, ang timpla ay dapat na mayaman (mas maraming gasolina, mas kaunting hangin). Ang huli ay hindi ang kaso sa lean-mixture engine, tingnan ang NOx catalyst chapter sa ibaba ng pahina.
Sa pamamagitan ng palaging pag-iniksyon ng kaunti ng sobra at ng kaunting gasolina sa mga cylinder, ang isang mayaman at payat na timpla ay laging nalilikha. Ang mga sobra ng CO at O2 kaya napupunta sa katalista. Sa katalista, ang platinum ay tumutugon sa CO at HC. Tinitiyak ng rhodium ang pagbawas ng NOx. Ipinapaliwanag din nito kung bakit ang isang iba't ibang boltahe ay sinusukat kapag ang sensor ng lambda ay sinusukat. Doon ang boltahe ay nag-iiba sa pagitan ng 0,2 at 0,8 Volt (mula sa mahirap hanggang sa mayaman, atbp.) Ang sistema ng pamamahala ng makina ng kotse (ang ECU) ang kumokontrol dito mismo. Kaya walang kailangang ayusin.
Ang makikita sa talahanayan sa itaas ay ang lahat ng mga sangkap ay na-convert sa CO2, bukod sa iba pang mga bagay. Ang CO2 ay nakikita na ngayon bilang isang sangkap na mapanganib sa kapaligiran at responsable para sa global warming. Gayunpaman, ang isang tao ay naglalabas din ng CO2. Ito ay binago pabalik sa O2 (oxygen) ng mga puno at halaman. Ang sobrang CO2 ay may nakakapinsalang epekto. Ang mga puno at halaman ay nasa minorya at hindi kayang i-convert ang lahat sa O2. Para sa mga combustion engine, ang nilalaman ng CO2 ay dapat na mataas hangga't maaari. Parang baliw iyon, dahil iisipin mo na ito ay pananatilihin nang mababa hangga't maaari. Ang bagay ay ganito; mas mataas ang nilalaman ng CO2, mas kaunting CO at HC ang inilalabas. Ang CO at HC ay direktang nakakapinsala sa kalusugan kapag nilalanghap. Ang tanging paraan upang mabawasan ang mga antas ng CO2 ay sa pamamagitan ng paglipat sa mga alternatibong panggatong, mas maliit (mas matipid) na mga makina ng pagkasunog at mas tahimik na pagmamaneho.
Mga temperatura sa pagtatrabaho:
Ang kapaki-pakinabang na epekto ng katalista ay nagsisimula mula sa temperatura na 250 degrees at pinakamataas sa temperatura na 450 degrees. Pagkatapos simulan ang makina, magtatagal bago magsimula ang epekto ng paglilinis. Ang catalytic converter ay naka-mount nang mas malapit hangga't maaari sa exhaust manifold, dahil naabot nito ang temperatura ng pagtatrabaho nito nang mas maaga. Ang mga temperatura ng maubos na gas sa pagitan ng 800 at 1000 degrees ay nagsisiguro ng mas mabilis na thermal aging, na nagpapaikli sa habang-buhay at samakatuwid ay binabawasan ang aktibong bahagi ng ibabaw.
Mayroon ding mga catalytic converter na may heating element na nagsisiguro na mas mabilis na maabot ng catalyst ang temperatura pagkatapos ng malamig na simula. Maaari itong mag-regulate nang mas mabilis pagkatapos na i-on ang makina, na nagreresulta sa mas malinis na mga gas na tambutso
Upang mapainit ang katalista sa lalong madaling panahon pagkatapos ng malamig na simula, a pangalawang air pump.
Operasyon ng NOx catalyst:
Nauna nang ipinaliwanag na ang NOx ay maaaring mabawasan ng catalyst sa pamamagitan ng pagkuha ng dagdag na CO sa maubos na gas. Ito ay posible lamang upang gawing mas mayaman ang pinaghalong. Sa mga lean-mixture na makina ng Volkswagen (FSI) at BMW (Efficient Dynamics), bukod sa iba pa, ang mga makina ay palaging tumatakbo sa isang halo na may labis na hangin sa bahagi ng pagkarga at mababang bilis (i.e. sandalan, at hindi kailanman mayaman). Sa pamamagitan ng isang normal na three-way catalyst kaya imposibleng i-convert ang NOx sa N2 + CO2. Upang alisin ang NOx mula sa mga gas na tambutso, kinakailangan ang isang espesyal na NOx (imbakan) na katalista na may espesyal na bahagi ng barium. Bilang karagdagan sa bahagi ng barium, ang katalista na ito ay naglalaman din ng mga mahalagang metal tulad ng platinum at rhodium.
Kino-convert ng three-way catalyst ang mga halaga ng CO at HC sa CO2 at H2O gaya ng inilarawan kanina. Ang NOx ay kino-convert ng NOx catalyst. Ang mga karagdagang sensor ng temperatura at isang sensor ng NOx ay kinakailangan upang patuloy na masubaybayan ang mga halaga.
Ang larawan sa ibaba ay nagpapakita ng isang sistema ng tambutso gaya ng ginamit ng VW, BMW (at higit pa at higit pang mga tatak).
Ang mga NOx na gas ay nakaimbak sa isang malamig na estado sa katalista na ito. Ang iba pang mga maubos na gas ay maaaring magpatuloy sa kanilang daan sa tambutso. Sa panahon na mayaman sa oxygen, ang mga NOx na gas ay iniimbak sa bahagi ng barium. Ang NOx ay naipon (tulad ng soot na nakaimbak sa isang particulate filter). Sa paglipas ng panahon ang katalista ay nagiging puspos. Iyon ang sandali kung kailan ito ay puno ng NOx. Ang katalista ay dapat na muling mabuo. Kinikilala ito ng NOx sensor at nagpapadala ng signal sa ECU. Sa oras na ito ang timpla ay ginawang mayaman, lalo na upang muling buuin ang NOx catalyst. Nangyayari lamang ito kapag ang NOx catalyst ay umabot sa temperatura na 800 degrees (ito ay nakarehistro ng temperature sensor at ipinasa din sa engine control unit). Ang pansamantalang pagpapayaman ay naglalabas ng dagdag na CO. Sa tulong ng CO na ito, maaaring maganap ang isang conversion sa N2 + CO2 sa pamamagitan ng mga bahagi ng platinum at rhodium. Pagkatapos ng pagbabagong-buhay, tatakbo muli ang makina sa isang sandalan na timpla hanggang sa muling mabusog ang katalista.
Ang mga malfunction ay maaari ding mangyari sa sistemang ito. Kung ang sasakyan ay minamaneho lamang sa mga maikling distansya (na masama para sa buong kotse), hindi maaabot ng NOx catalyst ang temperatura ng pagtatrabaho nito. Sa sandaling ito ay puspos (puno), ito ay kailangang muling buuin. Tanging kung ang sensor ng temperatura ay patuloy na sumusukat ng isang temperatura na masyadong mababa, ang ECU ay hindi kailanman magpapayaman sa pinaghalong. Kung ang catalyst ay wala sa operating temperature, ang mga bahagi ng platinum at rhodium ay hindi pa makakaapekto sa isang conversion. Sa oras na ito, bumukas ang ilaw ng engine fault at malalaman ang dahilan kapag na-scan ang sasakyan. Ang katalista ay muling mabubuo sa tulong ng test cabinet o isang mabilis na test drive. Samakatuwid, pinakamainam na paminsan-minsan ay magmaneho ng mahabang kahabaan (hal. 50 km o higit pa sa highway) at mas mainam na magmaneho sa mas mataas na bilis. Ang katalista ay madaling maabot ang temperatura ng pagtatrabaho nito.
Sa ngayon, ginagamit ng mga makinang diesel ang SCR (Selective Catalytic Reduction) catalyst inilapat. Ang SCR catalyst na ito ay nag-iimbak din ng NOx, ngunit mayroon ding isa AdBlue dosing system idinagdag sa.
Pagtanda at mga sanhi nito:
- Gasoline: Ang isang three-way catalytic converter ay maaari lamang gumana sa unleaded na gasolina. Kung ang lead na petrol ay nire-refuel, ito ay nakadikit sa mahalagang metal sa isang manipis na layer, na binabawasan ang pakikipag-ugnay sa mga gas na tambutso at pagkatapos ng ilang sandali ay ginagawang imposible. Ang isang kemikal na reaksyon ay hindi na maaaring mangyari. Ang catalyst ay wala na sa ayos at dapat palitan. Iyan ay isang magastos na bagay. Idinagdag ang lead na gasolina upang maabot ang isang tiyak na limitasyon ng katok. Dahil ang mga knock sensor ay ginagamit sa kasalukuyan, ang lead ay inalis sa gasolina.
- Ang langis ay mayroon ding mapangwasak na epekto sa loob. Kung mayroong maraming pagtagas ng langis sa kahabaan, halimbawa, ang mga piston ring, valve guide o turbo, maraming langis ang maaaring mapunta sa catalytic converter. Ang langis ay nagiging sanhi din ng isang layer upang sumunod sa mahalagang metal, na pagkatapos ay nawawala ang pagiging epektibo nito.
- Pagmamaneho ng maiikling distansya: Sa pamamagitan ng pagmamaneho ng maraming maikling distansya, ang catalyst ay bihira o hindi kailanman umabot sa temperatura ng pagtatrabaho nito. Ang hindi nasusunog na HC (gasolina) na mga nalalabi ay nakadikit sa ceramic na ibabaw. Kung ito ay hinihimok sa mahabang distansya, ang mga HC residues na ito ay sinusunog pa rin. Kung magpapatuloy ka sa pagmamaneho nito para sa mga maiikling distansya, ang mga residue ng HC na ito ay mananatili sa loob, na magiging sanhi ng pagkawala ng pagiging epektibo ng catalyst sa paglipas ng panahon.
Ang pangalawang lambda sensor (ang jump sensor) ay kadalasang sinusukat kung ang catalyst ay na-convert nang maayos ang mga gas. Kung tumatanda ang catalyst o kung may depekto ang interior, susukatin ito ng pangalawang lambda sensor na ito. Ang isang fault light ay mag-iilaw sa dashboard. Ang pagpapalit ng katalista ay kinakailangan. Higit pang impormasyon tungkol sa lambda sensor ay matatagpuan sa page Lambda sensor.
