مبدل کاتالیستی

[yunesl3]

 
دانشكده ي فني مهندسي شماره 2 تبريز
85-86
Email:yunes@engineer.com

 

  چگونگي عملكرد مبدلهاي  

ماشينهاي زيادي در جاده هاي ايلات متحده وجود دارد و هر يك بطور بلقوه يك منبع تقذيه ي آلودگي هوا هستند. مخصوصا در شهر هاي بزرگ مقدار آلودگي كه اين ماشينها توليد مي كنند مي تواند مسائل بزرگي بوجود آورد.
براي حل مسائل ، شهر ها و ايالات ، دولت ايالات متحده قوانين هواي پاك را وضع كرد و قوانين زيادي كه بتواند مقدار آلودگي را محدود كند تصويب شد. براي برابري اين قوانين ، خودروسازان اقدام به ساخت پالاينده هايي براي موتور خودروها و سيستم هاي سوختي ( فسيلي ) كردند. براي كمك به كاهش آلودگي ها ي بيهوده دستگاه توسعه يافته ي جالبي كه مبدل كاتاليزوري ناميده مي شد ساخته شد. دستگاهي كه آلودگي ها را قبل از خروجشان از اگزوز نابود مي كرد.


[External Link Removed for Guests]
  استقرار مبدل كاتاليستي در  


شما در اين مقاله مي آموزيد كه چه آلودگي هايي توسط موتور توليد مي شوند و چرا ، و چگونه اين مبدل كاتاليستي به اين آلودگي ها بطور مجزا رسيدگي مي كند . مبدل كاتاليستي دستگاه ساده و شگفت انگيزه است و ديدن چگونگي رفتار ان با آلودگي باور نكردنيست.

آلودگيهايي كه توسط موتور اتومبيل توليد مي شوند

براي كاهش مواد خروجي از اگزوز ، ميزان كيفيت احتراق ،در موتور هاي مدرن امروزي با دقت زيادي كنترل مي شوند. سعي كرده اند كه نسبت اختلاط سوخت و هوا خيلي نزديك به نقطه ي عنصر سنجي باشد بطوريكه اختلاط سوخت و هوا ايدآل و حساب شده مي باشد. از لحاظ علمي ،در اين اختلاط ، تمامي سوخت با اكسيژن هوا بطور كامل خواهد سوخت.براي بنزين نسبت استوكيومتري حدود 14.7:1 مي باشد ، بدين معني كه براي هر پوند بنزين 14.7 پوند هوا سوخته خواهد شد. در حقيقت اختلاط سوخت در حال رانندگي اندكي نسبت به حالت ايدآل نوسان دارد . گاهي اوقات اين مخلوط رقيق مي شود ( نسبت اختلاط سوخت به هوا به بالاي 14.7 مي رسد ).

موادي كه از اگزوز اتومبيل خارج مي شوند عبارتند از :

• گاز نيتروژن ( N2 )- 78% هوا گاز نيتروژن است و بيشترين مقدار آن مستقيما از موتور اتومبيل خارج مي شود.
• كربن دي اكسيد ( Co2 )- اين اولين محصول احتراق است . كربن موجود در سوخت با اكسيژن هوا مخلوط مي شود.
• بخار آب ( H2O )- اين دومين محصول احتراق است. هيدروژن موجود در سوخت با اكسيژن هوا مخلوط مي شود.
اين انتشارات بيشترين خطر هستند (گرچه مي دانيم كربن دي اكسيد انتشار يافته در گرم شدن كره ي زمين نقش دارد ) ، اما چون مراحل احتراق هيچ گاه درست صورت نمي گيرد مقدار كمي مواد مضر ديگر توسط موتور منتشر مي شود كه عبارتند از:

• مونوكسيد كربن ( CO )- گازي است سمي بي رنگ و بي بو.
• هيدرو كربنها يا تر كيبات فرار ( VOCs )- بخار ، سوختي است كه بطور كامل نسوخته است .
نور خورشيد اينها را بصورت اكسيدن ( oxidante ) تخريب مي كند بطوري كه با اكسيد نيتروژن واكنش پيدا كرده و باعث تشكيل اوزن در سطح زمين مي شود ( O3 ) و از جمله اجزاي تشكيل دهنده ي مه دود فتو شيميايي مي باشد .
• اكسيد نيتروژن ( NO2 & NO كه با هم NOX ناميده مي شوند )- در تشكيل مه دود فتو شيميايي و بارانها ي اسيدي نقش دارند و همچنين باعث سوزش غشاهاي مخاطي در انسان مي شوند.

اينها سه خط اصلي كنترل آلودگيها هستند و همچنين آنهايي كه كاتاليزور تعيين شده اند براي كاهش اين آلودگيها طراحي شده اند .

مبدلهاي كاتاليستي چگونه آلودگيها را كاهش مي دهند

مدرنترين اتومبيل ها مجهز به مبدل كاتاليستي سه راهه هستند " سه راهه " اشاره دارد به سه تنظيم كننده ي آلودگي كه به كاهش مولكولهاي كربن مونوكسيد ، VOCs و NOX كمك مي كند. مبدلها از دو نوع متفاوت كاتاليزور ها استفاده مي كنند ، reduction catalyst و oxidation catalyst . هر دو متشكل از يك ساختار سراميكي هستند و با يك روكش فلزي كاتاليستي اندود شده اند معمولا فلزاتي چون پلاتين ، روديم ويا پلاديوم مورد استفاده قرار مي گيرند.طرح سبكي كه ارائه شد شامل حداكثر مساحت كاتاليزور بمنظور تخليه ي دود بود همانطور كه مقدار مينيمم كننده تري از كاتاليست ، كه مورد نياز بود ( مستلزم پرداخت هزينه ي گزافي هستند ).

[External Link Removed for Guests]

[External Link Removed for Guests]

[External Link Removed for Guests]
در يك سه راهه ي مبدل كاتاليستي : دو كاتاليزور اختصاصي مطرح است

در مبدل كاتاليستي دو نوع سازه ي اصلي بصورت خانه خانه و مهره هاي سراميكي وجود دارد . در بيشتر خودرو ها امروزي از نوع خانه خانه استفاده مي شود .


[External Link Removed for Guests]
ساختار خانه خانه ي كاتاليزور سراميكي

احياء كاتاليزور

احياء كاتاليزور در وهله ي اول كاري مبدل كاتاليستي است . مبدل كاتاليستي از پلاتين و روديوم براي كمك به كاهش NOX خروجي استفاده مي كند زماني كه مولكول NO2 يا NO وارد كاتاليزور مي شود مولكول نيتروژن را مي شكافد و اتم آنرا نگه داشته و اكسيژن را بصورت O2 آزاد مي كند. اتم نيتروژن با اتم نيتروژنهاي ديگر كه در كاتاليزور بشكل N2 گير كرده اند تركيب مي شود. به عنوان مثال:

2NO=> N2+O2 يا 2NO2=> N2+2O2
كاتاليزور چوبي

كاتاليزور چوبي قسمت دوم مبدل كاتاليستي مي باشد. اين قسمت شديدا هيدرو كربنها و كربن مونوكسيد هايي را كه نسوخته اند در سراسر مبدل كاتاليستي پلاتيني و روديومي تقليل مي دهداين فسمت به واكنش CO و هيدرو كربنها با اكسيژن باقي مانده در گاز اگزوز كمك مي كند. به عنوان مثال :
2CO+O2 => 2CO2

اما اين اكسيژن از كجا آمده است ؟

سيستم كنترل

قسمت سوم ، سيستم كنترل است كه دود اگزوز را كنترل مي كند و از اين اطلاعات در سيستم تزريق سوخت استفاده مي كند . يك سنسور اكسيژن نيز وجود دارد كه در ورودي مبدل كاتاليستي نصب مي شود بدين صورت كه سنسور نسبت به كاتاليزور به موتور نزديك تر است . اين سنسور به ECU ( كامپيوتر ) موتور ميزان اكسيژن اگزوز را گزارش مي دهد. ECU موتور مي تواند ميزان اكسيژن اگزوز را بوسيله ي تنظيم اختلاط سوخت وهوا تنظيم كند. اين برنامه ي كنترل اين امكان را به ECU موتور مي دهد كه از نزديكي كاركرد موتور به نقطه ي عنصر سنجي مطمعا شود همچنين اين اطمينان را حاصل مي كند كه به اندازه ي كافي اكسيژن درون اگزوز موجود است تا اجازه ي احتراق هيدروكربن و CO نسوخته را در كاتاليزور چوبي ( قسمت دوم مبدل ) صادر كند.

روشهاي ديگر كاهش آلودگي

مبدل كاتاليستي نقش بسزايي در كاهش آلودگي ايفا مي كند ولي باز هم مي تواند پيشرفته تر باشد. يكي از نقاط ضعف اين سيستم ها اين است كه فقط در درجه حرارت بالا بطور مساعد كار مي كنند. وقتي در حالت سرد اتومبيلتان را روشن مي كنيد مبدل كاتاليستي تقريبا هيچ اقدامي نسبت به كاهش آلودگي اگزوز شما نمي كند .
يك روش ساده براي حل اين مشكل اين است كه مبدل كاتاليستي را به موتور نزديك كنيم ، بدين صورت كه هواي داغ اگزوز به مبدل برسد و سريع گرم شود. ولي در اين روش دادن درجه حرارت بيش از حد بالا باعث كاهش عمر مبدل مي شود.بيشتر خودروسازان اين مبدل را زير صندلي سرنشينان جلو قرار مي دهند ، فاصله ي مناسب ان از موتور درجه حرارت را پايين نگه داشته و سيستم دچار آسيب نمي شود .
پيش گرمايش مبدل كاتاليستي يك روش خوب براي كاهش آلودگي هاست.آسانترين روش براي گرم كردن مبدل استفاده از بخاري هايي با مقاومت الكتريكي است.متاسفانه 12v ، سيستم الكتريكي اغلب خودروها انرژي يا قدرت كافي براي گرم كردن سريع مبدل را ندارد. خيلي از افراد وقت زيادي را صرف گرم كردن مبدل قبل از روشن كردن خودرويشان نمي كنند . خودرو هاي هيبريدي كه ولتاژ باتري بالايي دارند قادر به تامين قدرت كافي براي گرم كردن سريع مبدل مي باشند.

موفق و سربلند باشید