مبدل کاتالیزور

[M.Schumacher]

مبدل کاتالیزور (Catalytic Converter):

تاریخچه: تکنولوژی استفاده از مبدلهای کاتالیزوری از سال 1970 با الزام اجرای قوانین سختگیرانه آلایندگی مطرح گردید و امروزه از مفیدترین روشها و وسایل برای کاهش آلاینده های خروجی از موتور است.
تعریف مبدل کاتالیزور: وسیله ای است که گازهای خروجی و خطرناک از موتور را به گازهای بی خطر تبدیل می نماید.
همانطور که می دانید اگر احتراق در شرایط استوکیومتری رخ دهد خروجیهای حاصل از احتراق آب، نیتروژن (N2) و دی اکسید کربن (CO2) می باشد و اگر احتراق در شرایط استوکیومتری رخ ندهد مثلا برای احتراق هوای مناسب وجود نداشته و یا .... در اینصورت خروجیهای حاصل از احتراق گازهای زیان آوری همچون مونو اکسید کربن (CO)، گروه گازهای (NOx) و هیدروکربنهای نسوخته (CH) می باشند که مبدل کاتالیزور، گازهای فوق را به گازهای بی خطر تبدیل می کند.
مونو اکسید کربن (CO) : گازی سمی است و بدون بو و بی رنگ می باشد که در اثر کمبود هوای مناسب در احتراق ایجاد می شود.
هیدروکربنهای نسوخته (CH) : در اثر مناسب نسوختن سوخت ایجاد می شود.
گروه گازهای (NOx) : گازهای خطرناکی می باشند که باعث مشکلات تنفسی برای انسان و یکی از عوامل ایجاد باران اسیدی می باشند.

هر مبدل کاتالیزوری از دو کاتالیزور کاهنده (Reduction Catalytic) و کاتالیزور اکسید کننده (Oxidation Catalytic) تشکیل شده است. در هر مبدل کاتالیزور یک ماده ای به نام سریم (Cerium) وجود دارد که باعث ذخیره اکسیژن در مبدل و افزایش کارآئی آن می شود.

عملکرد مبدل کاتالزور(Catalytic Converter Operation):
گازهای خروجی از موتور در اولین مرحله از روی کاتالیزور کاهنده (که رادیم می باشد) ابتدا عبور می کنند که بوسیله این کاتالیزور واکنش زیر اتفاق می افتد:
NOx → O2 + N2

بعد از مرحله فوق گازهای خروجی از موتور از روی کاتالیزورهای اکسید کننده (که پلاتینیم و پلادیم می باشند) عبور کرده و بوسیله کاتالیزورهای فوق واکنش زیر اتفاق می افتد:
2CO + O2 → 2CO2
CxHy + nO2 → xCO2 + mH2O


در اینجا نکته حائز اهمیت آن است که از کجا بدانیم اکسیژن موجود در مبدل کاتالیزور برای عمل اکسیداسیون یا به عبارتی برای تبدیل هیدروکربنهای نسوخته به دی اکسید کربن و آب و برای تبدیل مونو اکسید کربن به دی اکسید کربن کافی می باشد؟
جواب: وظیفه عمل فوق به عهده سنسور اکسیژن (Oxygen Sensor) می باشد. سنسور فوق در بالادست مبدل کاتالیزوری نصب می شود و مقدار اکسیژن موجود در گازهای خروجی از موتور را اندازه گرفته و به کنترل کننده الکترونیکی خودرو (ECU) می فرستد. واحد الکترونیکی خودرو میزان اکسیژن موجود در گازهای خروجی از اگزوز را با بالا یا پائین بردن نسبت هوا به سوخت تنظیم می نماید. در نتیجه سنسور اکسیژن باعث نزدیک شدن شرایط احتراق به شرایط استوکیومتری و تنظیم مناسب و کافی اکسیژن در گازهای خروجی از اگزوز برای عمل اکسیداسیون می شود.
انواع مبدل کاتالیزوری (Catalytic Converter Types):
1- مبدل کاتالیزوری دو راهه – اکسید کننده (Two Way Catalytic): در مبدل فوق فقط واکنش اکسیداسیون اتفاق می افتد.
2- مبدل کاتالیزوری سه راهه – اکسید احیاء کننده (Three Way Catalytic): در مبدل فوق هر دو واکنش اکسیداسیون و کاهندگی اتفاق می افتد.
قابل ذکر است که مبدلهای کاتالیزوری سه راهه مرسوم تر می باشند.
مبدلهای کاتالیزوری بسته به پایه بکار رفته در آنها به دو دسته تقسیم بندی می شوند:
1- مبدل کاتالیزوری پایه سرامیکی
2- مبدل کاتالیزوری پایه فلزی
-پایه قسمتی از مبدل است که کاتالیستها را روی آن قرار می دهند و در تماس گازهای خروجی با این کاتالیستها گازهای بی خطر بوجود می آیند.