مبدل کاتالیز کانورتور چیست ؟

مبدل کاتالیز کانورتور چیست ؟
مبدل کاتالیست، وسیله‌ای است که در قسمت خروجی سیستم اگزور خودرو‌ها قرار می‌گیرد و طی واکنش‌های شیمیایی، حدود ۹۰ درصد گاز‌های سمی حاصل از احتراق خودرو را به گاز‌های بی‌ضرر تبدیل می‌کند

قانون استفاده از کاتالیک کانورتور در خودرو‌ها، اولین بار در سال ۱۹۷۵ در کشور ایالت متحده آمریکا وضع شده و امروزه در ۱۸۰ کشور دنیا این قانون رعایت می‌شود؛ از جمله ایران که در سال ۱۳۸۱، قانون استفاده از کاتالیک کانورتور برای تمامی خودرو‌های داخلی و وارداتی تصویب شد. کاتالیک کانورتور‌ها انواع مختلفی دارند که بر اساس نوع سوخت مصرفی خودرو، از آن‌ها استفاده می‌شود. کاتالیک کانورتور‌ها بر اساس سوخت اتومبیل، واکنش‌های متفاوتی را ایجاد می‌کنند. عمومی‌ترین واکنش بین تمام کاتالیک کانورتور‌ها، تبدیل هیدروکربن‌های نسوخته به آب و دی‌اکسید کربن است؛ همچنین در تمامی کاتالیک کانورتور‌ها اکسیت ازت که ماده‌ای سمی است به گاز ازت که یک گاز بی‌خطر به حساب می‌رود، تبدیل می‌شود.

انواع کاتالیک کانورتور‌ها ( از نظر کارکرد )

به طور کلی کاتالیک کانورتور‌ها‌ یا مبدل کاتالیست، به دو شکل تقسیم می‌شوند.

۱- کاتالیک کانورتور‌های دو مرحله‌ای:

در کاتالیک کانورتور‌های دو مرحله‌ای، مونوکسید کربن و هیدروکربن‌های تولید شده توسط احتراق‌های داخلی خودرو، به دی اکسیدکربن و آب تبدیل می‌شوند.

۲- کاتالیک کانورتور‌های سه مرحله‌ای:

در کاتالیک کانورتور‌های سه مرحله‌ای،قبل از اینکه مونوکسید کربن و هیدروکربن‌ها به دی اکسیدکربن و آب تبدیل ‌شوند، اکسیداسیون اکسید‌های نیتروژن به گاز نیتروژن و اکسیژن تبدیل می‌شوند؛ به دلیل این تفاوت در کاتالیک کانورتور‌های دو مرحله‌ای و سه مرحله‌ای، امروزه در خودرو‌های تولید شده از کاتالیک کانورتور‌ها یا مبدل‌های کاتالیستی سه مرحله‌ای استفاده می‌شود؛ البته لازم به ذکر است که به دلیل قوای بالای ساختار کاتالیک کانورتور‌های دو مرحله‌ای، هنوز در بسیاری از خودرو‌های دیزلی از این مبدل‌های کاتالیستی استفاده می‌شود.

در ساخت کاتالیک کانورتور‌ها از چه متریال‌هایی استفاده می‌شود؟

اگر بخواهیم کاتالیک کانورتور‌ها را از نظر جنس و متریال سازنده آن‌ها بررسی کنیم، این مبدل‌های کاتالیستی به سه دسته کلی تقسیم می‌شوند.

۱- کاتالیک کانورتور‌ها گلوله‌ای:

این مبدل‌های کاتالیستی از کره‌های از جنس فلزهای گران‌بها از جمله پلاتین، پالادیم و رودیم ساخته می‌شدند؛ این کاتالیک کانورتور‌ها به دلیل هزینه‌ی بالای ساخت منسوخ شده‌اند و دیگر تولید نمی‌شوند.

۲- کاتالیک کانورتور‌های فلزی:

این نوع از مبدل‌های کاتالیستی از مونولیت‌های فلزی با مقاومت بالا در برابر حرارت ساخته می‌شدند؛ این مونولیت‌های فلزی به شکلی مارپیچی در کنار هم قرار می‌گیرند و نوعی فیلتر مقاوم در برابر آلاینده‌های سمی تشکیل می‌دهند. امروزه کاتالیک کانورتور‌های فلزی کمتر استفاده می‌شوند، زیرا هم وزن بالایی دارند و هم حرارت زیادی تولید می‌کنند که همین امر باعث افزایش میزان مصرف سوخت خودرو می‌شود. کاتالیک کانورتور‌های فلزی عمر نسبتا بالایی دارند و امروزه فقط در سوپرخودرو‌ها استفاده می‌شوند.

۳- کاتالیک کانورتور‌های سرامیکی:

این نوع مبدل‌های کاتالیستی ارزان‌تر و بهتر از مابقی مبدل‌های کاتالیستی هستند. در کاتالیک کانورتور‌های سرامیکی، دیواره‌های نازک سرامیکی به فرم لانه‌های زنبور کنار هم قرار گرفته‌اند، به شکلی که یک فیلتر بسیار خوب برای آلاینده‌های سمی تشکیل داده‌اند. در کاتالیک کانورتور‌های سرامیکی، فقط دیواره‌ها از فلزات گران‌بها ساخته شده‌اند که همین امر باعث کاهش هزینه ساخت این نوع نوع مبدل‌های کاتالیستی می‌شود؛ از طرفی به دلیل فرم خاص این کاتالیک کانورتور‌ها، حرارت به سرعت از کناره‌های بدنه آن‌ها خارج می‌شود و از داغ شدن سیستم اگزوز جلوگیری می‌شود.

میلیون ها خودرو در سرتاسر جهان در حال تردد می باشند که هر کدام به عنوا ن یک منبع آلودگی بشمار می روند .این مورد ، خصوصاَ در شهرهای بزرگتر به عنوان مسئله بزرگی و بصورت لاینحل از زمان های قدیم مورد بحث بوده است .جهت حل این مشکل ، قوانینی به مرحله اجرا در آمده است که مقادیر آلاینده خروجی از سیستم اگزوز خودروها را تحت کنترل در آورده و محدود کرده است . به همین منظور ،کارخانجات خودروسازی ، سیستم های پالایش کننده ای را جهت کنترل مقادیر آلاینده خروجی از سیستم های موتور و سوخت رسانی تهیه و مورد بهره برداری قرار داده اند .

در سال ۱۹۷۰ ، دولت آمریکا پس از آنکه گزارش آژانس کنترل آلودگی هوای کالیفرنیا را بررسی کرد ، اصلاحیه هوای تمیز را از تصویب گذراند و بدین ترتیب تولید کننده های آمریکایی به شدت دست به کار شده و مطابق قوانین ضدآلودگی وضع شده ، کمبودهای خود را برطرف کردند . در سال ۱۹۷۵ قوانینی مصوب گردیدکه اکثریت کمپانی های خودرو سازی ، مجبور به استفاده از سیستم مبدل کاتالیتیکی در خودروها شدند . به طور خلاصه طرز کار این سیستم بدین صورت بود که با انجام واکنش های شیمیایی گازهای سمی را به دی اکسید کربن و بخارآب تبدیل می کرد .نصب مبدل کاتالیتیکی از همین سال در سراسر آمریکا اجباری گردید و در اروپا نیز از سال ۱۹۹۳ مورد بهره برداری قرار گرفت .

در این مقوله در خصوص انواع آلاینده های تولید شده توسط موتور خودروها و هم چنین نحوه عملکرد مبدل های کاتالیتیکی در خصوص کم کردن مقادیر این آلاینده ها صحبت خواهد شد

آلاینده های خروجی توسط موتور

جهت کاهش مقادیر آلایند ه های خروجی، موتور خودروهای مدرن امروزی ، مقدار سوخت مورد نیاز جهت سوخته شدن در سیلندر را کنترل می کنند . این موتورها ، نسبت هوا به سوخت را در حدود مقدار استوکیومتریک ۷/۱۴ به ۱ ثابت نگهداشته که این نسبت ، مقدار ایده آل مقدار هوای مورد نیاز جهت سوخته شدن مقدار متناسب سوخت می باشد . از نظر تئوری ، این نسبت برابر سوخته شدن یک واحد سوخت در ازاء مصرف ۷/۱۴ واحد اکسیژن می باشد نسبت مخلوط ، در عمل و بستگی به شرایط رانندگی ، اندکی متفاوت می باشد . گاهی اوقات نسبت مخلوط را فقیر می نامند که نشانگر مقدار کم سوخت ( نسبت هوا به سوخت بزرگتر از۷/۱۴ ) و در مواردی نسبت مخلوط را غنی می نامند که نشانگر مقدار زیاد سوخت (نسبت هوا به سوخت کوچکتر از۷/۱۴ ) می باشد .

مطلب پیشنهادی:

اساس کار و ( نحوه عملکرد ) مبدل های کاتالیتیکی در کاهش آلاینده ها

اکثر خودروهای مدرن امروزی ، مجهز به مبدل های کاتالیتیکی سه راهه

( Three – Way Catalytic Converter ) می باشند .

مفهوم سه راهه ، اشاره به سه آلاینده اساسی تولید شده توسط موتور خودروها دارد که توسط این مبدل ها مورد، ( CO ) پالایش قرار می گیرند ( مونوکسید کربن اکسیدهای نیتروژن ، ( VOCs ) هیدروکربن ها

. ( ( NOX )

مبدل کاتالیتیکی از دو نوع کاتالیست جهت پالایش آلاینده ها استفاده می کند : کاتالیست کاهش دهنده آلودگی ( Reduction Catalyst ) کاتالیست اکسید کننده ( Oxidazation Catalyst ) هر دو نوع از کاتالیست ها ، از یک ساختمان سرامیکی با پوشش فلزی که معمولاً از پلاتین ، رودیوم و پالادیوم می باشند ،

تشکیل شده است . در مدل های جدید کاتالیست ، از ساختمانی از کاتالیست ها استفاده می گردد که بیشترین سطح تماس را با جریان گازهای خروجی از اگزوز داشته باشد ( زیرا فلزات فوق الذکر بسیار گران قیمت می باشند . )

نتیجه تصویری برای مبدل های کاتالیتیکی

دو نوع ساختمان مختلف در ساخت کاتالیست وجود دارد:

ساختمان لانه زنبوری
ساختمان دانه های سرامیکی

اکثر کاتالیست خودروهای مدرن امروزی از ساختمان لانه زنبوری در کاتالیست استفاده می کنند .

کاتالیست کاهش دهنده آلودگی

عملکرد کاتالیست کاهش دهنده ، اولین مرحله پالایش توسط مبدل های کاتالیتیکی می باشد . این نوع

کاتالیست با استفاده از پلاتین و رودیوم ، مقادیر اکسیدهای نیتروژن ( NOX ) را کاهش می دهد هنگامی که مولکول های ( NO )یا (NO2) به کاتالیست برخورد می کنند ، نیتروژن خود را از دست می دهند ( نیتروژن موجود جذب کاتالیست می شود ) و اکسیژن باقیمانده به شکل (O2) از کاتالیست خارج می شود . نیتروژن جذب شده توسط کاتالیست با سایر مولکول های نیتروژن موجود در کاتالیست ترکیب شده و به شکل مولکول N2 در می آید

کاتالیست اکسید کننده

عملکرد کاتالیست اکسید کننده ، دومین مرحله از پالایش توسط مبدل های کاتالیتیکی می باشد . این نوع کاتالیست مقادیر هیدروکربن های نسوخته و مونو کسید کربن را با سوزاندن ( اکسید کردن ) آنها توسط عبور دادن آنها از صفحات کاتالیست پلاتین و پالادیوم ، کاهش می دهد . این نوع کاتالیست مولکول های CO هیدروکربن ها را با اکسیژن باقیماند ه در گازهای خروجی ترکیب می کند.

کاتالیست با ساختمان لانه زنبوری

کاتالیست با دانه های سرامیکی

سیستم کنترل

سومین مرحله از پالایش آلاینده ها ، کنترل جریان گازهای خروجی جهت کنترل سیستم پاشش

سوخت می باشد . یک سنسور اکسیژن در قسمت بالای مبدل کاتالیتیکی قرار دارد که موقعیت مبدل کاتالیتیکی نسبت به موتور می باشد . این سنسور اطلاعات اکسیژن موجود در گازهای خروجی را به واحد کنترل الکترونیکی خودرو انتقال می دهد واحد کنترل الکترونیکی موتور با استفاده از این اطلاعات ، مقدار افزایش یا کاهش اکسیژن را با تنظیم نسبت مخلوط هوا به سوخت مشخص می نماید . این کنترل مقدا ر هوا ، کارکرد موتور در شرایط نزدیک به مقدار استوکیومتریک را تضمین می نماید ، هم چنین مقدار بهینه اکسیژن در گازهای خروجی را جهت انجام عمل اکسیداسیون کاتالیست جهت سوزاندن هیدروکربن های نسوخته و مونوکسیدکربن ، مشخص و تأمین می نماید .

فیلم اموزشی

عملکرد کاتالیست خودرو