مبدل کاتالیست خودرو چیست و چه کاری انجام می دهد؟

مبدل کاتالیست خودرو چیست و چه کاری انجام می دهد؟

مبدل کاتالیست وسیله ای است که سر راه خروجی اگزوز خودرو قرار می گیرد و طی یک سری واکنش های شیمیایی با تبدیل گازهای سمی حاصل از احتراق خودرو به گازهای بی ضرر ، از آلودگی هوا جلوگیری می کند . البته این مبدل ها انواع مختلفی دارند و واکنش های شیمیایی هر کدام از آن ها بسته به نوع موتور و سوخت مصرفی متفاوت است . به طور مثال مبدل کاتالیستی خودروهای گازوئیلی طوری است که در آن واکنش های اکسید اسیون انجام می شود .

طی این واکنش ها ، مونو اکسید کربن ، مشتقات اکسید نیتروژن ، و کربوهیدرات های حاصل از احتراق ناقص سوخت ، به دی اکسید کربن ، نیتروژن ، و آب تبدیل می شوند . اگرچه مبدل های کاتالیستی بیش ترین کاربرد را در خودروها دارند ، اما در ژنراتورها ، لوکوموتیوها ، کامیون ها ، و هواپیما ها نیز مورد استفاده قرار می گیرند . گفتنی است ، این وسیله در حقیقت در راستای پیروی از مقررات دولتی و زیست محیطی مبنی بر رعایت حداکثر میزان آلایندگی خودرو ها ابداع شده است .

در سال 1970 ، دولت آمریکا پس از آن که گزارش آژانس کنترل آلودگی هوای کالیفرنیا را بررسی کرد ، اصلاحی 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 ، کمبود های خود را برطرف کردند . در سال 1975 قوانینی مصوب گردید که 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 وبخارآب تبدیل می کرد . نصب مبدل کاتالیتیکی از همین سال در سراسر آمریکا اجباری گردید و در اروپا نیز از سال1993 مورد بهره برداری قرار گرفت .

در ایران استفاده از اين قطعه برای خودروهاي ساخت داخل از نيمه دوم سال 1381 از سوی سازمان حفاظت محیط زیست اجباری شده است و بر اساس طرح جامع کاهش آلودگی هوا ، آزمون صحت کاتالیست در معاینات فنی خودروها به منظور صدور برگه و بر چسب معاینه فنی از ابتدای سال 1391 اجباری می باشد . شرکت‌ های خودروسازی در ایران از سال 1382 نصب کاتالیست را در خودروهای داخلی آغاز کردند و قبل از این تاریخ خودروها فاقد استاندارد بوده‌ اند و به همین دلیل آلایندگی این خودروها بیش از 30 برابر سایر خودروها است و براین اساس خروج خودرو های مدل 1382 به پایین در سازمان حفاظت از محیط زیست ارائه شده است .

احتمال می ‌رود در تعدادی از خودروهای تولیدی سه ماهه آخر سال 1386 نیز قطعه کاتالیست نصب نشده باشد . به موجب طرح جامع کاهش آلودگی هوا ( آزمون صحت کاتالیست کانورتور و کربن کنیستر در معاینات فنی خودرو ها به منظور صدور برگه و بر چسب معاینه فنی از ابتدای سال 91 اجباری است . )

کاتالیست تا 90 درصد گاز های سمی را بی‌ اثر می‌کند به‌ گونه ‌ای که هیدروکربن ‌های نسوخته که از موتور خارج می ‌شوند را به آب و دی اکسید کربن تبدیل می ‌کند . علاوه بر این اکسید ازت را به گاز ازت تبدیل می ‌کند بنابراین کاتالیست در کاهش آلودگی هوا بسیار موثر است . طول عمر مفید کاتالیست 50000 تا 60000 کیلومتر است . مبدل ‌های کاتالیست که هم اکنون بر روی خودرو های تولیدی در ایران نصب می‌ شود تا میزان آلایندگی آنها را کاهش دهد پس از 80000 کیلومتر پر شده و عملاً کارایی خود را از دست می ‌دهد و میزان آلایندگی خودرو تا پنج برابر افزایش می‌ یابد . متوسط عمر کاتالیست چیزی حدود 4 سال است و پس از مدت زمان یاد شده باید قطعه مورد نظر تعویض شود .

عمر اين قطعه با انسداد منافذ اسفنجي و یا پوشیده شدن سطح موثر آن به پایان رسیده و در این مرحله این قطعه قادر به کاهش آلاینده های خروجی از اگزوز نخواهد بود . حرارت بالا ، سمی شدن به وسیله مواد خروجی از موتور و ضربه های مکانیکی خارجی ، باعث چسبندگی و انسداد منافذ و سطوح کاتالیست ها و در نتیجه ، کاهش اثردهی آن ها می شود . علاوه بر آن ، بد سوزی موتور به دلیل خرابی شمع ها ، وایرها و انژکتور ها نیز می تواند سوخت نسوخته را وارد این قطعه نموده ، عمر آن را کاهش دهد . عمر مفید واکنشگر های کاتالیستی خودروها در حدود 80000 کیلومتر است . کاهش کارایی و انسداد منافذ کاتالیست و یا عدم استفاده آن در خودرو ، باعث احتراق ناقص در موتور خودرو گردیده که این امر سبب افزایش غلظت آلاینده های خروجی از اگزوز و فرسایش قطعات موتور مي شود .

برداشتن این قطعه بسیار موثر در کاهش آلودگی خودرو و یا عدم تعویض به موقع آن پس از پایان یافتن عمر مفید آن می تواند صدمات جدی به هوایی که تنفس می کنیم وارد آورد و سبب افزایش آلودگی هوا شود .

هشدار ایساكو نسبت به برداشتن كاتالیست اگزوز خودرو

نظر به برخی محدودیت‌ ها در بازار و با توجه به برخی حساسیت ‌ها بر روی این قطعه استراتژیك ، ایساكو تمهیدات لازم برای تامین آن در شبكه نمایندگان را در نظر گرفته و در صورت تقاضا نیز در اختیار آن ها قرار خواهد گرفت و هم اكنون قطعه كاتالیست كانورتور در اكثر نمایندگی‌ های مجاز شركت خدمات پس از فروش ایران خودرو ( ایساكو ) ، قابل تهیه است .
این قطعه در برخی موارد و بنا به مشاوره غیر صحیح برخی تعمیر كاران خودرو به مشتریان از سوی آن ها برداشته می ‌شود ، این در حالی است كه این كار علاوه بر معایبی كه در بلند مدت برای خودرو به وجود می‌ آورد ، برای محیط زیست نیز مضرات زیادی به همراه خواهد داشت كه با توجه به وضعیت كنونی هوای تهران ، این مساله اهمیت بیشتری می‌ یابد .

البته احتمال می ‌رود با توجه به موضوع هدفمندی یارانه‌ ها این موضوع اهمیت بیشتری یابد ؛ چرا كه بودن این قطعه بر روی اگزوز موجب كمتر شدن مصرف سوخت می ‌شود .
البته مشتریان باید بدانند كه متوسط عمر این قطعه چیزی حدود چهار سال است و پس از مدت زمان یاد شده باید قطعه مورد نظر تعویض شود .

همان طور که می دانید همه خودرو های دارای موتور احتراقی دارای قطعه ای به نام اگزوز هستند . اگزوز نقش خارج کننده دود حاصل از فرایند های شیمیایی داخل سیلندر به هوای خارج را دارد . اِگزوز قطعه ای در خودرو و دیگر وسایل نقلیه است که دود حاصل از واکنش شیمیایی را که در سیلندر ایجاد می شود به خارج از خودرو انتقال می دهد .

این تعریف اگرچه بیانگر عمده کار اگزوز می باشد اما امروزه ویژگی های اگزو گسترش یافته و وظایف دیگری نیز بر عهده دارد . سه وظیفه عمده اگزوز : کاهش آلایندگی ، کاهش صدا ، کاهش دما . اگزوز از سه بخش اتصال به موتور ، میانی و انتهایی ساخته می شود که در این میان کاتالیست به دلیل نیاز به دمای 800 درجه سانتی گراد در قسمت اول تعبیه می گردد و بخش های دوم و سوم در کاهش دما و صدا موثرند . این وسیله می تواند برای کاهش خروج گازهای خطرناک حاصل از سوزاندن سوخت تاثیر بسزایی داشته باشد .

واکنشگر های کاتالیستی سه راهه، قطعه ای سرامیکی و یا فلزی با مقاومت حرارتی بالا می باشد که در مسير گازهاي خروجي اگزوز قرار مي گيرد و باعث تبدیل سه گاز سمي و آلوده كننده شامل منو اکسید کربن ، هیدروکربن های حاصل از احتراق ناقص و اکسید نیتروژن به گازهای غیرسمی بخار آب ، نیتروژن و دی اکسید کربن می گردد . واکنش گر كاتاليستی خودرو داراي يك حسگر اكسيژن است كه تنظیم کننده نسبت هوا به سوخت براي احتراق کامل در موتور می باشد .

گازهای آلایندۀ خروجی از موتور

اصولاً گازهای خروجی از اگزوز شامل : پارافین ها ، اولفین­ ها ، ترکیبات آروماتیک ( که هرسه به عنوان هیدروکربن­ های نسوخته شناخته می­ شوند ) ، بخار آب ، منو اکسید کربن ، اکسید های نیتروژن ، اکسید های گوگرد ، نیتروژن ، اکسیژن و دی اکسید کربن می ­باشد که از میان آن ها سه آلاینده اصلی زیان بار و خطرناک : منو اکسید کربن، اکسید های نیتروژن و هیدرو کربن­ های نسوخته هستند .

انواع مبدل کاتالیست

به طور کلی ، در مبدل های کاتالیستی بسته به نوع مبدل ، یکی از واکنش های دو مرحله ای یا سه مرحله ای انجام می شود .

1- مبدل های کاتالیستی مبتنی بر واکنش های دو مرحله ای : طی این واکنش ، مونو اکسید کربن و هیدروکربن های ناشی از احتراق ناقص سوخت ، به دی اکسید کربن و آب تبدیل می شوند .
2- مبدل های کاتالیستی مبتنی بر واکنش های سه مرحله ای : طی این واکنش ، پس از اکسیداسیون اکسید های نیتروژن به گاز نیتروژن و اکسیژن ، مونو اکسید کربن و هیدروکربن های ناشی از احتراق ناقص سوخت ، به دی اکسید کربن و آب تبدیل می شوند .

1- مبدل کاتالیست دوگانه

این نوع از کاتالیزور ها به طور عمده ای در موتورهای دیزلی برای کاهش آلاینده های مونوکسید کربن و هیدروکربن های نسوخته به کار می روند . به علت عدم توانایی اینگونه از کاتالیست ها در کاهش آلاینده های اکسید نیتروژن ، امروزه در موتورهای بنزینی از این نوع کاتالیست ها استفاده نشده و به جای آن ها از کاتالیست های سه گانه بهره برده می شود. کاتالیزور دوگانه دو عمل را به طور همزمان انجام می دهد :

آ) اکسیداسیون مونوکسید کربن به دی اکسید کربن : CO + 0.5O2 → CO2
ب) اکسیداسیون هیدروکربن های نسوخته و تبدیل آن ها به دی اکسید کربن و آب: CxH2x+2 + [(3x+1)/2] O2 → xCO2 + (x+1) H2O

2- مبدل کاتالیست سه گانه

مبدل کاتالیستی سه گانه سه وظیفه زیر را انجام می دهد :

آ) کاهش اکسید های نیتروژن به اکسیژن و نیتروژن : 2NOx → xO2 + N2
ب) اکسیداسیون مونوکسید کربن به دی اکسید کربن : CO + 0.5O2 → CO2
پ) اکسیداسیون هیدروکربن های نسوخته و تبدیل آن ها به دی اکسید کربن و آب : CxH2x+2 + [(3x+1)/2] O2 → xCO2 + (x+1) H2O

نکته بسیار مهم در رابطه با این نوع از کاتالیست ها این است که زمانی این کاتالیست ها بالا ترین راندمان را دارند که گازهای خروجی از موتور و ورودی به کاتالیست به مقدار کمی بالا تر از نقطه استوکیومتری باشند . این بدان معناست که نسبت وزنی هوا به سوخت در مخلوط ورودی به کاتالیست در موتورهای بنزینی در حدود 6.14 تا 8.14 باشد .

گفتنی است ، علاوه بر واکنش های اصلی مبدل کاتالیستی که منجر به تولید محصولات غیرسمی می شوند ، یک سری واکنش های نا خواسته نیز صورت می گیرند که سبب تولید مقادیر بسیار کمی از محصولات سمی نظیر سولفید هیدروژن ( H2S ) و آمونیاک ( NH3 ) می شود . این نوع واکنش های ناخواسته معمولاً در مبدل های کاتالیستی مبتنی بر واکنش های سه مرحله ای بروز می یابند . اگرچه حذف چنین واکنش هایی به طور کامل امکان پذیر نیست ، اما با اعمال یک سری تغییرات در ماهیت ماده کاتالیست و لایه اکسیدی می توان از بروز این واکنش ها تا حد امکان جلوگیری کرد .

انواع مبدل های كاتاليستی براساس نوع جنس :

كاتاليست ها براساس نوع جنس به سه نوع عمده :
1- گلوله ای
2- سراميكی
2- فلزی
تقسيم مي شوند .

اولين نوع مبدل هاي كاتاليستي ، گلوله هایی بودند كه از كره هاي پرسوراخ آلومينا (  AL2O3) كه فلزات گران بها ( PM ) در داخل آنها كاشته شده بود ، تشكيل مي شدند . قطر اين گلوله ها بين 10/1 تا 8/1 اينچ بود كه درون محفظه هاي فلزی ، زير خودروها قرار مي گرفتند . اين نوع مبدل ها براي موتورهاي با حجم زياد ، سرعت پايين و دماي پايين ، همچون كاميون ها استفاده مي شدند .

كاتاليست هاي نوع دوم ، از ديواره هاي نازک سراميكی لانه زنبوری تشكيل يافته و مونوليت هاي سراميكي هستند . اين ديواره ها ، محل نشستن فلزات گران بها نيستند . بلكه فلزات گران بها براي داشتن سطوح تماس بيشتر بر روي لايه خارجي به نام washcoat قرار مي گيرند كه اين لايه ، شامل اكسيد فلزات (BMO  ) همچون آلومينا ( Al2o3 ) و سريا ( CeO2 ) است.

بیشتر بخوانید:

صفر تا صد پیگیری کارت خودرو و مدارک ماشین + کارت سوخت

منبع: همراه مکانیک