Sut mae trawsnewidydd catalytig modurol yn gweithio?

Yn ystod gweithrediad peiriant tanio mewnol, mae nwyon gwacáu yn cael eu rhyddhau i'r atmosffer, sydd nid yn unig yn un o brif achosion llygredd aer, ond hefyd yn un o achosion llawer o afiechydon.

Mae'r nwyon hyn, sy'n dod allan o systemau gwacáu cerbydau, yn cynnwys elfennau niweidiol iawn, felly mae gan geir modern system wacáu arbennig, lle mae catalydd bob amser yn bresennol.

Mae'r trawsnewidydd catalytig yn dinistrio moleciwlau niweidiol mewn nwyon gwacáu ac yn eu gwneud mor ddiogel â phosibl i bobl a'r amgylchedd.

Beth yw catalydd?

Mae trawsnewidydd catalytig yn fath o ddyfais a'i brif dasg yw lleihau allyriadau niweidiol o nwyon gwacáu o beiriannau ceir. Mae'r strwythur catalydd yn syml. Cynhwysydd metel yw hwn sydd wedi'i osod yn system wacáu car.

Mae dwy bibell yn y tanc. Mae "mewnbwn" y trawsnewidydd wedi'i gysylltu â'r injan, ac mae nwyon gwacáu yn mynd trwyddo, ac mae'r "allbwn" wedi'i gysylltu ag atseinydd system wacáu cerbydau.

Pan fydd y nwyon gwacáu o'r injan yn mynd i mewn i'r catalydd, mae adweithiau cemegol yn digwydd ynddo. Maen nhw'n dinistrio nwyon niweidiol ac yn eu troi'n nwyon diniwed y gellir eu rhyddhau i'r amgylchedd.

Beth yw elfennau'r trawsnewidydd catalytig?

Er mwyn ei gwneud ychydig yn gliriach sut mae trawsnewidydd catalytig ceir yn gweithio, gadewch i ni ystyried beth yw ei brif elfennau. Heb fynd i fanylion, rydym yn rhestru dim ond y prif elfennau y mae'n cael eu hadeiladu ohonynt.

Is-haen

Y swbstrad yw adeiledd mewnol y catalydd y mae'r catalydd a'r metelau gwerthfawr wedi'u gorchuddio arno. Mae yna sawl math o swbstradau. Eu prif wahaniaeth yw'r deunydd y mae'n cael ei wneud ohono. Yn fwyaf aml mae'n sylwedd anadweithiol sy'n sefydlogi gronynnau gweithredol ar ei wyneb.

Gorchuddio

Mae'r deunydd catalydd gweithredol fel arfer yn cynnwys alwmina a chyfansoddion fel cerium, zirconium, nicel, bariwm, lanthanwm ac eraill. Pwrpas y cotio yw ehangu arwyneb ffisegol y swbstrad a gwasanaethu fel sylfaen ar gyfer dyddodi'r metelau gwerthfawr.

Metelau gwerthfawr

Mae'r metelau gwerthfawr sy'n bresennol yn y trawsnewidydd catalytig yn cyflawni adwaith catalytig hynod bwysig. Metelau gwerthfawr a ddefnyddir yn gyffredin yw platinwm, palladium a rhodium, ond yn ystod y blynyddoedd diwethaf mae nifer fawr o weithgynhyrchwyr wedi dechrau defnyddio aur.

Tai

Y tai yw cragen allanol y ddyfais ac mae'n cynnwys y swbstrad ac elfennau eraill o'r catalydd. Y deunydd y gwneir yr achos ohono fel arfer yw dur di-staen.

Pibellau

Mae'r pibellau'n cysylltu trawsnewidydd catalytig y cerbyd â system wacáu ac injan y cerbyd. Maent wedi'u gwneud o ddur gwrthstaen.

Sut mae trawsnewidydd catalytig modurol yn gweithio?

Ar gyfer gweithredu injan hylosgi mewnol, mae'n bwysig bod proses hylosgi sefydlog o'r gymysgedd tanwydd aer yn digwydd yn ei silindrau. Yn ystod y broses hon, cynhyrchir nwyon niweidiol, fel carbon monocsid, ocsidau nitrogen, hydrocarbonau ac eraill.

Os nad oes gan y car drawsnewidydd catalytig, bydd yr holl nwyon hynod niweidiol hyn, ar ôl cael eu gollwng i'r manwldeb gwacáu o'r injan, yn pasio trwy'r system wacáu ac yn mynd yn uniongyrchol i'r aer rydyn ni'n ei anadlu.

Os oes gan y cerbyd drawsnewidydd catalytig, bydd nwyon gwacáu yn llifo o'r injan i'r muffler trwy diliau'r swbstrad ac yn adweithio â metelau gwerthfawr. O ganlyniad i adwaith cemegol, mae sylweddau niweidiol yn cael eu niwtraleiddio, a dim ond gwacáu diniwed, carbon deuocsid yn bennaf, sy'n mynd i'r amgylchedd o'r system wacáu.

Gwyddom o wersi cemeg bod catalydd yn sylwedd sy'n achosi neu'n cyflymu adwaith cemegol heb effeithio arno. Mae catalyddion yn cymryd rhan mewn adweithiau ond nid ydynt yn adweithyddion nac yn gynhyrchion adwaith catalytig.

Mae dau gam y mae nwyon niweidiol mewn catalydd yn pasio: lleihau ac ocsideiddio. Sut mae'n gweithio?

Pan fydd tymheredd gweithredu'r catalydd yn cyrraedd 500 i 1200 gradd Fahrenheit neu 250-300 gradd Celsius, mae dau beth yn digwydd: gostyngiad, ac yn syth ar ôl hynny yr adwaith ocsideiddio. Mae'n swnio ychydig yn gymhleth, ond mewn gwirionedd mae'n golygu bod moleciwlau'r sylwedd yn colli ac yn ennill electronau ar yr un pryd, sy'n newid eu strwythur.

Nod y gostyngiad (derbyn ocsigen) sy'n digwydd yn y catalydd yw trosi ocsid nitrig yn nwy sy'n gyfeillgar i'r amgylchedd.

Sut mae catalydd modurol yn gweithio yn y cyfnod adfer?

Pan fydd ocsid nitraidd o nwyon gwacáu car yn mynd i mewn i'r catalydd, mae'r platinwm a'r rhodiwm ynddo yn dechrau gweithredu ar ddadelfennu moleciwlau nitrogen ocsid, gan droi'r nwy niweidiol yn un cwbl ddiniwed.

Beth sy'n digwydd yn ystod y cam ocsideiddio?

Yr ail gam sy'n digwydd yn y catalydd yw'r adwaith ocsideiddio, lle mae hydrocarbonau heb eu llosgi yn cael eu trosi'n garbon deuocsid a dŵr trwy gymysgu ag ocsigen (ocsidiad).

Mae'r adweithiau sy'n digwydd yn y catalydd yn newid cyfansoddiad cemegol y nwyon gwacáu, gan newid strwythur yr atom y maent yn cael ei wneud ohono. Pan fydd moleciwlau o nwyon niweidiol yn pasio o'r injan i'r catalydd, mae'n eu torri i lawr yn atomau. Mae'r atomau, yn eu tro, yn ailgyfuno'n foleciwlau yn sylweddau cymharol ddiniwed fel carbon deuocsid, nitrogen a dŵr, ac yn cael eu rhyddhau i'r amgylchedd trwy'r system wacáu.

Y prif fathau o drawsnewidwyr catalytig a ddefnyddir mewn peiriannau gasoline yw dwy: dwyffordd a thairffordd.

Dwyochrog

Mae catalydd â waliau dwbl (dwy ochr) yn cyflawni dwy dasg ar yr un pryd: yn ocsideiddio carbon monocsid i garbon deuocsid ac yn ocsideiddio hydrocarbonau (tanwydd heb ei losgi neu ei losgi'n rhannol) i garbon deuocsid a dŵr.

Defnyddiwyd y math hwn o gatalydd modurol mewn peiriannau disel a gasoline i leihau allyriadau niweidiol hydrocarbonau a charbon monocsid tan 1981, ond gan na allai drosi ocsidau nitrogen, ar ôl 81 cafodd ei ddisodli gan gatalyddion tair ffordd.

Trawsnewidydd catalytig rhydocs tair ffordd

Cyflwynwyd y math hwn o gatalydd modurol, fel y digwyddodd, ym 1981, a heddiw mae wedi'i osod ar bob car modern. Mae'r catalydd tair ffordd yn cyflawni tair tasg ar yr un pryd:

• yn lleihau ocsid nitrig i nitrogen ac ocsigen;
• yn ocsideiddio carbon monocsid i garbon deuocsid;
• yn ocsideiddio hydrocarbonau heb eu llosgi i garbon deuocsid a dŵr.

Oherwydd bod y math hwn o drawsnewidydd catalytig yn cyflawni camau lleihau ac ocsideiddio catalysis, mae'n cyflawni ei dasg gyda hyd at 98% o effeithlonrwydd. Mae hyn yn golygu, os oes gan eich car drawsnewidydd catalytig o'r fath, ni fydd yn llygru'r amgylchedd ag allyriadau niweidiol.

Mathau o gatalyddion mewn peiriannau disel

Ar gyfer cerbydau disel, tan yn ddiweddar, un o'r trawsnewidwyr catalytig a ddefnyddir amlaf oedd y Catalydd Ocsidio Diesel (DOC). Mae'r catalydd hwn yn defnyddio ocsigen yn y llif gwacáu i drosi carbon monocsid yn garbon deuocsid a hydrocarbonau i ddŵr a charbon deuocsid. Yn anffodus, dim ond 90% yw'r math hwn o gatalydd yn effeithlon ac mae'n llwyddo i gael gwared ar aroglau disel a lleihau gronynnau gweladwy, ond nid yw'n effeithiol o ran lleihau allyriadau NO x.

Mae peiriannau disel yn allyrru nwyon sy'n cynnwys lefelau cymharol uchel o ddeunydd gronynnol (huddygl), sy'n cynnwys carbon elfenol yn bennaf, na all catalyddion DOC ymdopi ag ef, felly mae'n rhaid tynnu'r gronynnau gan ddefnyddio hidlwyr gronynnol (DPF) fel y'u gelwir.

Sut mae catalyddion yn cael eu cynnal?

Er mwyn osgoi problemau gyda'r catalydd, mae'n bwysig gwybod:

• Mae bywyd catalydd ar gyfartaledd tua 160000 km. Ar ôl teithio’r pellter hwn, mae angen i chi ystyried ailosod y transducer.
• Os oes gan y cerbyd drawsnewidydd catalytig, ni ddylech ddefnyddio tanwydd plwm, gan ei fod yn lleihau effeithiolrwydd y catalydd. Yr unig danwydd addas yn yr achos hwn yw di-blwm.

Heb os, mae buddion y dyfeisiau hyn i'r amgylchedd a'n hiechyd yn enfawr, ond yn ychwanegol at eu buddion, mae eu hanfanteision hefyd.

Un o'u hanfanteision mwyaf yw eu bod yn gweithio ar dymheredd uchel yn unig. Hynny yw, pan ddechreuwch eich car, nid yw'r trawsnewidydd catalytig yn gwneud bron dim i leihau allyriadau gwacáu.

Dim ond ar ôl i'r nwyon gwacáu gael eu cynhesu i 250-300 gradd Celsius y mae'n dechrau gweithio'n effeithlon. Dyma pam mae rhai gweithgynhyrchwyr ceir wedi cymryd camau i fynd i'r afael â'r broblem hon trwy symud y catalydd yn agosach at yr injan, sydd ar y naill law yn gwella perfformiad y ddyfais ond yn byrhau ei hyd oes oherwydd bod ei hagosrwydd at yr injan yn ei amlygu i dymheredd uchel iawn.

Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, penderfynwyd gosod y trawsnewidydd catalytig o dan sedd y teithiwr o bellter a fydd yn caniatáu iddo weithredu'n fwy effeithlon heb fod yn agored i dymheredd uchel yr injan.

Anfanteision eraill o gatalyddion yw clocsio aml a llosgi cacennau. Mae llosgi fel arfer yn digwydd oherwydd bod tanwydd heb ei losgi yn mynd i mewn i'r system wacáu sy'n cael ei danio ym mhorthiant y trawsnewidydd catalytig. Mae clogio yn digwydd amlaf oherwydd gasoline gwael neu anaddas, traul arferol, arddull gyrru, ac ati.

Anfanteision bach iawn yw'r rhain yn erbyn cefndir y buddion enfawr a gawn o ddefnyddio catalyddion modurol. Diolch i'r dyfeisiau hyn, mae allyriadau niweidiol o geir yn gyfyngedig.

Mae rhai beirniaid yn dadlau bod carbon deuocsid hefyd yn allyriad niweidiol. Maen nhw'n credu nad oes angen catalydd mewn car, oherwydd bod allyriadau o'r fath yn cynyddu'r effaith tŷ gwydr. Mewn gwirionedd, os nad oes gan gar drawsnewidydd catalytig ac yn allyrru carbon monocsid i'r aer, bydd yr ocsid hwn ei hun yn troi'n garbon deuocsid yn yr atmosffer.

Pwy ddyfeisiodd y Catalydd?

Er na ymddangosodd catalyddion yn llu tan ddiwedd y 1970au, cychwynnodd eu hanes lawer ynghynt.

Ystyrir mai tad y catalydd yw'r peiriannydd cemegol Ffrengig Eugene Goudry, a batentiodd ei ddyfais yn 1954 o dan yr enw "Exhaust Catalytic Converter".

Cyn y ddyfais hon, dyfeisiodd Goodry gracio catalytig, lle mae cemegolion organig cymhleth mawr yn cael eu gwahanu i gynhyrchion diniwed. Yna arbrofodd gyda gwahanol fathau o danwydd, ei nod oedd ei wneud yn lanach.

Digwyddodd y defnydd gwirioneddol o gatalyddion mewn automobiles yng nghanol y 1970au, pan gyflwynwyd rheoliadau rheoli allyriadau llymach yn ei gwneud yn ofynnol tynnu plwm o'r gwacáu o gasoline o ansawdd isel.

Cwestiynau ac atebion:

Sut i wirio presenoldeb catalydd ar gar? I wneud hyn, dim ond edrych o dan y car. Yn ychwanegol at y prif muffler a'r muffler bach (y cyseinydd sy'n eistedd o flaen y system wacáu), mae'r catalydd yn fwlb arall.

Ble mae'r catalydd yn y car? Gan fod yn rhaid i'r catalydd weithredu mewn amodau tymheredd uchel, mae wedi'i leoli mor agos at y manwldeb gwacáu â phosibl. Mae o flaen yr atseinydd.

Beth yw catalydd mewn car? Trawsnewidydd catalytig yw hwn - bwlb ychwanegol yn y system wacáu. Mae'n llawn deunydd cerameg, y mae ei diliau wedi'i orchuddio â metel gwerthfawr.