مبدل کاتالیزور ( Catalytic Converters

[ریپورتر]

در خیابان های آمریکا میلیون ها ماشین در حال تردد می باشند و هر کدام از آنها منبع آلودگی هوا می باشند.بالاخص در کلان شهرها میزان آلودگی تولید شده توسط ماشین ها تبدیل به مشکل بزرگی شده بود.
برای حل این مشکل دولت تصمیم به ایجاد قانون هوای پاک برای محدود کردن خودروها در تولید آلودگی کرد.در طی این سالها سازندگان خودرو تغییرات زیادی را در موتور و سیستم سوخت برای اجرای این قانون انجام دادند.یکی از این تغییرات برمی گردد به سال 1975 با یک سیستم ساده و شگفت انگیز به نام مبدل کاتالیزور.کار این سیستم تبدیل آلودگی های بسیار مضر به آلودگی های با ضرر کمتر قبل از این که این آلودگی ها سیستم اگزوز ماشین را ترک کنند می باشد.

در این مقاله شما یاد خواهید گرفت که چه آلودگی هایی توسط موتور ایجاد شده و اینکه این مبدل چه رفتاری با هر یک از این آلودگی ها برای کمک به کاهش ضرر آن ها خواهد داشت.

مبدل کتالیزور چگونه باعث کاهش آلودگی خواهد شد؟
در شیمی کاتالیزور باعث تسریع یک واکنش شیمیایی می شود بدون آنکه خودش مصرف گردد.در بدن انسان نیز آنزیم ها کاتالیزورهای طبیعی بدن می باشند که عهده دار بسیاری از واکنش های حیاتی بدن می باشند.
در این سیستم (مبدل کاتالیزور) دو نوع مختلف از کاتالیزور در حال کار کردن می باشند.کاتالیزور کاهش دهنده (تبدیل کننده) و کاتالیزور اکسیژن.که هر دو نوع دارای ساختار سرامیکی روکشدار شده با کاتالیزور فلز می باشند ،که معمولا پلاتین یا rhodium or palladium می باشند.به این دلیل این سیستم در اگزوز قرار داده شده است که تا جای ممکن مقدار کمتری کاتالیزور در آن استفاده شود.چون این مواد به شدت گران قیمت می باشند.حتی برخی از مبدل ها که جدیدا از آنها استفاده می شود در آنها ترکیبی از طلا با مقادیر زیادی از کاتالیزورهای مرسوم استفاده می گردد.طلا نسبت به دیگر مواد موجود ارزان تر است و می تواند اکسیژن موجود را افزایش دهد و واکنش شیمیایی که بر اثر آن رخ خواهد داد می تواند آلودگی را تا بیش از 40% کاهش دهد.
بیشتر ماشین های مدرن امروزی مجهز به مبدل کاتالیزور سه راهی ( Three-way catalytic converters) شده اند.که در آن از سه محفظه خروجی برای کمک به کاهش بیشتر آلودگی استفاده می گردد.

کاتالیزور کاهش دهنده اولین قسمت از مبدل کاتالیزور می باشد.که در آن از پلاتین و rhodium برای کمک به کاهش خروجی NOx استفاده می شود.وقتی مولکولهای NO یا NO2 به کاتالیزور برخورد می کنند کاتالیزور آنها را به اتم های اولیه اش شکافت می دهد.و در خود نگهداری می کند. اتم های نیتروژن آزاد شده با اتم های نیتروژنی که قبلا به کاتالیزور چسبیده بوده اند تشکیل N2 را می دهند.
به طور مثال با واکنش زیر:

2NO => N2 + O2 or 2NO2 => N2 + 2O2

کاتالیزور اکسیژن دومین قسمت از مبدل کاتالیزور می باشد که کار این قسمت کاهش هیدروکربن و کربن مونوکسید نسوخته را با سوزاندن ( اکسید کردن ) آنها در بالای کاتالیزور پلاتین و palladium .این کاتالیزور کمک به واکنش هیدروکربن و کربن مونوکسید با اکسیژن موجود در گاز اگزوز می کند.
به طور مثال :

2CO + O2 => 2CO2

دو نوع اصلی از ساختارهایی که در مبدل های کاتالیزوری استفاده می شود ساختار شانه عسل ( Honeycomb ) و ساختار سرامیکی ( Ceramic beads ) می باشد که امروزه در اکثر خودروها از ساختار شانه عسل استفاده می گردد.



کنترل آلودگی و بهبود عملکرد :
سومین قسمت از اجزای مبدل سیستم کنترل می باشد که در مسیر اگزوز قرار دارد و آن را تحت نظر دارد.و از اطلاعاتی که بدست می آورد برای کنترل سیستم تزریق سوخت استفاده می کند.در واقع در آنجا یک سنسور اکسیژن نصب شده که در ابتدای ورودی مبدل کاتالیزور می باشد.بدن معنی که نسبت به مبدل به موتور نزدیکتر می باشد.این سنسور به کامپیوتر موتور می گوید که چه میزان اکسیژن در اگزوز وجود دارد که به وسیله این اطلاعات کامپیوتر موتور می تواند میزان اکسیژن موجود در اگزوز را با تنظیم نسبت هوا و سوخت کاهش و یا افزایش دهد.این نقشه کنترل به کامپیوتر اجازه می دهد تا اطمینان حاصل کند که اکسیژن موجود در اگزوز به میزان کافی بوده تا کاتالیزور اکسیژن بتواند هیدروکربن های نسوخته و همچنین CO را بسوزاند.
مبدل کاتالیزور کار بزرگی را در کاهش آلودگی انجام می دهد ،اما همچنین می تواند این کار را بهبود ببخشد.یکی از بزرگترین نقاط ضعف این سیستم آن است که فقط در دمای خاصی ( گرم شود ) کار می کند.یعنی وقتی که شما با ماشین خود که سرد است شروع به حرکت کنید مبدل کاتالیزور در واقع چیزی برای کاهش آلودگی موجود در اگزوز شما ندارد.
یکی از ساده ترین راه حل ها برای این مشکل این است که مبدل را به موتور ماشین نزدیکتر کنند.به این معنی که گازهای گرمتر اگزوز به مبدل رسیده و آن را زودتر گرم کنند. اما در طی زمان ،دامی بالاممکن است باعث کاهش طول عمر مبدل گردد.اکثر سازندگان خودرو مبدل کاتالیزور را در زیر و در جلوی صندلی سرنشینان قرار می دهند و همچنین به مقدار کافی با فاصله از موتور در حدی که دمای بالا به آن آسیبی نرساند.
پیش گرمایش (از قبل گرم کردن) مبدل کاتالیزور را خوبی برای حل این مشکل می باشد. راحترین را برای گرم کردن آن استفاده از یک گرمکن الکتریکی می باشد.متاسفانه سیستم الکتریکی 12-v که در اکثر ماشین ها وجود دارد نمی تواند انرژی لازم را برای روشن کردن این گرمکن فراهم کند. و همچنین اکثر مردم هم نمی توانند منتظر بمانند تا مبدل کاتالیزور گرم گردد و بعد شروع به حرکت کنند.اما ماشین های هیبریدی امروزی دارای بسته های بزرگ باتری با ولتاژ بالا می باشند که می توانند به راحتی انرژی مورد نیاز برای این گرمکن را فراهم کنند.
اما در موتورهای دیزلی مبدل کاتالیزور نمیتواند به خوبی NOx موجود در اگزوز را کاهش دهد.یک دلیل آن این است که موتورهای دیزلی نسبت به موتورهای معمولی سردتر کار می کنند.برای مبارزه با این مشکل بعضی از خودروهای برجسته سازگار با محیط زیست با سیستم جدیدی به میان آمدند.
آنها محلولی به نام Urea(یورآ) را به لوله اگزوز تزریق می کنند و سپس این محلول تبخیر شده و با اگزوز مخلوط می گردد و واکنش شیمیایی را ایجاد می کند که سبب کاهش NOx موجود می گردد.
Urea شناخته میشود با کاربید( Carbamide) که ترکیبی از کربن ،نیتروژن ،اکسیژن و هیدروژن می باشد.واکنش یورآ با اکسیژن سبب تولید بخار آب و نیتروژن می شود که باعث کاهش 90% NOx موجود در اگزوز می شود.

دانلود مقاله به زبان اصلی