مبدل کاتالیست (کاتالیزور) خودرو(پارت 5)

عوامل خرابی و از بین رفتن کارایی مبدل کاتالیست عبارتند از:

1. حرارت بالا
2. سمی شدن بهوسیله مواد خروجی از موتور
3. خرابی مکانیکی مبدل

دمای بسیار بالا، باعث چسبیدن فلزات گرانبها به هم و کاهش سطوح محل اثر آنها در کاتالیستها و در نتیجه، کاهش اثردهی آنها میشود. معمولاً دمای 800 تا 1000 درجه سانتیگراد به بالا، باعث تهنشینی و چسبیدن فلزات گرانبها میشود. عامل اصلی در افزایش دما عدم جرقه زنی شمع هاست.

سموم رایج در کاتالیستها، عبارتند از: سرب، فسفر و سولفور که معمولا جزئی از افزودنیهای معمولی به بنزین و روغن هستند. سرب، معمولا به عنوان عامل ضدصدا، فسفر به عنوان ماده افزودنی در روغن و سولفور بهعنوان عامل موجود در بنزین و روغن شناخته شده اند. دو عامل اول، اثر منفی بیشتری بر فلزات گرانبها و عامل سوم، اثر منفی بیشتری بر اکسید فلزات دارند.

ضربه های مکانیکی خارجی وارده بر مبدلهای کاتالیستی، بویژه کاتالیستهای کارکردهای که حالت تردی پیدا میکنند، باعث شکستن، گرفتگی و ... در کاتالیستها میشوند.

هر یک از سه عامل یاد شده، باعث پایین آمدن کارایی کاتالیست در خودروها میشوند.

عناصر تشکیل دهنده

عناصر اصلی که نقش کاتالیستی را انجام می‌دهند بسته به نوع فرآیندی که انجام می‌گیرد یا استانداردهای آلایندگی مورد استفاده عبارتند از: فلزهای گران‌بها، مانند پلاتین، پالادیم و رودیم و نیز فلزات غیر گران‌بها مانند آهن، منگنز، نیکل و مس. همچنین عنصر سریم در کاتالیست‌های سه‌گانه به عنوان بافر و ذخیره‌کننده و آزادکننده اکسیژن به کار می‌رود تا مخلوط گاز را همواره در حد نقطه استوکیومتری نگه دارد، زیرا در حول این نقطه کاتالیست‌های سه‌گانه بالاترین کارایی را نشان می‌دهند.
غیرفعال شدن کاتالیزور

کاتالیزورها دارای عمر مفید و معین هستند و با گذشت زمان از فعالیت و تأثیر آن در واکنش کاسته می‌شود یعنی نقاط فعالی روی کاتالیزور وجود دارد که این نقاط به مرور زمان مسموم می‌شوند. مسمومیت می‌تواند: - ایجاد لایه ضخیم از ماده واکنش دهنده بر روی کاتالیزور دهد. - باعث تغییر آرایش بلوری کاتالیزور شود. - باعث جذب ناخالصی‌ها در نقاط فعال شود.
انواع

۱) دوگانه

این نوع از کاتالیزورها به‌طور عمده‌ای در موتورهای دیزلی برای کاهش آلاینده‌های مونوکسیدکربن و هیدروکربن‌های نسوخته به کار می روند. به علت عدم توانایی این‌گونه از کاتالیست‌ها در کاهش آلاینده‌های اکسید نیتروژن، امروزه در موتورهای بنزینی از این نوع کاتالیست‌ها استفاده نشده و به جای آن‌ها از کاتالیست‌های سه‌گانه بهره برده می‌شود. کاتالیزور دوگانه دو عمل را به‌طور هم‌زمان انجام می‌دهد:

آ) اکسیداسیون مونوکسید کربن به دی‌اکسید کربن: CO + 0.5O2 → CO2

ب) اکسیداسیون هیدروکربن‌های نسوخته و تبدیل آن‌ها به دی‌اکسید کربن و آب: CxH2x+2 + [(3x+1)/2] O2 → xCO2 + (x+1) H2O

۲) سه گانه

مبدل کاتالیستی سه‌گانه سه وظیفه زیر را انجام می‌دهد:

آ) کاهش اکسیدهای نیتروژن به اکسیژن و نیتروژن: 2NOx → xO2 + N2

ب) اکسیداسیون مونوکسیدکربن به دی‌اکسید کربن: CO + 0.5O2 → CO2

پ) اکسیداسیون هیدروکربن‌های نسوخته و تبدیل آن‌ها به دی‌اکسید کربن و آب: CxH2x+2 + [(3x+1)/2] O2 → xCO2 + (x+1) H2O

نکته بسیار مهم در رابطه با این نوع از کاتالیست‌ها این است که زمانی این کاتالیست‌ها بالاترین راندمان را دارند که گازهای خروجی از موتور و ورودی به کاتالیست به مقدار کمی بالاتر از نقطه استوکیومتری باشند. این بدان معناست که نسبت وزنی هوا به سوخت در مخلوط ورودی به کاتالیست در موتورهای بنزینی در حدود ۱۴/۶ تا ۱۴/۸ باشد.
در ایران

در ایران، بود یا نبود کنیستر و کاتالیست‌ها در معاینه فنی خودروها سنجیده نمی‌شود و اگر در آن زمان هم مورد بررسی قرار بگیرد، نمی‌توان این قطعات را روی آن نصب کرد.[۱] شرکت‌های خودروسازی در ایران از سال ۱۳۸۲ نصب کاتالیست را در خودروهای داخلی آغاز کردند و قبل از این تاریخ خودروها فاقد استاندارد بوده‌اند و به همین دلیل آلایندگی این خودروها بیش از ۳۰ برابر سایر خودروها است و براین اساس خروج خودروهای مدل ۱۳۸۲ به پایین در سازمان حفاظت از محیط زیست ارائه شده‌است.[۵] احتمال می‌رود در تعدادی از خودروهای تولیدی سه ماهه آخر سال ۱۳۸۶ نیز قطعه کاتالیست نصب نشده باشد.[۶]

به موجب طرح جامع کاهش آلودگی هوا «آزمون صحت کاتالیست کانورتور و کربن کنیستر در معاینات فنی خودروها به منظور صدور برگه و برچسب معاینه فنی از ابتدای سال ۹۱ اجباری است».[۷]

برای ثبت آگهی رایگان به سایت شهر 24 مراجعه کنید.

مبدل کاتالیست (کاتالیزور) خودرو(پارت 4)

انواع مبدلهای کاتالیستی براساس نوع جنس :

کاتالیستها براساس نوع جنس به سه نوع عمده:
- گلوله ای
- سرامیکی
- فلزی
تقسیم میشوند.

اولین نوع مبدلهای کاتالیستی، گلوله هایی بودند که از کرههای پرسوراخ آلومینا (AL2O3) که فلزات گرانبها (PM) در داخل آنها کاشته شده بود، تشکیل میشدند . قطر این گلوله ها بین 10/1 تا 8/1 اینچ بود که درون محفظهای فلزی، زیر خودروها قرار میگرفتند. این نوع مبدلها برای موتورهای با حجم زیاد، سرعت پایین و دمای پایین، همچون کامیونها استفاده میشدند.

کاتالیستهای نوع دوم، از دیواره های نازک سرامیکی لانه زنبوری تشکیل یافته و مونولیتهای سرامیکی هستند. این دیواره ها، محل نشستن فلزات گرانبها نیستند (شکل 3). بلکه فلزات گرانبها برای داشتن سطوح تماس بیشتر بر روی لایه خارجی به نامwashcoat قرار میگیرند که این لایه، شامل اکسید فلزات (BMO) همچون آلومینا (Al2o3) و سریا (CeO2) است.

 

ساختمان اصلی کاتالیستهای سرامیکی معمولا از طریق اکستروژن ماده سرامیکی کوردریت5 2.Al2O3-5.SiO2-2.MgOساخته میشود.

کاتالیست نوع سوم که کمتر از نوع دوم مورد استفاده قرار میگیرد، مونولیتهای نوع فلزی است که از آلیاژ فلزات با مقاومت حرارتی بالا تشکیل یافته است. مونولیتهای فلزی نیز مانند سرامیکی، از سوراخهای بسیاری تشکیل شده که از ورق های فنری مانند فرم یافته کنار هم ساخته میشوند.

مزایای کاتالیستهای سرامیکی نسبت به فلزی عبارت است از: تولید آسانتر، پوششدهی راحتتر و ارزانتر بودن، قدرت نگهداری دما و بازیافت راحتتر. مزایای نوع فلزی نسبت به سرامیکی، مقاومت بالاتر در برابر ضربه و حرارت، قابلیت کاهش ضخامت دیواره (دارای تعداد سوراخ بیشتر یا cpsi بالاتر) و افت فشار کمتر و گرم شدن سریعتر است.
هماکنون، کاتالیست رایج commercial catalyst، کاتالیست سرامیکی است که حدود 85 درصد از کل تولیدات مبدل کاتالیست را تشکیل میدهد.

شرایط عملکرد مبدل کاتالیستی

گازهای خروجی در یک موتور بنزینی در حد 300 درجه تا 400 درجه سانتیگراد حرارت دارند در حالیکه ممکن است که این درجه حرارت در حالت عمل با بار کامل به 900 درجه سانتیگراد هم برسد

در حالیکه شاخص درجه حرارت برای یک مبدل در شرایط خوب که طیفی بین 500 تا 600 درجه باید باشد بنابراین مبدل ها باید نوری ساخته شوند که طیفی بین 400 تا 800 درجه را بتوانند تحمل کنند.

اگر درجه حرارت مبدل در اگزوز برای مدتی به 800 درجه تا 100 درجه برسد فلز اصلی مبدل و پوشش لایه ای آن به تف جوشی رسیده و در نتیجه به فرسودگی آن کمک می شود کار یک مبدل در شرایط ایده آل در حدود 100000 کیلومتر عمر مفید می باشد.

زور بیش از حد به موتور و در نتیجه هدر رفتن انرژی ممکن است که در اثر احتراق ناقص در اثر سرعت های غیر معقول و یابار بیش از حد در شرایط غیر عادی به وجود بیاید که این می تواند موحد بالا رفتن درجه حرارت گازهای خروجی از اگزوز گردد که اگر این حرارت 1400 درجه سانتی گراد بالاتر رود موجب ذوب شدن لایه های زیرین به کار رفته در مبدل می شود و در نتیجه خرابی مبدل ها را در پاساژهای شانه عسلی بدنبال دارد .

در حالیکه در درجه حرارت ثابت بالای 300 درجه سانتی گراد قابلیت یک ظرف مبدل نو در مورد مونو اکسید کربن ها 68% تا 99 % و برای هیدروکربن ها 95% می باشد .

اگر چه در درجه حرارت خیلی پائین تر از 300 درجه سانتیگراد مبدل ها قابلیت خود را از دست می دهند .

در درجه حرارتی که مبدل ها به قابلیت و کارایی 50% می رسند اصطلاحا درجه حرارت عطف و یا شاخص اطلاق می شود .

یک مبدل کاتالیستی هنگامی کارایی خود را از دست می دهند که مواد فعال در آ در معرض درجه حرارت گازهای اگزوز قرار بگیرند بین معنی که مواد تشکیل دهنده فعال در یک کانورتور کارائی خود را در اثر حرارت زیاد و تف جوشی خاصیت خود را از دست بدهند و این شرایط در اثر قرار گرفتن رویه فعال به مدت طولانی در معرض شرایط گفته شده و در نتیجه از دست دادن خاصیت جذب گازهایی که از پاساژ فعال عبور می کند حاصل می شود تماس طولانی با عناصر مداخله کننده مانند عنصر ضد ضربه انفجار در اثر احتراق ( سرب ) و فسفرهای افزوده در روغن ها باعث بسته شدن سایت فعال در کانورتورها و در نتیجه جلوگیری از تاثیر مواد شیمیایی فعال در کانورتور می شود به این عمل سمی شدن مواد شیمیایی در کنورتور گفته می شود که این عمل در مورد بنزین های بدون سرب در طولانی مدت نیز ممکن است اتفاق بیفتد .

مبدل های کاتالیست باید با کمترین حرارت مواد فعال آنها نسبت به منواکسید کربن ها و هیدروکربت ها فعال شوند که این مدت باید زیر یک دقیقه و حتی در حدود 30 ثانیه باشد و این مهم با قرار دادن کونوتو در نزدیکترین محل به مانیفولد موتور بدست می آید .

اگر چه نزدیکی زیاد بهلوله چند راهه اگزوز باعث می شود که گازهای اگزوز ( در شرایط خاص) و حرارت آنها از درجه مناسب بالاتر رود و بدین ترتیب به فلز اصلی و لایه های فعال کانورتور زیان رسانده و در نتیجه عمر مفید کانورتور را پایین بیاورد باید در شرایط نسبی استاکیومتری نسبت سوخت به هوای ، خوب کار بکند .

تولید اکسید های نیتروژن نسبت زیادی با بار موتور بخصوص ترکیب سوخت و هوای آن بخصوص اگر این نسبت در حدپائین استاکیومتری باشد دارد و این نکته اهمیت ترکیب سوخت و هوارا بخصوص نزدیکی آن به نقطه ایده آل استوکیومتری می رساند چون در این حالت تصاعد گازهای مضر به حداقل می رسد .

به دلیل آنکه ECU خودروها با وجود کاتالیست کالیبره می­ شود، هر گونه تغییر در کاتالیست و یا حذف آن، اگر چه ممکن است در ابتدا موجبات شتاب بیشتر خودرو را فراهم سازد اما در نهایت منجر به کارکرد نامناسب موتور و افزایش مصرف سوخت خواهد گردید.

علاوه بر این از کاربراتور یا انژکتور در موتور انتظار می­ رود سوخت و هوا را به نسبت درستی مخلوط کند. هرگونه خطا در عملکرد کاربراتور یا انژکتور می­ تواند به طور مستقیم بر استوکیومتری واکنش در سیلندرها تأثیر گذاشته و در نتیجه سبب افزایش میزان آلاینده­ ها گردد.

مواد موجود در سوخت نیز می­ تواند به طور مستقیم بر روی میزان آلاینده­ ها و عملکرد کاتالیست تأثیر گذار باشد. به عنوان مثال گوگرد موجب مسمومیت پایدار در کاتالیست می گردد، بدین صورت که با واکنش با سطح فعال کاتالیست، مانع ایجاد واکنش تصفیه شده و کاتالیست را از کار می اندازد.

با توجه به استانداردهای اروپا (98/69/EC و 8/2002/EC) غلظت گوگرد و سرب برای سوخت بنزین مطابق جدول زیر می باشد:

برای ثبت آگهی رایگان به سایت شهر 24 مراجعه کنید.

مبدل کاتالیست (کاتالیزور) خودرو(پارت 2)

عمر این قطعه با انسداد منافذ اسفنجی 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 آنها می شود. علاوه بر آن، بدسوزی موتور به دلیل خرابی شمع ها، وایرها و انژکتورها نیز می تواند سوخت نسوخته را وارد این قطعه نموده، عمر آن را کاهش دهد. عمر مفید واکنشگر های کاتالیستی خودروها در حدود80،000 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 می 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 ایساکو نسبت به برداشتن کاتالیست اگزوز خودرو

نظر به برخی محدودیت‌ها در بازار و با توجه به برخی حساسیت‌ها بر روی این قطعه استراتژیک، ایساکو تمهیدات لازم برای تامین آن در شبکه نمایندگان را در نظر گرفته و در صورت تقاضا نیز در اختیار آنها قرار خواهد گرفت و هم اکنون قطعه کاتالیست کانورتور در اکثر نمایندگی‌های مجاز شرکت خدمات پس از فروش ایران خودرو(ایساکو)، قابل تهیه است.
این قطعه در برخی موارد و بنا به مشاوره غیر صحیح برخی تعمیرکاران خودرو به مشتریان از سوی آنها برداشته می‌شود، این در حالی است که این کار علاوه بر معایبی که در بلندمدت برای خودرو به وجود می‌آورد، برای محیط زیست نیز مضرات زیادی به همراه خواهد داشت که با توجه به وضعیت کنونی هوای تهران، این مساله اهمیت بیشتری می‌یابد.
البته احتمال می‌رود با توجه به موضوع هدفمندی یارانه‌ها این موضوع اهمیت بیشتری یابد؛ چرا که بودن این قطعه بر روی اگزوز موجب کمتر شدن مصرف سوخت می‌شود.
البته مشتریان باید بدانند که متوسط عمر این قطعه چیزی حدود چهار سال است و پس از مدت زمان یاد شده باید قطعه مورد نظر تعویض شود.

همانطور که می دانید همه خودرو های دارای موتور احتراقی دارای قطعه ای به نام اگزوز هستند. اگزوز نقش خارج کننده دود حاصل از فرایندهای 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 ویژگیهای 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 سانتیگراد در قسمت اول تعبیه می گردد و بخشهای 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 مسیر گازهای خروجی اگزوز قرار می گیرد و باعث تبدیل سه گاز سمی و آلوده کننده شامل منواکسیدکربن ، هیدروکربن های حاصل از احتراق ناقص و اکسید نیتروژن به گازهای غیرسمی بخار آب، نیتروژن و دی اکسید کربن می گردد. واکنشگر کاتالیستی خودرو دارای یک حسگر اکسیژن است که تنظیم کننده نسبت هوا به سوخت برای احتراق کامل در موتور می باشد.

برای ثبت آگهی رایگان به سایت شهر 24 مراجعه کنید