عوامل و نشانه های خرابی کاتالیزور خودرو

کاتالیزور خودرو چیست و چه نقشی دارد؟

کاتالیزور خودرو یکی از قطعات مهم ماشین است که مانع از انتشار گازهای آلاینده خروجی از موتور می شود. برای آشنایی بیشتر با کاربرد کاتالیزور خودرو پیشنهاد می شود این مطلب را مطالعه نمایید.

استفاده از کاتالیزور خودرو یا مبدل کاتالیزوری به دلیل قوانین و مقررات بین المللی جهت حفظ هوای پاک و محیط زیست ایجاد شده و رعایت آن اجباری است. برای دانستن کاربرد کاتالیزور خودرو و آشنایی با این قطعه در ادامه همراه ما باشید.

مزایا و کاربرد کاتالیزور خودرو

فهرست مطالب

مبدل کاتالیزوری یا کاتالیزور خودرو یکی از قطعات مهم در ماشین است که وظیفه آن کنترل انتشار گازهای اگزوزی می باشد. این قطعه واکنش اکسیداسیون و کاهش گازهای سمی و آلاینده های موجود در گازهای خروجی از یک موتور احتراق داخلی را به آلاینده های با سمیت کمتر تبدیل می نماید.
به طور معمول کاتالیزور خودرو برای موتورهای احتراق داخلی که توسط بنزین و گازوئیل عمل می کنند، به کار گرفته می شوند. مبدل کاتالیزوری سبب شده تا از شدت سمیت و آلایندگی گازهای خروجی موتور تا حدود زیادی کاسته شده و دودی که از اگزوز خودرو بیرون می آید، به محیط زیست صدمه کمتری وارد کند.

ماشین هایی که با گازوئیل یا بنزین کار می کنند و موتور آن ها احتراق داخلی بوده از این قطعه استفاده می نمایند. از مبدل کاتالیزوری یه جز سیستم اگزوز ماشین در موتور سیکلت، کشتی، اتوبوس، کامیون، لیفتراک، تجهیزات معدن، لوکوموتیو و … نیز به کار می رود. حتی در بعضی اجاق های چوبی جهت کنترل میزان انتشار گازهای سمی هم به کار گرفته می شوند.

استفاده گسترده از این قطعه به علت قوانین و مقررات بین المللی در راستای حفظ هوای پاک و محیط زیست ایجاد شده از این رو رعایت آن از سوی خودروسازان اجباری می باشد. در ادامه بیشتر با قطعه کاتالیزور خودرو و کاربرد و مزایای آن آشنا خواهید شد.

کاتالیزور به عنوان ماده ی افزایش دهنده سرعت رسیدن به تعادل در یک واکنش تعریف می شود. این ماده که بدون ایجاد تغییر در خود، سبب افزایش سرعت یک واکنش می شود، می تواند از لحاظ صرفه اقتصادی اهمیت زیادی داشته باشد. چرا که با افزایش میزان بازدهی و بهبود عملکرد یک واکنش، موجب کاهش هزینه های خواهد شد.

کاتالیزور خوب بایستی فعالیت بالایی داشته و مساحت سطح آن زیاد باشد. در کاتالیزورهای مرغوب، گرمای جذب سطحی متوسط است و میزان مقاومت مکانیکی بالا می باشد. از ویژگی های این نوع کاتالیزور، عدم پودر شدن، عدم ساییدگی و عملکرد خوب در دماهای عملیاتی است. در ضمن این مولکول ها بایستی عمر مفید بالایی داشته و محصول جانبی کمتری تولید کنند.

صنعت خودروسازی امریکا، اولین بار از کاتالیزور در تولیدات خود بهره برد و در سال ۱۹۷۵ با تصویب قانون حفاظت از محیط زیست با منع انتشار آلاینده ها، روی اکثر خودروهای بنزینی اش، کاتالیست خودرو نصب شد. این مبدل، اکسیژن را با هیدروکربن های خام و مونواکسید کربن ترکیب کرده و در طول یک واکنش شیمیایی آن ها را به آب و دی اکسید کربن تبدیل می کند.

نحوه عملکرد کاتالیزور خودرو

بعد از روشن شدن خودرو، موتور آن شروع به کار کرده و در این هنگام گازهای آلاینده تولید می شوند که اگر این گازها به صورت مستقیم به هوار وارد شوند، اثرات مخرب و جبران ناپذیری بر سلامت و محیط زیست بر جای می گذارند. ولی کاتالیزور خودرو با برخورداری از ساختاری شبیه لانه زنبور از جنس رودیوم، پلاتین یا پالادیوم مانع از این کار می شود.

کاتالیزور در دمای بیشتر از ۸۰۰ درجه فارنهایت آغاز به کار نموده و توسط یک واکنش شیمیایی، گازهای سمی را به دی اکسید کربن، بخار آب و اکسیژن که عناصر ایمن تری می باشند، تبدیل می کند. به این ترتیب آنچه از اگزوز بیرون می آید، نتیجه واکنش های شیمایی است که در کاتالیست خودرو روی داده است.

ساختار مواد تشکیل دهنده کاتالیزور خودرو

کاتالیزور خودرو از مواد مختلفی تشکیل شده است. بستر یا هسته کاتالیزور با توجه به وسیله نقلیه متفاوت می باشد. مثلا در خودروها به طور معمول یک مونولیت سرامیکی بوده که ساختاری لانه زنبوری دارد. هسته های سرامیکی عمر بالایی داشته و در صورت تیراژ تولید بالا، می توانند قیمت مقرون به صرفه ای داشته باشند.

نوع دیگری از هسته کاتالیزور، جنس فلزی داشته که نسبت به هسته سرامیکی عمر کوتاه تری دارد ولی ارزان تر است. فویل های فلزی یکدست که از ترکیب کروم، آهن و آلومینیوم ساخته شده اند، در بعضی کاربردها مورد استفاده واقع می شوند. هسته های فلزی در صورت تولید جهت استفاده در مسیرهای کوتاه دارای قیمت پایین تری هستند.

همانند خودروهای ورزشی که در آن ها فشار کمتر و قابلیت اطمینان تحت بار ثابت و بالا الزامی است. هر دو این مواد برای تهیه سطح وسیعی جهت پشتیبانی از روکش کف کاتالیست طراحی شده اند. ضمنا کاتالیست ها یک روکش قابل شستشو دارند که سبب پراکندگی مواد سطح آن شده و حامل مواد کاتالیزوری است.
این روکش از موادی نظیر دی اکسید سیلیکون، دی اکسید تیتانیوم، اکسید آلومینیوم، یا ترکیبی از آلومینا و سیلیس تشکیل شده است. مواد روکش جهت افزایش سطح ساختمانی نامنظم و ناهموار دارند و سبب به حداکثر رسیدن واکنش کاتالیزور خودرو می شوند.

به طور خلاصه کاتالیزور خودرو از سه بخش اصلی تشکیل شده است که عبارتند از :

هسته کاتالیست: این بخش بستری از جنس سرامیک مونولیت بوده که بیشتر اوقات ساختار لانه زنبوری داشته و در مرکز کاتالیزور قرار دارد.
ماده کاتالیست: این بخش از فلزاتی مانند رادیوم، پالادیوم، طلا، پلاتین، کادمیوم یا ترکیبی از این مواد تشکیل شده است. استفاده از این فلزات باارزش سبب افزایش قیمت کاتالیست اگزوز می شود که اهمیت حفظ و نگهداری آن را برای عمر بیشتر نشان می دهد.
لایه اکسیدی: این لایه از اکسید آلومینیوم، دی اکسیدن تیتانیوم، سیلیکا یا آلومینا ساخته شده است که وظیفه اش نگهداری و محافظت از ماده کاتالیست می باشد.

انواع کاتالیست خودرو و کاربرد آن ها

همانطور که پیشتر اشاره شد هر کاتالیزور خودرو به عنوان مبدل کاتالیستی نیز ذکر می شود که از سه بخش هسته، ماده کاتالیست و لایه اکسیدی تشکیل شده است. شکل و فاز کاتالیست ها در یک واکنش شیمیایی می تواند به شکل هم فاز با مواد واکنش دهنده یا در اختلاف فازی با آن ها باشد.
بر این اساس، مبدل کاتالیستی به دو دسته همگن و ناهمگن دسته بندی شده که کاتالیست های همگن در فاز مشترک با مواد واکنش دهنده بوده و نوع ناهمگن در فازی متفاوت با مواد واکنش دهنده می باشند. اجرای واکنش در نوع ناهمگن در سطح آن صورت می گیرد.

از لحاظ کاربرد کاتالیزور خودرو به سه دسته اصلی زیر تقسیم می شود:

۱. مبدل اکسیداسیون دوگانه

این مبدل دو وظیفه همزمان اکسیداسیون مونو اکسید کربن به دی اکسید کربن و اکسیداسیون هیدروکربن ها به دی اکسید کربن و آب را بر عهده دارد. این کاتالیزور به صورت گسترده در موتورهای دیزلی استفاده شده و کاربرد آن کاهش انتشار هیدروکربن و مونواکسید کربن است. با این وجود به علت عدم توانایی در کنترل اکسیدهای ازت دیگر در کانادا و ایالات متحده مورد استفاده قرار نمی گیرد.

۲. مبدل اکسیداسیون سه گانه

ابزار اکسیداسیون کاهش سه گانه در سامانه های کنترل میزان انتشار گاز وسایل نقلیه در اکثر مناطق دنیا از جمله کانادا و ایالات متحده مورد استفاده واقع می شود. مقررات دشوار در مورد آلاینده های خودرو استفاده از مبدل سه گانه در خودروهای بنزینی را تقریبا اجباری نموده است. این نوع کاتالیزور یکی از مهمترین اختراعات تاریخ خودرو شناخته شده و کاربرد آن سه گانه می باشد.

به این معنی که همزمان سه کار کاهش اکسیدهای نیتروژن به نیتروژن و اکسیژن، اکسیداسیون هیدروکربن های نسوخته به دی اکسید کربن و آب و اکسیداسیون مونوکسید کربن به دی اکسید کربن را انجام می دهد. قابل ذکر است استفاده از کاتالیزور سه گانه متداول تر بوده زیرا کنترل بیشتری بر کاهش میزان گازهای آلاینده دارد.

۳. مبدل اکسیداسیون دیزل

کاربرد این کاتالیزور خودرو معمولا برای احتراق فشاری مانند موتورهای دیزلی می باشد. این سیستم از اکسیژن موجود در جریان گازهای خروجی جهت تبدیل مونواکسید کربن به دی اکسید کربن و هیدروکربن ها به دی اکسید کربن و آب استفاده می نماید. این نوع مبدل کاتالیستی با کارایی ۹۰ درصد کار می کند زیرا می تواند بوی گازوئیل را از بین برده و ذرات قابل مشاهده پراکنده شده را کاهش دهند.

محل نصب و طول عمر کاتالیزور خودرو

کاتالیزور خودرو برای کارایی خود به گرمای بسیار بالای ۸۰۰-۹۰۰ درجه سانتی گراد نیاز دارد ، بنابراین روی قسمتی از اگزوز تعبیه می شود که بیشترین گرما را تولید می کند. از سویی کاتالیزور به جذب گرما و کاهش دمای موتور خودرو هم کمک می کند. به این دلیل کاتالیزور در بخش انتهایی اگزوز سمت خودرو نصب می شود که کنار خروجی منیفولد دود جای گرفته و با توجه به دمای بسیار بالا در این بخش، بهترین عملکرد را دارد.

در رابطه با طول عمر مبدل های کاتالیزوری باید اشاره کرد که محدود بوده زیرا بخش اسفنجی استفاده شده در داخل کاتالیست به مرور زمان خاصیتش را از دست می دهد. از این رو فرایند تبدیل گاز سمی به غیر سمی با اختلال روبرو شده و به تعویض نیاز پیدا می کند.
طول عمر مفید کاتالیزور خودرو به نوع سوخت مورد استفاده در ماشین به علت تولید حجم های مختلفی از آلاینده ها بستگی دارد. و خریدار کاتالیست خودرو باید به این موضوع دقت داشته و در زمان مناسب به تعویض آن اقدام کند.

گزارش شده که استفاده از مبدل کاتالیستی می تواند حدود ۹۰ درصد سبب بی تاثیر شدن گازهای سمی و آلاینده خارج شده از اگزوز ماشین ها شود. هیدروکربن های ایجاد شده در اثر سوختن ناقص در موتورها توسط کاتالیزور به آب و دی اکسید کربن تبدیل می شوند. به بیان دیگر کاربرد کاتالیزورها کاهش آلودگی های گازهای خارج شده از اگزوز می باشد که در صورت حذف آن ها، هوا بسیار آلوده می شود.
ولی با گذشت زمان و استفاده از این قطعه، باید نقص روی داده در آن برطرف شده یا حتی آن را با کاتالیزور نو جایگزین کرد. در حالت کلی عمر مفید کاتالیزورهای خودروهای بنزینی؛ ۸۰ هزار کیلومتر یا ۴ سال اعلام شده که بعد از رسیدن کارکرد ماشین ها به ۵۰-۶۰ هزار کیلومتر باید آن را با کاتالیست جدید جایگزین نمود.

شستشوی کاتالیزور خودرو

اخیرا محلولی جهت شستشوی این قطعات تولید شده که در مراکز معاینه فنی خودرو استفاده می شوند. با توجه به این که بیشتر افراد به دنبال روشی ارزان و مقرون به صرفه جهت رفع مشکلات کاتالیزورها هستند، شستشوی این قطعه بهترین روش برای شستن کاتالیست و سنسور اکسیژن می باشد. برای تمیز کردن کافی است که محلول را روی باک مخزن ذخیره کننده سوخت نصب شود. این محلول به کمک سنسور اکسیژن به پاکسازی کاتالیزور می پردازد.

معایب فقدان کاتالیزور خودرو

با توجه به مطالب ذکر شده علت استفاده از کاتالیزور در خودرو کاهش گازهای آلاینده خارج شده از ماشین می باشد. از این رو اگر این قطعه از خودرو حذف شود، میزان آلودگی ماشین به میزان ۳۰ برابر بیشتر می شود. همچنین این موضوع سبب افزایش صدای موتور و مصرف سوخت هم می شود.

در ضمن ممکن است با حذف کاتالیزور اندکی شتاب و توان خودرو افزایش یابد ولی به مرور زمان، موتور فرسوده شده و شتاب اولیه را نخواهد داشت. شایان ذکر است آلودگی های ایجاد شده توسط احتراق سوخت موتور مبتنی بر هیدروکربن است که توسط کاتالیزور به میزان زیادی کاسته می شود.

پژوهش ها نشان می دهد کاتالیست خودرو با کاهش ۶۲ درصدی اکسید نیتروژن، ۸۷ درصد هیدروکربن و ۸۵ درصد مونو اکسید کربن نقش زیادی در کاستن انتشار گازهای آلاینده هوا دارد. کاهش این گازها فرایند گرم شدن زمین را کند نموده و هرچه گازهای آلوده کمتری از اگزوز خارج شود، احتمال بارش باران اسیدی نیز کاهش پیدا می کند.