Was genau ist ein Katalysator und warum muss er in einem bestimmten Bereich arbeiten?

All dies kommt von: http://auto.howstuffworks.com/catalytic-converter2.htm

Ok, jedes davon in der richtigen Reihenfolge angreifen:

Was genau ist ein Katalysator?

Es ist ein Gerät im Abgasweg Ihres Autos, das unerwünschte Gase aus dem Abgasstrom entfernt.

Wie funktioniert es?

In der Chemie beschleunigt ein Katalysator eine chemische Reaktion, ohne tatsächlich daran teilzunehmen. Bei dem in Ihrem Auto ist der Katalysator Platin, Rhodium, Palladium und heute sogar Gold. Es gibt zwei Arten von Katalysatoren in Ihrem Auto, Reduktions- und Oxidationskatalysatoren. Die allgemeine Idee ist, dass Sie eine im Abgasstrom geparkte Box erstellen, die so viel Oberfläche des Katalysators wie möglich freilegt, während die Menge des Katalysators klein gehalten wird, da sie sehr teuer sind. Heute verwenden sie Gold in einigen, weil es weniger teuer ist als die anderen.

Der Reduktionskatalysator ist die erste Stufe des Konverters und wird verwendet, um NO- oder NO ₂ -Moleküle aus dem Gasstrom auszuwaschen. Wenn diese Moleküle auf den Katalysator treffen, werden sie in N und O ₂ umgewandelt . N und O ₂ sind gutartig, NO und NO ₂ nicht so sehr.

Die zweite Stufe dient dazu, die Emissionen von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid zu reduzieren, indem sie auf dem oben gezeigten Katalysatorwabensieb verbrannt werden.

Was ist ihr Zweck an einem Auto?

Siehe oben. Sie entfernen unerwünschte giftige Gase aus dem Abgasstrom.

Sind sie notwendig (dh haben alle Autos sie)?

In den USA musste mindestens jedes Auto nach 1975 einen haben. Sie können hier kein Auto registrieren, wenn es entfernt wurde.

Warum muss es innerhalb eines bestimmten chemischen Bereichs arbeiten?

Warum die Chemie nur in einem schmalen Band des Kraftstoff-Luft-Gemisches funktioniert, habe ich keine Ahnung.

Eine Sache noch, und ich denke, Sie haben diese Idee von mir, also entschuldige ich mich dafür, dass ich es nicht klar ausgedrückt habe. Es ist nicht so, dass der Konverter übermäßige Wärme verursacht, wenn er außerhalb seines chemischen Auslegungsbereichs betrieben wird. Wenn der Motor zu mager läuft, ist es der magere Lauf, der die Wärme verursacht, nicht der Wandler.

Ein Katalysator enthält eine Struktur, die mit Edelmetallen beschichtet ist. Als Katalysatoren zum ersten Mal herauskamen, bestand diese Struktur aus Keramikkugeln, die mit Metallen beschichtet waren. Das funktionierte nicht so gut und die Struktur wurde entweder in eine Wabe oder einen Monolith geändert, beides aus Keramik. Die Rohre der Wabe verlaufen über die Länge des Konverters. Ein Monolith ist ähnlich wie die Wabe, aber statt der Sechsecke quadratisch.

Die vier Metalle in einem Katalysator sind Platin, Rhodium, Palladium und Cer. Diese Metalle reagieren mit den vier störenden Schadstoffen, wenn die Temperatur des Konverters ausreichend hoch ist. Der Ausdruck „der Konverter brennt ab“ bezieht sich auf die Temperatur, die ausreichend hoch ist, um die chemische Reaktion zu starten.

Die störenden Emissionen sind Stickoxide (NOx), Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenmonoxid (CO). Diese Schadstoffe werden unter verschiedenen Bedingungen abgebaut. CO und HC werden abgebaut, wenn das Kraftstoffgemisch mager ist. Das magere Gemisch enthält mehr Sauerstoff und dieser überschüssige Sauerstoff wird verwendet, um das CO zu CO2 zu oxidieren und das HC in CO2 und H2O aufzuspalten. NOx wird während eines fetten Gemischs abgebaut, wenn sehr wenig Sauerstoff vorhanden ist. NOx wird in N2 und O2 unter Freisetzung von Sauerstoff zerlegt. Diese Prozesse im Konverter werden durch Platin, Rhodium und Palladium vorgeformt.

Das Cer im Konverter dient als Sauerstoffspeicher. Bei magerem Gemisch speichert das Cer Sauerstoff. Wenn die Mischung fett ist, setzt das Cer den Sauerstoff frei, um die Umwandlung der Schadstoffe zu unterstützen, die Sauerstoff benötigen.

Da die Bedingungen, die die Schadstoffe abbauen, einander entgegengesetzt sind, muss das Auto kontinuierlich von mager zu fett und wieder zurück schalten, um alle Emissionen richtig umzuwandeln. Dies führt dazu, dass das Fahrzeug in einem engen Band um die Stöchiometrie oder 14,7: 1 arbeitet und darüber hin und her rast.

Diese Emissionen sind schlecht für Sie (es gibt viele Informationen auf Google). Sie werden durch den Katalysator in unschädliche Dinge umgewandelt.

In den USA benötigen alle Straßenfahrzeuge einen Katalysator. Die Ausnahmen sind sehr alte Autos, Autos über 10.000 Pfund, Dieselfahrzeuge (sie haben etwas anderes), es gibt andere, aber diese sind am häufigsten.

• Warum muss es innerhalb eines bestimmten chemischen Bereichs arbeiten?

Das Katalysatoreinsatzgas des Benzinmotors (Abgase) muss in einem sehr kleinen Fenster des Kraftstoffgemisches verbleiben, da die chemischen Reaktionen, die NOx reduzieren und Kohlenwasserstoffe oxidieren, gemischabhängig sind und sich gegenseitig ausschließen. NOx kann nur in einer brennstoffreichen Umgebung reduziert werden und HC kann nur in einer mageren Umgebung mit verfügbarem Sauerstoff oxidiert werden.

Die wichtigsten Grundgleichungen für die HC-Oxidation sind:

H2 + 0,5O2 -> H2O (i)

CO + 0,5 O2 -> CO2 (ii)

C3H6 + 4,5O2 -> 3CO2 + 3H2O (iii)

C3H8 + 5O2 -> 3CO2 + 4H2O (iv)

Die wichtigsten maßgebenden Gleichungen für die NOx-Reduktion sind:

H2 + NO -> H2O + 0,5N2 (v)

CO + NO -> CO2 + 0,5 N2 (vi)

C3H6 + 9NO -> 3CO2 + 3H2O + 4,5N2 (vii)

C3H8 + 10NO -> 3CO2 + 4H2O + 5N2 (viii)

Die Cerium-Reaktion: Ce2O3 + 0,5O2 -> 2CeO2 (ix)

Das einzige Kraftstoffgemisch, das die Anforderungen beider Reaktionssätze erfüllt, ist ein Gemisch, das sehr nahe an der Stöchiometrie liegt. Der Katalysator wird etwa 80 % des zugeführten NOx und HC reduzieren, solange das Gemisch innerhalb dieses sehr kleinen Fensters des Kraftstoffgemisches gehalten wird, das Betriebsfenster ist das AFR von 14,55 bis 14,69. (Lambda 0,995 bis 1,005). Das ist eine Mischung, die um mehr als ½ von 1 Prozent von der Stöchiometrie abweicht.

Eine Grafik, die dieses Konzept darstellt.

Ein häufiges Missverständnis ist, dass das Gemisch von fett nach mager wechseln muss, damit die Reaktionen abgeschlossen sind. Das ist nicht wahr; Es muss im Fenster bleiben. In älteren Systemen war es erforderlich, das Gemisch zu zirkulieren, um es im Fenster zu halten, da ein Schmalband-Sauerstoffsensor nur ein stöchiometrisches Gemisch meldet. Breitbandsensoren zirkulieren das Gemisch nicht; Sie halten das Gemisch in einem noch kleineren Fenster konstant, was die Schadstoffumwandlung auf Raten über den 80 % verbessert, die mit dem Schmalband-Zyklussystem erreichbar waren.

Die kurze Antwort.

Es ist ein Teil Ihres Auspuffs, der hilft, Abgase zu reinigen. Es hat normalerweise einen Sensor direkt dahinter (oder darin), der überwacht, wie es geht. Ich denke, bei neueren Autos kann es mit dem Luft-Gas-Gemisch helfen, wenn Ihr Auto mager oder fett läuft.

Sie brauchen es nicht unbedingt, aber wenn Sie es entfernen, sollten Sie zumindest ein normales Auspuffrohr an seine Stelle setzen. Es hilft bei Lärm und Gegendruck.