Comment fonctionne un convertisseur catalytique automobile?

Lors du fonctionnement du moteur à combustion interne, des gaz d'échappement sont émis dans l'atmosphère, qui sont non seulement l'une des principales causes de pollution de l'air, mais aussi l'une des causes de nombreuses maladies.

Ces gaz, qui proviennent des systèmes d'échappement des véhicules, sont constitués d'éléments extrêmement nocifs, c'est pourquoi les voitures modernes sont équipées d'un système d'échappement spécial, dans lequel un catalyseur est nécessairement présent.

Le convertisseur catalytique détruit les molécules nocives de gaz d'échappement et les rend aussi sûres que possible pour les personnes et l'environnement.

Qu'est-ce qu'un catalyseur?

Le convertisseur catalytique est un type d'appareil dont la tâche principale est de réduire les émissions nocives des gaz d'échappement des moteurs automobiles. Le dispositif catalyseur est simple. Il s'agit d'un réservoir métallique qui est installé dans le système d'échappement d'une voiture.

Il y a deux tuyaux dans le réservoir. L '«entrée» du convertisseur est connectée au moteur, et les gaz d'échappement le traversent, et la «sortie» est connectée au résonateur du système d'échappement de la voiture.

Lorsque les gaz d'échappement du moteur pénètrent dans le catalyseur, des réactions chimiques s'y produisent. Ils détruisent les gaz nocifs et les transforment en gaz sûrs qui peuvent être rejetés dans l'environnement.

De quels éléments se compose le pot catalytique?

Afin de rendre un peu plus clair le fonctionnement d'un pot catalytique automobile, considérons quels sont ses principaux éléments. Sans entrer dans les détails, nous ne listons que les principaux éléments dont il est construit.

Substrat

Le substrat est la structure interne du catalyseur sur laquelle le catalyseur et les métaux précieux sont déposés. Il existe plusieurs types de substrats. Leur principale différence est le matériau à partir duquel il est fabriqué. Il s'agit le plus souvent d'une substance inerte qui stabilise les particules actives à sa surface.

Покрытие

Le matériau catalytique actif est généralement constitué d'alumine et de composés tels que le cérium, le zirconium, le nickel, le baryum, le lanthane et autres. Le but du revêtement est d'étendre la surface physique du substrat et de servir de base sur laquelle les métaux précieux sont déposés.

Métaux précieux

Les métaux précieux présents dans le pot catalytique servent à réaliser une réaction catalytique extrêmement importante. Les métaux précieux couramment utilisés sont le platine, le palladium et le rhodium, mais ces dernières années, un grand nombre de fabricants ont commencé à utiliser l'or.

logement

Le boîtier est l'enveloppe extérieure du dispositif et contient le substrat et d'autres éléments du catalyseur. Le matériau à partir duquel le boîtier est généralement fabriqué est l'acier inoxydable.

Pipes

Des tuyaux relient le convertisseur catalytique du véhicule au système d'échappement et au moteur du véhicule. Ils sont en acier inoxydable.

Comment fonctionne un convertisseur catalytique automobile?

Pour que le moteur à combustion interne fonctionne, il est important qu'un processus de combustion stable du mélange air-carburant se produise dans ses cylindres. Au cours de ce processus, des gaz nocifs se forment, tels que le monoxyde de carbone, les oxydes d'azote, les hydrocarbures et autres.

Si la voiture n'a pas de pot catalytique, tous ces gaz extrêmement nocifs, après avoir été libérés dans le collecteur d'échappement par le moteur, passeront par le système d'échappement et entreront directement dans l'air que nous respirons.

Si le véhicule est équipé d'un convertisseur catalytique, les gaz d'échappement passeront du moteur au silencieux à travers le nid d'abeilles du substrat et réagiront avec les métaux précieux. À la suite d'une réaction chimique, les substances nocives sont neutralisées et seul un échappement inoffensif, composé principalement de dioxyde de carbone, pénètre dans l'environnement par le système d'échappement.

Nous savons, grâce aux cours de chimie, qu'un catalyseur est une substance qui provoque ou accélère une réaction chimique sans l'affecter. Les catalyseurs participent aux réactions mais ne sont ni des réactifs ni des produits d'une réaction catalytique.

Il y a deux étapes par lesquelles les gaz nocifs passent dans le catalyseur: la réduction et l'oxydation. Comment ça fonctionne?

Lorsque la température de fonctionnement du catalyseur atteint de 500 à 1200 degrés Fahrenheit ou 250-300 degrés Celsius, deux choses se produisent: la réduction et immédiatement après la réaction d'oxydation. Cela semble un peu compliqué, mais en fait cela signifie que les molécules d'une substance perdent et obtiennent simultanément des électrons, c'est pourquoi leur structure change.

La réduction (absorption d'oxygène) qui se produit dans le catalyseur vise à convertir l'oxyde nitrique en un gaz respectueux de l'environnement.

Comment fonctionne le catalyseur automobile en phase de récupération?

Lorsque l'oxyde nitreux des gaz d'échappement de la voiture pénètre dans le catalyseur, le platine et le rhodium qui s'y trouvent commencent à affecter la décomposition des molécules d'oxyde nitrique, transformant les gaz nocifs en totalement inoffensifs.

Que se passe-t-il au stade de l'oxydation?

La deuxième étape, qui a lieu dans le catalyseur, est appelée la réaction d'oxydation, dans laquelle les hydrocarbures non brûlés sont convertis en dioxyde de carbone et en eau par mélange avec de l'oxygène (oxydation).

Les réactions qui se produisent dans le catalyseur modifient la composition chimique des gaz d'échappement, changeant la structure de l'atome dont ils sont composés. Lorsque des molécules de gaz nocifs passent du moteur au catalyseur, il les sépare en atomes. Les atomes, à leur tour, se recombinent en molécules en substances relativement inoffensives telles que le dioxyde de carbone, l'azote et l'eau, et sont libérés dans l'environnement par un système d'échappement.

Les principaux types de convertisseurs catalytiques utilisés dans les moteurs à essence sont deux: à deux voies et à trois voies.

Double face

Le catalyseur à double paroi (double face) remplit simultanément deux fonctions: oxyde le monoxyde de carbone en dioxyde de carbone et oxyde les hydrocarbures (carburant non brûlé ou partiellement brûlé) en dioxyde de carbone et en eau.

Ce type de catalyseur automobile a été utilisé dans les moteurs diesel et à essence pour réduire les émissions nocives d'hydrocarbures et de monoxyde de carbone jusqu'en 1981, mais comme il ne pouvait pas convertir les oxydes d'azote, après 81 ans, il a été remplacé par des catalyseurs à trois voies.

Catalyseur redox à trois voies

Il s'est avéré que ce type de catalyseur automobile a été introduit en 1981 et est aujourd'hui installé sur toutes les voitures modernes. Le catalyseur à trois voies effectue trois tâches simultanément:

• restaure l'oxyde nitrique en azote et en oxygène;
• oxyde le monoxyde de carbone en dioxyde de carbone;
• oxyde les hydrocarbures non brûlés en dioxyde de carbone et en eau.

Étant donné que ce type de convertisseur catalytique effectue à la fois les étapes de réduction et d'oxydation de la catalyse, il remplit sa tâche avec une efficacité allant jusqu'à 98 %. Cela signifie que si votre voiture est équipée d'un tel convertisseur catalytique, elle ne polluera pas l'environnement avec des émissions nocives.

Types de catalyseurs dans les moteurs diesel

Pour les véhicules diesel, jusqu'à récemment, l'un des convertisseurs catalytiques les plus couramment utilisés était le catalyseur d'oxydation diesel (DOC). Ce catalyseur utilise de l'oxygène dans le flux d'échappement pour convertir le monoxyde de carbone en dioxyde de carbone et les hydrocarbures en eau et en dioxyde de carbone. Malheureusement, ce type de catalyseur n'est efficace qu'à 90%, et il parvient à éliminer l'odeur du diesel et à réduire les particules visibles, mais il n'est pas efficace pour réduire les émissions de NO x.

Les moteurs diesel émettent des gaz qui contiennent un niveau relativement élevé de particules (suie), qui se compose principalement de carbone élémentaire, que les catalyseurs DOC ne peuvent pas gérer, de sorte que les particules doivent être éliminées à l'aide de filtres dits particulaires (DPF).

Comment les catalyseurs sont-ils entretenus?

Pour éviter les problèmes avec le catalyseur, il est important de savoir que:

• La durée de vie moyenne du catalyseur est d'environ 160000 XNUMX km. Après avoir parcouru cette distance, vous devez penser à remplacer le convertisseur.
• Si le véhicule est équipé d'un convertisseur catalytique, vous ne devez pas utiliser de carburant au plomb, car cela réduit l'efficacité du catalyseur. Le seul carburant approprié dans ce cas est le sans plomb.

Sans aucun doute, les avantages environnementaux et sanitaires de ces appareils sont énormes, mais en plus de leurs avantages, ils ont aussi leurs inconvénients.

L'un de leurs plus gros inconvénients est qu'ils ne fonctionnent qu'à des températures élevées. En d'autres termes, lorsque vous démarrez la voiture, le catalyseur ne fait presque rien pour réduire les émissions d'échappement.

Il ne commence à fonctionner efficacement qu'après que les gaz d'échappement ont été chauffés à 250-300 degrés Celsius. C'est pourquoi certains constructeurs automobiles ont pris des mesures pour résoudre ce problème en rapprochant le catalyseur du moteur, ce qui, d'une part, améliore les performances de l'appareil, mais raccourcit sa durée de vie, car sa proximité avec le moteur l'expose à des températures très élevées.

Ces dernières années, il a été décidé de placer le pot catalytique sous le siège passager à une distance qui lui permettra de travailler plus efficacement sans être exposé à des températures élevées du moteur.

D'autres inconvénients des catalyseurs sont le colmatage fréquent et la combustion du gâteau. L'épuisement se produit généralement en raison de l'entrée de carburant non brûlé dans le système d'échappement qui s'enflamme dans l'alimentation du convertisseur catalytique. Le colmatage se produit le plus souvent en raison d'une essence mauvaise ou inadaptée, de l'usure normale, du style de conduite, etc.

Ce sont des défauts très mineurs parmi les énormes avantages que nous tirons de l'utilisation de catalyseurs automobiles. Grâce à ces appareils, les émissions nocives des automobiles sont limitées.

Certains critiques affirment que le dioxyde de carbone est également une émission nocive. Ils croient qu'un catalyseur n'est pas nécessaire dans une voiture, car de telles émissions augmentent l'effet de serre. En effet, si une voiture n'a pas de pot catalytique et émet du monoxyde de carbone dans l'air, cet oxyde se transformera lui-même en dioxyde de carbone dans l'atmosphère.

Qui a inventé le catalyseur?

Bien que les catalyseurs ne soient apparus massivement qu'à la fin des années 1970, leur histoire a commencé beaucoup plus tôt.

Le père du catalyseur est considéré comme l'ingénieur chimiste français Eugène Goudry, qui en 1954 a breveté son invention sous le nom de "Exhaust Catalytic Converter".

Avant cette invention, Goodry a inventé le craquage catalytique, dans lequel de grands produits chimiques organiques complexes sont séparés en produits inoffensifs. Il a ensuite expérimenté différents types de carburant, son objectif était de le rendre plus propre.

L'utilisation réelle de catalyseurs dans les automobiles a eu lieu au milieu des années 1970, lorsque des règles de contrôle des émissions plus strictes ont été introduites, exigeant l'élimination du plomb des gaz d'échappement en raison de l'essence de mauvaise qualité.

Questions et réponses

Comment vérifier la présence d'un catalyseur sur une voiture ? Pour ce faire, il suffit de regarder sous la voiture. En plus du silencieux principal et du petit silencieux (le résonateur qui se trouve devant le système d'échappement), le catalyseur est une autre ampoule.

Où est le catalyseur dans la voiture ? Le catalyseur devant fonctionner dans des conditions de température élevée, il est situé le plus près possible du collecteur d'échappement. Il est devant le résonateur.

Qu'est-ce qu'un catalyseur dans une voiture ? Il s'agit d'un convertisseur catalytique - une ampoule supplémentaire dans le système d'échappement. Il est rempli de matériau céramique, dont le nid d'abeilles est recouvert de métal précieux.