Катализатором в химии называется вещество, которое запускает или ускоряет химическую реакцию. При этом состав самого катализатора остается неизменным.
В автомобилестроении под словом «катализатор» понимают покрытую слоем благородных металлов платины и родия керамическую основу вместе с оболочкой, похожей на глушитель. Отформованная на проволочном каркасе керамическая основа катализатора пронизана несколькими тысячами параллельных каналов. На стенки каналов нанесен промежуточный слой, увеличивающий рабочую поверхность катализатора до размеров футбольного поля.
Здесь показан принцип действия трехкомпонетного катализатора: выхлопные газы с токсичными веществами (обозначены стрелкой) проходят через многочисленные каналы в керамической основе и вступают при этом в контакт с благородными металлами платиной и родием, обладающими каталитическим действием. Уравнение реакции описывает, каким образом благодаря окислению СО и НС превращаются в безвредные вещества. Оксид азота (NO) благодаря отделению кислорода (редукции) преобразуется в безвредные соединения.
Веществами, обладающими каталитическим действием, являются платина (5 частей) и родий (1 часть). В катализаторе этих благородных металлов содержится 2-3 г. Назначение платины — ускорять окисление, а родия — разлагать оксиды азота.
С помощью трехкомпонентного катализатора можно иметь дело с такими вредными веществами, как окись углерода, углеводороды и оксиды азота:
Окись углерода и углеводороды преобразуются путем окисления кислородом в безвредную двуокись углерода (СО2).
Для разложения оксидов азота требуется среда, которую кислород разрушает. Как видно из уравнения реакции на иллюстрации внизу страницы, этой средой может быть ядовитая окись углерода. При этом получается азот (N2) и опятьтаки СО2 — оба эти вещества не опасны.
В связи с катализатором часто встречаются следующие определения: если катализатор «однокорпус-ный», то это означает, что его керамическая основа заключена в закрытый корпус (с прокладкой из металлической ваты). «Двухкомпонентный» катализатор может справиться только с двумя видами токсических веществ, содержащихся в выхлопных газах, «трехкомпонентный» (устанавливаемый на «Ауди») — уже с тремя.
Условия работы катализатора
Катализатор работает с высоким к.п.д. лишь в строго определенных условиях. Так, должно быть точно выдержано содержание компонентов в рабочей смеси двигателя. Идеальным считается такой состав рабочей смеси, когда Х= 1. Главная трудность для обслуживающей катализатор техники состоит в том, чтобы выдержать это соотношение при любом режиме работы двигателя. Эту задачу выполняет лямбда-регулировка (см. следующий раздел).
Прежде чем катализатор сможет работать, он должен разогреться до температуры запуска, равной примерно 300″ С. До этой температуры он, как правило, разогревается через 25-80 секунд, однако при езде в городском цикле это может потребовать и целых три минуты. С другой стороны, катализатор чувствителен и к перегреву. Если температура в нем повышается свыше 900″ С, это приводит к преждевременному старению катализатора. При температуре, равной 1200″ С, он выходит из строя.
Для катализатора обязательно требуется неэтилированный бензин. Свинец быстро закупоривает поры на поверхности катализатора и прерывает контакт выхлопных газов с каталитическими веществами. Как показали опыты, уже после одной заправки этилированным топливом катализатор почти совершенно перестает нейтрализовать окись углерода. После 2-3 таких заправок прекращается нейтрализация и других токсичных веществ. Катализатор оказывается отравленным.