触媒コンバーターとは何ですか？なぜ特定の範囲内で動作する必要があるのですか？

ここで、触媒コンバーターは特定の「化学的範囲」内で動作する必要があると聞きました。そうしないと、不必要な熱が発生します。

• 触媒コンバーターとは何ですか？
• どのように機能しますか？
• 車での目的は何ですか？
• それらは必要ですか（つまり、すべての車にそれらがありますか）？
• 特定の化学範囲内で動作する必要があるのはなぜですか？

それは面白い見た目です。これは私がよく耳にするものの1つですが、それが何をするのかまだ本当に理解していません。

これらはすべて、http：//auto.howstuffworks.com/catalytic-converter2.htmからのものです。

OK、これらのそれぞれを順番に攻撃します。

触媒コンバーターとは何ですか？

車の排気経路にある装置で、排気流から不要なガスを除去します。

どのように機能しますか？

化学では、触媒は実際にそれに関与することなく化学反応を加速します。あなたの車にあるものの場合、触媒はプラチナ、ロジウム、パラジウム、そして今日でも金です。車には、還元触媒と酸化触媒の2種類の触媒があります。一般的な考え方は、触媒の量を非常に高価に抑えながら、できるだけ多くの触媒の表面積を露出させる排気流に駐車するボックスを作成することです。現在、金は他の金よりも安価であるため、金を使用しています。

還元触媒はコンバーターの第1段階であり、ガス流からNOまたはNO ₂分子を除去するために使用されます。それらの分子が触媒に当たると、それらはNとO _2に変換されます。NとO ₂は良性で、NOとNO ₂はそれほど多くありません。

2番目の段階は、上記の触媒ハニカムスクリーンで炭化水素と一酸化炭素を燃焼させることにより、それらの排出を削減することです。

車での目的は何ですか？

上記を参照。それらは、排気流から不要な有毒ガスを除去します。

それらは必要ですか（つまり、すべての車にそれらがありますか）？

米国では、少なくとも1975年以降のすべての車に1台の車が必要でした。削除された車はここで登録できません。

特定の化学範囲内で動作する必要があるのはなぜですか？

なぜ化学が燃料と空気の混合物の狭い帯域内でのみ機能するのかについては、私にはわかりません。

もう1つ。このアイデアは私から得たと思うので、はっきりしないことをおizeびします。コンバータが化学設計範囲外で動作するときに過剰な熱を発生させることはありません。エンジンがリーンになりすぎている場合、熱を発生させるのはコンバーターではなくランニングリーンです。

触媒コンバーターには、貴金属でコーティングされた構造が組み込まれています。触媒コンバーターが最初に登場したとき、その構造は金属でコーティングされたセラミックボールでした。これはあまりうまく機能せず、構造は蜂の巣かモノリス、どちらもセラミックに変更されました。ハニーコームのチューブはコンバーターの長さを走ります。モノリスは蜂の巣に似ていますが、六角形ではなく正方形です。

触媒コンバーターの4つの金属は、プラチナ、ロジウム、パラジウム、およびセリウムです。コンバーターの温度が十分に高い場合、これらの金属は4つの有害汚染物質と反応します。「コンバータが消灯」という表現は、化学反応を開始するのに十分に高い温度に達することを指します。

有害な排出物は、窒素酸化物（NOx）、炭化水素（HC）、および一酸化炭素（CO）です。これらの汚染物質は、さまざまな条件で分解されます。混合燃料が希薄になると、COとHCが分解されます。希薄混合物にはより多くの酸素が含まれており、その過剰な酸素を使用してCOをCO2に酸化し、HCをCO2とH2Oに分解します。酸素が非常に少ない場合、NOxは濃厚混合気中に分解されます。NOxはN2とO2に分解され、酸素を放出します。コンバーターでのこれらのプロセスは、プラチナ、ロジウム、およびパラジウムによって実行されます。

コンバーター内のセリウムは、酸素貯蔵装置として使用されます。混合物がリーンになると、セリウムは酸素を蓄積します。混合物が豊富な場合、セリウムは酸素を放出し、酸素を必要とする汚染物質の変換を助けます。

汚染物質を分解する条件は互いに反対であるため、車はすべての排出物を適切に変換するために、リーンからリッチへと前後に連続的に切り替える必要があります。これにより、車両は化学量論的または14.7：1前後の狭い帯域で動作し、前後に走ります。

これらの放出はあなたにとって悪いです（グーグルで多くの情報が利用可能です）。それらは、触媒コンバーターによって有害で​​はないものに変換されます。

米国では、すべての高速道路車両に触媒コンバーターが必要です。例外は非常に古い車、10,000ポンドを超える車、ディーゼル車（他にも何かあります）、他にもありますが、これらは最も一般的です。

•なぜ特定の化学的範囲内で動作する必要があるのですか？

NOxを減らし、炭化水素を酸化する化学反応は混合物に依存し、相互に排他的であるため、ガソリンエンジンの触媒供給ガス（排気ガス）は、燃料混合物の非常に小さな窓にとどまらなければなりません。NOxは燃料が豊富な環境でのみ還元でき、HCは酸素が利用可能なリーンな環境でのみ酸化できます。

HC酸化の最も重要な支配方程式は次のとおりです。

H2 + 0.5O2-> H2O（i）

CO + 0.5O2-> CO2（ii）

C3H6 + 4.5O2-> 3CO2 + 3H2O（iii）

C3H8 + 5O2-> 3CO2 + 4H2O（iv）

NOx削減の最も重要な支配方程式は次のとおりです。

H2 + NO-> H2O + 0.5N2（v）

CO + NO-> CO2 + 0.5N2（vi）

C3H6 + 9NO-> 3CO2 + 3H2O + 4.5N2（vii）

C3H8 + 10NO-> 3CO2 + 4H2O + 5N2（viii）

セリウム反応：Ce2O3 + 0.5O2-> 2CeO2（ix）

両方の反応の要件を満たす唯一の燃料混合物は、化学量論に非常に近い混合物です。混合物が燃料混合物のこの非常に小さなウィンドウ内に保持されている限り、触媒は入力NOxおよびHCの約80％を削減し、動作ウィンドウは14.55から14.69のAFRです。（ラムダ.995から1.005）。これは、化学量論から1パーセントの1/2を超えて逸脱する混合物です。

この概念を表すグラフィック。

一般的な誤解は、反応が完了するために混合物がリッチからリーンに循環する必要があるということです。本当じゃない; 窓にとどまる必要があります。古いシステムでは、混合物を循環させてウィンドウ内に保持する必要がありました。これは、狭帯域酸素センサーが化学量論的な混合物のみを報告するためです。広帯域センサーは混合物を循環させません。狭いウィンドウで安定した混合物を保持するため、汚染物質の変換が狭帯域サイクリングシステムで達成可能な80％を超えるレートに改善されます。

短い答え。

排気ガスの浄化に役立つのは、排気の一部です。通常、その直後に（またはその中に）センサーがあり、その様子を監視します。あなたの車がリーンまたはリッチで走っている場合、新しい車では空気とガスの混合を助けることができると思います。

必ずしも必要ではありませんが、たまたまそれを取り除いた場合は、少なくとも代わりに通常の排気管を追加する必要があります。それは騒音と背圧に役立ちます。