مبدل کاتالیست(کاتالیزور) خودرو چیست و چه کاربردی دارد ؟
?What is a catalytic converter and how does it work
در ابتدا به تعریف کلید واژه کاتالیزور که در علم شیمی بسیار کاربرد دارد نیاز داریم تا با این واژه بیشتر آشنا شویم.
کاتالیزور،کاتالیست یا کاتالیزگر که به فرانسوی Catalyseur و به انگلیسیCatalyst نامیده می شود.کاتالیزگر ماده‌ای است که اگر به مخلوط واکنشی افزوده شود،سرعت رسیدن ماده به حالت تعادل در سیستم را، بدون آنکه خود دستخوش تغییر شیمیایی پایدار شود، تسریع می کند. حال به موضوع اصلی که همان خودرو است باز می گردیم.
تاریخچه ایی از مبدل های کاتالیستی خودرو
History of Catalytic converter
نمونه اولیه مبدل کاتالیستی در انتهای قرن نوزدهم در فرانسه طراحی شد،در آن زمان تنها چند هزار خودرو احتراقی در جاده های فرانسه بود. این کاتالیست ها از عناصر بی اثری چون پلاتین، ایریدیوم و پالادیوم که در یک سیلندر فلزی محفوظ بودند ساخته شده بود.چند دهه بعد، یوگن هودری، یک مهندس مکانیک فرانسوی و متخصص در پالایشگاه نفت،مبدل کاتالیزوری جدیدی اختراع کرد.او در سال 1930 به ایالات متحده نقل مکان کرد. هنگامی که نتایج مطالعات اولیه او در لس آنجلس منتشر شد ، هودری در مورد نقش اگزوز خودروها در آلودگی هوا ابراز نگرانی کرد و شرکتی موسوم به Oxy-Catalyst را تاسیس کرد. هودری ابتدا مبدلهای کاتالیزوری برای دودکش ها به نام "CATS" برای کوتاه مدت تولید کرد و بعدها توسعه مبدل های کاتالیزوری برای لیفتراک های انبار توسعه داد.در اواسط دهه 1950، او شروع به تحقیق برای توسعه مبدل های کاتالیزوری برای موتورهای بنزینی که در اتومبیل استفاده می شد، آغاز کرد.
مبدل کاتالیست خودرو دقیقا چیست و چگونه کار می کند ؟
در بیان خیلی ساده ، وظیفه اصلی مبدل کاتالیست اگزوز کاهش دمای گازهای خروجی بسیار گرم و مضر که مدام در حال واکنش و تبدیل شدن به گاز های خطرناک تر می باشند به گاز های کم خطرتری چون دی اکسید کربن و بخار آب می باشد.کاتالیست ها (Catalyst)تا بیش از 95٪ گازهای سمی و خطرناک را خنثی می‌کند به‌گونه‌ای که هیدروکربن‌هایی که به سبب احتراق ناقص از موتور خارج می‌شوند را به آب و دی اکسید کربن تبدیل می‌کند.علاوه بر این، اکسید ازت را به گاز ازت تبدیل می‌کند بنابراین کاتالیست در کاهش آلودگی هوا بسیار مؤثر است.طول عمر مفید کاتالیست متفاوت و از ۵۰۰۰۰ تا ۶۰۰۰۰ کیلومتر است.مبدلهای کاتالیزوری که بر روی خودروهای تولیدی در ایران نصب می‌شود تا میزان آلایندگی آنها را کاهش دهد پس از ۸۰۰۰۰ کیلومتر پر شده و عملاً کارایی خود را از دست می‌دهد و میزان آلایندگی خودرو تا پنج برابر افزایش می‌یابد. متوسط عمر کاتالیست چیزی حدود ۴ سال است و پس از مدت زمان یاد شده باید قطعه مورد نظر تعویض شود یا توسط مکمل های مخصوص شست شوی CATمجددا احیا شوند.
انواع مبدل های کاتالیزور خودرو
All Types of Catalytic converter
- دوگانه (Oxidation)
این نوع از کاتالیزورها به‌طور عمده‌ای در موتورهای دیزلی برای کاهش آلاینده‌های مونوکسید کربن و هیدروکربن‌های نسوخته به کار می روند. به علت عدم توانایی این‌گونه از کاتالیست‌ها در کاهش آلاینده‌های اکسید نیتروژن، امروزه در موتورهای بنزینی از این نوع کاتالیست‌ها استفاده نشده و به جای آنها از کاتالیست‌های سه‌گانه بهره برده می‌شود.
- سه گانه(TWC)
مبدل کاتالیستی سه‌گانه سه وظیفه زیر را انجام می‌دهد:
- کاهش اکسیدهای نیتروژن به اکسیژن و نیتروژن
- اکسیداسیون مونوکسید کربن به دی‌اکسید کربن
- اکسیداسیون هیدروکربن‌های نسوخته و تبدیل آنها به دی‌اکسید کربن و آب
منابع:
لیزور یا همان مبدل کاتالیست، قطعه‌ای است که در مسیر سیستم اگزوز قرار می‌گیرد و توانایی این را دارد که تا 90 درصد گازهای سمی خارج شده از پیشرانه اتومبیل‌ها را به گازهای غیر سمی تبدیل کند. امروزه در بیش از 180 کشور جهان استفاده از کاتالیزور یک امر اجباری است؛ از همین رو تمام خودروسازان بزرگ جهان از این وسیله در سیستم اگزوز محصولاتشان استفاده می‌کنند. مجلس جمهوری اسلامی ایران نیز در سال 1381 قانون استفاده از کاتالیک کانورتور یا همان کاتالیزور را برای تمامی خودروهای داخلی و وارداتی تصویب کرد. امروزه در صنعت خودروسازی از کاتالیزور‌های متفاوتی استفاده می‌کنند؛ این تفاوت‌ها معمولا به دلیل سوخت مصرفی وسایل نقلیه می‌باشد. در کاتالیزور‌های مختلف، واکنش‌های متفاوتی انجام می‌پذیرد؛ اما عمومی‌ترین آنها تبدیل هیدروکربن‌های نسوخته به آب و دی‌اکسید کربن است. این واکنش در تمام مبدلهای کاتالیست انجام می‌پذیرد. همچنین در تمامی کاتالیک کانورتور‌ها، اکسیت ازت که ماده‌ای سمی است به گاز ازت که یک گاز بی‌خطر به حساب می‌رود، تبدیل می‌شود. بسیاری از کارشناسان حوزه خودرو معتقدند که اگر امروز ما در شهرهای بزرگ می‌توانیم نفس بکشیم و زندگی کنیم، به لطف اختراع کاتالیزورها است؛ اما متاسفانه کاتالیزورها قطعات آسیب‌پذیری هستند و در صورتی که موتور خودرو دچار مشکل شود و نتواند پروسه احتراق را به صورت کامل به انجام برساند، ممکن است کاتالیزور سیستم اگزوز به دلیل ورود ناگهانی و بیش از حد گازهای سمی، دچار آسیب شود. همچنین ضربات و فشار‌های ناشی از برخورد اجسام نیز می‌تواند به ساختار این قطعات آسیب وارد کند که خوشبختانه کمپانی بزرگ میتسوبیشی با بهره‌گیری از ساختار‌های جدید در فیلتر کاتالیزور اتومبیل‌های جدید خود، این مسئله را حل کرده است.
علائم خرابی کاتالیزور در اتومبیل‌ها
درست کار نکردن کاتالیزورها علائم مختلفی دارد و یکی از عمومی‌ترین آنها افزایش ناگهانی مصرف سوخت خودرو است. زمانی که فیلتر‌های کاتالیزور به درستی کار نکنند و این قطعه تبدیل به یک سد برای خروج گازهای تولید شده توسط پیشرانه شود، خود به خود فشار هوا درون سیستم‌های داخلی افزایش می‌یابد و خودرو برای اینکه بتواند این فشار هوا را خارج کند، نیاز به تولید نیروی بیشتری دارد. تولید نیروی بیشتر مساوی با افزایش میزان مصرف سوخت می‌باشد. همچنین مسائلی مانند افت شتاب خودرو و درست استارت نخوردن آن، جزء دیگر علائم خرابی کاتالیزورها به حساب می‌روند. زمانی که مبدل کاتالیست خراب شود، سامانه اگزوز اتومبیل نمی‌تواند به درستی گازهای سمی را خارج کند؛ از همین رو معمولا خودروهایی که با چنین مشکلی دست و پنجه نرم می‌کنند، بوی بدی می‌دهد و از خروجی اگزوز آنها دود سیاه و غلیظی خارج می‌شود. خودرویی که کاتالیزور‌ش خراب باشد، در تست آلایندگی مردود می‌شود. در اتومبیل‌های مدرن میتسوبیشی، ECU یا همان کامپیوتر خودرو توانایی تشخیص و آنالیز وضعیت کاتالیزور را دارد. از همین رو اگر برای این قطعه مشکلی بوجود بیاید، چراغ چک بر روی پنل رو به روی راننده روشن می‌شود. یادمان نرود که کاتالیزور یک قطعه حیاتی و ضروری به حساب می‌رود و در صورتی که دچار مشکل شده باشد، بهتر است کل سیستم اگزوز توسط متخصصان این حوزه بررسی شود.
کاتالیزور بخش مهمی از سیستم کنترل آلایندگی خودروی شماست. معمولا کاتالیزورها عمر بالایی (تقریبا در حد عمر خودرو) دارند ولی گاهی اوقات عملکرد آنها مختل می شود. بهترین کاری که می توانید انجام دهید این است که نسبت به علائم خرابی کاتالیزور هشیار باشید و به محض اینکه به کارکرد کاتالیزور مشکوک شدید برای بررسی آن اقدام کنید
کاتالیزور چگونه کار می کند؟
مبدل کاتالیزوری مورد استفاده در اگزوز اتومبیل ها ، کاربرد جدیدی از کاتالیزور سطحی است. کربن منوکسید و هیدرو کربن های حاصل از سوخت های نسوخته موجود در دود اتومبیل ، از آلاینده های خطرناک هوا هستند. گازهای خارج شده از اگزوز اتومبیل همراه با مقداری هوا از روی کاتالیزور که شامل فلز اکسیدهاست عبور داده می شود. گاز CO و هیدروکربن ها به CO2 و H2O تبدیل می شوند که نسبتا بی خطرند و در هوا رها می شوند.
معمولا تکنسین ها خودرو شما را با دستگاه دیاگ کامپیوتری بررسی می کنند تا منبع عیب را پیدا کنند. مثلا ممکن است سوکت سنسور اکسیژن را موقتا در بیاورند تا ببینید آیا تغییری ایجاد می شود یا نه و در صورت لزوم ممکن است کاتالیزور شما تعویض شود.
در بسیاری از کشورها در آوردن کاتالیزور و رانندگی بدون آن تخلف سنگینی محسوب می شود و خلاف قانون است. زیرا به محیط زیست صدمه جدی وارد می شود. بنابراین در صورتی خرابی کاتالیزور به فکر حذف آن نباشید.
علائم خرابی چیست؟
اکنون 9 مورد از شایع ترین علائمی که هنگام خراب شدن کاتالیزور رخ می دهند را مرور می کنیم.
1 – افزایش ناگهانی مصرف سوخت
2 – افت شتابگیری
3 – ممکن است خودروی شما روشن نشود یا بد استارت بخورد
4 – خودروی شما در تست آلایندگی مردود می شود (مقادیر HC و CO بیشتر از نرمال)
5 – چراغ اخطار (چک) در پشت آمپر روشن می شود
6 – بد کار کردن خودرو همراه با لرزش در حالت دور آرام
7 – بوی بد یکی از شایع ترین علائم خرابی کاتالیست می باشد. اگر بویی شبیه تخم مرغ گندیده احساس کردید و به مرور زمان بو بیشتر شد نشانه خرابی کاتالیزور است
8 – کاهش دمای کاتالیزور (با توجه به اینکه بازدهی واقعی کاتالیزور هنگامی است که دمای آن بالا می رود و حتی احتمال دارد تا مرز 700 و 800 درجه هم نزدیک شود پس کاتالیزوری که پس از مدتی رانندگی و گرم شدن موتور هنوز به دمای ایده ال خود نرسیده باشد معیوب است)
البته راه تشخیص دمای کاتالیزور نیازمند دستگاهی به نام حرارت سنج اینفِرارِد است.
9 – در صورتی که خودرو کاملا سرد باشد اگر کاتالیزور را با دست تکان دهید و صدایی شبیه تکان خوردن سنگریزه در داخل آن به گوش برسد نشانه ای از ریختن شبکه های داخل آن است.
چه عواملی در خرابی کاتالیزور دخیل هستند؟
رایج ترین نوع خرابی کاتالیزور در خودروهای قدیمی تر گرفتگی بیش از حد شبکه های آن است که باعث می شود دود حاصل از احتراق موتور نتواند از کاتالیزور عبور کند و از اگزوز خارج شود. وقتی خروج دود با مشکل مواجه شود ورود هوا به موتور نیز مختل می شود و در نتیجه عملکرد موتور به شدت افت می کند.
کاتالیزور نسبت به تغییرات دما و ترکیبات موجود در گازهای خروجی حساس است. مثلا خرابی واشر سرسیلندر باعث وارد شدن روغن و آب به محفظه احتراق شده و گازهای خروجی را آلوده می کند و به کاتالیزور آسیب می رساند.
ریختن مکمل های انژکتور شور در باک یا اکتان بوسترها برای کاتالیزور ضرر دارد لذا از این مواد در خودرویتان استفاده نکنید.
اگر سیستم جرقه خودروی شما معیوب باشد باعث می شود مخلوط سوخت و هوا ناقس بسوزد و گازهای حاصل از احتراق ناقص عامل دیگری برای تخریب کاتالیزور هستند.
گرم شدن بیش از حد موتور از دیگر مواردی هست که باعث خرابی کاتالیزور می شود.
ضربه خوردن و صدمه دیدن پوسته کاتالیزور نیز می تواند کارکرد آن را مختل کند.
نکته مهمی که باید به آن توجه داشت این است که اگر هر یک از موارد فوق الذکر باعث خرابی کاتالیزور شده است باید ابتدا عیب مورد نظر را رفع کرده و سپس اقدام به تعویض کاتالیزور نمایید. زیرا تا وقتی عامل اصلی خرابی ریشه یابی نشود صرفا تعویض کاتالیزور مشکل را حل نمی کند و پس از مدتی دوباره کارکرد آن مختل می شود.
تشخیص از طریق دیاگ
تشخیص خرابی کاتالیزور با توجه به چک کردن پارامترهای دستگاه دیاگ نیاز به تخصص ویژه ای دارد ولی به چند مورد از مهمترین تغییرات ایجاد شده در پارامترها هنگام خرابی کاتالیزور اشاره می کنیم:
1 – پارامتری به نام Calculated Load Value وجود دارد که نشاندهنده راندمان حجمی موتور می باشد. اگر مقدار این پارامتر کمتر از حد نرمال باشد به این معناست که موتور تنفس خوبی ندارد که معمولا به خاطر گرفتگی مسیر اگزوز (در اثر مسدود شدن کاتالیزور یا صدا خفه کن ها (منبع ها) یا هر دلیل دیگر) می باشد. توجه داشته باشید که این مورد لزوما 100% نشانه خرابی کاتالیزور نیست ولی در صورت مشاهده این مشکل می توان به خرابی کاتالیزور مشکوک شد.
2 – پارامتر دیگری به نام Manifold Absolute Pressure یا MAP در بعضی خودروها وجود دارد که میزان مکش و فشار منیفولد ورودی (هوا) را نشان می دهد. در صورتی که کاتالیزور مسدود شده باشد فشار معکوس در سیستم اگزوز ایجاد شده و باعث کمتر شدن این پارامتر از حد نرمال می شود. این مورد نیز لزوما 100% نشانه خرابی کاتالیزور نیست ولی خرابی کاتالیزور یکی از دلایل مهم کم شدن پارامتر MAP است.
3 – بررسی تغییرات ایجاد شده در کارکرد سنسور اکسیژن. در بعضی خودروها 2 سنسور اکسیژن وجود دارد یکی قبل از کاتالیزور (Upstream نام دارد) و دیگری بعد از آن. وظیفه سنسور دوم (بعد از کاتالیزور) که Downstream نامیده می شود این است که مقدار اکسیژن خروجی از کاتالیزور را بررسی کرده و بر اساس آن بازدهی کاتالیزور را مشخص کند. سنسور اول مقادیر اکسیژن خروجی از موتور را بررسی می کند و کامپیوتر موتور بر اساس داده های آن نسبت سوخت و هوا را تنظیم می کند.
در شرایط کارکرد نرمال تغییرات سنسور Downstream نباید زیاد باشد. زیاد بودن تغییرات نشاندهنده کم شدن بازدهی کاتالیزور می باشد. اگر این مشکل باعث شود میزان آلاینده های خروجی 1.5 برابر حد مجاز شود چراغ چک روشن می شود و خطای بازدهی پایین کاتالیزور در حافظه ثبت می شود. کامپیوتر موتور با مقایسه داده های سنسور اول و دوم نیز می تواند پی به خرابی کاتالیزور ببرد.
منابع:
http://www.Car.ir
http://www.autotap.com
http://www.dummies.com
http://www.aa1car.com
اتالیست خودرو چیست و چه زمانی باید تعویض گردد؟
یکی از قطعات مهمی که نقش بسزایی در کاهش آلایندگی خودروهایی که با سوخت فسیلی کار می کنند دارد،کاتالیست یا کاتالیزور خودرو است. این قطعه که معمولا در مسیر خروجی هوای موتور قرار می گیرد، باعث می شود تا درصد زیادی از کربن و سایر آلاینده های هوا و محیط زیست، به بیرون انتقال نیافته و در نتیجه آلایندگی خودرو را تا حد زیادی کاهش می دهد. اما همانطور که می دانید کاتالیست نیز همچون سایر قطعات موجود در خودرو، یک طول عمر مفید داشته و پس از آن کارایی اولیه خود را از دست خواهد داد. ما در ادامه قصد داریم در رابطه با این قطعه بیشتر صحبت کرده و علاوه بر ذکر طول عمر مفید کاتالیست خودرو ، هزینه تقریبی تعویض آن را نیز مورد بررسی قرار دهیم.
کاتالیزور خودرو نقش بسزایی در کاهش آلودگی خودروها دارد.
کاتالیست خودرو چیست و چه وظیفه ای دارد؟
همانطور که گفتیم، کاتالیست در واقع قطعه ای است که در مسیر اگزوز خودرو قرار می گیرد و جلوی انتشار بسیاری از عناصر آلاینده محیط زیست را می گیرد. در استاندارهای جدید زیست محیطی در تولید خودرو، تمام خودروهایی که از موتور محرک با سوخت فسیلی استفاده می کنند، باید مجهز به این قطعه باشند و بدون آن اجازه تردد در خیابان های شهر را نخواهند داشت.
از سال ۱۳۸۱ در صنعت خودروسازی ایران، این قطعه به عنوان یکی از قطعات کاهش دهنده آلایندگی محیط زیست در تمامی خودروها تازه تولید شده نصب گردید و از سال ۱۳۹۱ هر خودرویی که بخواهد معاینه فنی جهت تردد در خیابان ها را دریافت کند، باید مجهز به این قطعه باشد.
کاتالیست مرغوب می تواند تا ۹۰ درصد از گازهای سمی خروجی از اگزوز را به گاز های بی خطر تبدیل کند. اما رفته رفته که به عمر کاتالیزور اضافه می شود، این درصد نیز کاهش یافته و کمتر می شود. بنابراین باید بدانید که هر کاتالیست یک عمر مفید دارد و پس از اتمام این عمر مفید باید تعویض گردد. تعویض کاتالیست معمولا در اگزوز سازی ها انجام می شود و کاتالیز کهنه با یک کاتالیست جدید معاوضه می شود. در ادامه عمر مفید این قطعه را ذکر کرده و زمان تعویض آن را شرح خواهیم داد.
عمر مفید کاتالیست خودرو چقدر است؟
به طور متوسط عمر مفید کارکرد هر کاتالیست خودرو بین ۸۰ تا ۱۰۰ هزار کیلومتر است و از این رقم تجاوز نمی کند. اگر مدت زمان زیادی است که کاتالیست خودروی خود را تعویض نکرده اید باید بدانید که عملکرد آن در تبدیل گازهای پرخطر به بی خطر بسیار ضعیف شده است و امکان رد شدن آن از تست های معاینه فنی بسیار بالا است. به طور متوسط هر کاتالیست عمر مفیدی بین ۳ تا ۴ سال را دارد و پس از آن کارایی خود را به طور کامل از دست می دهد و به این ترتیب خودروی شما به یک آلاینده محیط زیست تبدیل می گردد.
هر کاتالیست باید بین ۸۰ تا ۱۰۰ هزار کیلومتر کارکرد خودرو تعویض گردد
هزینه تعویض کاتالیزور چقدر است؟
یکی دیگر از بحث های مهم در زمینه تعویض کاتالیست، هزینه آن می باشد. از آنجا که در کشورهای اروپایی و پیشرفته به محیط زیست اهمیت بسیار زیادی داده می شود، هزینه تعویض این قطعه حیاتی در بحث آلودگی محیط زیست رایگان بوده و رانندگان می توانند بدون اینکه نیاز باشد هزینه ای را بابت تعویض این قطعه بپردازند، پس از پایان عمر مفید کاتالیست خودروی خود، آن را تعویض نمایند.
اما بحث محیط زیست همواره یکی از بحث های جانبی و بدون اهمیت در کشور ما بوده و هست و همین امر سبب شده است تا هزینه تعویض این قطعه مهم، در کشور ما بین ۱۰۰ تا ۵۰۰ هزار تومان نیز متفاوت باشد. با توجه به گرانی های اخیر در بحث لوازم یدکی و مصرفی خودرو، به نظر می رسد تعویض این قطعه برای رانندگان چندان اهمیت نداشته باشد و پرداخت قیمت زیاد این قطعه برای بسیاری از رانندگان چندان عقلانی نیست.
نمای درونی کاتالیزور خودرو
تنها جایی که یک راننده خودروی آلاینده مجبور به تعویض کاتالیزور خودروی خود می شود، در بحث گرفتن معاینه فنی می باشد که این مورد را هم می توان با انجام یک سری دستکاری های مختلف، پشت سر گذاشت و زیر بار هزینه نسبتا سنگین تعویض آن نرفت. با توجه به افزایش رو به رشد آلودگی شهرهای بزرگ همچون تهران که بخش عمده ای از آن را دود اگزوز خودروها بر عهده دارند، بنظر می رسد مسئولین باید برای تعویض کاتالیست خودرو چاره ای دیگر اندیشیده و تا حد ممکن، از قیمت نهایی این قطعه حیاتی بکاهند تا رانندگان ترغیب به تعویض این قطعه شوند.