催化转换器是如何工作的

为了减少排放，现代汽车发动机小心地控制它们燃烧的燃料量。他们试图保持空气燃料比非常接近化学计量这是空气和燃料的理想比例。从理论上讲，在这个比例下，所有的燃料都会消耗掉空气中的所有氧气。为汽油，化学计量比约为14.7:1，这意味着每燃烧一磅汽油，将燃烧14.7磅空气。在驾驶过程中，燃料混合物实际上与理想比例有很大差异。有时混合物可以精益(空气燃料比高于14.7)，其他时间的混合物可以丰富的(空气燃料比低于14.7)。

汽车发动机的主要排放物有:

这些排放大多是良性的，尽管二氧化碳排放被认为会导致全球变暖。由于燃烧过程从来都不完美，汽车发动机也会产生少量的有害气体。催化转换器旨在减少这三种情况:

在下一节中，我们将看看催化转化器内部到底发生了什么。

在化学中，催化剂是一种引起或加速化学反应而自身不受影响的物质。催化剂参与反应，但既不是反应物，也不是它们所催化的反应的产物。在人体内，酶是许多重要生化反应的天然催化剂[来源:Chemicool]．

在催化转化器中，有两种不同类型的催化剂在工作减少催化剂和一个氧化催化剂．这两种类型通常都由涂有金属催化剂的陶瓷结构组成铂铑和/或钯。我们的想法是创造一种结构，使催化剂的最大表面积暴露在排气流中，同时也最大限度地减少所需的催化剂量，因为材料非常昂贵。一些最新的转炉甚至开始使用黄金与更传统的催化剂混合。黄金比其他材料更便宜，而且可以增加氧化，即减少污染物的化学反应，最多可降低40%[来源:Kanellos]．

大多数现代汽车都配备了三元催化转换器．这指的是它有助于减少的三种受管制的排放。

的减少催化剂是催化转化器的第一级。它使用铂和铑来帮助减少氮氧化物的排放。当NO或NO2分子与催化剂接触时，催化剂就会撕裂氮气原子从分子中释放出来，并抓住它，以O2的形式释放氧气。氮原子与其他氮原子结合在一起，这些氮原子也被粘在催化剂上，形成N2。例如:

2NO => N2 + O2或2NO2 => N2 + 2O2

2no => n₂+ O₂或2没有₂= > N₂+ 2啊₂

的氧化催化剂是催化转化器的第二级。它通过在铂和钯催化剂上燃烧(氧化)来减少未燃烧的碳氢化合物和一氧化碳。这种催化剂有助于一氧化碳和碳氢化合物与废气中剩余的氧的反应。例如:

2co + o₂= > 2有限公司₂

催化转换器主要有两种结构蜂窝而且陶瓷珠子．现在大多数汽车都采用蜂窝结构。

在下一节中，我们将看看转换过程的第三阶段，以及如何从催化转换器中获得最大的收益。

转换的第三个阶段是控制系统用来监控排气流，并利用这些信息来控制燃油喷射系统．有一个氧传感器安装在催化转化器的上游，这意味着它比转化器更接近发动机。这个传感器告诉发动机计算机尾气中有多少氧气。发动机计算机可以通过调节空气燃料比来增加或减少排气中的氧气量。这种控制方案可以使发动机计算机确保发动机在接近化学计量点的位置运行，也可以确保尾气中有足够的氧气，使氧化催化剂能够燃烧未燃烧的碳氢化合物和CO。

催化转化器在减少污染方面做得很好，但仍有很大的改进空间。它最大的缺点之一是它只能在相当高的温度下工作。当你在冷状态下启动汽车时，催化转化器几乎无法减少尾气中的污染。

解决这个问题的一个简单方法是将催化转化器移得更靠近发动机。这意味着更热的废气到达转换器，它加热更快，但这也可能减少转换器的寿命暴露在极高的温度。大多数汽车制造商都把转换器放在前排乘客座位的下面，这样距离发动机足够远，可以将温度控制在对发动机无害的水平。

预热催化转化器是一种很好的减排方法。预热转换器最简单的方法是使用电阻加热器。不幸的是，大多数汽车上的12伏电力系统无法提供足够的能量或功率来足够快地加热催化转换器。大多数人不会等几分钟让催化转换器加热后再开车。混合动力汽车它们有巨大的高压电池组，可以提供足够的能量，快速加热催化转换器。

催化转换器柴油发动机并不能很好地减少氮氧化物。其中一个原因是柴油发动机比标准发动机运行温度低，而变流器在加热时工作得更好。一些领先的环保汽车专家已经提出了一种新的系统来帮助解决这个问题。他们注射尿素在进入转化器之前，将排气管中的溶液蒸发并与废气混合，并产生化学反应，从而减少NOx。尿素，又称碳酰二胺是一种由碳、氮、氧和氢组成的有机化合物。它存在于哺乳动物和两栖动物的尿液中。尿素与氮氧化物反应产生氮和水蒸气，处理废气中90%以上的氮氧化物[来源:创新报告]．

最初发表于2000年11月8日