Qu'est-ce qu'un convertisseur catalytique et pourquoi doit-il fonctionner dans une certaine plage?

J'ai entendu ici qu'un convertisseur catalytique doit fonctionner dans une certaine "gamme chimique" sinon il produira de la chaleur inutile.

• Qu'est-ce qu'un convertisseur catalytique exactement?
• Comment ça marche?
• Quel est leur but sur une voiture?
• Sont-ils nécessaires (c'est-à-dire que toutes les voitures en ont)?
• Pourquoi doit-il fonctionner dans une certaine gamme de produits chimiques?

C'est drôle. C'est une de ces choses dont j'entends souvent parler, mais je ne comprends toujours pas vraiment ce qu'il fait .

Tout cela provient de: http://auto.howstuffworks.com/catalytic-converter2.htm

Ok, attaquant chacun d'eux dans l'ordre:

Qu'est-ce qu'un convertisseur catalytique exactement?

C'est un appareil sur le chemin d'échappement de votre voiture qui nettoie les gaz indésirables du flux d'échappement.

Comment ça marche?

En chimie, un catalyseur accélère une réaction chimique sans y participer réellement. Dans le cas de celui de votre voiture, le catalyseur est le platine, le rhodium, le palladium et même aujourd'hui l'or. Il existe deux types de catalyseurs dans votre voiture, les catalyseurs de réduction et d'oxydation. L'idée générale est que vous créez une boîte qui est garée dans le flux d'échappement qui expose autant de surface du catalyseur que possible, tout en gardant la quantité de catalyseur petite car elles sont très chères. Aujourd'hui, ils utilisent de l'or dans certains parce qu'il est moins cher que les autres.

Le catalyseur de réduction est la première étape du convertisseur et est utilisé pour nettoyer les molécules de NO ou de NO ₂ du flux gazeux. Lorsque ces molécules atteignent le catalyseur, elles sont converties en N et O ₂ . N et O ₂ sont bénins, NO et NO ₂ moins.

La deuxième étape est là pour réduire les émissions d'hydrocarbures et de monoxyde de carbone en les brûlant sur l'écran en nid d'abeilles du catalyseur vu ci-dessus.

Quel est leur but sur une voiture?

Voir au dessus. Ils éliminent les gaz toxiques indésirables du flux d'échappement.

Sont-ils nécessaires (c'est-à-dire que toutes les voitures en ont)?

Aux États-Unis, au moins chaque voiture après 1975 devait en avoir une. Vous ne pouvez pas enregistrer une voiture ici si elle a été supprimée.

Pourquoi doit-il fonctionner dans une certaine gamme de produits chimiques?

Quant à savoir pourquoi la chimie ne fonctionne que dans une bande étroite de mélange air-carburant, je n'en ai aucune idée.

Encore une chose, et je pense que vous avez eu cette idée de moi, alors je m'excuse de ne pas être clair. Ce n'est pas le cas du convertisseur qui provoque un excès de chaleur lorsqu'il fonctionne en dehors de sa plage de conception chimique. Si le moteur tourne trop maigre, c'est le maigre qui cause la chaleur, pas le convertisseur.

Un convertisseur catalytique incorpore une structure recouverte de métaux précieux. Lorsque les convertisseurs catalytiques sont sortis pour la première fois, cette structure était constituée de billes en céramique recouvertes de métaux. Cela n'a pas si bien fonctionné et la structure a été changée en un peigne à miel ou en un monolithe, tous deux en céramique. Les tubes du peigne à miel parcourent la longueur du convertisseur. Un monolithe est similaire au peigne à miel mais carré au lieu des hexagones.

Les quatre métaux d'un catalyseur sont le platine, le rhodium, le palladium et le cérium. Ces métaux réagissent avec les quatre polluants incriminés lorsque la température du convertisseur est suffisamment élevée. L'expression "le convertisseur éteint" se réfère à la température atteignant suffisamment haut pour déclencher la réaction chimique.

Les émissions incriminées sont les oxydes d'azote (NOx), les hydrocarbures (HC) et le monoxyde de carbone (CO). Ces polluants sont décomposés dans différentes conditions. Le CO et le HC sont décomposés lorsque le mélange de carburant est pauvre. Le mélange pauvre contient plus d'oxygène et cet excès d'oxygène est utilisé pour oxyder le CO en CO2 et briser le HC en CO2 et H2O. Les NOx sont décomposés lors d'un mélange riche lorsqu'il y a très peu d'oxygène. Les NOx sont décomposés en N2 et O2 libérant de l'oxygène. Ces processus dans le convertisseur sont préformés par le platine, le rhodium et le palladium.

Le cérium dans le convertisseur est utilisé comme dispositif de stockage d'oxygène. Lorsque le mélange est maigre, le cérium emmagasine de l'oxygène. Lorsque le mélange est riche, le cérium libère de l'oxygène pour aider à convertir les polluants qui ont besoin d'oxygène.

Parce que les conditions qui décomposent les polluants sont opposées, la voiture doit basculer d'avant en arrière de pauvre à riche et vice versa pour convertir correctement toutes les émissions. Cela conduit le véhicule à fonctionner dans une bande étroite autour de la stœchiométrie ou 14,7: 1, en se précipitant d'avant en arrière.

Ces émissions sont mauvaises pour vous (il y a beaucoup d'informations disponibles sur Google). Ils sont convertis en objets non nocifs par le convertisseur catalytique.

Aux États-Unis, tous les véhicules routiers nécessitent un convertisseur catalytique. Les exceptions sont les très vieilles voitures, les voitures de plus de 10 000 livres, les véhicules diesel (ils ont autre chose), il y en a d'autres mais ce sont les plus courants.

• Pourquoi doit-il fonctionner dans une certaine gamme chimique?

Le gaz d'alimentation du catalyseur du moteur à essence (gaz d'échappement) doit rester dans une très petite fenêtre de mélange de carburant car les réactions chimiques qui réduisent les NOx et oxydent les hydrocarbures dépendent du mélange et s'excluent mutuellement. Les NOx ne peuvent être réduits que dans un environnement riche en carburant et le HC ne peut être oxydé que dans un environnement pauvre en oxygène.

Les équations gouvernantes les plus importantes pour l'oxydation des HC sont:

H2 + 0,5O2 -> H2O (i)

CO + 0,5O2 -> CO2 (ii)

C3H6 + 4,5O2 -> 3CO2 + 3H2O (iii)

C3H8 + 5O2 -> 3CO2 + 4H2O (iv)

Les équations gouvernantes les plus importantes pour la réduction des NOx sont:

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)

La réaction du cérium: Ce2O3 + 0,5O2 -> 2CeO2 (ix)

Le seul mélange de carburant qui satisfait aux exigences des deux ensembles de réactions est un mélange très proche de la stœchiométrie. Le catalyseur réduira environ 80% des NOx et HC entrés tant que le mélange est maintenu dans cette très petite fenêtre de mélange de carburant, la fenêtre de fonctionnement est celle des AFR de 14,55 à 14,69. (Lambda .995 à 1.005). C'est un mélange qui s'écarte de la stoechiométrie de plus de ½ de 1 pour cent.

Un graphique représentant ce concept.

Un malentendu courant est que le mélange doit passer de riche à maigre pour que les réactions se terminent. Ce n'est pas vrai; il doit rester dans la fenêtre. Dans les systèmes plus anciens, il était nécessaire de faire un cycle du mélange pour le garder dans la fenêtre car un capteur d'oxygène à bande étroite ne signale le mélange qu'à stoechiométrique. Les capteurs à large bande ne font pas tourner le mélange; ils maintiennent un mélange stable dans une fenêtre encore plus petite, ce qui améliore la conversion des polluants à des taux supérieurs à 80% qui étaient réalisables avec le système de cyclage à bande étroite.

La réponse courte.

Cela fait partie de votre échappement qui aide à nettoyer les gaz d'échappement. Il a généralement un capteur juste après (ou en lui) qui surveille la façon dont il fonctionne. Je pense que dans les voitures plus récentes, cela peut aider avec le mélange air / gaz si votre voiture fonctionne maigre ou riche.

Vous n'en avez pas nécessairement besoin, mais si vous le retirez, vous devez au moins ajouter un tuyau d'échappement ordinaire pour le remplacer. Cela aidera avec le bruit et la contre-pression.