作者：Karim Nice & 查爾斯·布萊恩特

　　一大堆鉑襯里的催化轉(zhuǎn)換器。查看更多 綠色生活圖片.

　　詹姆斯·阿莫斯/國(guó)家地理/蓋蒂圖片社在美國(guó)，道路上有數(shù)百萬輛汽車，每一輛都是空氣污染源。特別是在大城市，所有汽車共同產(chǎn)生的污染量可能會(huì)造成大問題。

　　為了解決這些問題，城市、州和聯(lián)邦政府制定了清潔空氣法，限制汽車可能產(chǎn)生的污染量。多年來，汽車制造商對(duì)汽車進(jìn)行了許多改進(jìn) 發(fā)動(dòng)機(jī) 和燃料系統(tǒng)，以跟上這些法律。這些變化之一發(fā)生在 1975 年，一種名為 催化轉(zhuǎn)化器.催化轉(zhuǎn)化器的工作是在有害污染物離開汽車排氣系統(tǒng)之前將其轉(zhuǎn)化為危害較小的排放物。

　　催化轉(zhuǎn)換器是非常簡(jiǎn)單的設(shè)備，因此看到它們的影響有多大令人難以置信。在本文中，您將了解發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生哪些污染物，以及催化轉(zhuǎn)化器如何處理每種污染物以幫助減少車輛排放。

　　汽車發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的污染物

　　催化轉(zhuǎn)化器在汽車中的位置。為了減少排放，現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)小心翼翼地控制它們?nèi)紵娜剂狭俊Ｋ麄冊(cè)噲D將空燃比保持在非常接近 計(jì)量 點(diǎn)，這是空氣與燃料的理想比例。從理論上講，在這個(gè)比例下，所有的燃料都將使用空氣中的所有氧氣燃燒。為 汽油，化學(xué)計(jì)量比約為14.7：1，這意味著每磅汽油將燃燒14.7磅空氣。在駕駛過程中，燃料混合物實(shí)際上與理想比例有很大差異。有時(shí)混合物可以是 瘦 (空燃比高于14.7)，其他時(shí)候混合物可以是 富 (空燃比低于14.7)。

　　汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的主要排放物是：

　　氮?dú)?(N2) - 空氣是78%的氮?dú)猓渲写蟛糠种苯油ㄟ^汽車發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　二氧化碳 (CO2) - 這是燃燒的一種產(chǎn)物。燃料中的碳與空氣中的氧氣結(jié)合。

　　水汽 (H2O) - 這是燃燒的另一種產(chǎn)物。燃料中的氫與空氣中的氧氣結(jié)合。

　　這些排放大多是良性的，盡管二氧化碳排放被認(rèn)為會(huì)導(dǎo)致全球變暖。由于燃燒過程從來都不是完美的，因此汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中也會(huì)產(chǎn)生一些少量的有害排放物。催化轉(zhuǎn)化器旨在減少所有三種情況：

　　一氧化碳 (CO)是一種無色無味的有毒氣體。

　　碳?xì)浠衔?或 揮發(fā)性有機(jī)化合物 (VOC)是煙霧的主要成分，主要由蒸發(fā)的，未燃燒的燃料產(chǎn)生。

　　氮氧化物 (NO和NO2，統(tǒng)稱為NOx)是煙霧和 酸雨，這也會(huì)對(duì)人體粘膜造成刺激。

　　在下一節(jié)中，我們將確切地了解催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)部的情況。

　　下一個(gè)是割草機(jī)嗎?

　　加侖，新型割草機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的煙霧形成排放是新車的 93 倍。難怪美國(guó)環(huán)保署和加利福尼亞州的州監(jiān)管機(jī)構(gòu)正在努力將高爾夫球大小的催化轉(zhuǎn)換器用于割草機(jī)和其他小型發(fā)動(dòng)機(jī)。然而，就像在1970年代一樣，立法者正在遇到一個(gè)強(qiáng)大的游說團(tuán)體。小型發(fā)動(dòng)機(jī)的領(lǐng)先制造商Briggs&Stratton表示，這些法規(guī)將導(dǎo)致不安全的產(chǎn)品散發(fā)過多的熱量。四家較小的割草機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)制造商駁斥了這一指控。Briggs&Stratton還認(rèn)為，如果割草機(jī)保持運(yùn)行并靜止不動(dòng)，過熱可能會(huì)導(dǎo)致灌木叢火災(zāi)。加州民主黨人和環(huán)保署認(rèn)為這與底線有關(guān)。 加州提出的待定法規(guī)可以每天減少相當(dāng)于80萬輛汽車的排放量[來源： 巴林杰].

　　催化轉(zhuǎn)化器如何減少污染

　　在化學(xué)中，a 催化劑 是一種引起或加速化學(xué)反應(yīng)而不受影響的物質(zhì)。催化劑參與反應(yīng)，但既不是反應(yīng)物，也不是它們催化的反應(yīng)產(chǎn)物。在人體內(nèi)，酶是天然存在的催化劑，負(fù)責(zé)許多重要的生化反應(yīng)[來源： 化學(xué)酷].

　　在催化轉(zhuǎn)化器中，有兩種不同類型的催化劑在起作用，一種 還原催化劑 和一個(gè) 氧化催化劑.兩種類型都由涂有金屬催化劑的陶瓷結(jié)構(gòu)組成，通常 鉑、銠和/或鈀。這個(gè)想法是創(chuàng)建一種結(jié)構(gòu)，將催化劑的最大表面積暴露在廢氣流中，同時(shí)最大限度地減少所需的催化劑量，因?yàn)椴牧戏浅０嘿F。一些最新的轉(zhuǎn)換器甚至開始使用金與更傳統(tǒng)的催化劑混合。黃金比其他材料便宜，并且可以增加氧化，即減少污染物的化學(xué)反應(yīng)，高達(dá)40%[來源： 卡內(nèi)洛斯].

　　大多數(shù)現(xiàn)代汽車都配備了 三元催化轉(zhuǎn)化器.這是指它有助于減少的三種受管制排放。

　　這 還原催化劑 是催化轉(zhuǎn)化器的第一階段。它使用鉑和銠來幫助減少氮氧化物排放。當(dāng)NO或NO2分子接觸催化劑時(shí)，催化劑會(huì)撕裂氮?dú)?原子 從分子中取出并抓住它，以O(shè)2的形式釋放氧氣。氮原子與其他氮原子結(jié)合，這些氮原子也粘附在催化劑上，形成N2。例如：

　　2NO => N2 + O2 或 2NO2 => N2 + 2O2

　　2否 => N2 + O2 或 2否2 => N2 + 2O2

　　陶瓷蜂窩催化劑結(jié)構(gòu)。

　　這 氧化催化劑 是催化轉(zhuǎn)化器的第二級(jí)。它通過在鉑和鈀催化劑上燃燒(氧化)未燃燒的碳?xì)浠衔锖鸵谎趸紒頊p少它們。該催化劑有助于CO和碳?xì)浠衔锱c廢氣中剩余的氧氣發(fā)生反應(yīng)。例如：

　　2CO + O2 => 2CO2

　　催化轉(zhuǎn)化器中使用的結(jié)構(gòu)主要有兩種類型-- 蜂窩 和 陶瓷珠.如今，大多數(shù)汽車都使用蜂窩結(jié)構(gòu)。

　　在下一節(jié)中，我們將介紹轉(zhuǎn)換過程的第三階段，以及如何充分利用催化轉(zhuǎn)化器。

　　控制污染并提高性能

　　轉(zhuǎn)換的第三階段是 控制系統(tǒng) 監(jiān)控排氣流，并使用此信息來控制 燃油噴射系統(tǒng).有一個(gè) 氧傳感器 安裝在催化轉(zhuǎn)化器的上游，這意味著它比轉(zhuǎn)爐更靠近發(fā)動(dòng)機(jī)。該傳感器告訴發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算機(jī)排氣中有多少氧氣。發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算機(jī)可以通過調(diào)整空燃比來增加或減少排氣中的氧氣量。該控制方案允許發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算機(jī)確保發(fā)動(dòng)機(jī)在接近化學(xué)計(jì)量點(diǎn)時(shí)運(yùn)行，并確保排氣中有足夠的氧氣，以使氧化催化劑燃燒未燃燒的碳?xì)浠衔锖鸵谎趸肌?/span>

　　催化轉(zhuǎn)化器在減少污染方面做得很好，但它仍然可以得到實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)。它最大的缺點(diǎn)之一是它只能在相當(dāng)高的溫度下工作。當(dāng)您冷啟動(dòng)汽車時(shí)，催化轉(zhuǎn)化器幾乎無法減少?gòu)U氣中的污染。

　　解決這個(gè)問題的一個(gè)簡(jiǎn)單方法是將催化轉(zhuǎn)化器移近發(fā)動(dòng)機(jī)。這意味著較熱的廢氣到達(dá)轉(zhuǎn)換器并且加熱得更快，但這也可能通過將其暴露在極高的溫度下來縮短轉(zhuǎn)換器的使用壽命。大多數(shù)汽車制造商將轉(zhuǎn)換器放置在前排乘客座椅下方，距離發(fā)動(dòng)機(jī)足夠遠(yuǎn)，以將溫度降低到不會(huì)損害發(fā)動(dòng)機(jī)的水平。

　　預(yù)熱 催化轉(zhuǎn)化器是減少排放的好方法。預(yù)熱轉(zhuǎn)換器的最簡(jiǎn)單方法是使用電阻加熱器。不幸的是，大多數(shù)汽車上的12伏電氣系統(tǒng)不能提供足夠的能量或功率來足夠快地加熱催化轉(zhuǎn)化器。大多數(shù)人不會(huì)在啟動(dòng)汽車之前等待幾分鐘催化轉(zhuǎn)化器加熱。 混合動(dòng)力汽車 具有大型高壓電池組可以提供足夠的功率來非常快速地加熱催化轉(zhuǎn)換器。

　　催化轉(zhuǎn)化器 柴油機(jī) 在減少氮氧化物方面效果不佳。一個(gè)原因是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行溫度比標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)低，而且轉(zhuǎn)換器在加熱時(shí)工作得更好。一些領(lǐng)先的環(huán)境汽車專家提出了一種有助于解決這個(gè)問題的新系統(tǒng)。他們注入 尿素 排氣管中的溶液，在到達(dá)轉(zhuǎn)換器之前，蒸發(fā)并與排氣混合并產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而減少 NOx。尿素，又稱 尿素，是由碳、氮、氧和氫組成的有機(jī)化合物。它存在于哺乳動(dòng)物和兩棲動(dòng)物的尿液中。尿素與NOx反應(yīng)產(chǎn)生氮?dú)夂退魵猓幚韽U氣中90%以上的氮氧化物[來源： 創(chuàng)新報(bào)告].

　　催化轉(zhuǎn)化器盜竊

　　在全國(guó)各地，SUV和卡車正在成為機(jī)會(huì)主義者的目標(biāo)，他們希望從催化轉(zhuǎn)換器中使用的貴重貴金屬中獲利。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的催化轉(zhuǎn)化器含有價(jià)值數(shù)百美元的鉑、鈀和銠。卡車和 SUV 的離地間隙便于接近轉(zhuǎn)換器，因此小偷只需要一個(gè)往復(fù)鋸和大約 60 秒。這種趨勢(shì)使警方在該國(guó)許多地方尋找這種盜竊問題。警方警告SUV和卡車司機(jī)將車停在繁忙，光線充足的區(qū)域。

　　催化轉(zhuǎn)化器常見問題

　　什么是催化轉(zhuǎn)化器?

　　催化轉(zhuǎn)化器的工作是在有害污染物離開汽車排氣系統(tǒng)之前將其轉(zhuǎn)化為危害較小的排放物。

　　所有的汽車都有催化轉(zhuǎn)換器嗎?

　　是的。大多數(shù)現(xiàn)代汽車都配備了三元催化轉(zhuǎn)換器。這是指它有助于減少的三種受管制排放。

　　修復(fù)催化轉(zhuǎn)化器需要多少錢?

　　根據(jù) 汽車大腦，修復(fù)催化轉(zhuǎn)換器的成本在 945 美元到 2，475 美元之間。

　　催化轉(zhuǎn)化器中有什么如此有價(jià)值的?

　　一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的催化轉(zhuǎn)化器含有價(jià)值數(shù)百美元的鉑、鈀和銠。

　　哪些汽車的催化轉(zhuǎn)換器被盜?

　　SUV和卡車正在成為機(jī)會(huì)主義者的目標(biāo)，他們希望從催化轉(zhuǎn)換器中使用的貴重貴金屬中獲利。卡車和 SUV 的離地間隙便于接近轉(zhuǎn)換器，因此小偷只需要一個(gè)往復(fù)鋸和大約 60 秒。