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Qu'est-ce qu'un convertisseur catalytique exactement et pourquoi doit-il fonctionner dans une certaine plage ?
Question
J'ai entendu ici qu'un convertisseur catalytique doit fonctionner dans une certaine "plage chimique", sinon il générera chaleur inutile.
- Qu'est-ce qu'un pot catalytique exactement ?
- Comment ça marche ?
- À quoi servent-ils sur une voiture ?
- Sont-ils nécessaires (c'est-à-dire est-ce que toutes les voitures en ont) ?
- Pourquoi doit-il fonctionner dans une certaine gamme chimique ?
C'est une chose amusante. C'est l'une de ces choses dont j'entends souvent parler mais je ne comprends toujours pas vraiment ce qu'elle fait.
Réponse acceptée
Tout cela provient de : http://auto.howstuffworks.com/catalytic-converter2 .htm
D'accord, en attaquant chacun de ces éléments dans l'ordre :
Qu'est-ce qu'un pot catalytique exactement ?
Il s'agit d'un dispositif dans le conduit d'échappement de votre voiture qui élimine les gaz indésirables du flux d'échappement.
Comment ça marche ?
En chimie, un catalyseur accélère une réaction chimique sans réellement y participer. Dans le cas de celui de votre voiture, le catalyseur est du platine, du rhodium, du palladium et aujourd'hui même de 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 ils sont très chers. Aujourd'hui, ils utilisent de l'or dans certains car il est moins cher que d'autres.
Le catalyseur de réduction est la première étape du convertisseur et est utilisé pour épurer les molécules de NO ou NO2 du flux de gaz. Lorsque ces molécules frappent le catalyseur, elles sont converties en N et O2. N et O2 sont bénins, NO et NO2 pas tellement.
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'abeille du catalyseur vu ci-dessus.
À quoi servent-ils sur une voiture ?
Voir ci-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 toutes les voitures après 1975 devaient en avoir un . Vous ne pouvez pas enregistrer une voiture ici si elle a été supprimée.
Pourquoi doit-elle fonctionner dans une certaine plage chimique ?
Pourquoi la chimie ne fonctionne-t-elle que dans une bande étroite du mélange air-carburant, je n'en ai aucune idée.
Encore une chose, et je pense que vous avez eu cette idée de moi donc je m'excuse de ne pas avoir été clair. Ce n'est pas un cas où le convertisseur provoque un excès de chaleur lorsqu'il fonctionne en dehors de sa plage de conception chimique. Si le moteur tourne trop pauvrement, c'est le fonctionnement pauvre qui provoque la chaleur, pas le convertisseur.
Réponse populaire
Un convertisseur catalytique intègre une structure recouverte de métaux précieux. Lorsque les convertisseurs catalytiques sont sortis pour la première fois, cette structure était constituée de billes de céramique recouvertes de métaux. Cela n'a pas très bien fonctionné et la structure a été changée en nid d'abeille ou en monolithe, tous deux en céramique. Les tubes du nid d'abeilles courent le long du convertisseur. Un monolithe est similaire au rayon de miel mais des carrés au lieu des hexagones.
Les quatre métaux d'un pot catalytique 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 s'est éteint" fait référence à la température atteignant suffisamment haut pour démarrer 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 au cours de différentes conditions. Le CO et les 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. Le NOx est décomposé 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 pauvre, 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 les unes aux autres, la voiture doit passer de pauvre à riche et inversement en continu pour convertir correctement toutes les émissions. Cela conduit le véhicule à fonctionner dans une bande étroite autour de la stoechiométrie ou 14,7:1, se précipitant d'avant en arrière.
Ces émissions sont mauvaises pour vous (il y a plein d'infos disponibles sur google). Ils sont convertis en choses non nocives par le convertisseur catalytique.
Aux États-Unis, tous les véhicules routiers nécessitent un convertisseur catalytique. Les exceptions sont les voitures très anciennes, les voitures de plus de 10 000 livres, les véhicules diesel (ils ont autre chose), il y en a d'autres mais ceux-ci sont les plus courants.
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• Pourquoi doit-il fonctionner dans une certaine plage chimique ?
Les gaz d'alimentation du catalyseur du moteur à essence (gaz d'échappement) doivent 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 les HC ne peuvent être oxydés que dans un environnement pauvre en oxygène disponible.
Les équations 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)
< p>Les équations régissant 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 répond aux exigences des deux ensembles de réactions est un mélange très proche de la stoechiométrie. Le catalyseur réduira environ 80% des NOx et HC d'entrée tant que le mélange est maintenu dans cette très petite fenêtre de mélange de carburant, la fenêtre de fonctionnement est l'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 pencher 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 cycler le mélange pour le garder dans la fenêtre car un capteur d'oxygène à bande étroite ne signale le mélange qu'à la stoechiométrie. Les capteurs à large bande ne cyclent pas le mélange ; ils maintiennent un mélange stable dans une fenêtre encore plus petite, ce qui améliore la conversion des polluants à des taux supérieurs aux 80 % qui étaient réalisables avec le système de cyclage à bande étroite.
La réponse courte.
C'est une partie de votre échappement qui aide à nettoyer les gaz d'échappement. Il a généralement un capteur juste après (ou à l'intérieur) qui surveille son fonctionnement. Je pense que dans les voitures plus récentes, cela peut aider avec le mélange air-gaz si votre voiture est pauvre ou riche.
Vous n'en avez pas nécessairement besoin, mais si vous l'enlevez, vous devriez au moins ajoutez un tuyau d'échappement ordinaire pour prendre sa place. Cela aidera avec le bruit et la contre-pression.