作者：Karim Nice & 查尔斯·布莱恩特

　　一大堆铂衬里的催化转换器。查看更多 绿色生活图片.

　　詹姆斯·阿莫斯/国家地理/盖蒂图片社在美国，道路上有数百万辆汽车，每一辆都是空气污染源。特别是在大城市，所有汽车共同产生的污染量可能会造成大问题。

　　为了解决这些问题，城市、州和联邦政府制定了清洁空气法，限制汽车可能产生的污染量。多年来，汽车制造商对汽车进行了许多改进 发动机 和燃料系统，以跟上这些法律。这些变化之一发生在 1975 年，一种名为 催化转化器.催化转化器的工作是在有害污染物离开汽车排气系统之前将其转化为危害较小的排放物。

　　催化转换器是非常简单的设备，因此看到它们的影响有多大令人难以置信。在本文中，您将了解发动机会产生哪些污染物，以及催化转化器如何处理每种污染物以帮助减少车辆排放。

　　汽车发动机产生的污染物

　　催化转化器在汽车中的位置。为了减少排放，现代汽车发动机小心翼翼地控制它们燃烧的燃料量。他们试图将空燃比保持在非常接近 计量 点，这是空气与燃料的理想比例。从理论上讲，在这个比例下，所有的燃料都将使用空气中的所有氧气燃烧。为 汽油，化学计量比约为14.7：1，这意味着每磅汽油将燃烧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。有时混合物可以是 瘦 (空燃比高于14.7)，其他时候混合物可以是 富 (空燃比低于14.7)。

　　汽车发动机的主要排放物是：

　　氮气 (N2) - 空气是78%的氮气，其中大部分直接通过汽车发动机。

　　二氧化碳 (CO2) - 这是燃烧的一种产物。燃料中的碳与空气中的氧气结合。

　　水汽 (H2O) - 这是燃烧的另一种产物。燃料中的氢与空气中的氧气结合。

　　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是完美的，因此汽车发动机中也会产生一些少量的有害排放物。催化转化器旨在减少所有三种情况：

　　一氧化碳 (CO)是一种无色无味的有毒气体。

　　碳氢化合物 或 挥发性有机化合物 (VOC)是烟雾的主要成分，主要由蒸发的，未燃烧的燃料产生。

　　氮氧化物 (NO和NO2，统称为NOx)是烟雾和 酸雨，这也会对人体粘膜造成刺激。

　　在下一节中，我们将确切地了解催化转化器内部的情况。

　　下一个是割草机吗?

　　加仑，新型割草机发动机的烟雾形成排放是新车的 93 倍。难怪美国环保署和加利福尼亚州的州监管机构正在努力将高尔夫球大小的催化转换器用于割草机和其他小型发动机。然而，就像在1970年代一样，立法者正在遇到一个强大的游说团体。小型发动机的领先制造商Briggs&Stratton表示，这些法规将导致不安全的产品散发过多的热量。四家较小的割草机发动机制造商驳斥了这一指控。Briggs&Stratton还认为，如果割草机保持运行并静止不动，过热可能会导致灌木丛火灾。加州民主党人和环保署认为这与底线有关。 加州提出的待定法规可以每天减少相当于80万辆汽车的排放量[来源： 巴林杰].

　　催化转化器如何减少污染

　　在化学中，a 催化剂 是一种引起或加速化学反应而不受影响的物质。催化剂参与反应，但既不是反应物，也不是它们催化的反应产物。在人体内，酶是天然存在的催化剂，负责许多重要的生化反应[来源： 化学酷].

　　在催化转化器中，有两种不同类型的催化剂在起作用，一种 还原催化剂 和一个 氧化催化剂.两种类型都由涂有金属催化剂的陶瓷结构组成，通常 铂、铑和/或钯。这个想法是创建一种结构，将催化剂的最大表面积暴露在废气流中，同时最大限度地减少所需的催化剂量，因为材料非常昂贵。一些最新的转换器甚至开始使用金与更传统的催化剂混合。黄金比其他材料便宜，并且可以增加氧化，即减少污染物的化学反应，高达40%[来源： 卡内洛斯].

　　大多数现代汽车都配备了 三元催化转化器.这是指它有助于减少的三种受管制排放。

　　这 还原催化剂 是催化转化器的第一阶段。它使用铂和铑来帮助减少氮氧化物排放。当NO或NO2分子接触催化剂时，催化剂会撕裂氮气 原子 从分子中取出并抓住它，以O2的形式释放氧气。氮原子与其他氮原子结合，这些氮原子也粘附在催化剂上，形成N2。例如：

　　2NO => N2 + O2 或 2NO2 => N2 + 2O2

　　2否 => N2 + O2 或 2否2 => N2 + 2O2

　　陶瓷蜂窝催化剂结构。

　　这 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)未燃烧的碳氢化合物和一氧化碳来减少它们。该催化剂有助于CO和碳氢化合物与废气中剩余的氧气发生反应。例如：

　　2CO + O2 => 2CO2

　　催化转化器中使用的结构主要有两种类型-- 蜂窝 和 陶瓷珠.如今，大多数汽车都使用蜂窝结构。

　　在下一节中，我们将介绍转换过程的第三阶段，以及如何充分利用催化转化器。

　　控制污染并提高性能

　　转换的第三阶段是 控制系统 监控排气流，并使用此信息来控制 燃油喷射系统.有一个 氧传感器 安装在催化转化器的上游，这意味着它比转炉更靠近发动机。该传感器告诉发动机计算机排气中有多少氧气。发动机计算机可以通过调整空燃比来增加或减少排气中的氧气量。该控制方案允许发动机计算机确保发动机在接近化学计量点时运行，并确保排气中有足够的氧气，以使氧化催化剂燃烧未燃烧的碳氢化合物和一氧化碳。

　　催化转化器在减少污染方面做得很好，但它仍然可以得到实质性的改进。它最大的缺点之一是它只能在相当高的温度下工作。当您冷启动汽车时，催化转化器几乎无法减少废气中的污染。

　　解决这个问题的一个简单方法是将催化转化器移近发动机。这意味着较热的废气到达转换器并且加热得更快，但这也可能通过将其暴露在极高的温度下来缩短转换器的使用寿命。大多数汽车制造商将转换器放置在前排乘客座椅下方，距离发动机足够远，以将温度降低到不会损害发动机的水平。

　　预热 催化转化器是减少排放的好方法。预热转换器的最简单方法是使用电阻加热器。不幸的是，大多数汽车上的12伏电气系统不能提供足够的能量或功率来足够快地加热催化转化器。大多数人不会在启动汽车之前等待几分钟催化转化器加热。 混合动力汽车 具有大型高压电池组可以提供足够的功率来非常快速地加热催化转换器。

　　催化转化器 柴油机 在减少氮氧化物方面效果不佳。一个原因是柴油发动机的运行温度比标准发动机低，而且转换器在加热时工作得更好。一些领先的环境汽车专家提出了一种有助于解决这个问题的新系统。他们注入 尿素 排气管中的溶液，在到达转换器之前，蒸发并与排气混合并产生化学反应，从而减少 NOx。尿素，又称 尿素，是由碳、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NOx反应产生氮气和水蒸气，处理废气中90%以上的氮氧化物[来源： 创新报告].

　　催化转化器盗窃

　　在全国各地，SUV和卡车正在成为机会主义者的目标，他们希望从催化转换器中使用的贵重贵金属中获利。一个标准的催化转化器含有价值数百美元的铂、钯和铑。卡车和 SUV 的离地间隙便于接近转换器，因此小偷只需要一个往复锯和大约 60 秒。这种趋势使警方在该国许多地方寻找这种盗窃问题。警方警告SUV和卡车司机将车停在繁忙，光线充足的区域。

　　催化转化器常见问题

　　什么是催化转化器?

　　催化转化器的工作是在有害污染物离开汽车排气系统之前将其转化为危害较小的排放物。

　　所有的汽车都有催化转换器吗?

　　是的。大多数现代汽车都配备了三元催化转换器。这是指它有助于减少的三种受管制排放。

　　修复催化转化器需要多少钱?

　　根据 汽车大脑，修复催化转换器的成本在 945 美元到 2，475 美元之间。

　　催化转化器中有什么如此有价值的?

　　一个标准的催化转化器含有价值数百美元的铂、钯和铑。

　　哪些汽车的催化转换器被盗?

　　SUV和卡车正在成为机会主义者的目标，他们希望从催化转换器中使用的贵重贵金属中获利。卡车和 SUV 的离地间隙便于接近转换器，因此小偷只需要一个往复锯和大约 60 秒。