Il y a des millions de voitures sur la route aux États-Unis, et chacune est une source de pollution de l'air. Surtout dans les grandes villes, la quantité de pollution que toutes les voitures produisent ensemble peut créer de gros problèmes.
Pour résoudre ces problèmes, les villes, les États et le gouvernement fédéral créent des lois sur la qualité de l'air qui limitent la quantité de pollution que les voitures peuvent produire. Au fil des ans, les constructeurs automobiles ont apporté de nombreuses améliorations aux moteurs et aux systèmes d'alimentation en carburant pour se conformer à ces lois. L'un de ces changements est survenu en 1975 avec un dispositif intéressant appelé convertisseur catalytique . Le travail du convertisseur catalytique est de convertir les polluants nocifs en émissions moins nocives avant qu'ils ne quittent le système d'échappement de la voiture.
Les convertisseurs catalytiques sont des appareils incroyablement simples, il est donc incroyable de voir à quel point ils ont un impact important. Dans cet article, vous apprendrez quels polluants sont produits par un moteur et comment un convertisseur catalytique traite chacun de ces polluants pour aider à réduire les émissions des véhicules.
ContenuAfin de réduire les émissions, les moteurs des voitures modernes contrôlent soigneusement la quantité de carburant qu'ils brûlent. Ils essaient de maintenir le rapport air-carburant très proche de la stœchiométrie point, qui est le rapport idéal air/carburant. Théoriquement, à ce rapport, tout le carburant sera brûlé en utilisant tout l'oxygène de l'air. Pour l'essence, le rapport stœchiométrique est d'environ 14,7:1, ce qui signifie que pour chaque livre d'essence, 14,7 livres d'air seront brûlées. Le mélange de carburant varie en fait un peu du rapport idéal pendant la conduite. Parfois, le mélange peut être maigre (un rapport air-carburant supérieur à 14,7), et d'autres fois, le mélange peut être riche (un rapport air-carburant inférieur à 14,7).
Les principales émissions d'un moteur de voiture sont :
Ces émissions sont pour la plupart bénignes, bien que l'on pense que les émissions de dioxyde de carbone contribuent au réchauffement climatique. Parce que le processus de combustion n'est jamais parfait, certaines petites quantités d'émissions plus nocives sont également produites dans les moteurs de voiture. Les convertisseurs catalytiques sont conçus pour réduire les trois :
Dans la section suivante, nous verrons exactement ce qui se passe à l'intérieur du convertisseur catalytique.
Les tondeuses à gazon sont-elles les prochaines?Gallon pour gallon, les nouveaux moteurs de tondeuse à gazon produisent 93 fois plus d'émissions génératrices de smog que les voitures neuves. Il n'est pas étonnant que l'EPA et les régulateurs de l'État de Californie s'efforcent d'installer des convertisseurs catalytiques de la taille d'une balle de golf dans les tondeuses à gazon et autres petits moteurs. Cependant, tout comme dans les années 1970, les législateurs se heurtent à un puissant lobby. Briggs &Stratton, le principal fabricant de petits moteurs, affirme que ces réglementations créeraient un produit dangereux qui émet trop de chaleur. Quatre petits fabricants de moteurs de tondeuses à gazon ont réfuté cette accusation. Briggs &Stratton soutient également que la surchauffe pourrait provoquer des feux de brousse si les tondeuses sont laissées en marche et immobiles. Les démocrates californiens et l'EPA pensent que cela a plus à voir avec le résultat net. Les réglementations en attente proposées en Californie pourraient réduire les émissions de l'équivalent de 800 000 voitures par jour [source :Barringer].
En chimie, un catalyseur est une substance qui provoque ou accélère une réaction chimique sans être elle-même affectée. Les catalyseurs participent aux réactions, mais ne sont ni des réactifs ni des produits de la réaction qu'ils catalysent. Dans le corps humain, les enzymes sont des catalyseurs naturels responsables de nombreuses réactions biochimiques essentielles [source :Chemicool].
Dans le convertisseur catalytique, il existe deux types de catalyseurs différents à l'œuvre, un catalyseur de réduction et un catalyseur d'oxydation . Les deux types sont constitués d'une structure céramique recouverte d'un catalyseur métallique, généralement du platine, du rhodium et/ou du palladium. L'idée est de créer une structure qui expose la surface maximale du catalyseur au flux d'échappement, tout en minimisant la quantité de catalyseur nécessaire, car les matériaux sont extrêmement coûteux. Certains des convertisseurs les plus récents ont même commencé à utiliser de l'or mélangé aux catalyseurs plus traditionnels. L'or est moins cher que les autres matériaux et pourrait augmenter l'oxydation, la réaction chimique qui réduit les polluants, jusqu'à 40 % [source :Kanellos].
La plupart des voitures modernes sont équipées de convertisseurs catalytiques à trois voies . Il s'agit des trois émissions réglementées qu'il contribue à réduire.
Le catalyseur de réduction est le premier étage du convertisseur catalytique. Il utilise du platine et du rhodium pour aider à réduire les émissions de NOx. Lorsqu'une molécule NO ou NO2 entre en contact avec le catalyseur, le catalyseur arrache l'atome d'azote de la molécule et s'y accroche, libérant l'oxygène sous forme d'O2. Les atomes d'azote se lient avec d'autres atomes d'azote qui sont également collés au catalyseur, formant N2. Par exemple :
2NO => N 2 + O 2 ou 2NO 2 => N 2 + 2O 2
Le catalyseur d'oxydation est le deuxième étage du convertisseur catalytique. Il réduit les hydrocarbures non brûlés et le monoxyde de carbone en les brûlant (les oxydant) sur un catalyseur au platine et au palladium. Ce catalyseur facilite la réaction du CO et des hydrocarbures avec l'oxygène restant dans les gaz d'échappement. Par exemple :
2CO + O2 => 2CO2
Il existe deux principaux types de structures utilisées dans les convertisseurs catalytiques -- en nid d'abeille et perles en céramique . La plupart des voitures utilisent aujourd'hui une structure en nid d'abeille.
Dans la section suivante, nous examinerons la troisième étape du processus de conversion et comment vous pouvez tirer le meilleur parti de votre convertisseur catalytique.
La troisième étape de la conversion est un système de contrôle qui surveille le flux d'échappement et utilise ces informations pour contrôler le système d'injection de carburant. Il y a un capteur d'oxygène monté en amont du convertisseur catalytique, ce qui signifie qu'il est plus proche du moteur que le convertisseur. Ce capteur indique à l'ordinateur du moteur la quantité d'oxygène dans les gaz d'échappement. L'ordinateur du moteur peut augmenter ou diminuer la quantité d'oxygène dans les gaz d'échappement en ajustant le rapport air-carburant. Ce schéma de contrôle permet à l'ordinateur du moteur de s'assurer que le moteur tourne à proximité du point stœchiométrique, et également de s'assurer qu'il y a suffisamment d'oxygène dans les gaz d'échappement pour permettre au catalyseur d'oxydation de brûler les hydrocarbures non brûlés et le CO.
Le convertisseur catalytique fait un excellent travail pour réduire la pollution, mais il peut encore être considérablement amélioré. L'un de ses plus gros défauts est qu'il ne fonctionne qu'à une température assez élevée. Lorsque vous démarrez votre voiture à froid, le pot catalytique ne fait presque rien pour réduire la pollution de vos gaz d'échappement.
Une solution simple à ce problème consiste à rapprocher le convertisseur catalytique du moteur. Cela signifie que les gaz d'échappement plus chauds atteignent le convertisseur et qu'il chauffe plus rapidement, mais cela peut également réduire la durée de vie du convertisseur en l'exposant à des températures extrêmement élevées. La plupart des constructeurs automobiles placent le convertisseur sous le siège du passager avant, suffisamment loin du moteur pour maintenir la température à des niveaux qui ne lui nuiront pas.
Préchauffage le convertisseur catalytique est un bon moyen de réduire les émissions. Le moyen le plus simple de préchauffer le convertisseur consiste à utiliser des résistances chauffantes électriques. Malheureusement, les systèmes électriques de 12 volts de la plupart des voitures ne fournissent pas suffisamment d'énergie ou de puissance pour chauffer le convertisseur catalytique assez rapidement. La plupart des gens n'attendraient pas plusieurs minutes que le convertisseur catalytique chauffe avant de démarrer leur voiture. Les voitures hybrides équipées de grosses batteries haute tension peuvent fournir suffisamment de puissance pour chauffer le convertisseur catalytique très rapidement.
Convertisseurs catalytiques dans les moteurs diesel ne fonctionnent pas aussi bien pour réduire les NOx. L'une des raisons est que les moteurs diesel fonctionnent plus froid que les moteurs standard et que les convertisseurs fonctionnent mieux lorsqu'ils chauffent. Certains des plus grands experts de l'environnement automobile ont mis au point un nouveau système qui aide à lutter contre cela. Ils injectent une urée solution dans le tuyau d'échappement, avant qu'elle n'arrive au convertisseur, pour s'évaporer et se mélanger avec l'échappement et créer une réaction chimique qui réduira les NOx. Urée, également connue sous le nom de carbamide , est un composé organique composé de carbone, d'azote, d'oxygène et d'hydrogène. On le trouve dans l'urine des mammifères et des amphibiens. L'urée réagit avec les NOx pour produire de l'azote et de la vapeur d'eau, éliminant plus de 90 % des oxydes d'azote dans les gaz d'échappement [source :Innovations Report].
Vol de convertisseur catalytiqueDans tout le pays, les SUV et les camions deviennent des cibles pour les opportunistes qui cherchent à tirer profit des précieux métaux précieux utilisés dans les convertisseurs catalytiques. Un convertisseur catalytique standard contient plusieurs centaines de dollars de platine, de palladium et de rhodium. La garde au sol des camions et des VUS facilite l'accès aux convertisseurs, de sorte que tout ce dont un voleur a besoin est une scie alternative et environ 60 secondes. Cette tendance a la police à l'affût dans de nombreuses régions du pays où ce type de vol a été un problème. La police avertit les chauffeurs de VUS et de camion de se garer dans des zones achalandées et bien éclairées.
Publié à l'origine :8 novembre 2000
