自動車について勉強していく中で「三元触媒」というワードをよく耳にする。
どんな仕組みなんだろう？
こんな疑問を解消します。
三元触媒は、『排ガス中の有害物質HC、CO、NOxを浄化する』触媒です。
ガソリンエンジン搭載の自動車に幅広く使用されているため、自動車エンジニアにとって必須の知識となります。
そこで今回は、『三元触媒の仕組み』について解説します！
・ 触媒コンバータ
・ 酸化と還元
・ 理論空燃比
三元触媒とは
三元触媒は『排ガス中の有害物質HC、CO、NOxを浄化する』触媒です。
『酸化還元反応』によって浄化し、触媒としては貴金属である『白金Pt、ロジウムRh、パラジウムPd』などが使用されています。
中学生の時に習った『酸化還元反応』を思い出してください。
触媒コンバータ
三元触媒は、小さな穴が沢山ある『ハニカム担体』の中に付着されます。
排ガス中の『HC、CO、NOx』は、小さな穴を通る際に『ハニカム担体内部の三元触媒』によって無害な『H2、CO2、N2』に変化します。
ハニカム構造は、ハチの巣のような『正六角柱を並べた構造』をイメージして下さい。
酸化と還元
排ガス中の有害成分は、『酸化還元反応』によって無害な物質に浄化されます。
| 有害成分 | 酸化 or 還元 | 浄化後 |
| CO (一酸化炭素) | 酸化 | CO2 (二酸化炭素) |
| HC (炭化水素) | 酸化 | H2O + CO2 (水、二酸化炭素) |
| NOx (窒素酸化物) | 還元 | N2 + O2 (窒素、酸素) |
ただし、このような酸化還元反応は『理論空燃比』条件でしか起こりません。
理論空燃比
図のように、それぞれの有害成分は『空燃比（Air/Fuel）』によって浄化率が大きく変わります。
三元触媒は、空燃比が『理論空燃比（14.7）近傍でのみ高効率に作用』するのです。
CO,HC：空燃比が小さい（空気が少ない）と、酸化剤となる酸素が足りないため、浄化率が低い
NOx：空燃比が大きい（空気が多い）と、還元剤となるHC、COが足りないため、浄化率が低い
理論空燃比の近くで制御しないと、三元触媒は機能しません。
三元触媒の仕組みまとめ
いかがでしたでしょうか。
自動車エンジニアにとって『三元触媒は必須の知識』です。
三元触媒の仕組みをしっかりと理解しましょう。
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