三元触媒の仕組み

【初心者向け】三元触媒の仕組みについて解説します!

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困っている人

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!
 

本記事の内容・ 三元触媒とは
・ 触媒コンバータ
・ 酸化と還元
・ 理論空燃比
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三元触媒とは

メタリック
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。

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もっぷ

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

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。

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もっぷ

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

化学反応

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)

 

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もっぷ

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

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。

有害成分の浄化率

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

 

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もっぷ

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

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。

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もっぷ

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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