三元触媒の仕組み

【初心者向け】三元触媒の「仕組み」を解説します!

  • 2020年7月20日
  • 2020年7月16日
  • 自動車
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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『三元触媒』は必須の知識です。

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
・ まとめ
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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』をイメージしてください。

 

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)

 
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、三元触媒は機能しないのです。

 

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。

三元触媒の『仕組み』をしっかりと理解しましょう。

この記事が、皆様のお役に立てば幸いです。

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