在美國，有數以百萬計的汽車在路上行駛，每一輛都是可能的空氣污染源。特別是在大城市裡，車輛所製造的污染量可能會引發非常嚴重的問題。
為了解決這些問題，市政府、州政府和聯邦政府制訂了維護空氣品質的法規，而且許多限制車輛排污量的法規也已開始實施。為了滿足這些法規的要求，汽車製造商對汽車引擎和燃料系統進行了許多改進。為了進一步降低污染排放量，汽車製造商研發出一種名為觸媒轉換器的有趣裝置，此裝置可在廢氣排出汽車之前先對其進行處理，事先去除許多污染物。
觸媒轉換器在車內的位置
您將可從本文中瞭解到引擎會產生哪些污染物、產生污染物的原因，以及觸媒轉換器如何處理每一種污染物。觸媒轉換器是極為簡單的裝置，所以它能產生這麼大的作用，真的是非常不可思議！
汽車引擎產生的污染物
為了降低污染排放量，現今的汽車引擎都在儘量控制其所耗用的燃料量。它們努力使空燃比保持在極靠近化學計量點（經計算得出的理想空燃比）的位置。理論上，達到此比率時，所有的燃料在燃燒耗用掉時，會用盡空氣中所有的氧氣。汽油的化學計量比為 14.7:1，意即每用掉一磅的汽油，便會用掉 14.7 磅的空氣。車輛行駛時，燃料混合物實際上會與理想的比率有一段很大的差距。有時候，混合物會比較淡（空燃比超過 14.7），有時又會比較濃（空燃比低於 14.7）。汽車引擎的主要污染排放物為：
- 氮氣 (N2) - 空氣中有 78% 的氮氣，多數的氮氣會通過汽車引擎排出。
- 二氧化碳 (CO2) - 這是燃燒後的產物之一。燃料中的碳會與空氣中的氧結合。
- 水蒸氧 (H2O) - 這是燃燒後的另一個產物。燃料中的氫會與空氣中的氧結合。
這些排放物大多是無害的 (雖然二氧化碳被認為是地球暖化的元凶)。但是因為燃燒過程並不完全，因此汽車引擎中也會產生出少量更為有害的排放物：
- 一氧化碳 (CO) - 一種無色無味的有毒氣體
- 碳氫化合物或揮發性有機化合物 (VOC) - 大多來自蒸發出來的未燃燒完全燃料。陽光會分解這些化合物從而形成氧化劑，而氧化劑會與氮的氧化物產生反應，產生煙霧的主要成份：地面層臭氧 (O3)。
- 氧化氮（NO 和 NO2，兩者統稱為 Nox）- 導致煙霧和酸雨，也會造成人類黏膜組織不適
以上是三個主要受到管制的排放物，也是設計觸媒轉換器以降低其排放量的排放物。
觸媒轉換器如何降低污染
現今多數的車輛均備配有三元觸媒轉換器。「三元」係指觸媒轉換器促進降低排放的受管制排放物︰一氧化碳、VOC 和 NOx 分子。轉換器使用兩種不同類型的觸媒劑，一種是減化觸媒劑，另一種則是氧化觸媒劑。兩種觸媒劑都由包覆金屬觸媒劑（通常是鉑、銠和／或鈀）的陶瓷結構構成。此構想是希望建立一個能使觸媒劑最大表面面積曝露至尾氣流，同時又能使所需觸媒劑量降至最低的結構（觸媒劑非常昂貴）。
  
三元觸媒轉換器：注意存在兩種不同的觸媒劑
觸媒轉換器中所使用的主要結構類型有兩種︰蜂巢式和陶珠式。現今的車輛大多使用蜂巢式結構。
 陶瓷蜂巢式觸媒劑結構
減化觸媒劑
減化觸媒劑是觸媒轉換器的第一個運作階段。它使用鉑和銠來幫助降低 NOx 排放量。當 NO 或 NO2 分子與觸媒劑接觸時，觸媒劑會將氮原子從分子中分離出來，並緊緊抓住，以 O2 的形式釋放氧氣。這些氮原子會與其他同樣被觸媒劑抓住的氮原子結合，形成 N2。例如：
2NO => N2 + O2 或 2NO2 => N2 + 2O2
氧化觸媒劑
氧化觸媒劑是觸媒轉換器的第二個運行階段。它藉由鉑和鈀觸媒劑燃燒（氧化）未完全燃燒的碳氫化合物和一氧化碳來降低兩者的數量。此觸媒劑可促進 CO 和碳氫化合物與廢氣中剩餘氧氣之間的反應作用。例如：
2CO + O2 => 2CO2
但是這些氧氣從何而來？
控制系統
第三個階段即是控制系統，其監控尾氣流，並使用此資訊來控制燃料噴射系統。觸媒轉換器的上流位置上安裝了一個氧氣感應器，它比觸媒轉換器更靠近引擎。此感應器會告知引擎電腦尾氣中有多少氧氣。引擎電腦可調整空燃比來增加或減少尾氣中的氧氣量。此控制機制可使引擎電腦確保引擎在趨近於化學計量點的狀態下運行，也可確保尾氣中有足夠的氧氣，使氧化觸媒劑能夠燃燒未燃燒完全的碳氫化合物和 CO。
降低污染的其他方法
觸媒轉換器在降低污染上發揮了極大的功效，但還是有許多可大加改進之處。觸媒轉換器最大的缺點之一就是其只能在某種程度的高溫下運作。若您在未暖車的情況下駛動車輛，觸媒轉換器在降低尾氣污染量上幾乎毫無作用。
這個問題有一個簡單的解決方法，就是移動觸媒轉換器，使其靠近引擎。這就意味著更高溫度的廢氣會排到轉換器，加熱速度更快，但是使觸媒轉換器曝露在極高溫的環境下可能也會縮短其使用年限。大多數的汽車製造商將轉換器放置在前排副手座下方，遠離引擎，以使溫度保持在不會損及轉換器的程度。
預暖觸媒轉換器是降低污染排放量的一個好方法。預暖觸媒器最簡單的方法就是使用電阻加熱器。可惜的是，多數車輛上的 12 伏電力系統無法提供足夠的能量或電力來促進觸媒轉換器加熱的速度。大多數人不會在駛動車輛前等待幾分鐘讓觸媒轉換器加熱。具有高電壓的大型電池的油電混合車可提供充足的電力，能以極快的速度加熱觸媒轉換器。
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