Катализаторы очистки газов автомобиля

—>Автозапчасти и СТО —>

На протяжении многих лет авто производители создают много усовершенствований в автомобильных двигателях и топливных системах, чтобы идти в ногу со временем и, безусловно, с законами, направленными на улучшение экологической ситуации на фоне выбросов автомобилей. Одно из кардинальных таких усовершенствований произошло в 1975 году с интересным устройством под названием катализатор. По сути работа катализатора заключается в преобразовании вредных веществ в менее вредные выбросы, прежде чем они покинут выхлопную систему автомобиля.

Устройство и принцип работы каталитического нейтрализатора

В составе выхлопных газов автомобиля содержится довольно много токсичных веществ. Для предотвращения их попадания в атмосферу используется специальное устройство, получившее название «каталитический нейтрализатор» (более известный как «катализатор»). Он устанавливается на автомобилях, оснащенных двигателями внутреннего сгорания, работающих как на бензине, так и на дизельном топливе. Зная принцип работы катализатора, вы сможете понять важность его работы и оценить последствия, которые может вызвать его удаление.

Конструкция и функции катализатора

Нейтрализатор является частью системы выхлопа. Он располагается сразу за выпускным коллектором двигателя. Катализатор состоит из:

• Металлический корпус (монтажный мат), имеющий входной и выходной патрубки.
• Керамический блок (монолит). Представляет собой пористую структуру с множеством ячеек, которые увеличивают площадь соприкосновения выхлопных газов с рабочей поверхностью.
• Каталитический слой — специальное напыление на поверхностях ячеек керамического блока, состоящее из платины, палладия и родия. В последних моделях для напыления иногда используется золото — драгоценный металл, который имеет более низкую стоимость.
• Металлический кожух. Выполняет функции теплоизоляции и защиты катализатора от механических повреждений.

Главная функция каталитического нейтрализатора — это нейтрализация трех основных токсических компонентов отработавших газов, поэтому он получил свое название — трехкомпонентный. Вот эти нейтрализуемые компоненты:

• Окислы азота NOx – компонент смога, причина кислотных дождей, ядовиты для человека.
• Угарный газ СО – смертельно опасен для человека при концентрации в воздухе от 0,1%.
• Углеводороды CH – компонент смога, отдельные соединения канцерогены.

Принцип действия катализатора

На практике трехкомпонентный каталитический нейтрализатор имеет следующий принцип действия:

Выхлопные газы из двигателя попадают внутрь керамических блоков, где проникают в ячейки, полностью заполняя их.

Металлы-катализаторы палладий и платина провоцируют реакцию окисления, в результате которой несгоревшие углеводороды СН преобразуются в водяной пар, а угарный газ СО в углекислый.

Восстановительный металл-катализатор родий преобразует NOx (оксид азота) в обычный безвредный азот. В атмосферу выпускаются очищенные отработавшие газы.

Если в автомобиле установлен дизельный двигатель, то возле катализатора всегда находится сажевый фильтр. Иногда эти два элемента могут быть совмещены в единую конструкцию. Рабочая температура катализатора играет решающую роль в эффективности процесса нейтрализации токсичных компонентов. Реальное преобразование начинается только после достижения 300°С. Идеальной, с точки зрения эффективности и срока службы, считается температура от 400 до 800°С. В диапазоне температур от 800 до 1000°С наблюдается ускоренное старение нейтрализатора. Длительная работа при температуре свыше 1000°С оказывает губительное воздействие на катализатор. Альтернативой керамике, выдерживающей высокие температуры, является металлическая матрица из гофрированной фольги. Катализаторами в такой конструкции выступают платина и палладий.

Что ценного в катализаторах

К сожалению, ценного там оказалось много. В роли катализаторов пришлось применить благородные металлы, наиболее подходящие для этой цели.

Дошло до того, что самым дешёвым из них оказалось золото, но чаще приходится использовать платину, палладий и родий. Многим известно, что эти элементы существенно дороже всем понятного золота.

Одновременно с применением столь недешёвых компонент потребовалось создать геометрически непростую структуру, обеспечивающую контактирование каталитического вещества со всем объёмом выпускаемого цилиндрами газа. Это мельчайшие керамические или металлические соты, сквозь которые и продувается весь поток выхлопа.

В результате автомобиль приобрёл сложное, массивное и дорогое устройство в виде металлического корпуса, высокотехнологичной начинки, да ещё и обрамлённое контрольными датчиками с двух сторон, непрерывно следящими за его сохранностью и правильной работой.

Экологичность даром не даётся. Да и на этом прогресс не остановился, дальнейшее ужесточение требований законодателей продолжает влиять на появление дополнительных систем очистки выхлопа.

В дизеле

Катализаторы в дизельном двигателе работают гораздо хуже в сокращении выбросов NOx. Одной из причин этого является то, что дизельные двигатели имеют более низкую рабочую температуру, чем бензиновые двигатели, и катализатор в целом в дизельном двигателе работает хуже, поскольку он меньше нагревается. Некоторые из ведущих экспертов экологических авто придумали новую систему, которая помогает бороться с этим. Они используют мочевину в решении этой проблемы: прежде чем оксиды азота уходят в катализатор, их принудительно испаряют и смешивают с выхлопом и затем создают химическую реакцию, которая приведёт к сокращению выбросов NOx. Мочевина, также известная как карбамид, представляет собой органическое соединение, изготовленное ​​из углерода, азота, кислорода и водорода. Мочевина содержится в моче млекопитающих и земноводных. Мочевина реагирует с NOx, производя в результате реакции азот и водяной пар и утилизируя более 90 процентов оксидов азота в выхлопных газах.

Виды катализаторов

По своему назначению нейтрализатор может быть двух- или трехкомпонентным.

1. В первом случае он выполняет относительно простые функции окисления (дожигания) угарного газа и углеводородов до образования воды и двуокиси углерода.
2. Во втором – добавляется сложная способность устройства работать с окислами азота. Особенно много их образуется в современных дизельных и бензиновых моторах, в силу повышения экономичности, которых конструкторам приходится использовать обеднённые и бедные смеси на впуске.

Трёхкомпонентые катализаторы, а именно такие чаще всего применяются, в свою очередь, могут отличаться по конструктивному признаку, изготавливаясь на базе керамических или металлических сотовых изделий.

Керамические относительно дешевле, но не обладают высокой механической прочностью и долговечностью, склонны к растрескиванию и разрушению, не терпят ударов при наезде на препятствия.

Металлические конструктивы обладают достаточной упругостью, поэтому лучше держат внешние и внутренние удары. Внутренние могут возникать при аномальных процессах горения и разрушительно воздействовать на тонкую сотовую начинку, где, как уже упоминалось, обычно нанесены такие непростые вещества, как платина, палладий и родий.

Но даже металл не спасает от предательского попадания на тонкие соты посторонних веществ из двигателя в виде компонент контрафактных рабочих жидкостей, слишком богатой смеси или всевозможных соединений кремния.

Катализаторы отличаются и по способу их установки. Раньше они располагались в виде врезок выхлопной трубы, подобно глушителям и резонаторам. Но оказалось, что так их очень трудно и затратно прогревать до рабочей температуры, при которой начинаются каталитические реакции.

Поэтому сейчас нейтрализаторы ставят непосредственно за выпускным коллектором, максимально близко к точке выхода раскалённых выхлопных газов. Уже не надо долго ждать выхода прибора на режим, меньше загрязняются кислородные датчики и сокращаются расходы топлива на поддержание температуры.

Срок службы катализатора

Средний ресурс катализатора составляет 100 тыс. километров пробега, но при правильной эксплуатации он может исправно функционировать и до 200 тыс. километров. Основные причины раннего износа — неисправность двигателя и качество топлива (топливовоздушной смеси). При наличии обедненной смеси происходит перегрев, а при слишком богатой возникает засорение пористого блока остатками несгоревшего топлива, что препятствует протеканию необходимых химических процессов. Это приводит к тому, что срок службы каталитического нейтрализатора существенно снижается. Еще одной распространенной причиной неисправности керамического катализатора являются механические повреждения (трещины), возникающие при механических воздействиях. Они провоцируют быстрое разрушение блоков. При возникновении неисправностей работа каталитического нейтрализатора ухудшается, что фиксируется при помощи второго лямбда-зонда. В этом случае электронный блок управления сообщит о неисправности, выдав на приборной панели ошибку «CHECK ENGINE». Также признаками выхода из строя являются дребезжание, увеличение расхода топлива и ухудшение динамики. В этом случае его меняют на новый (оригинального производства или универсальный). Почистить или восстановить катализаторы невозможно, а поскольку это устройство имеет высокую цену, многие автомобилисты предпочитают просто удалить его.

Можно ли удалить катализатор?

При удалении катализатора его очень часто заменяют на пламегаситель. Последний выравнивает поток выхлопных газов. Его установка рекомендуется для устранения неприятных шумов, которые возникают при удалении катализатора. При этом, если вы выбрали именно удаление, лучше полностью снять устройство и не прибегать к рекомендациям некоторых автомобилистов пробить в нем отверстие. Подобная процедура улучшит ситуацию только на время. В автомобилях, соответствующих экологическим стандартам Евро-3, помимо удаления катализатора необходима перепрошивка электронного блока управления. Ее обновляют до версии, в которой отсутствует каталитический нейтрализатор. Также можно установить эмулятор сигнала кислородного датчика, который избавит от необходимости перепрошивать ЭБУ.

Как почистить

В тех случаях, когда соты ещё не повреждены, но пропускная способность нейтрализатора уже снижена смолянистыми отложениями, его можно промыть.

Для этого лучше всего использовать жидкость, обычно применяемую для очистки карбюраторов или топливных форсунок. Только потребуется её значительно больше.

Катализатор заливается промывочной жидкостью, после чего ей предоставляется время на растворение загрязнений, затем её сливают, внутренности детали промываются горячей водой и просушиваются (продуваются).

Обычно процедура требует неоднократного повторения. Существуют также специально предназначенные для подобных промывок составы.

Источник статьи: http://www.vk-sto.by/blog/katalizator_princip_raboty_i_naznachenie/2020-04-20-196

Что такое катализатор и его назначение в автомобиле

Практически с самого начала создания автомобиля и до сегодня у конструкторов стоит несколько вопросов, над которыми они постоянно «бьются». Один из этих вопросов – максимальное снижение выбросов вредных веществ в атмосферу, ведь при сгорании топлива в цилиндрах двигателя появляется отработанные газы, которые в своем составе имеют ядовитые элементы. А поскольку эти газы отводятся во внешнюю среду – значит, отравляющие вещества выходят из силовой установки авто постоянно, пока она работает.

Одним из самых действенных способов снижения вредных выбросов авто, который является вполне распространенным – использование каталитического нейтрализатора, в народе называющийся сокращенно катализатором.

Для того чтобы понять, для чего нужен этот нейтрализатор, упомянем немного теории.

Теоретическая часть

Устройство автомобильного катализатора

Выхлопной газ, выходящий из цилиндров силового агрегата состоит из многих элементов, выделившихся в результате химической реакции, которой и является горение. Некоторые из этих элементов вполне безвредны, а вот такие как окись углерода (СО), углеводороды (СН) и оксиды азота (NO и NO2) являются достаточно опасными. Чтобы уменьшить их содержание в выхлопе двигателя, ученые решили эти химические соединения еще раз подвергнуть хим. реакции. Для этого им пришлось использовать дорогостоящие металлы — платиноиридиевый сплав, палладий, родий. Вступая с ними в реакцию, вредные химические элементы окисляются, из-за чего после реакции на выходе получаются углекислый газ (CO2) и азот (N2) – вещества вполне безвредные. Конечно, полностью ядовитые элементы катализатор удалить не способен, но значительно уменьшить их – вполне.

Даже стандарты ЕВРО, постоянно ожесточающиеся, подразумевают определенное наличие опасных веществ, которые автомобили не должны превышать. В некоторых странах за экологией следят очень серьезно, поэтому авто, не соответствующие определенным нормам ЕВРО, и не оснащенные катализаторами, продавать и использовать запрещено.

Несколько слов о металлах, которые выступают нейтрализаторами. Они отличаются по химической реакции с вредными веществами. Так, палладий и сплав на основе платины являются окислительными, то есть, при вступлении в реакцию с вредными веществами, они их окисляют, разделяя на безвредные вещества.

Родий же является нейтрализатором восстановительным. Он при реакции оксиды азота восстанавливает до обычного безвредного азота.

На деле все происходит так: выхлопные газы и выпускного коллектора подаются в емкость, где находится специальная бобина с нейтрализующим металлом, проходя через которую, часть вредных веществ химически нейтрализуется, а затем уже выхлопной газ идет дальше – в резонатор и глушитель.

Сейчас все чаще применяются все три металла в одном катализаторе на авто – для улучшенной очистки отработанных газов. То есть, внутри катализатора размещаются одна за другой три бобины, каждая со своим металлом.

Конструкция катализатора

А теперь более подробно об устройстве катализатора. Располагается он зачастую за выпускным коллектором. Состоит он из корпуса, утеплителя и блок-носителя – той самой бобины.

О корпусе особо говорить нечего – герметичная жестяная емкость с двумя выходами для установки ее в систему отвода выхлопных газов. Утеплитель предотвращает просачивание газов мимо блок-носителя. Помимо этого, он сохраняет температуру, необходимую для протекания реакций. Дело в том, что быстрее всего реакции, при которых нейтрализуются вредные вещества проходят при температуре не менее 300 град. Поэтому зачастую нейтрализатор и располагается сразу за коллектором.

Принцип работы катализатора

А вот сами блок-носители по конструкции довольно интересны. Указанные металлы являются очень дорогостоящими, поэтому сделать один блок-носитель полностью из этого металла – удовольствие невыгодное. Поэтому основой для блок-носителя выступает керамика, сделанная в виде сотов. На поверхность этих сотов и наносится слой нейтрализующих металлов. Такая конструкция позволяет не только снизить расход дорогих металлов, но еще и по максимуму увеличить площадь контакта металла с газами.

Некоторые блок-носители состоят из свернутой в рулон керамической ленты с сотами, поэтому в разрезе она похожа на бобину. Но это не всегда так, есть и блок-носители, похожий на сигаретный фильтр, но только значительно увеличенный в размерах.

Работа катализатора

Одной из особенностей использования катализатора на авто является то, что бортовой компьютер следит за его работой. Для этого в систему отвода включены лямбда-зонды. В авто, которое не оснащено катализатором, данный зонд только один и нужен он для определения количества остаточного кислорода в отработанных газах для коррекции работы системы питания.

Расположение катализатора в выхлопной системе. Кислородные датчики — это и есть лямбда-зонды

А вот в машине с каталитическим нейтрализатором таких лямбда-зондов два, первый установлен перед и катализатором и он определяет состав выхлопных газов для системы питания. Второй располагается за катализатором и определяет он состав выхлопных газов уже прошедших дополнительную очистку. После бортовой компьютер сравнивает показания двух зондов.

Если значения будут выравниваться, это укажет на выход из строя катализатора, о чем просигнализирует индикатор «Check engine».

Неисправности каталитического нейтрализатора

Все дело в том, что катализатор не вечен и со временем выходит из строя. Средний срок службы его составляет около 100 тыс. км. Если авто прошло такой километраж, и возникли проблемы с катализатором – это укажет на естественный износ. В таком случае слой нейтрализующих металлов с поверхности керамических сотов выгорел и выхлопные газы уже не очищаются.

Видео: Как пробить катализатор

Однако проблемы с катализатором могут возникнуть и значительно раньше. Виной тому может стать нарушенная работа системы зажигания или питания. По их вине может пройти засорение сотов сажей и другими продуктами горения, после чего работа катализатора нарушается.

Еще причиной поломки катализатора может стать некачественный бензин, особенно это проблема актуальна у нас. Часто для повышения октанового числа в бензин добавляется тетраметилсвинец. Октан он хоть и повышает, но в цилиндрах полностью не сгорает, а выходя из цилиндров – оседает на поверхности сотов блок-носителя, после чего катализатор перестает действовать.

Устранение проблем в работе

Решений проблем, возникших с каталитическим нейтрализатором – несколько. Первая и самая простая – замена катализатора на оригинальный. То есть, обращаетесь к официальным дилерам, они заказывают новый элемент, заменяют его и авто продолжает эксплуатироваться дальше. Но в этом есть одна значительная проблема – стоимость. Сейчас производители авто поступают по-хитрому – зачастую выпускной коллектор выполнен заодно с катализатором. А поскольку сам катализатор – не дешевый, а еще если и добавить коллектор, то и вовсе сумма за ремонт может выйти приличной.

Вторым способом решения проблемы является установка универсального катализатора. При этом восстановление работоспособности авто может обойтись значительно дешевле. Для авто подбирается определенная модель катализатора, подходящая по параметрам автомобиля. Далее неисправный катализатор вырезается из системы отвода выхлопных газов, на его место вваривается новый – универсальный.

Видео: Катализатор и пламегаситель, сравнение до и после, 0-100(120) км\ч Nissan Almera N16 QG15DE

И последний способ восстановления – замена катализатора на пламегаситель. Это самый «варварский» способ. Катализатор с выхлопной трубы вырезается, на его место вваривается пламегаситель, он же предварительный резонатор, который стабилизирует поток выхлопных газов при прохождении через него, но он никаких очистных работ не проводит. После производится перепрошивка бортового компьютера, и проблем с катализатором больше не возникает.

Источник статьи: http://avtomotoprof.ru/v-pomoshh-avtomobilistu/chto-takoe-katalizator-i-ego-naznachenie-v-avtomobile/