Нейтрализатор в автомобиле что это?

Для чего нужен катализатор в автомобиле: признаки неисправности и способы промывки устройства

Резкий скачок уровня автомобилизации общества в конце двадцатого века потребовал глобального усиления требований к экологичности двигателей внутреннего сгорания. Суровые законодательные меры вынудили производителей разработать и внедрить сложные технические комплексы очистки выхлопных газов, главными компонентами которых стали системы электронного управления впрыском топлива и специальные узлы дополнительной переработки продуктов выпуска – каталитические нейтрализаторы.

Зачем нужен в машине каталитический нейтрализатор

Большая часть выхлопных газов состоит из вполне нейтральных и безвредных веществ – азота, водяного пара и двуокиси углерода. Но обойтись только их наличием практически невозможно, такое случается лишь в идеально отрегулированном двигателе, работающем в предсказуемом стационарном режиме.

Во всех других случаях мотор начинает выделять крайне опасные для человека химически активные вещества, моноокись углерода, углеводороды и окислы азота.

Прямое уничтожение подобных ядов с большой скоростью и в требуемом объёме практически невозможно, поэтому инженеры были вынуждены прибегнуть к известным из химии каталитическим реакциям переработки вредных веществ в относительно нейтральные.

Катализатором в химии называется компонент реакции, который участвует в процессе, хорошо его ускоряет, но сам при этом не расходуется.

Что ценного в устройстве

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.

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.

Причины и признаки неисправности

Теоретически катализатор должен работать вечно. Благородные металлы не окисляются и не расходуются в химических реакциях каталитического типа. Но реальность выглядит значительно хуже. Тонкие приборы оказываются бессильны перед нарушениями температурного режима и механическими ударами.

Почти все проблемы бывают связаны с нарушением работы систем питания и зажигания двигателя, а также с применением некачественного топлива. Всё это приводит к повышению температуры нейтрализатора, оплавлению и выкрашиванию его сотовой структуры с последующим закупориванием пути свободного прохода выхлопных газов.

При этом катализатор способен нанести страшный ответный удар двигателю. Его близкое расположение к зоне выпускных клапанов привело к опаснейшему эффекту – раскрошенная керамика может попадать в цилиндры.

Это не является парадоксом, дело в том, что импульсный характер движения газов на выпуске приводит к хаотическому перемещению частиц по коллектору и всасыванию их в двигатель перепадами давления.

Результат известен многим мотористам – царапины и задиры на поверхностях, которым это полностью противопоказано. Двигатель отправляется в капитальный ремонт.

Общим признаком неисправности станет потеря мощности двигателя, его неспособность развить большие обороты. В конце концов он просто перестанет запускаться. Это легко себе представить интуитивно, вообразив, что некто коварно заткнул выхлопную трубу. Результат абсолютно идентичен.

Как проверить

Симптомы слишком характерны, чтобы вызывать сложности с диагностикой забитого катализатора.

Изменившийся звук выхлопа, сдавленное шипение в выпускной системе, иногда вообще крайне слабая реакция руки, подведённой к срезу выхлопной трубы. Обычно к тому же зажигается лампочка контроля состояния двигателя, ЭСУД заметит нештатные показания датчиков.

Окончательный диагноз будет поставлен после снятия катализатора с автомобиля. Запечённые, заполненные отложениями и раскрошенные соты невозможно не заметить.

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.

Зачем вырезают катализатор на автомобиле

Подобное удаление имеет негативные последствия в виде увеличения загрязнения окружающей среды.

Выполняется оно обычно по двум причинам – экономии на покупке новой детали, взамен пришедшей в негодность (изделие дорогое по описанным выше причинам) и мощностного тюнинга автомобиля.

Снижение сопротивления на выхлопе позволит мотору раскручиваться более уверенно. К тому не секрет, что экологичность и экономичность пока не могут существовать одновременно. На обслуживание хорошего катализатора требуется значительное количество дополнительного топлива, не несущего полезной нагрузки.

Тонкости удаления устройства из выхлопной системы

Выполнить это без значительных затрат времени иногда невозможно. Прошли времена, когда катализатор представлял собой удобный в обращении жестяной цилиндр с хрупкой керамической начинкой. Два крепких удара ломом — и дело сделано.

Сейчас приходится иметь дело с изделием замысловатой формы, без доступа к внутренностям, да ещё и с крепкими металлическими сотами. Приходится вскрывать корпус и потом его заваривать. В условиях СТО операция не самая дешёвая.

Завершиться процесс должен перенастройкой «мозгов» двигателя, иначе они сразу вычислят обман. Это делается различными способами, в зависимости от квалификации и привычек исполнителя. Могут применяться как программные, так и аппаратные «обманки» контролирующих датчиков.

Результат один – мотор адаптируется к новым условиям и перестаёт паниковать лампочкой «Check engine». Иногда ставят так называемый пламегаситель – специальную вварку, нормализующую звук, температуру и внутреннюю аэродинамику выхлопа.

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.

  1. Конструкция и функции каталитического нейтрализатора
  2. Принцип действия катализатора
  3. Срок службы катализатора
  4. Можно ли удалить катализатор

Конструкция и функции каталитического нейтрализатора

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.
Читайте также  Что такое байпас в автомобиле?

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.

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.

Наилучшим решением при поломке каталитического нейтрализатора будет его замена на оригинальную деталь в специализированном сервисе. Таким образом будет исключено вмешательство в конструкцию автомобиля, а его экологический класс будет соответствовать заявленному производителем.

Каталитический нейтрализатор: чудовище под днищем

Каталитические нейтрализаторы начали применять еще в прошлом веке для снижения токсичности отработавших газов автомобильного двигателя с искровым зажиганием.

Керамические соты каталитического нейтрализатора

Каталитический нейтрализатор работает без расхода активного вещества. В современных автомобилях с нормами токсичности Евро-4 и Евро-5 каталитические нейтрализаторы располагают максимально близко к выпускным отверстиям и крепят шпильками или болтами через прокладку к головке блока цилиндров.

Каталитический нейтрализатор (катколлектор)

Столь тесное соседство массивного и горячего каталитического нейтрализатора с двигателем затрудняет компоновку моторного отсека и приводит к повышению температуры в подкапотном пространстве. Но зато прогрев активной зоны катколлектора после пуска двигателя происходит быстрее. Ведь только прогретый катализатор способен эффективно очищать отработавшие газы. Каталитические реакции эффективно идут только при температуре свыше 300 градусов Цельсия.

Каталитический нейтрализатор автомобиля Лада Приора

Для правильной работы системы перед каталитическим блоком и сразу за ним устанавливают кислородные датчики (лямбда-зонды). Стоящий до нейтрализатора датчик называют управляющим, а установленный после — диагностическим.

В мировой практике используется и другое расположение каталитического нейтрализатора. Такая схема с расположением бочонка каталитического нейтрализатора под днищем автомобиля появилась на заре применения этого способа снижения токсичности отработавших газов и до сих пор используется, например, на автомобилях фирмы Renault при нормах Евро-4 и даже Евро-5.

Каталитический нейтрализатор

Система выпуска отработавших газов Lada 4×4

Каталитический нейтрализатор считается надежным элементом конструкции современного автомобиля, и производители не предусматривают регламента по его замене. То есть, по их мнению, срок службы катколлектора или элемента под днищем автомобиля должен быть равен сроку службы всего автомобиля. Тем не менее практика показала, что каталитические нейтрализаторы далеко не всегда служат безупречно.

Что может случиться с ней трализатором?

Первой неисправностью активного элемента катколлектора является его оплавление, проявляющееся в виде спекания сот и приводящее к затрудненному проходу отработавших газов. Обычно это происходит после того, как превышен порог температуры газов в 900 градусов.

Каталитический нейтрализатор

Второй возможный сценарий повреждения катколлектора — это разрушение керамики. Иными словами, она начинает крошиться.

Каталитический нейтрализатор

И третий — это просто забитый продуктами неполного сгорания топлива и масла нейтрализатор, не дающий двигателю «дышать».

Каталитический нейтрализатор

Ряд производителей используют вместо керамической основы металлическую пористую структуру. В народе такое решение считают более прочным.

Каталитический нейтрализатор

Гораздо коварнее дефект, при котором частицы керамики начинают выкрашиваться с поверхности сот. Причиной разрушения керамики чаще всего является некачественное топливо, которое догорает на такте выпуска. Причем крошение начинается в самой горячей зоне, на кромках сот, расположенных ближе к двигателю.

При работе двигателя на разных режимах может происходить заброс части отработавших газов обратно в цилиндры двигателя. Керамическая пыль, являющаяся абразивом и попавшая с потоком газов в цилиндр, быстро выведет из строя поршневую группу и приведет к задирам на стенках цилиндров.

Впрочем, опасно это явление далеко не для всех двигателей. Мы даже не будем говорить про модели, у которых нейтрализатор вопреки общемировым тенденциям закреплен под днищем автомобиля, а потому вредоносным частицам пришлось бы преодолеть почти метр «против течения». Некоторые производители благодаря применению верных конструктивных решений избежали этих проблем или сумели вовремя их устранить.


  • Как дела с гарантией?

    На фоне такого отношения к потребителю резко негативное отношение вызывает позиция, занятая концерном Kia. В сервисной книжке автомобилей этой марки до начала 2016 года красовалась надпись, что гарантийные обязательства на каталитический нейтрализатор простираются вплоть до 1(!) тысячи километров. Грубо говоря, на две заправки топливом, а потом «плохой русский бензин» может повредить каталитический нейтрализатор, но фирма за это уже не отвечает. Правда, с 2016 года гарантия на каталитический нейтрализатор была продлена до 150 тыс. км.

    По мнению автора, гарантия на каталитический нейтрализатор должна быть продолжительностью не меньше, чем на автомобиль.

    Теперь поподробнее рассмотрим, что следует и чего не следует делать владельцу автомобиля, чтобы нейтрализатор прослужил долго и счастливо.

    Причины выхода из строя каталитического нейтрализатора:

    1. Плохое качество топлива — чаще всего с низким октановым числом. Система управления двигателем переходит на позднее зажигание. Это вызывает догорание смеси на выпуске и рост температуры отработавших газов.
    2. Неправильная работа системы зажигания (пропуски зажигания). Не сгоревшее в одном цилиндре топливо тут же поджигается и горит в нейтрализаторе.
    3. Механическое повреждение каталитического нейтрализатора. Повышенная вибрация силового агрегата и удары по катализатору приводят к крошению керамического блока.
    4. Термоудары. Мгновенное охлаждение раскаленного нейтрализатора при преодолении лужи, к примеру, может вызвать трещины керамического элемента.
    5. Неправильный состав топливовоздушной смеси, вызванный, например, неисправностью датчика кислорода. Тот же эффект вызовут негерметичные, льющие форсунки.
    6. Добавление присадок в бензин. Коктейли от непроверенных производителей или нарушение концентрации могут повышать температуру сгорания на выпуске.
    7. Самые новые конструкции двигателей с минимальной токсичностью запрограммированы на быстрый прогрев нейтрализатора. В условиях холодов для ускорения прогрева вначале блоки управления двигателем очень переобогащают смесь, которая догорает на поверхности нейтрализатора.
    8. В истории существовали откровенные дефекты конструкции нейтрализатора. Например, Suzuki проводила отзывную кампанию по сплошной замене нейтрализаторов на автомобилях SX4.

    Из личного опыта

    Вторая половина девяностых. Я работал менеджером по автопарку в коммерческой фирме. Шеф вызывает и говорит: Карину (Toyota Carina Е) продавать будем. Езжай на мойку, и чтоб двигатель блестел, как…

    Toyota Carina Е

    В общем, погорело и перестало. Вернулся к машине, открыл капот, вскрыл крышку распределителя, а там болото. Влагу вытер, просушил и добрался-таки до офиса. А теперь ответьте на вопрос: где, по-вашему, горело топливо?

    А если все-таки конец?

    Вышедший из строя каталитический нейтрализатор на негарантийной машине заменять оригинальным сможет и захочет далеко не каждый. Дорого это. Какие варианты развития событий?

    1. Просто выбить начинку из нейтрализатора. Это требует перепрошивки блока управления, чтобы он «закрыл глаза» на сигнал со второго кислородного датчика, либо установки механической или электронной обманки. Механическая представляет собой втулку, в которой закреплен кусочек каталитического нейтрализатора, а электронная просто имитирует правильный сигнал датчика кислорода.
    2. Выбить начинку и установить вместо нее пламягаситель. Он представляет собой несколько камер с отверстиями, служащими для снижения температуры и давления газов. Это несколько уменьшает шум и облегчает режим работы других элементов системы выпуска отработавших газов. «Мозги» автомобиля предстоит обмануть, как описано выше.
    3. Установить вместо керамического блока универсальный ремонтный каталитический нейтрализатор. Чаще всего на металлической, а не керамической основе. Степень очистки будет немного ниже, но «вредителями» вы себя чувствовать не будете.
    Читайте также  Чем удалить ржавчину с металла автомобиля?

    Расскажите, а как происходило ваше общение с «чудовищем под днищем» — каталитическим нейтрализатором: работает, вырезан, заменен?

    С «историями болезней» автомобилей прошлых поколений можно познакомиться, пройдя по ссылке.

    Каталитический нейтрализатор — как работает, конструкция, типы

    Каталитический нейтрализатор (конвертер) представляет собой устройство контроля выбросов выхлопных газов, которое превращает токсичные газы и загрязняющие вещества в выхлопных газах двигателя внутреннего сгорания в менее токсичные загрязняющие вещества, катализируя окислительно-восстановительную реакцию (реакцию окисления и восстановления).

    Катализаторы обычно используются с двигателями внутреннего сгорания, работающими на бензине или дизельном топливе.

    1. Принцип работы
    2. Конструкция
    3. Типы каталитических нейтрализаторов
    4. Двухступенчатый
    5. Трёхступенчатый
    6. Где и как расположен катализатор
    7. Катализатор дизельного двигателя

    Принцип работы

    В химии катализатор — это вещество, ускоряющее или вызывающее химическую реакцию, но само при этом не расходующееся. Такими веществами являются золото, никель, палладий, медь, родий, хром и большинство драгоценных и редких металлов.

    В процессе работы автомобильного двигателя образуются выхлопные газы. Эти газы попадают в выпускной коллектор и далее — в каталитический преобразователь.

    Выхлопной газ, состоящий из токсичных веществ, проходит через структуру нейтрализатора. Вещества-катализаторы в составе конвертера вызывают химические реакции, преобразующие вредные вещества в безвредные.

    Современный нейтрализатор использует два катализатора, а именно — катализатор восстановления и катализатор окисления.

    Катализатор окисления изготовлен из палладия и платины, а катализатор восстановления — из родия и платины. В результате реакций в каталитическом преобразователе образуются: углекислый газ, азот, вода .

    Конструкция

    Каталитический преобразователь представляет собой металлический корпус из нержавеющей стали, в котором есть сердцевина с сотовой структурой. Она покрыта драгоценными металлами, такими как платина и родий. Эти металлы реагируют с выхлопными газами двигателя. Они уменьшают содержание токсичных газов, превращая их в углекислый газ и воду.

    Керамическая конструкция дешевле в производстве, но у неё есть большой минус — хрупкость. Достаточно небольшого удара, чтобы керамические соты треснули и осыпались.

    В первую очередь катализатор реагирует с окисью углерода, образующейся при сгорании бензина. Он также реагирует с углеводородами, образованными несгоревшим топливом и оксидами азота. Таким образом, нейтрализатор превращает эти газы в менее вредные побочные продукты, такие как диоксид углерода, водяной пар и азот.

    Чтобы катализатор был эффективным, его температура должна быть около 400 °C. Вот почему они обычно соединены с выпускным коллектором. По этой же причине датчики кислорода имеют нагревательные элементы.

    Типы каталитических нейтрализаторов

    Есть три разных типа автомобильных катализаторов. Первый тип — катализатор окисления. Он уменьшает вредные загрязнения, такие как угарный газ (CO) и углеводороды топлива (HC) в выхлопе. Одновременно часто используется вторичный впрыск воздуха. Однако катализатор окисления уменьшает только часть загрязняющих веществ.

    Двухступенчатый

    Второй тип — двуступенчатый каталитический нейтрализатор, который является более совершенным. Работает в два этапа. Есть два элемента, которые расположены один за другим.

    Двусторонний (или «окислительный») каталитический нейтрализатор имеет две одновременные задачи:

    1. Окисление оксида углерода до диоксида углерода:
      2CO + O2 → 2CO2 .
    2. Окисление углеводородов (несгоревшего и частично сгоревшего топлива) до диоксида углерода и воды:
      CxH2x + 2 + [(3x + 1) ⁄ 2] O2 → xCO2 + (x + 1) H2O (реакция горения).

    Этот тип автомобильных катализаторов широко используется в дизельных двигателях для снижения выбросов углеводородов и окиси углерода. Они также использовались на бензиновых двигателях в автомобилях американского и канадского рынков до 1981 года. Из-за неспособности контролировать оксиды азота они были заменены трехступенчатыми нейтрализаторами.

    Трёхступенчатый

    Третий тип — это трёхступенчатый каталитический нейтрализатор. Начал использоваться с 1981 г. Он преобразовывает вредные газы, выходящие из двигателя, в безвредные.

    Выхлопные газы двигателя содержат опасные вещества, которые наносят вред окружающей среде. К ним относятся оксиды азота, углеводороды и оксид углерода. Трехступенчатый катализатор превращает их в менее вредный диоксид углерода, воду и азот.

    Три ступени очистки выхлопных газов выглядят так:

    1. Восстановление оксидов азота до азота (N2):
      2 CO + 2 NO → 2 CO2 + N2
      углеводород + NO → CO2 + H2O + N2
      2 H2 + 2 NO → 2 H2O + N2;
    2. Окисление угарного газа до углекислого газа:
      2 CO + O2 → 2 CO2;
    3. Окисление несгоревших углеводородов (HC) до диоксида углерода и воды в дополнение к вышеуказанной реакции NO:
      углеводород + O2 → H2O + CO2;

    Эти три реакции происходят наиболее эффективно, когда катализатор получает выхлоп от двигателя, работающего немного выше стехиометрической точки. Для сжигания бензина это соотношение составляет от 14,6 до 14,8 частей воздуха на одну часть топлива. Эффективность преобразования очень быстро падает, когда двигатель работает вне этих пределов.

    При бедной смеси выхлоп содержит избыточный кислород и это не способствует реакции восстановления NOx. При богатой смеси избыточное топливо потребляет весь доступный кислород перед нейтрализатором, оставляя для функции окисления только кислород, находящейся в катализаторе.

    Трёхступенчатый конвертер является единственным устройством, которое уменьшает количество всех трёх загрязнителей за один раз. Такой способ очистки наиболее экономичный.

    Большинство автопроизводителей используют в своих транспортных средствах именно трехступенчатые нейтрализаторы, которые соответствуют строгим нормам выбросов.

    Где и как расположен катализатор

    В большинстве транспортных средств каталитический нейтрализатор расположен рядом с выпускным коллектором двигателя. Преобразователь быстро нагревается благодаря воздействию очень горячих выхлопных газов, что позволяет снизить вредные выбросы во время прогрева двигателя. Это достигается путем сжигания избыточных углеводородов, которые образуются в результате обогащенной смеси, необходимой для холодного пуска.

    В некоторых трехкомпонентных катализаторах есть системы впрыска воздуха, который подается между первой (восстановление NOх) и второй (окисление углеводородов и СО) ступенью преобразователя.

    Как и в двухступенчатых преобразователях, этот нагнетаемый воздух обеспечивает кислород для реакций окисления. Также иногда присутствует точка впрыска воздуха выше по потоку, перед каталитическим нейтрализатором, чтобы обеспечить дополнительный кислород только во время прогрева двигателя.

    Это приводит к тому, что несгоревшее топливо воспламеняется в выхлопном тракте, тем самым предотвращая его попадание в каталитический конвертер. Этот метод сокращает время работы двигателя, необходимое для достижения рабочей температуры катализатора.

    Большинство новых автомобилей имеют электронные системы впрыска топлива и не требуют впрыска воздуха в своих выхлопных трубах. Вместо этого они обеспечивают точно контролируемую топливовоздушную смесь, которая быстро и непрерывно переключается между обеднённым и обогащённым состоянием.

    Датчики кислорода контролируют содержание кислорода в отработавших газах до и после каталитического нейтрализатора, и блок управления двигателем использует эту информацию для регулировки впрыска топлива.

    Смотрите также видео о том, как устроен автомобильный катализатор:

    Катализатор дизельного двигателя

    Для двигателей с воспламенением от сжатия (то есть для дизельных двигателей) наиболее часто используемым каталитическим нейтрализатором является катализатор окисления дизельного топлива (diesel oxidation catalyst — DOC).

    DOC содержат палладий, платину и оксид алюминия, которые окисляют углеводороды и оксид углерода кислородом с образованием углекислого газа и воды.

    Эти преобразователи часто работают с 90-процентной эффективностью, фактически устраняя запах дизельного топлива и помогая уменьшить видимые частицы (сажу).

    Эти конверторы не уменьшают NOx, потому что любой присутствующий восстановитель будет реагировать в первую очередь с высокой концентрацией O2 в выхлопных газах дизельного топлива.

    Раньше сокращение выбросов NOx от дизельных двигателей решалось путем добавления выхлопных газов во впускной коллектор, известное как рециркуляция выхлопных газов (EGR).

    В 2010 году большинство производителей дизелей добавили каталитические системы в свои автомобили, чтобы соответствовать новым требованиям по выбросам.

    Дизельный выхлоп содержит высокий уровень твердых частиц (ТЧ). Каталитические нейтрализаторы не удаляют ТЧ, поэтому они очищаются сажевым фильтром (diesel particulate filter — DPF).

    Все транспортные средства, работающие на дизельном топливе и изготовленные после 1 января 2007 года, должны соответствовать ограничениям на выбросы дизельных частиц, что означает, что они должны быть оснащены двухсторонним каталитическим преобразователем и иметь сажевый фильтр.

    Что необходимо знать о катализаторе в автомобиле

    Сегодня очень много внимания уделяется охране окружающей среды. Одним из немаловажных факторов, влияющих на её загрязнение, считаются выхлопные газы транспортных средств. Производители автомобилей предусмотрели многоуровневую очистку выхлопов от машин, которая включает в себя и наличие так называемого катализатора или нейтрализатора. Противники катализаторов однозначно указывают на очень высокую стоимость этого узла, которая порой составляет до 13% от стоимости всего авто. Другие указывают на важность наличия катализатора для корректной работы транспортного средства. Давайте рассмотрим, что такое катализатор в автомобиле, и так ли он необходим нашим машинам и нам.

    Катализатор

    Нейтрализатор является одной из составных частей выхлопной системы, которая предназначена для отведения отработанных газов в процессе работы автомобиля. Выхлопы обычно включают в себя множество крайне вредных для всего окружающего веществ типа оксидов азота, окиси углерода и углеводорода. Вот для снижения этих выхлопов и предназначен катализатор.

    Катализатор чаще всего находится непосредственно на принимающей трубе, но может располагаться и сразу после неё. Данная деталь состоит из корпуса с теплоизоляцией, в который помещена основа из керамики или метала, выполненная в форме сот. Сверху эта конструкция имеет напыление из сплава, включающего в себя ценные, редкоземельные металлы, чаще всего это платина, иридий, палладий и родий. Конструкция из сот обеспечивает максимально большую площадь соприкосновения выхлопов и напыления выступающего в роли катализатора. Раскалённые газы выбрасываются на соты с напылением, и происходит химическая реакция по нейтрализации вредных веществ. Таким образом, после очистки в атмосферу поступают почти безобидные азот или углекислый газ. Из этого понятно, что назначение катализатора в машине – это максимальная очистка выхлопных газов. Для повышения эффективности очистки нейтрализаторы помещают как можно ближе к выпускному коллектору автомобиля, где выходящие выхлопы имеют наиболее высокую температуру, а при соприкосновении с покрытием из катализатора температура становится ещё выше.

    Читайте также  Как снять воздушный фильтр на калине?

    Катализатор как таковой устанавливать необязательно, это вряд ли приведёт непосредственно к поломке, но есть условия, когда его наличие не просто желательно, но и обязательно. К таким условиям мы можем отнести:

    • планируется поездка за рубеж (строго обязательно);
    • машина моложе пяти лет;
    • предстоит самостоятельное прохождение ТО.
    • вы беспокоитесь о сохранении окружающей среды.

    Виды нейтрализаторов

    Катализаторы различаются по своим функциям, и можно выделить несколько различных типов этих устройств:

    1. Двусторонние. Данный тип устройств наиболее часто применяется в дизельном транспорте. Они нацелены на выполнение следующих функций:
    • провести окисление угарного газа для получения углекислого;
    • окисление углеводородов из отработанного топлива путём преобразования в воду и углекислый газ.

    Нейтрализатор в выхлопной системе

    1. Трёхсторонние. Этот тип устройств появился в 1981 году. Он может выполнять несколько более широкий спектр работы, а именно:
    • преобразовывать окись азота в азот и кислород;
    • производить окисление угарного газа в углекислый;
    • осуществлять окисление несгоревших углеводородов в углекислый газ и воду.
    1. Дизельные катализаторы.
    2. Катализаторы для транспортных средств, осуществляющих работу на бедных смесях.

    Все катализаторы можно разделить ещё и на основании материалов, из которых они изготовлены. По этому принципу можно выделить:

    1. Керамические катализаторы. Эти устройства имеют стандартную конструкцию в виде сот, изготовленных из керамики. Рабочая поверхность нейтрализатора покрыта напылением из платины и иридия. Основным преимуществом керамического элемента является его относительно невысокая стоимость, но у такого нейтрализатора имеется и существенный недостаток – он слишком хрупок. Разрушить керамические соты может совершенно незначительный удар. Ударная волна может образоваться и в том случае, если топливо сгорает не сразу, а с небольшой задержкой – происходят хлопок и разрушение сот. Другой причиной разрушения может стать простая вода из лужи, попавшая на разогретый катализатор.

    Ещё одна проблема, довольно часто тревожащая обладателей устройств с керамической начинкой, это постоянно образующаяся керамическая пыль. Её можно найти в камере сгорания и даже иногда в цилиндрах двигателя.

    1. Металлические катализаторы. Начинка данных устройств состоит из металлических сот, которые обладают повышенной упругостью. Данное свойство было достигнуто благодаря тому, что металл определённого качества имеет спиралевидную форму. Эта конструкция имеет высокую надёжность и является очень прочной, но, как и керамический вариант, она подвержена разрушению при использовании некачественного топлива и контрафактных жидкостей, которые используются для промывания системы. Вред могут нанести и переобогащённые топливные смеси, и попадание в камеру сгорания антифриза или масел.
    2. Спортивные. Это наиболее прочные и надёжные модели нейтрализаторов, но, к сожалению, и самые дорогие. Спортивные катализаторы тоже изготовлены из металла, но они обладают довольно высокой пропускной способностью. В результате этого автомобили с такими катализаторами и прямоточной системой выведения выхлопных газов получают дополнительную мощность, иногда достигающую 20%.

    Столкнувшись со всеми возникающими проблемами относительно обычных катализаторов, многие автомобилисты приходят к выводу, что данное устройство приносит гораздо больше вреда, чем пользы. Но это не совсем так, нейтрализатор просто необходимо вовремя заменять на новый. В таком случае никаких проблем с автомобилем не возникнет, а выбросы газов от отработанного топлива будут наносить не так много вреда окружающей среде.

    Важно понимать, что отработавший своё катализатор не подлежит ремонту. При любого рода поломках он требует только замены на новый.

    Отработавший своё катализатор

    В ситуации, когда возникла потребность в замене устройства, владелец транспортного средства может выбрать наиболее подходящий для него вариант. На любой автомобиль можно установить:

    1. Оригинальную модель. Это особенно актуально для обладателей машин, которые ещё находятся на гарантийном обслуживании. Главным недостатком устройства является его высокая стоимость.
    2. Универсальная. Этот вариант будет стоить практически в два раза дешевле, но свои функции по очистке выхлопов он выполнит хорошо. Само тело катализатора вваривается в систему на место старого устройства. Такой вариант обойдётся примерно в 10 – 15 тысяч и будет наиболее приемлемым для владельца авто.
    3. Пламегаситель. Это наиболее экономичный вариант, но для автомобилей, настроенных на евро 4 или 5, он категорически не подойдёт. Устройство предназначено для стабилизации потока выхлопных газов и исходящих из трубы звуков.
    4. Обманка лямбда зонда. Этот вариант очень дешёвый и предназначен для обмана бортового оборудования. Благодаря такой приставке или специальному датчику на компьютер будет подаваться сигнал правильно функционирующего нейтрализатора, но очистки выхлопов происходить не будет.

    Что говорит о необходимости замены нейтрализатора

    Существующие сегодня модели нейтрализаторов по большей части имеют запас прочности на прохождение от 100 до 120 тысяч км., но может возникнуть неожиданная потребность в замене и несколько раньше.

    Явным признаком окончания срока эксплуатации данного устройства будет выгорание каталитического напыления на соты. В современных моделях автомобилей о данной проблеме сразу же сообщает бортовая система – загорается сообщение об ошибке. В том случае если транспортное средство не новое и не имеет бортового компьютера, о возникновении проблемы данного рода можно судить по следующим признакам:

    • на повышенных оборотах может временно, а иногда и постоянно пропадать тяга;
    • очень плохо заводится машина, требуется долго работать стартером;
    • неожиданно при полном вдавливании педали обороты перестают подниматься выше четырёх тысяч, а иногда и меньше, оборотов, при этом автомобиль требует гораздо больше топлива.

    Все перечисленные признаки сигнализируют о возникновении проблемы, система ещё работает, но пришло время её замены. Эти проблемы возникают в результате частичного оплавления или разрушения сот и снижения пропускной способности для выхлопных газов. Если проигнорировать данный факт, в скором времени можно столкнуться с ситуацией, когда мотор начинает заводиться с большими проблемами, и даже если заведётся, то очень быстро глохнет – катализатор полностью в нерабочем состоянии. Подтверждением неисправности именно нейтрализатора является тот факт, что из выхлопной трубы перестаёт идти газ при включенном моторе. Наличие газов нужно проверять рукой, поднесённой к отверстию.

    Ещё одним сигналом о разрушившемся катализаторе будет грохот под автомобилем. Наиболее явно он слышен во время запуска мотора. Это происходит потому, что устройство уже разрушено, и части керамической начинки под воздействием напоров газов хаотично бьются о кожух.

    Почему нейтрализатор может выйти из строя

    Каталитическое устройство имеет довольно длительный срок службы, и если разрушение происходит в короткие сроки после начала эксплуатации автомобиля, то у транспортного средства имеются скрытые проблемы с системами питания и зажигания. Перед заменой данного устройства обязательно требуется полная диагностика этих систем.

    В том случае, если некорректно работают эти системы, как минимум в одном из цилиндров не происходит полного сгорания топлива, и катализатор вынужден работать в усиленном режиме, дожигая его.

    Очень крупные неприятности могут вызвать высоковольтные провода или катушки и свечи зажигания. При нарушении в работе форсунок может переливаться топливо, что тоже влечёт за собой выход из строя катализатора. Если происходит залегание или износ колец и колпачков цилиндропоршневой системы, переливаться и догорать начинает ещё и моторное масло.

    Как уже говорилось ранее, керамическая начинка может быть очень легко повреждена при механическом воздействии. Во избежание данной ситуации не помешает установить дополнительную защиту на днище авто.

    Разрушение керамического содержимого катализатора чревато попаданием крошек в цилиндры двигателя, где они повреждают стенки и могут даже привести к поломке двигателя. Чтобы не произошло ничего подобного, необходимо следить за состоянием своего транспортного средства и вовремя производить необходимый ремонт.

    Можно ли обойтись без катализатора

    Этот вопрос решает каждый для себя самостоятельно. Между автомобилистами существуют совершенно противоположенные мнения. Если подытожить все высказывания, можно отметить, что удаление катализатора несёт в себе и положительные, и отрицательные стороны:

    • двигатель работает в полную силу, ему ничто больше не мешает освобождаться от отработанных газов;
    • заметно улучшается динамика транспортного средства;
    • ощутимая экономия денег, особенно это касается оригинальных моделей.
    • повышенное загрязнение окружающей среды;
    • большое количество выделяемого дыма, это особенно заметно при прогревании автомобиля или при начале движения, что называется «на холодную»: в процессе прогревания двигателя дым из трубы становится практически незаметным;
    • усиливается запах выхлопных газов, но это можно почувствовать только, если находиться непосредственно рядом с выхлопной трубой;
    • шум – автомобиль, естественно, становится несколько шумнее – чётче слышен глушитель, но это совсем не критично.

    Таким образом, удалять или не удалять катализатор – решать нужно самостоятельно. В нашей стране на сегодняшний день нет жёстких требований по содержанию вредных веществ в выхлопных газах. В том случае, если есть планы совершить автомобильную поездку в Европу на собственном автомобиле, решение может быть только одно – каталитический нейтрализатор устанавливать придётся обязательно, в противном случае вы просто не получите разрешение на въезд.