Как работает катализатор в автомобиле?

ArtemTerti4niy › Блог › Устройство и принцип работы катализатора. Часть первая:

— Катализатор – это очень простой элемент выхлопной системы, но от него зависит многое. Сегодня мы поможем вам узнать, какие вредные вещества формируются при работе автомобильного двигателя. Вы также получите информацию о том, как каталитический преобразователь уменьшает количество вредных выбросов.

— Каждый современный автомобиль (не учитывая электрокаров, конечно) является серьезным источником загрязнения. В особенности эта проблема актуальна для жителей мегаполисов, так как именно в таких населенных пунктах количество автомобильных выхлопных газов порой очень высоко. Для того чтобы хоть как-то препятствовать этой проблеме правительства различных стран ограничивают уровень загрязнения, создаваемого автомобилями. В последние годы многие компании, которые выпускают транспортные средства, серьезно модернизировали двигатели и выхлопные системы своих моделей, чтобы соответствовать определенным нормам. Одним из достаточно серьезных шагов на этом пути стало производство катализатора или каталитического преобразователя. Что такое катализатор в автомобиле и как он работает? Как мы уже упоминали выше, его работа заключается в том, чтобы вовремя преобразовать вредные вещества, содержащиеся в выхлопных газах, в менее вредные продукты. Причем катализатор должен сделать это ещё до того, как выхлопные газы окажутся за пределами машины. Ликбез по вредным выбросам Для того чтобы максимально уменьшить содержание вредных веществ в выхлопных газах, производители «научили» двигатели автомобилей следить за количеством расходуемого топлива. Электронный блок управления двигателем контролирует оптимальную пропорцию топливо-воздушной смеси. Для этого используется такая характеристика, как стоихиометрический коэффициент. вк.ком/cars.best В теории, при таком соотношении топливо должно сгореть с применением определенного количества кислорода.

— К примеру, стоихиометрический коэффициент бензина составляет примерно 14,7 к 1. А это значит, что для сожжения 1 единицы бензина необходимо сжечь 14,7 единицы воздуха. В реальных условиях сгорание смеси топлива имеет некоторые отличия от оптимальной пропорции. Порой смесь становится обедненной (при повышении коэффициента), а иногда – слишком богатой (при падении данного показателя). Автомобильный двигатель вырабатывает такие вредные продукты: N2 (газообразный азот). Воздух на нашей планете на 78% состоит именно из этого вещества, причем большая его часть попадает в силовой агрегат авто. H2O (водяной пар). Продукт сгорания, формирующийся при соединении кислорода и водорода. СО2 (диоксид углерода). Это также продукт сгорания, который появляется в результате соединения углерода с кислородом. По сути, перечисленные вещества не представляют опасность для нашего здоровья, однако ученые утверждают, что углекислый газ приводит к ухудшению ситуации с глобальным потеплением. Поскольку процесс горения далеко не всегда соответствует планам разработчиков двигателей, определенный объем вредных веществ, все же, попадает в выхлопную систему. Именно для этого и существует катализатор. Каталитический преобразователь предназначен для сокращения количества следующих веществ: СО (окись углерода) – вредный бесцветный газ, не имеющий запаха; летучие органические соединения или углеводороды – ключевая составляющая смога, который формируется в результате неполного сгорания бензина; NO и NO2 (оксиды азота) – ещё одна составляющая смога и так называемых кислотных дождей. Далее мы поможем вам понять, как работает катализатор в автомобиле.

— Принцип работы катализатора Ещё со школьного курса химии многие люди знают, что катализатор – это вещество, применяемое для вызова или повышения скорости химической реакции. При этом каталитический преобразователь не становится продуктом реакции. Катализаторы принимают участие в реакциях, но их нельзя назвать реактивами или продуктами химической реакции. К примеру, в организме каждого человека есть ферменты, которые необходимы для осуществления большого количества биохимических реакций.

— Что такое катализатор вы уже знаете. Рассмотрим подробнее их устройство. Сегодня существуют два основных типа катализаторов: окислительные и восстанавливающие. Они имеют керамическую структуру, которую покрывает катализатор из металла. Статья опубликована в паблике Машины. Суть состоит в формировании структуры, которая сможет подставить под выхлопные газы максимально возможную площадь каталитического преобразователя. При этом задействуется минимальное количество катализатора, поскольку стоимость применяемых материалов является очень высокой.

— Интересно, что в некоторых устройствах применяют даже золото. По сравнению со всеми иными вариантами золото оказалось самым дешевым. Оно может увеличить уровень окисления на 40%, без чего невозможно сократить объем вредных веществ. Многие современные автомобили имеют системы выпуска с тремя катализаторами. Каждый из них отвечает за уменьшение количества выбросов определенного вещества.

— Сначала выхлопные газы попадают в восстанавливающий катализатор. В нём применяются родий и платина, которые сокращают количество молекул NO и NO2. В момент их контакта с молекулами каталитического преобразователя происходит отделение атома азота, в результате чего высвобождается O2, то есть кислород. Затем происходит связывание атомов азота, в результате чего появляется N2.

Катализатор в автомобиле: что это, его функции и можно ли его убирать

Все современные транспортные средства оборудованы каталитическим нейтрализатором. Большинство автолюбителей, убеждено, что без него машина не сможет исправно функционировать, однако экспериментаторы уверяют, что узел необходимо устранять. Так кто из них прав, а кто вводит окружающих в заблуждение? Разберемся к нашей статье.

Что такое «каталитический нейтрализатор»?

Катализатор – это часть выхлопной трубы, отвечающая за очищение отработавших газов. В процессе сгорания топливной смеси в цилиндрах двигателя образуются углеводороды, оксиды азота, окиси углерода и прочие соединения, которые пагубно влияют на окружающую среду и организм человека. В больших концентрациях они могут даже вызывать образование смога, но такое возможно только в городах-миллионерах.

Катализатор представляет собой расширенную часть глушителя. Внутри нее установлен специальный фильтр, выполняющий, собственно, основную роль. Фильтр состоит из полых и удлиненных ячеек, изготовленных либо из керамических, либо из металлических пластин. Строение каталитического нейтрализатора внутри напоминает пчелиные соты. Именно в этой полости и производится очистка выхлопных газов.

После катализатора на глушителе автопроизводитель устанавливает датчик – лямбда-зонд, который анализирует состав выхлопа после его очистки. Если уровень СО2 высокий, датчик пошлет информацию на ЭБУ, что приведет к информированию водителя о возможных проблемах.

Как работает катализатор?

Принцип работы данного узла достаточно прост:

отработавшие газы выходят из цилиндров и попадают в «очистительные соты»,
фильтр нагревается докрасна,
происходит догорание выхлопа,
окислившиеся вещества оседают в ячейки нейтрализатора,
отработавший газ выходит из выхлопной трубы.

Для того чтобы запустить процесс очистки, температура внутри катализатора должна быть не ниже 750°С. Горючие вещества покидают цилиндры с недостаточным количеством тепла – 500-550°С. Химические реакции, возникающие при поступлении газов в фильтрующее пространство, разогревают ячейки и приводят к выгоранию вредных веществ.

Почему каталитический нейтрализатор выходит из строя?

Ресурс данного узла достаточно велик – первые 120-150 тысяч километров о существовании катализатора водитель может и не догадываться. Проблемы начинаются тогда, когда на панели приборов загорается ошибка «Check engine». Эта ошибка появляется при выгорании «сот» устройства и невозможности дальнейшей фильтрации газов. При выгорании ячейки уменьшаются в размерах, утрачивают способность накаляться от выходящего из цилиндров тепла, поэтому становятся бесполезны в борьбе с загрязнениями.

Помимо длительной эксплуатации, еще одной причиной выхода из строя каталитического нейтрализатора является низкокачественное топливо. Как правило, ему искусственным путем повышают октановое число, разбавляя специальными добавками. В их составе содержится один из тяжелых металлов – свинец. Его попадание в фильтрующие элементы приводит к критическому повышению температуры внутри сот и их оплавлению. Таким образом, соты начинают загрязняться своими же отложениями, в связи с чем возникает падение эффективности каталитической очистки. Выход здесь один – менять сломанный узел.

Можно ли убрать катализатор и ездить без него?

Каталитические нейтрализаторы активно используются в автомобилестроении, однако их история не так уж стара – инновационная система очистки была изобретена в 90х годах прошлого века. Выпускаемые транспортные средства до этого периода катализатора не имели. Именно поэтому они выбрасывали в атмосферу разрушительное количество вредных примесей. С появлением нейтрализаторов повысилась экологичность моторов, и началась борьба производителей за «зеленое лидерство». Как это часто бывает, у новой технологии оказалось две стороны – хорошая и плохая. Хорошая, конечно же, связана со сниженным количеством вредных выбросов, плохая, увы, – с потерей двигательной мощности. Проблема появилась из-за того, что отработавшие газы не могут беспрепятственно выходить из автомобиля, их «тормозит» фильтр нейтрализатора. От этого двигатель слегка «захлебывается», поэтому не может выдавать большую мощность. По сути, катализатор в машине не просто бесполезен, но и даже чуточку ей вредит.

Почему же тогда при выходе катализатора из строя появляется ошибка «Check engine»? Все просто: засоренный фильтр теряет пропускную способность, отправляя часть выхлопного газа обратно в камеру сгорания. Уже отработавший газ соединяется с горючей смесью и делает последнюю менее эффективной. От этого машина перестает вести себя нормально: пропадает тяга, двигатель начинает троить, в некоторых случаях мотор и вовсе перестает запускаться.

Выход первый: убрать катализатор вообще. Выход второй: заменить его на новый. В первом случае владелец авто получит увеличенную мощность мотора и снижение расхода топлива. Но экологичность его встанет под вопрос.

Даже если вы не относитесь к сторонникам Greenpeace, просто выкинуть каталитический конвертер и поехать дальше не получится. В современных моделях наличие этого агрегата регулируется ЭБУ. И чтобы перестроить порядок работы моторного отсека, придется лезть в «мозги» автомобиля, а это уже «колхоз». Обращаться в сервисные центры с такой проблемой бесполезно, т.к. процедура занимает много времени, требует кропотливой работы и обладает повышенными рисками (при неправильной прошивке мотор и вовсе может больше не запуститься). Проще всего – заменить катализатор.

Цена вопроса

Т.к. конвертер состоит из пластин, имеющих напыления из благородных металлов (чаще всего иридия), его цена не может быть низкой. Для отечественных автомобилей ценник входит в пределы от 10 000 до 20 000 рублей, для иномарок – от 30 000 до 70 000 рублей. Устанавливать его целесообразно в сервисных центрах. Стоимость установки – 3 000-5 000 рублей.

Обратите внимание: на вторичном рынке автозапчастей присутствует огромное множество объявлений о продаже б/у нейтрализаторов. Приобретать их не стоит: чтобы не говорил продавец, это не гарантирует вам работоспособность устройства. А проверить состояние его фильтров без разбора невозможно.

Подведем итог…

Стоит ли снимать исправный катализатор? Нет, т.к. во-первых, от этого страдает окружающая природа и люди, во-вторых, потому что любое вмешательство в работу ЭБУ может превратить любимый автомобиль в безжизненный кирпич. При появлении проблем с катализатором разумно произвести его замену и забыть об этом на ближайшие 150 тысяч км пробега.

Катализатор: устройство и принцип работы

Требования к экологической чистоте транспорта становятся все жестче, поэтому инженеры автопроизводителей работают над улучшением устройств, отвечающих за очистку выхлопных газов. Одним из них стал катализатор, устройство и принцип работы которого будет рассматриваться далее. Это ответ на все рассуждения по поводу того, что можно оптимизировать качество моторного масла, топлива, рассчитывать оптимальную смесь, при которой происходит лучшее сгорание, но для этих улучшений в какой-то момент приходит предел.

Ужесточение требований к составу выхлопных газов, образующихся при полноценной работе двигателя внутреннего сгорания, приводит к необходимости использовать более прогрессивные решения для очистки. В состав современной выхлопной системы обязательно входят элементы системы дополнительной очистки: сажевый фильтр, нейтрализатор, система дожига топлива. Их задача состоит в минимизации вредных соединений, которые выбрасываются ТС в атмосферу во время движения.

Устройство катализатора

Катализатор представляет собой компонент, необходимый для нейтрализации вредных соединений, являющихся составными частями выхлопов. При сгорании топлива формируются углеводороды, окрашивающие выходящие газы в темный цвет, оксидов азота и углерода. Эти соединения и вызывают у экологов негативные реакции.

Работа нейтрализатора, изначально присутствующего в выхлопной системе, направлена на окислительно-восстановительные химические реакции, приводящие к образованию безвредных веществ: воды, углекислого газа и азота. Это треступенчатые нейтрализаторы, которые и используются в большинстве автомобилей последних моделей. Принцип работы автомобильного катализатора обеспечивает превращение опасных для экологии газов в безопасные соединения, выходящие в атмосферу.

Работа нейтрализатора не требует каких-то вспомогательных источников энергии, так как активное покрытие обеспечивает протекание любых реакций. Рабочая температура элемента достаточно высокая, поэтому он находится за выпускным коллектором, но не слишком близко к мотору, чтобы не перегреваться. Такое расположение обеспечивает выход на рабочий режим за счет разогрева раскаленными выхлопными газами.

Принцип работы катализатора обеспечивает его полноценное функционирование после полного прогревания. Контролировать его работу должны лямбда-зонды – датчики кислорода, установленные перед входом в катализатор и после выхода из него. Для электронного блока управления важной является информация по количеству остаточного кислорода в выхлопе, по которому делаются выводы о функционировании мотора. Если требуется коррекция, то ЭБУ передает сигнал на увеличение или уменьшение воздушной и топливной подачи в систему камер сгорания.

Особенности конструкции

Если принцип работы катализатора выхлопных газов понятен, то можно сказать несколько слов об его устройстве. Нейтрализатор состоит из нескольких ключевых компонентов:

Сразу за выпускным коллектором размещен цельный стальной корпус, внутри которого есть термоизолирующий слой, защищающий основной компонент.
Нейтрализатор имеет наполнитель в виде сотовой структуры, покрытой внутри активным слоем. В зависимости от производителя устройства в качестве каталитического вещества может использоваться родий, платина, палладий, платиново-иридиевый сплав. Сотовая структура обеспечивает повышение площади контакта газов с активным вещество, поэтому химические реакции проходят более интенсивно.
Наполнитель изготовлен из металла или керамики. Выбор материала зависит от конструкции и конечной стоимости оборудования.

Принцип работы

Принцип работы катализатора в автомобиле достаточно прост и базируется на определенной последовательности химических реакций:

Внутренняя поверхность сот покрыта драгоценными металлами, которые отвечают за активацию процессов окисления.
Оксид азота в результате реакции разлагается на атомы азота и кислорода. Азот объединяется в молекулы, образуя устойчивый азот. Кислород соединяется с угарным газом до образования углекислого газа.
Катализатор захватывает из выхлопных газов остаточный кислород, расщепляет углеводороды, давая на выходе такие соединения, как углекислый газ и вода.
Остаточный кислород на выходе из катализатора фиксируется лямбда-зондом, чтобы передать сведения о работе устройства штатному бортовому компьютеру.

Исправное устройство в оптимальных условиях не накапливает ничего внутри себя: все вещества, которые поступают в нейтрализатор, покидают его сотовую структуру. Но добиться этого практически невозможно, поэтому со временем происходит деградация каталитического нейтрализатора, что не дает ему полноценно справляться с задачей.

Классификация

Катализаторы можно разделить на категории по функциональности: на двух- и трехкомпонентные. Первый тип работает только с обезвреживанием угарного газа с углеводородами. Такие модели считаются устаревшими, поэтому не устанавливаются на автомобилях новых версий. Трехкомпонентные обеспечивают нейтрализацию оксида азота. Этот вид теперь устанавливается на всех современных автомобилях.

Если говорить о материале изготовления, то принято выделять керамические, металлические и спортивные:

Керамические считаются самыми дешевыми, но это и наиболее хрупкие катализаторы. При ударе по корпусу происходит разрушение сердцевины. Устройства страдают от перепадов температур, сбоев в системе зажигания авто. Катализатор может постепенно разрушаться, что приводит к образованию большого количества мелкой пыли, которая проникает сквозь выпускной коллектор в мотор, что приводит к поломкам. В результате всех этих неполадок может потребоваться капитальный ремонт.
Металлические – это дорогие, но надежные устройства, изготовленные из металлической структуры в виде сот. Она отличается упругостью и устойчивостью к механическим и температурным воздействиям. Металл не способен образовывать мелкие частицы, поэтому для двигателя он не представляет опасности.
Спортивные отличаются повышенной пропускной способностью, поэтому мотор становится мощнее на несколько процентов. Спортивные монтируются в прямоточные системы выхлопных газов. Их считают наиболее надежными, хоть они и самые дорогостоящие.

Срок службы катализатора

Для катализатора средний ресурс составляет 100 тысяч километров пробега, но в условиях правильной эксплуатации он способен исправно отработать до 200 тысяч. Ранний износ может произойти из-за низкого качества топлива (топливно-воздушной смеси) и проблем с мотором.

Если топливная смесь обедненная, то случается перегрев нейтрализатора, если слишком богатая, то это приводит к засорению пористого блока остатками несгоревшего топлива, из-за чего не протекают необходимые химические реакции. Это вызывает проблемы в работе катализатора с его ускоренным выходом из строя.

Механические повреждения тоже часто приводят к возникновению неисправностей. Удары и различные механические воздействия приводят к возникновению трещин. Это становится причиной стремительного разрушения блоков.

Если возникает любая неисправность, каталитический нейтрализатор начинает хуже работать, что можно понять по показаниям, поступающим в ЭБУ от лямбда-зонда, установленного на выходе из нейтрализатора. Сообщение о неисправности может высвечиваться на приборной панели в виде ошибки «Check Engine». Помимо этого, о выходе из строя свидетельствует ухудшение динамики, увеличение топливного расхода и дребезжание при движении.

В такой ситуации требуется его замена на новый. При этом можно установить новый оригинальный компонент либо воспользоваться универсальным. Восстановление или чистка не возможны, а так как новый компонент обычно стоит довольно дорого, многие автовладельцы предпочитают удалить его.

Удалить катализатор: можно или нет

Так как повлиять на принцип работы датчика катализатора невозможно, и он будет выдавать ошибку, если компонент вышел из строя, то многие автовладельцы предпочитают использовать альтернативные довольно радикальные подходы. Чаще всего просто удаляют катализатор, а на его место устанавливают пламегаситель, который выравнивает поток выхлопных газов. Его рекомендуется использовать для устранения неприятных шумов, сопровождающих движение транспорта, у которого отсутствует катализатор.

Если было решено удалить катализатор, то рекомендуется его полностью снять, а не прибегать к рекомендации автомобилистов просто пробить отверстие в нем. Такая процедура способна слегка улучшить ситуацию на некоторое время.

В машине, которая соответствует экологическому стандарту Евро-3, требуется не только удалить катализатор, но и выполнить перепрошивку ЭБУ. Обновление выполняется до версии, в которой каталитический нейтрализатор отсутствует.

Дополнительно можно установить эмулятор сигнала от кислородного датчика, чтобы не потребовалось перепрошивать ЭБУ полностью.

Самое лучшее решение при поломке каталитического нейтрализатора – это его замена на оригинальный компонент в рамках специализированного сервиса, где работают профессиональные мастера с достаточным опытом. Это обеспечивает исключение вмешательства в конструкцию автомобиля, поэтому сохранится соответствие его экологического класса стандарту, прописанному производителем.

Самостоятельная диагностика работы катализатора

Если машина стала ездить хуже, а на приборной панели загорелся «чек», то можно отправиться в сервисный центр, где после тщательной диагностики станет понятно, что произошло. Однако можно самостоятельно выполнить элементарную диагностику функционирования катализатора:

Оценить оттенок выхлопа: если он черный, то это явный признак того, что нейтрализатор не работает, поэтому через него и проходят все вредные вещества и газу наружу.
Оценить давление газов, выходящих наружу: если приложить ладонь к отверстию выхлопной трубы, то напор должен быть высоким. Если он низкий, то это свидетельствует о необходимости замены катализатора.
После длительной поездки заглянуть под машину: если корпус катализатора раскален, то можно говорить о снижении его пропускной способности.
В сервисе можно проверить давление выхлопа и сравнить его с показателями эталонных данных. Для определения давления манометр размещается там, где обычно установлен лямбда-зонд.
Визуально можно оценить демонтированный нейтрализатор выхлопа на предмет оплавления, засорения или выгорания.

Заменить катализатор требуется после того, как точно установлено, что проблемы в работе автомобиля возникли из-за оплавленных или забитых сот. Но рекомендуется отыскать причину, по которой случилось засорение нейтрализатора, так как после установке нового элемента он тоже может пострадать от тех же неполадок. Поэтому в современных авто все системы связаны очень сильно, для чего используется большое количество датчиков.

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.

В первом случае он выполняет относительно простые функции окисления (дожигания) угарного газа и углеводородов до образования воды и двуокиси углерода.
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.

Автомобильные катализаторы — принцип работы, зачем нужен

Из курса химии известно о существовании веществ, ускоряющих или вызывающих процесс химической реакции, при этом не участвующие в составе веществ этой реакции. Медь, никель, золото, палладий, родий, хром – это еще не самый полный перечень веществ, ускоряющих процесс химической реакции, но именно они применяются при производстве катализаторов для автомобилей. Катализаторы автомобильные основаны на способности веществ-катализаторов к ускорению реакции горения бензина, который поступает из цилиндров двигателя из-за неполной его реализации.

Принцип работы катализатора и схема устройства

Работа автомобильного катализатора основана на применении веществ, ускоряющих горение нереализованного топлива в цилиндрах, тем самым, снижая до минимума выделение вредных веществ в атмосферу.

Огромное количество машин использует двигатель внутреннего сгорания, выхлоп которых представляет токсичные газы: оксид азота, монооксид углерода и несгорающие компоненты топлива. В целях сохранения экологически чистого воздуха в окружающей среде ученые разработали устройство, способное за 0,1 секунды выделить в токсичном газе вредные вещества и нейтрализовать их, не создавая при этом разрушительных воздействий двигателю. Катализатор (или каталитический конвертор, или нейтрализатор) переработав токсичные газы выделяет пары воды и кислород, углекислый газ.

Чтобы понять, как работает катализатор, необходимо увидеть его структуру внутри корпуса. Если разрезать верхнюю часть корпуса катализатора, то под нержавеющей крышкой конструкция представит собой два керамических блока, каждая из которых состоит из большого количества каналов (от 1000 до 3000).

С торцов блоки покрыты драгоценным металлом. Платина и родий на первом блоке, платина и палладий на втором, при этом первый является восстанавливающим, уменьшающим выбросы оксида азота, а второй окислительный. Окислительный катализатор (блок) уменьшает количество несгоревшего топлива и окиси углерода. Процесс происходит при высоких температурах, достигающих 750 градусов по шкале Цельсия.

Совместное использование драгметаллов обеспечивают реагирование с токсичными газами и производить на выходе из глушителя автомобиля безопасные продукты горения. Используемые драгметаллы (платина, родий, палладий) не подаются коррозии, но по ценовой политике – это самые дорогие материалы, используемые в катализаторах. В среднем, производителям катализаторов драгметаллы обходятся за 1 кг в 50000 долларов, но цена окупается прежде всего получением экологически чистых газов на выхлопе.

Чтобы максимально увеличить поверхность контакта металла с газами и была разработана система микроканалов, которые обеспечивают общую площадь металлов примерно равную площади футбольного поля.

Отработанный газ из цилиндров устремляется с огромной скоростью в каталитический нейтрализатор и в первую очередь проходит через соты (каналы) первого блока (восстанавливающий) платиново-родиевым покрытием. Молекулы платины, родия и оксида азота вступают в химическую реакцию. Эти металлы притягивают к себе молекулы кислорода, а свободные атомы азота взаимодействуют между собой. Результат – оксид азота превращается в кислород и азот, которые вместе составляют 99% того газа чем мы дышим.

Далее газы поступают во второй блок (окислительный), через тысячи микроканалов, покрытых платиной и палладием. Эти драгметаллы притягивают кислород. Высокие температуры заставляют объединяться монооксиду углерода с еще одной молекулой кислорода и, в результате наступает преобразование токсичного газа в углекислый газ – газ, из которого состоит обычная питьевая газировка.

Помимо этого, еще есть молекулы негорючих веществ. Экстремально высокие температуры заставляют их рекомбинировать с молекулами кислорода. В результате, еще вырабатывается больше углекислого газа и вода.

Схема химических реакций, протекающих в блоках выглядят следующим образом:

Таким образом, реализация в катализаторах ускорителей в виде драгметаллов позволяет получить химические реакции, нейтрализующие токсичные, вредные вещества CO, CH_x и NO_x с получением на выходе безвредной воды H₂O, азота N₂ и углекислого газа CO₂.

Краткая справка по применяемым в катализаторах драгметаллов

Платина – благородный металл серебристо-белого цвета. Название платине дали испанские завоеватели Южной Америки. В связи со сходством этого металла с серебром, но очень сильной тугоплавкостью им пренебрегали и даже топили в море, отделяя от россыпи золото, вследствие этого платина с испанского языка в буквальном смысле означает пренебрежительное к серебру слово «серебришко».

Началом применения платины в катализаторах послужило открытие в 1821 немецким химиком И.В. Деберейнером способности платиновой руды протеканию и ускорению ряда химических реакций, при этом сам драгметалл не претерпевал никаких изменений.

Родий – благородный драгоценный металл группы платиноидов с ярко изумительным холодным блеском серебристо-белого цвета, дорогой по цене, очень твердый, но хрупкий.

Металл с такими характеристиками является королем бриллиантов и самоцветов, находится в одном ряду по ценности с такими металлами как серебро, золото и платина.
Родий – металл, получаемый путём переработки платины, при этом для получения 1 кг родия необходимо ее несколько тонн.

Применение родия в массовом количестве направлено в основном в автомобильной отрасли. Около 97% материала-сырья уходит на производство катализаторов — узлов выхлопной системы. Именно родий, являющийся катализатором по своей природе, способен перерабатывать выходящие из цилиндров двигателя токсичные газы.

Палладий – переходный металл серебристо-белого цвета с гранецентрированной кубической решёткой, в чистом виде довольно мягкий металл.

Палладий часто применяется как катализатор, в основном, в процессе гидрогенизации жиров и крекинге нефти и в настоящее время активно используется в производстве автомобильных катализаторов.

Практическое применение катализатора на автомобиле

Любой современный автомобиль с бензиновым и дизельным двигателем оснащается системой очистки токсичных газов — катализаторами.

Устанавливается катализатор непосредственно после приемной трубы или соединяется через разветвленные трубы к головке блока цилиндров и называется такая конструкция катколлектором. Второй способ наиболее чаще стал применяться на автомобилях, так как происходит ускоренный нагрев элементов катализатора. После катализатора на автомобилях, принадлежащих к экологическим нормам Евро-3, Евро-4 и Евро-5 устанавливается датчик кислорода, который выполняет функции диагностические. Иными словами, диагностируемый датчик кислорода выполняет контроль эффективности работы катализатора и в случае превышения норм выхлопа загорается на панели приборов ошибка, сообщающая о критической работе катализатора. В этом случае необходимо проверить параметры работы двигателя и установить причину превышения норм допустимого выхлопа токсичных газов.

Ресурс катализатора составляет ориентировочно от 100000 до 200000 километров пробега, но если двигатель на этом этапе работал без пропусков воспламенения в цилиндрах или их было незначительное число раз, то функционирование достигает и до 500000 км.

Как уберечь катализатор от повреждений и раннего износа?

Для этого необходимо знать причины, вызывающие ранний износ или его повреждение. Прежде всего необходимо обращать внимание к качеству заливаемого в бензобак топлива. В случае некачественного топлива, насыщенного искусственно ферритами, марганцем и другими инородными веществами, включая водяной конденсат, происходит засорение микроканалов, что приводит к противодавлению в выхлопной системе. Обратный отскок выхлопных газов значительно нарушает работу газораспределительного механизма и в силу поступления в впускной тракт горячих отработанных газов усиливает износ поршневой группы и клапанов. Такое явление на некоторых типах автомобилей учитывается и устанавливается специальное устройство, называемое рециркулятором.

В бензиновых двигателях может быть внутренняя система рециркуляции и внешняя. Внутренняя система проектируется таким образом, чтобы выпускной клапан оставался некоторое время открытым в то время, когда уже открылся впускной клапан. Такое положение клапанов называют «перекрытием», обеспечивающей внутреннюю рециркуляцию газов и не требующей дополнительных компонентов. Внешняя работает с дополнительным компонентом, называемым клапан рециркуляции (EGR).

Благодаря системе рециркуляции отработанные газы, попадающие обратно во впускную систему, охлаждаются, что снижает расход топлива и количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу.

Следующим фактором, влияющим на износ катализатора, является неисправность двигателя. Несбалансированная работа двигателя влечет к изменению топливоподачи. Топливо в значительном количестве начинает поступать в катализатор, забивая микроканалы и эффективность его резко падает. И, наоборот, если в систему поступает слишком мало топлива, бедная смесь, то катализатор начинает сильно греться, вызывая очень высокую температуру (выше 800 градусов), вследствие чего элементы с драгметаллом начинают плавиться. И в том, и в другом случае дорогостоящий катализатор подлежит замене, так как ремонту он не пригоден.

Механические удары также могут быть причиной раннего износа катализатора, так как в образовавшуюся трещину начинает поступать воздух вызывая перегрев и проникновение инородных частиц, забивающих микроканалы, препятствующих прохождению отработанных газов.

Катализатор является частью выхлопной системы двигателя и соответственно его неисправность отражается на работе мотора. В основном неисправность катализатора выражается в его разрушении (на основе керамики) или оплавлении (на металлической основе), а также в засорении микроканалов. Если катализатор начал плохо пропускать отработанные газы, то это отразится на работе двигателя:

трудный продолжительный запуск;
заводится и глохнет;
падает тяговая характеристика;
увеличивается расход топлива;
возникает неприятный запах, напоминающий сероводород;
при разгоне возникают провалы;
горит аварийная лампа неисправности двигателя.