Общая информация по катализаторам.
Автомобильный катализатор и его роль в выхлопной системе
Катализатор имеет удивительно простое устройство, но воздействие его очень велико. Из этой статьи вы узнаете, какие загрязняющие вещества образуются в результате работы двигателя, и как каталитический преобразователь справляется с каждым из них, сокращая выбросы вредных выхлопных газов.
Автомобильные катализаторы
На дороги ежедневно выезжают миллионы автомобилей, и каждый из них - источник загрязнения воздуха. Особенно это чувствуется в крупных городах, где выхлопные газы автомобилей могут создавать большие проблемы.
Для решения этих проблем каждая страна издает свои законы, которые ограничивают допустимый уровень загрязнения, который может создавать каждая машина. За прошедшее время автопроизводители внесли много улучшений в конструкцию автомобильного двигателя и топливных систем, чтобы соответствовать этим требованиям. Одно из значительных изменений произошло в 1975 году - именно в этом году появилось новое устройство, называемое каталитическим преобразователем (конвертером) или просто катализатором. Работа каталитического преобразователя заключается в преобразовании вредных выхлопных газов в менее вредные прежде, чем они покинут выхлопную систему автомобиля.
Выбросы загрязняющих веществ
В целях сокращения выбросов, современные автомобильные двигатели тщательно контролируют количество сжигаемого ими топлива. Их задача - сохранить соотношение "воздух-топливо" как можно ближе к идеальной точке, называемой стехиометрической. Теоретически, при этом соотношении все топливо сгорит с использованием всего имеющегося в воздухе кислорода. Для бензина стоихиометрический коэффициент - около 14,7:1, что значит, что при сожжении одной единицы бензина будет сожжено 1 4 , 7 единицы воздуха. фактически во время езды сгорание топливной смеси немного отличается от идеального соотношения. Иногда смесь может быть бедной (при коэффициенте "воздух-топливо" выше, чем 14,7), или, наоборот, насыщенной (при более низком коэффициенте).
Основные загрязняющие вещества, вырабатываемые двигателем, это:
газообразный азот (N 2 ) - воздух состоит на 78 процентов из газообразного азота, и большая часть его проходит сквозь автомобильный двигатель
диоксид углерода (СО 2 ) - один из продуктов сгорания. Углерод из топлива соединяется с кислородом воздуха.
водяной пар (H 2 O) - еще один продукт сгорания. Водород из топлива соединяется с кислородом воздуха.
Это выбросы в основе своей не опасны, хотя, как считается, выброс углекислого газа (СО 2 ) способствует глобальному потеплению. Но так как процесс горения никогда не совершенен, небольшое количество гораздо более вредных выхлопных газов выделяется при работе двигателя автомобиля. Именно на снижение их уровня ориентированы каталитические преобразователи:
окись углерода (СО) - ядовитый газ без цвета и запаха
углеводороды, также известные как летучие органические соединения - один из главных компонентов смога, образуется за счет неполного сгорания топлива
оксиды азота (NO и NO 2 , которые часто объединяют под обозначением NO x ) - также являются компонентом смога, а также кислотных дождей, оказывают влияние на слизистую человека.
В следующем разделе мы рассмотрим, какие именно процессы происходят внутри каталитического преобразователя.
Как катализаторы сокращают вредные выбросы в выхлопных газах
Если вспомнить химию, то катализатор - это вещество, которое ускоряет или вызывает химическую реакцию, само не входя в продукты реакции. Катализаторы участвуют в реакции, но не являются не реактивом, ни продуктом реакции. Так, для человеческого организма естественным катализатором многих важных биохимических реакций являются ферменты.
В каталитических преобразователях существуют два различных типа катализаторов: восстанавливающий катализатор и окислительный катализатор. Оба типа состоят из керамической структуры, покрытой металлическим катализатором (обычно это платина, родий и/или палладий). Идея заключается в том, чтобы создать структуру, которая подставляет под поток выхлопных газов максимальную площадь катализатора и свести к минимуму задействованное при этом количество самого катализатора, так как используемые материалы весьма дороги. В некоторых преобразователях даже стали использовать золото с примесью более традиционных катализаторов. Золото дешевле по сравнению с остальными катализаторами, и может повысить степень окисления на 40 процентов, что необходимо для снижения количества вредных газов.
Большинство современных выхлопных систем в автомобилях оснащены тремя каталитическими преобразователями, по одному для каждого из веществ, выброс которых необходимо уменьшить.
Восстанавливающий катализатор - первый этап каталитического преобразователя. Он использует платину и родий чтобы уменьшить выбросы NO x . Когда молекула NO или NO 2 встречается с молекулами катализатора, от нее отделяется атом азота, высвобождая кислород - O 2 . Атом азота же связывается с другим атомом азота, образуя N 2 .
Окислительный катализатор - второй этап каталитического преобразователя. Он снижает количество несгоревшего топлива и окиси углерода в результате их сжигания (окисления) с помощью таких катализаторов, как платина и палладий. Этот катализатор также помогает СО вступить в реакцию с несгоревшим кислородом, образуя углекислый газ СО 2 .
Существуют два основных вида конструкций, используемых в каталитическом преобразователе - это конструкция по типу "соты" и "керамические бусины". Большинство автомобилей используют сотовые структуры.
Следующий раздел посвещен третьей стадии процесса преобразования, и тому, как добиться от своего каталитического преобразователя лучшего результата.
Контроль загрязнения и повышение эффективности выхлопной системы
Третьим этапом преобразования является система управления, которая контролирует поток выхлопных газов и использует эту информацию для управления системой впрыска топлива. Один датчик кислорода установлен выше автомобильного катализатора, то есть ближе к двигателю, чем сам преобразователь. Этот датчик говорит компьютеру двигателя, сколько кислорода содержится в выхлопе. Компьютер двигателя уменьшает или увеличивает количество кислорода в выхлопных газах за счет регулировки количества воздуха, поступающего к топливу. Эта схема позволяет контролировать двигатель компьютера, чтобы убедиться, что двигатель работает на соотношении, близком к стехиометрической точке, а также чтобы убедиться, что в выхлопных газах достаточно кислорода для работы окислительного катализатора для окисления несгоревших углеводородов и СО.
Возражения и сомнения, возникающие у клиентов.
Катализатор дожигает несгоревшее топливо.
Это, конечно же, не так. Катализатор работает по другому принципу. Он благодаря специальному покрытию на сотах и с помощью химической реакции, т. е. процесса окисления, разрушает вредные соединения, содержащиеся в выхлопных газах. В их состав входят: CO (угарный газ), CH (сажа), NO и NO2 (оксиды азота). На выходе же исправного катализатора получается относительно безобидная по эко-нормам смесь углекислого газа (CO2), воды (H2O) и азота (N2).
Напомним что «соты», это внутренняя структура катализатора, обеспечивающая большую площадь контакта с выхлопными газами. Они могут быть выполнены из керамики или металла. Напыление состоит из платино-иридиевого сплава - он и выполняет функцию химического катализатора. В ходе этой реакции высвобождается тепло, которое и позволяет работать катализатору продуктивно.
Машина с катализатором требует особого топлива.
Это тоже неправда, хотя и есть в этом вопросе свои «но». Первое, это ни в коем случае не использовать этилированный бензин. Он практически мгновенно уничтожает каталитический слой в нейтрализаторе и циркониевое напыление лямбда-зонда. В итоге соты катализатора оплавляются, и проходимость выхлопных газов сквозь него прекращается.
Второе - некачественный («бадяжный») бензин. При его сгорании в выхлопных газах содержится большое количество сажи и остатков недогоревшего масла. Все это также забивает соты и препятствует свободному прохождению газов. Катализатор и в том, и в другом случае быстро придет в негодность, поэтому лучше использовать простой бензин более или менее приличного качества.
Катализатор недолговечен и быстро выйдет из строя.
Ну, здесь все зависит от того, что подразумевается под словом «быстро». По сути, катализатор способен надежно и долго работать только с двигателем, оборудованным электронным зажиганием и системой впрыска с микропроцессорным управлением.
В среднем ресурс катализатора колеблется в пределах 80-150 тысяч км пробега. Это при условии исправной работы систем зажигания и питания, а также при использовании качественного топлива. Потом катализатор, который, по сути, выполняет функцию фильтра выхлопных газов, подлежит замене и это само собой разумеется. Нет вечных фильтров.
Но на его долговечность могут влиять и другие причины. Например, механические повреждения. В большинстве применяемых катализаторов соты изготавливаются из керамики, и поэтому они достаточно хрупкие. Удар по катализатору может легко его повредить.
Есть и второй враг керамики - это вода. Температура работающего катализатора достаточно высока. При попадании на него воды соты не выдерживают резкого перепада температур и приходят в негодность.
Металлические катализаторы в этом плане более надежны, но и они не устоят перед переобогащенной топливной смесью, вызванной неполадками в системе питания двигателя.
Катализатор «подрезает» мощность двигателя.
Что касается совершенно исправных катализаторов, то это в корне не верно. Хотя он и имеет суммарную площадь поверхности сот примерно 20 тысяч м2, он не мешает прохождению выхлопных газов, и поэтому не может влиять на мощность двигателя.
А вот неисправный или забитый катализатор, в самом деле, снижает проходимость выхлопных газов, в результате чего автомобиль начинает лишаться мощности. Внутри неисправного катализатора температура может возрасти настолько, что керамика оплавляется и полностью перекрывает путь выхлопным газам. Естественно, ничего хорошего это двигателю не сулит. Поэтому и рекомендуется менять катализатор через каждые 100 тысяч км независимо от его рабочего состояния.
Катализатор дорогой, потому что предназначен для «крутых» машин.
Это полная чушь. Для современных - да, для «крутых», пожалуй, нет (в дорогих спортивных версиях катализаторы не предусмотрены). Нельзя забывать о том, что наряду с повышением мощности, улучшением комфорта и безопасности пассажиров, конструкторов не менее волнует вопрос повышения экологичности двигателей. И катализатору в этом деле отведено особое место, ведь он, по сути, очищает отработанные газы.
Дороговизна же этого агрегата объясняется его производством. Это достаточно дорогой и сложный в техническом плане процесс. Кроме того, в качестве катализатора используется дорогостоящая платина, которая способна противостоять соединениям серы, а для большей эффективности работы в каталитический слой нейтрализатора к платине добавляют палладий и редкоземельный элемент родий. Поэтому когда мастер вам предложит «почти задаром убрать эту ненужную штуковину», помните, что у него в этом деле есть свой пиковый интерес, он «наварится» и на вас, и на драгметалле с вашего катализатора.
После удаления катализатора нужно перепрограммировать «мозги» автомобиля.
Ну, начнем с того, что удалять исправный катализатор - это просто глупость, т. к. ни на что кроме очистки ваших же выхлопных газов не влияет. Ну, если уж вы по какой-то причине решили…
Для автомобилей с системой уровня выхлопных газов Евро-2 ничего перепрограммировать ненужно. Катализатор в них является независимой частью системы и не связан с блоком управления. А вот с системами уровня Евро-3 все несколько сложней. Катализатор просто так удалить не получится. Блок управления нужно перестроить под Евро-2. В противном случае у вас будет постоянно загораться ошибка «Низкая эффективность катализатора».
Но бывают случаи, когда «борт» специально настраивают на спортивный режим. Тогда действительно лучше снять катализатор, так как, если в настройках отключена диагностика пропусков зажигания, недогоревший в цилиндре бензин начнет поступать в катализатор и догорать там. Это чревато большим перегревом катализатора, который может привести к пожару автомобиля.
Катализатор напрямую связан с кислородным датчиком.
Это конечно полная чушь. Просто иногда мастера рекомендуют после удаления катализатора немного подрегулировать контроллер. Делается это для того, чтобы немного обогатить смесь за счет увеличение лямбда-фактора (0,8-0,9). Это дает небольшую прибавку в мощности. При наличии катализатора подобные «шалости» невозможны.
Правда, есть у них и кое-что общее - они оба «умирают» от тетраэтилсвинца. Поэтому мнение, что с удаленным катализатором можно ездить на этилированном бензине не совсем справедливое. Если в системе управления применяется кислородный датчик, то нельзя.
Ну что ж, если со всеми «непонятностями» мы более или менее разобрались, дадим напоследок несколько полезных советов.
Проверка катализатора на исправность
Проверить катализатор, насколько он работоспособен, можно таким способом:
на холостом ходу выдавите педаль газа до предела, контролируя при этом обороты по тахометру. Если двигатель спокойно раскручивается до максимальных оборотов и срабатывает ограничитель - катализатор исправен. Если же стрелка тахометра не доходит до красной зоны и ограничитель оборотов не включается, то очевидно, что пропускная способность катализатора понижена, и он требует замены. Правда, подобный способ эффективен лишь в том случае, когда работа других систем в норме.
Падение давления выхлопа или полное его отсутствие тоже свидетельствует о неисправности катализатора, но это уже верный признак того, что он «умер».
На СТО существуют свои методы проверки. Как правило, все начинается с проверки лямбда-зонда. В случае его поломки на блок управления подачей топлива подается сигнал об избытке или нехватке кислорода, что соответственно вызывает обогащение или обеднение горючей смеси. Если же лямбда-зонд и другие датчики двигателя полностью работоспособны, то значит проблема именно в катализаторе.
Есть и еще один довольно простой способ проверки - на просвет. Так как соты рабочего элемента катализатора прямые, а стенки весьма тонкие, то его легко можно просветить фонарем. Те области, которые останутся темными, являются забитыми. Недостаток в этом способе один - катализатор нужно снять с автомобиля.
Как избежать проблем с катализатором
Чтобы избежать проблем с катализатором, нужно придерживаться следующих правил эксплуатации:
- заправлять автомобиль только качественным бензином;
- не запускать двигатель с «толкача», так как попадающее в катализатор несгоревшее топливо может привести к его перегреву и соответственно выходу из строя (поверьте, дешевле купить новый аккумулятор);
- если двигатель не запустился после двух-трех попыток, необходимо сделать паузу, чтобы скопившееся на поверхности устройства топливо успело испариться;
- если при устранении неисправностей электрооборудования требуется включить зажигание, во избежание попадания топлива в выхлопную систему и катализатор необходимо отключить реле питания топливного насоса;
- на работающем двигателе нельзя проверять наличие подачи тока высокого напряжения на свечи зажигания, снимая с них наконечники высоковольтных проводов, так как топливо из неработающего при этом цилиндра попадает в катализатор;
- вероятность выхода из строя катализатора повышается из-за выброса в систему выпуска порции несгоревшего топлива при перебоях в работе двигателя из-за отказа одной из свечей зажигания или пробоя высоковольтного провода.
Большинство автовладельцев интересуются вопросом, что такое автомобильный катализатор и какую функцию он выполняет только после обнаружения неисправности этой детали. В предложенной статье мы постараемся доступным языком рассказать, зачем нужен катализатор в автомобиле, почему у него большая стоимость и что делать, если механизм вышел из строя.
Примерное расположения катализатора в автомобиле
Каталитический нейтрализатор (катализатор) является составной частью выхлопной системы, которая отвечает за уменьшение концентрации вредных веществ в отработанных газах. Это CH(углеводороды), NO2 и NO (оксиды азота), СО (окись углерода). Они ядовиты и входят в состав смога. Задача катализатора сначала нагреться от выхлопных газов, а затем дожигать вредные вещества и доводить выхлоп до установленных экологических норм. Внутри устройства расположена металлическая либо керамическая конструкция в виде сот. На нее сверху нанесен слой особого платиноиридиевого сплава. Сотовая конструкция необходима для увеличения площади соприкосновения выхлопных газов с плоскостью, которая имеет каталитический слой. Происходит реакция окисления CH и СО, и в результате получаются безобидные N2 и СО2.
Причины неисправности катализатора
При нормальной эксплуатации прибор чаще всего начинает неисправно работать в результате сгорания каталитического слоя. Уменьшение площади этого слоя способствует тому, что катализатор перестает качественно дожигать выхлоп и уровень выброса вредных веществ начинает увеличиваться. Когда значение станет больше показателя, установленного в блоке управления, на приборной панели загорится лампочка CHECK ENGINE. При диагностике можно будет увидеть, что хранящаяся в ЭБУ ошибка обозначает «неэффективная работа катализатора». Ресурс устройства примерно рассчитан на 100 000 км. Данные о состоянии выхлопных газов выдает специальный датчик лямбда-зонд, который расположен за катализатором.
Часто на место неисправного катализатора устанавливают пламягаситель
Неисправности в системе формирования смеси и системы зажигания также могут повлиять на преждевременный выход из строя катализатора. В таком случае соты забиваются, что не позволяет устройству полноценно окислять смесь. Также причиной возникновения неисправной может стать бензин низкого качества. Такое топливо содержит большое количество тетраэтилсвинца, который добавляют для искусственного увеличения октанового числа. Получается, что часть каталитического слоя закрывается тетраэтилсвинцом, который и нарушает исправную работу устройства.
Как поступить с неисправным катализатором
Катализатор не подлежит ремонту и его необходимо менять. Дилеры очень часто отказываются выполнять замену по гарантии. Они мотивируют это тем, что устройство вышло из строя из-за использования бензина низкого качества, и предлагают установить новую деталь. Стоимость оригинального катализатора составляет 35-150 тысяч рублей. Еще и полноценную гарантию на устройство никто не предоставляет. Почему катализатор так дорого стоит? Следует понимать, что этот прибор на современных автомобилях представляет собой сложную деталь, которая состоит из фланцевых соединений, выпускного коллектор и бака. Безусловно, такой механизм дорогой и достаточно сложный в изготовлении. Также в катализаторах присутствуют драгоценные металлы, а они сами по себе очень дорогие. Учитывая еще особые условия растаможки, и получается в итоге запредельная цена. Специализированные автомобильные мастерские предлагают несколько альтернативных вариантов при неисправности катализатора:
Неисправный катализатор не подлежит ремонту, его просто выбрасывают
- Монтаж универсального катализатора. Такое устройство представляет собой саму бочку катализатора. Ее вваривают в выхлопную систему вместо неисправного катализатора. Заменяют именно вышедшую из строя часть, а не всю трубку. Это более правильный и выгодный вариант, который будет стоить от 10 до 16 тысяч рублей, в зависимости от необходимых размеров и характеристик.
- Установка пламегасителя. В таком случае катализатор полностью демонтируется из системы. Вместо него устанавливают предварительный резонатор (пламегаситель). При этом он не очищает отработанные газы. Устройство стабилизирует выхлопной поток и убирает нежелательные посторонние звуки.
- Есть еще один крайне дешевый, но не экологичный вариант — поставить обманку лямбда зонда. Она может представлять из себя либо проставку, которая отдаляет датчик от выхлопных газов, либо небольшую схемку из конденсатора и резистора. Эта схемка искажает показания с кислородного датчика таким образом, что блок управления видит идеально чистый выхлоп, при этом с самим катализатором можно сделать что угодно, его даже может не быть вовсе.
Как работает двигатель без катализатора
Лямбда-зонд (кислородный датчик) необходим для определения концентрации кислорода в выхлопных газах. Эффективная работа двигателя внутреннего сгорания обеспечивается за счет поддержания стабильного соотношения топлива и воздуха в системе. Это возможно благодаря использованию кислородного датчика, который находится в выпуске. Процесс контроля содержания кислорода в выхлопах называется лямбда-регулирование. Часто установлено два датчика: перед нейтрализатором и за ним. Датчик, установленный перед катализатором задает оптимальное соотношение топлива и воздуха для эффективной работы двигателя.
Система катализатора с двумя лямбда-датчиками
Среди автолюбителей бытует мнение, что датчик, установленный после катализатора, нужен только для определения неисправности катализатора. Это действительно так, но что будет, если убрать катализатор, и как на это отреагирует блок управления? Представим ситуацию, что катализатор пришлось демонтировать. В таком случае второй датчик обнаружит неисправность и автоматически начнет уменьшать температуру в камере сгорания. Выполнить такую операцию система может только за счет добавления топлива. В итоге смесь получается обогащенной, мощность двигателя снижается, а расход топлива увеличивается. Иными словами, блок управления начинает работать в некотором аварийном режиме и готовить соответствующую усредненную смесь, лишь бы двигатель работал, не пытаясь выставить оптимальный режим подачи топлива.
Существует возможность предотвратить излишний расход горючего путем возвращения работы двигателя из аварийного режима в нормальное состояние. Неисправный катализатор следует заменить и перепрограммировать электронный блок управления в режим ЕВРО2. Ну или как уже говорилось можно поставить специальную обманку на второй кислородный датчик.
Катализатор, он же каталитический нейтрализатор, каталитический преобразователь или каталитический конвертер - это устройство в выхлопной системе автомобиля направленное на снижение токсичных выбросов в атмосферу путем восстановления оксидов азота и дожига угарного газа и недогоревших углеводородов. В химии катализатор - это вещество ускоряющее или вызывающее химическую реакцию, но само не входящее в эту реакцию. Такими веществами являются медь, никель, золото, палладий, родий, хром. Принцип работы автомобильного катализатора как раз и основан на способности веществ-катализаторов к ускорению реакции. Чаще всего расположен катализатор сразу после приемной трубы, однако иногда его устанавливают прямо на приемной трубе. Делают это для более быстрого прогрева, так как эффективно работает он только при температуре свыше 300 о С. Однако большой минус такого расположения слишком высокие температуры и, следовательно, маленький срок службы катализатора.
Основные вещества, вырабатываемые при работе двигателя, являются безвредными. Ими являются:
- азот (N 2)- воздух состоит на 78% из азота;
- вода (H 2 O);
- углекислый газ (CO 2) - сам по себе безвреден, однако считается, что его переизбыток ведет к глобальному потеплению;
Однако процесс горения не совершенен и помимо безвредных веществ при работе двигателя выделяются токсичные и вредные вещества. Этими веществами являются:
- углеводороды (CH x) - основной компонент смога;
- оксиды азота (NO x) - еще один компонент смога;
- окись углерода (CO) - ядовитый газ без цвета и запаха;
Современные катализаторы являются трехкомпонентными, т.е. оснащены тремя каталитическими преобразователями, по одному на каждое вещество, которое необходимо снизить. Трехкомпонентный катализатор представляет собой металлический корпус из нержавеющей стали, в котором находится "сотовая" конструкция или реже конструкция типа "керамические бусины". Сотовая конструкция бывает металлической или керамической и покрыта веществами-катализаторами, обычно это платина, родий или палладий (в последнее время на некоторых моделях начинают применять золото, так как оно дешевле других металлов-катализаторов). Керамическая конструкция более распространена, так как дешевле, однако у такой конструкции есть большой минус - хрупкость. Достаточно небольшого удара, чтобы керамические соты осыпались. В каталитических преобразователях используются два вида катализаторов: восстанавливающий и окислительный.
Восстанавливающий катализатор использует платину и родий, чтобы уменьшить выбросы оксидов азота. Когда молекула оксида или двуокиси азота встречается с молекулами катализатора, от нее отделяется атом азота, высвобождая кислород. Атом азота же связывается с другим атомом азота, образуя газообразный азот.
Окислительный катализатор уменьшает количество несгоревшего топлива и окиси углерода путем их сжигания (окисления) с помощью платины и палладия. Этот катализатор также помогает оксиду углерода вступить в реакцию с несгоревшим кислородом, образуя углекислый газ. В упрощенном виде эти химические реакции выглядят следующим образом:
- CH+O 2 -> CO 2 +H 2 O;
- NO+CO -> N 2 +CO 2 ;
- CO+O 2 -> CO 2 ;
- NO+H 2 -> N 2 +H 2 O.
Вследствие этих реакций токсичные, вредные вещества CO, CH x и NO x восстанавливаются или окисляются в безвредную воду H 2 O, азот N 2 и углекислый газ CO 2
Причины выхода катализатора из строя
Для керамических катализаторов:
- Удар, например, о камень (достаточно небольшого удара, чтобы керамические соты рассыпались);
- Попадание воды на раскаленный катализатор, например, если заехать в лужу на прогретой машине (также может привести к тому, что соты рассыпятся);
- Неисправность в системе зажигания. Если при пуске двигателя не происходит воспламенение, то топливо может попасть в приемную трубу, а затем и в катализатор и при пуске двигателя бензин может взорваться в катализаторе (что также может привести к тому, что соты рассыпятся);
Для всех катализаторов:
- некачественный и этилированный бензин;
- плохое состояние маслосъемных колпачков (попадание масла в катализатор);
- попадание в катализатор антифриза или "левых" технических жидкостей для промывки топливной системы;
- переобогощенная топливно-воздушная смесь;
- долгая работа двигателя на холостом ходу.
Признаки неисправного катализатора
- Автомобиль начинает "тупить", ухудшаются динамические характеристики, автомобиль перестает "тянуть", плавают обороты на холостом ходу, катализатор может раскалиться докрасна (катализатор забился , т.е. снижена пропускная способность отработавших газов);
- Характерный звон и дребезжание (соты катализатора рассыпались).
Сколько сегодня автомобилей существует в мире? Специалисты утверждают, что количество легкового автотранспорта составляет более 1 миллиарда шт, и с каждым годом растут показатели вредных веществ, выбрасываемых ими в атмосферу. Для того, чтобы обезопаситься от токсичных выбросов, все автомобили с середины ХХ века оснащаются каталическими нейтрализаторами.
Автомобильный катализатор выхлопных газов устанавливают на выхлопные системы с начала 70-х годов. Примерно в то же время были разработаны первые нормы по содержанию и химическому составу вредных веществ в выхлопных газах двигателей.
Катализаторы устанавливаются на все выхлопные системы современных автомобилей с двигателем внутреннего сгорания и служат для уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу.
Так как для его работы необходима высокая температура, подобные элементы всегда устанавливают сразу после выпускного коллектора или же встраивают в сам коллектор автомобиля.
Пламегаситель – стальная гофрированная труба, заизолированная специальным негорючим материалом (минеральная вата либо металлическая стружка), вся конструкция заключена в кожух. При прохождении пламегасителя выхлопные газы расширяются и заполняют пространство между кожухом и трубой. Сталкиваясь с негорючими материалами, они теряют часть энергии.
Замена катализатора на пламегаситель: плюсы и минусы
Очевидно, что устанавливая пламегаситель вместо катализатора, нельзя говорить о полноценной замене одного узла другим. В первую очередь, установка пламегасительного оборудования вместо катализаторов скажется на количестве выбросов.
Не рекомендуется установка пламегасителя вместо катализатора, в случае если автомобиль передвигается по территории Евросоюза. На территории Европы катализаторы подлежат обязательной замене после 100 тысяч километров вне зависимости от их состояния.
Установка пламегасителя поможет стабилизировать выхлопную систему, снизит температуру выхлопных газов, но не решит проблему. С другой стороны, пламегасители дешевле новых катализаторов, и с точки зрения экономии бюджета это почти идеальный способ отладить выхлопную систему.
Одним из компромиссных решений будет — найти и установить универсальный катализатор. Стоимость таких элементов в несколько раз дешевле оригинальных, но так же обеспечит штатную работу двигателя, с соблюдением экологических норм. Вероятно, все-таки придется адаптировать прошивку под новый выхлоп и подвергнуть проверке работу всего выхлопа.
Автовладельцы, установившие на свой мотор подобное устройство, могут смело проходить техосмотр и быть уверенными в экологичности своего транспортного средства.
Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них
Нейтрализатор отработанных газов предназначен для нейтрализации вредных веществ, находящихся в отработанных газах выпускной системы.
Принцип работы
Постоянные усилия разработчиков по улучшению процессов сгорания, оптимизации управления системами двигателя достигли определённой точки, при которой требовались новые методы и способы для уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу многочисленными автомобилями. Разработаны и применяются т.н. нейтрализаторы отработанных газов, которые устанавливаются в выпускной системе. В настоящее время используются нейтрализаторы нескольких типов:
- каталитические;
- термические;
- накопительные;
- и др.
В каталитических процесс нейтрализации интенсифицируется за счёт применения катализаторов, а в термических — за счёт высокой температуры с добавлением воздуха к отработанным газам.
Каталитические нейтрализаторы
Каталитические нейтрализаторы называют окислительными, т.к. они предназначены для окисления СО и СН, находящихся в отработанных газах. За короткое время, пока газы проходят через нейтрализатор, все реакции должны завершиться при температуре 250 — 800 град.
При температуре менее 250 град, эффективность нейтрализатора мала, а при температуре выше 1 000 гр. происходит «спекание» мелких кристаллов платины и разрушение активной поверхности, т.е. дезактивация нейтрализатора.
Рис. Окислительный нейтрализатор
На рисунке представлена конструкция каталитического нейтрализатора. 1 — керамическая пористая основа с нанесённым покрытием из платины и родия, 2 — изоляционные и теплоотводящие компоненты, 3 — датчик содержания кислорода в отработанных газах. Дезактивация катализатора особенно велика в первые 20 тыс.км. Особенно быстро дезактивация наступает при использовании этилированного бензина. Повторим, что рабочая температура в нейтрализаторе 400-700 гр., поэтому для быстрого прогрева и эффективной работы нейтрализатор располагают ближе к выпускному коллектору. Такое расположение является положительным фактором при холодном пуске и прогреве двигателя — нейтрализатор быстрее начинает работать, но при этом повышается его эксплуатационная температура, а это может способствовать дезактивации катализатора.
Блок-носитель каталитического нейтрализатора делают из керамики сотовой структуры, гофрированной фольги из нержавеющей стали или в виде сферических гранул из оксида алюминия, которые укладывают в металлический цилиндр, закрытый по торцам сетками. На поверхность носителя наносится каталитический материал и помещают внутрь корпуса из нержавеющей жаропрочной стали. Между блоком-носителем и корпусом ставится терморасширяющаяся прокладка. Для уменьшения вибрационных нагрузок нейтрализатор присоединяется шарнирными соединениями или компенсаторами колебаний.
Рис. Эффективная зона работы нейтрализатора
На рисунке показана зона эффективной работы нейтрализатора. Заштрихованная область — зона «стехиометрической» смеси, по оси абсцисс (В) отображено отношение «воздух-топливо», по оси ординат (А)-эффективность работы нейтрализатора.
В зоне «богатых» смесей — от 10 до 14,6 преобладают высокие концентрации оксида азота(NОх) и низкие СО и СН. Нейтрализаторы, преобразующие СО, СН, N0, называют трёхкомпонентными или бифункциональными. Для нейтрализации смеси оксида азота, получающегося в процессе сгорания смеси, используются реакции его восстановления до азота N2 и аммиака NH3. В материалах, служащих катализатором при нейтрализации вредных веществ, используются платина, палладий, родий и др.
Трёхкомпонентные нейтрализаторы являются окислительными и восстановительными. В связи с тем, что состав вредных веществ резко меняется в зависимости от «обогащения» или «обеднения» топливовоздушной смеси, необходимо поддерживать работу двигателя в районе «стехиометрической» смеси.
Для выполнения такой задачи используется электронное управление работой двигателя с системой обратной связи (замкнутая система). Датчики, обеспечивающие работу обратной связи, называются: лямбда зондами (отношение «воздух-топливо») и устанавливаются до и после нейтрализатора, а также термометры газов в зоне процессов нейтрализации и окисления вредных веществ.
Термические нейтрализаторы
Термические нейтрализаторы представляют собой камеру, в которой при высокой температуре окисляются СО и СН. При работе двигателя на обогащенной смеси, требуется подача воздуха перед нейтрализатором. При работе на обеднённой смеси температура будет не высокой и требуется дополнительный прогрев нейтрализатора. Термический нейтрализатор начинает работать при температуре 600 гр, что существенно выше, чем у каталитических нейтрализаторов. Кроме этих требований, нужны более прочные и жаростойкие материалы, стойкость к высокой коррозионной агрессивности. Не получили широкого распространения.
Ранее отмечалось, что нейтрализатор не работает на режимах прогрева двигателя, т.к. температура в нём не достаточно высока, кроме того, двигатель в это время работает на обогащенных смесях и в отработанных газах нет достаточного количества кислорода, необходимого для окисления СН в нейтрализаторе.
Для ускоренного прогрева нейтрализатора уменьшается угол опережения зажиганием, или электрическим подогревом нейтрализатора путём сжигания перед ним топлива в горелке, или подачи воздуха в, поток отработанных газов с помощью специального насоса.
Рис. Методы подогрева нейтрализатора: 1 — топливная форсунка, 2 — нейтрализатор, 3 — свеча для поджигания смеси, 4 — воздушный насос
В некоторых системах используют «стартовый» нейтрализатор, который устанавливается перед или параллельно основному При параллельном расположении весь поток отработанных газов направляется в стартовый нейтрализатор, который быстро прогревается и начинает эффективно работать.
После прогрева двигателя поворотом заслонки поток газов направляется в основной нейтрализатор. На рисунке приведена одна из схем построения системы с параллельным и основным нейтрализаторами.
Рис. Система со стартовым нейтрализатором: 1 — двигатель, 2 — стартовый нейтрализатор, 3 — глушитель, 4 — основной нейтрализатор, 5 — кислородный датчик (лямбда-зонд), 6 — заслонка
При очистке отработанных газах дизельных двигателей внимание уделяется сокращению содержания твёрдых частиц и оксидов азота (NOx). Приведём краткое описание некоторых способов очистки ОГ, применяемых в дизельных двигателях.
Фильтр твёрдых частиц используется для сбора и их дальнейшей регенерации. Используется с окислительным нейтрализатором. Перед и после нейтрализатора и фильтра твёрдых частиц устанавливаются датчики давления и температуры, по которым косвенным способом определяется загрязнение элементов. Далее ЭБУ двигателем переводит работу двигателя на разные режимы для запуска системы регенерации твёрдых частиц.
Накопительный нейтрализатор NOx
Накопительный нейтрализатор NOx собирает на своей поверхности оксиды азота, а затем конвертирует их в азот (N2). При холодном пуске отработанные газы нагреваются для сокращения количества NOx. ЭБУ двигателем периодически обогащает, а затем обедняет рабочую смесь и, тем самым, создаёт условия для разложения оксидов азота.
Расположение
После выпускного коллектора сразу в подкапотном пространстве или под днищем автомобиля. Обычно снизу дополнительно защищен металлической сетчатой пластиной.
Неисправности
Засоряется от некачественных (или несгоревших) топлив и масел. Разрушается при уларах. Обычно двигатель не запускается при правильности всех параметров, т.к. отработанным газам некуда выходить — выпускная система забита.
Методика проверки
Если возникли подозрения на неисправность нейтрализатора, необходимо проверить давление газов перед нейтрализатором. Холостой ход — не более 0,9 bar и режим нагрузок (примерно 3000 оборотов) не более 2,5 bar. Если нет измерительного манометра — просто выкрутить кислородный датчик для выпуска отработанных газов. Если двигатель запустился, значит нейтрализатор «забит». Признаком неисправности нейтрализатора служат раскалённые газы, идущие из выпускной системы; перегрев двигателя и «хлопки» во впускной коллектор.
Ремонт
Нейтрализатор отработанных газов ремонту не подлежит. Пробивать отверстие в нейтрализаторе нельзя, можно разрезать и удалить все внутренности, что не приветствуется по причине нарушения экологических норм выброса отравляющих веществ. Лучше заменить на новый, как обычный сменный элемент со своим сроком службы (примерно 150 тыс.км.).