Принцип работы катализатора выхлопных газов в автомобиле

Обновлено: 05.07.2024

Большинство автолюбителей задают вопрос, что такое катализатор в машине, когда обнаруживают неисправность детали. Автомобили, оснащённые каталитическими нейтрализаторами, начали выпускаться в угоду экологам, ратующим за снижение выбросов от двигателей внутреннего сгорания в атмосферу. Потребители неоднозначно относятся к установке этого узла в двигатель, поскольку его стоимость высока, а ремонт при российском качестве бензина требуется достаточно часто. Попробуем разобраться, нужен ли катализатор двигателю, и как самостоятельно добиться его корректной работы.

Автомобильный катализатор: что это

Каталитический нейтрализатор – элемент выхлопной системы мотора, предназначенный для очистки отработанных газов перед их выбросом в атмосферу. Необходимость разработки данного узла автомобильного мотора возникла в 60-х годах прошлого века, когда мировое сообщество озаботилось состоянием экологии на планете. В то время уровень выбросов из выхлопных труб автомобилей не был установлен на законодательном уровне.

Катализатор предназначен для нейтрализации вредных выхлопов автомобиля и является частью выхлопной системы авто

Первые стандарты содержания токсичных продуктов в выбросах автомобилей были введены в 1970-м году. Автопроизводителей обязали оснащать машины устройствами, снижающими объёмы угарного газа и продуктов сгорания углеводородов. С 1975 года каталитический нейтрализатор стал обязательной деталью всех сходящих с конвейера автомобилей.

Производители устанавливают на автомобили три вида катализаторов:

Керамические – используют механический способ очистки выхлопных газов. Состоят из керамических пластин, покрытых драгметаллами. Максимальный ресурс работы этого вида – 100 тысяч километров. Однако при плохом качестве топлива его замена требуется уже после 70–80 тысяч километров пробега.
Металлические – их начинка состоит из металлических сот, обладающих повышенной упругостью. Конструкция таких деталей надёжная и более прочная, по сравнению с керамическими катализаторами.
Спортивные – самые надёжные модели, но при этом имеющие высокую стоимость. Изготовлены из металла, но обладают большей пропускной способностью, нежели два предыдущих варианта.

Из чего состоит и как работает

Основа катализатора – керамические соты

Конструктивно каталитический нейтрализатор представляет собой выполненную в форме сот керамическую подложку, вставленную в металлический корпус и защищённую теплоизоляционными материалами. Мелкие ячейки прибора имеют специальное покрытие – рабочий состав. Покрывающий соты состав – это сплав платины, родия и палладия, драгоценных металлов, стоимость которых превосходит золото как минимум в два раза.

Сотовая конструкция катализатора увеличивает площадь соприкосновения токсичных газов с нейтрализующей их поверхностью. Остатки вредных веществ мгновенно догорают и не попадают в атмосферу.

Катализатор состоит из следующих деталей:

Корпус с входным и выходным патрубками;
Керамический блок с пористой структурой;
Каталитический слой – напыление на ячейках керамического блока;
Датчик (лямбда-зонд) – прибор, показывающий загрязнённость газов после очистки;
Металлический кожух – выполняет функцию теплоизоляции и защищает корпус от механических повреждений.

Устройство катализатора в разрезе

Деталь устанавливают после выхлопной трубы двигателя или во фланце выпускного коллектора. Такое расположение необходимо для эффективной работы катализатора, поскольку нейтрализация токсических веществ возможна только при высоких температурах. Работа узла происходит следующим образом:

Выхлопные газы по входному патрубку направляются внутрь детали и попадают на керамический блок, заполняя ячейки.
Металлы-катализаторы окисляют несгоревшие углеводороды и угарный газ.
Восстановительный металл родий нейтрализует оксид азота и превращает его в безвредное вещество.
Через выходной патрубок в атмосферу выводится чистый газ.

Это важно! Решающую роль в процессе нейтрализации токсичных веществ играет температура процесса. Преобразование возможно при температуре от 300 градусов, однако в основном рабочая температура катализатора автомобиля находится в пределах от 400 до 800 градусов.

В момент прогрева двигателя катализатор бездействует, и это является существенным недостатком разработанных на сегодняшний день моделей. Трудность организации правильной работы узла состоит в опасности его перегрева. Если расположить катализатор ближе к двигателю, срок работы резко уменьшится из-за систематического перегрева. Большинство автопроизводителей располагают деталь в области правого переднего колеса, где существует возможность поддержания температуры на оптимальном уровне.

Для чего скупают

Каталитический нейтрализатор – одна из деталей, продолжающих интересовать потребителя даже по окончании срока службы. В интернете всё чаще встречаются объявления о скупке автомобильных катализаторов многочисленными бизнесменами. Причина этому – содержание в детали напыления из драгоценных металлов.

Количество драгметаллов зависит от модели и массы катализатора. В среднем показатели следующие:

Серебро – от 5,5 до 15 г;
Палладий – от 0,05 до 4,95 г;
Платина – от 0,1 до 1 гр.

Отработанные катализаторы скупают из-за содержания в них в малом количестве драгоценных металлов

Извлечение из деталей драгоценных металлов – технологически сложный и невыгодный в домашних условиях процесс. Сделать это можно только в больших объёмах с применением специального оборудования и реагентов.

Причины и признаки неисправности

Рабочий ресурс автомобильного каталитического нейтрализатора, как уже отмечалось выше, примерно 150 тысяч километров. В процессе эксплуатации деталь постепенно выгорает, и чем хуже топливо, тем происходит это быстрее. Дело в том, что искусственные присадки в плохом бензине способствуют повышенному нагреванию топлива, и соты катализатора оплавляются и забиваются.

Это важно! Выходу детали из строя также способствуют микроповреждения, возникающие при езде по неровностям, неисправности поршневой группы и зажигания. Ускоряет процесс загрязнения сот агрессивный стиль езды.

Выработавший свой ресурс катализатор подлежит замене

Дребезжание и вибрация под днищем автомобиля. Если при разгоне или перегазовке слышен лязг, значит, детали внутри корпуса катализатора осыпались, или деталь сдвинулась с места.
Снижение динамики двигателя. Автомобиль медленно разгоняется. Как будто его удерживают сзади. Это говорит о том, что соты частично забиты.
Временное отсутствие тяги на высоких оборотах.
Трудности с запуском двигателя. При полной поломке катализатора автомобиль глохнет сразу после запуска.
Сизый оттенок выхлопов с едким, удушливым запахом – этот признак говорит о значительном разрушении или оплавлении сот.
Повышение расхода топлива. Этот признак неоднозначен и может свидетельствовать о других проблемах. К примеру, расход бензина увеличивается, если забиты топливные форсунки.

Все эти признаки свидетельствуют о том, что узел пока работает, но соты частично оплавлены и пропускная способность их снижена. Если продолжить эксплуатацию автомобиля в этой ситуации, мотор может перестать заводиться.

Это важно! Керамические частички разрушенного катализатора могут попасть в цилиндры, повредить их стенки и полностью вывести мотор из строя.

Как проверить состояние узла

Проверить работоспособность катализатора каждый автовладелец может самостоятельно или обратившись в сервисный центр. Существуют 3 метода проверки работоспособности детали:

Визуальный осмотр корпуса. Деформация корпуса всегда говорит о частичной или полной неисправности катализатора. В этом случае катализатор необходимо снять и посмотреть на просвет. На некоторых моделях осмотр без вскрытия корпуса провести нельзя.
Противодавление. Проверку можно провести с помощью манометра и присоединённой к нему трубки-переходника. Манометр ставят на место лямбда-датчика и заводят двигатель на 2,5–3 тысячи оборотов на 15 секунд. В среднем нормальные показатели давления 0.3 кг/см 2 и 0.35 кг/см 2 для доработанных двигателей. Показатели 0,5 кг/см 2 и выше свидетельствуют о проблемах с катализатором.
Диагностика мотор-тестером. Такой вариант диагностики возможен при наличии специального оборудования. Прибор подключают вместо свечей зажигания и снимают данные во время старта двигателя.

При наличии специального оборудования провести диагностику можно и самостоятельно

Зачем удаляют катализатор

Идеальное решение при выходе катализатора из строя – его замена новым. Однако не всем по карману покупка новой, оригинальной детали, стоимость которой около 50 тысяч рублей. Альтернативный вариант китайского производства обойдётся в 10 тысяч. Но и такие расходы для некоторых автовладельцев неприемлемы, поэтому они решают удалить каталитический нейтрализатор полностью и вварить пустой пламегаситель (резонатор).

Это важно! Специалисты рекомендуют менять катализатор на оригинальный только один раз, на новых автомобилях. Последующее вложение средств в дорогостоящий оригинальный катализатор нецелесообразно, поскольку мотор работает всё хуже, и соты засоряются в два раза быстрее. Некоторые универсальные модели в несколько раз дешевле фирменных деталей и при этом работают не хуже.

Некоторые водители считают, что можно вполне обойтись без катализатора

В автомобилях, выпущенных по стандартам Евро-3, удаление катализатора потребует прошивки электронного блока управления. Без этой процедуры электронный мозг автомобиля не даст двигателю работать. Прошивку обновляют до версии, в которой каталитический нейтрализатор не задействован. Как вариант, устанавливают эмулятор сигнала кислородного датчика, и в этом случае можно обойтись без перепрограммирования ЭБУ.

Это важно! Автомобиль с удалённым катализатором становится опасным на закрытых парковках и в гараже. Выхлопные газы могут вызвать сильнейшее отравление, в небольшом пространстве вплоть до летального исхода.

Промывка катализатора автомобиля своими руками

Мастера СТО в один голос утверждают, что катализатор не подлежит ремонту, и единственный способ восстановления его работоспособности – это замена новым. Отремонтировать отработавший свой ресурс узел действительно невозможно. Стоит помнить, что данная деталь является расходной и рано или поздно подлежит замене.

Однако если катализатор просто забился, продлить срок его эксплуатации поможет очистка или промывка. Сделать это можно самостоятельно, не обращаясь к дорогостоящим специалистам.

Промывку катализатора каждый водитель может произвести своими силами

Чем и как промыть

С задачей промывки засорённого катализатора хорошо справляется жидкость для карбюраторов или этанол. Процедуру проводят в пластмассовой таре. Катализатор снимают с автомобиля, проверяют на предмет сильных повреждений и приступают к очистке.

Соты обильно поливают очищающей жидкостью, затем деталь заворачивают в несколько слоёв ткани и вертикально устанавливают в пластмассовую тару. Через 30 минут соты промывают струёй горячей воды.

После промывки водой катализатор продувают для проверки проходимости сот. Если воздух проходит с трудом, деталь снова поливают жидкостью и промывают водой. После полной очистки деталь хорошо продувают сжатым воздухом и тщательно просушивают мощным феном.

При критическом загрязнении процедуру приходится повторить 3–4 раза или воспользоваться более агрессивным средством. Для промывки берут керосин и разводят его в пропорции 4:1 растворителем 646 или ацетоном. В полученный раствор катализатор погружают на сутки, затем продувают или проводят описанную выше чистку аэрозолем для карбюраторов и промывку.

Видео: как прочистить пеной

Это важно! Выполнять очистку в ванной комнате нельзя, поскольку жидкость для карбюратора способна разъесть эмаль ванны и навредить другим деталям интерьера.

Механическая очистка

Удалить загрязнения, скопившиеся на внешней стороне катализатора, можно мелкой наждачной бумагой. Наждачка поможет в случае несильного загрязнения детали. Удалять нагар нужно аккуратно, чтобы при излишнем трении не повредить соты. После чистки катализатор продувают струёй сжатого воздуха.

Как почистить катализатор не снимая с машины

Для промывки и профилактического обслуживания катализаторов промышленность предлагает специальную жидкость, например, Hi-Gear HG3270. Её выливают в бензобак до заправки. Как только двигатель начинает работу, жидкость приступит к чистке катализатора. Скопившаяся сажа самостоятельно удалится через выхлопную трубу. Конечно, это не понравится экологам, но двигатель начнёт работать лучше.

Как не нужно проводить процедуру

Такой способ прочистки полностью выводит катализатор из строя. Уровень шума при движении автомобиля повышается, загрязнение выхлопов становится максимальным. Стоит помнить, что эксплуатация автомобиля с неработающим катализатором приводит к различным проблемам с двигателем.

Видео: принцип работы катализатора

В России нет чётких требований к содержанию токсичных веществ в выхлопных газах автомобиля, поэтому вопрос с необходимостью каталитического нейтрализатора в двигателе каждый автовладелец может решать самостоятельно. Многие водители вынуждены удалять эту деталь со своих машин, поскольку качество бензина в нашей стране оставляет желать лучшего. В результате загрязнение воздуха выхлопными газами, особенно в мегаполисах, становится критичным и серьёзно вредит людям.

Катализатор или каталитический нейтрализатор — это деталь выхлопной системы, которая обеспечивает дожигание выхлопных газов, производимых машиной. По сути, катализатор отвечает за снижение вредных выбросов в атмосферу. То есть делает автомобиль более экологичным и соответствующим заявленным в документах нормам по выбросам — Евро-5 или Евро-6 и другим.

При этом катализатор — деталь дорогая, ее замена при выходе из строя требует серьезных вложений. Катализаторы бензиновых машин делятся на две группы: металлические и керамические. А для дизельных моторов в качестве катализаторов выхлопной системы устанавливают сажевые фильтры.

Внутри керамического катализатора расположен картридж из керамики, он не очень дорогой, но имеет хрупкую конструкцию, также как и сажевые фильтры — они могут сломаться от погружения в воду или сильного удара. Металлический катализатор считается более прочным и долговечным. Он более устойчив к воде и повреждениям, но и стоит дороже керамического аналога.

Зачем снимают катализатор

Некоторые автомобилисты уверены, что машина прекрасно функционирует и без дорогого катализатора. Потому что последний нужен только для снижения вредных выбросов и ни на что другое в конструкции машины, якобы, повлиять не может. А вот имеющийся и вышедший из строя катализатор, наоборот, способен нанести вред работе. Поэтому иногда автомобилисты решают избавиться от катализатора как от ненужной детали, а также заработать на этом.

Статьи 16 апреля 2020 Вся правда о чип-тюнинге: риски, нюансы и таблица мощности

Почему снимают катализатор:

не влияет на ходовые характеристики
при поломке влияет на систему зажигания
дорогой ремонт
можно заработать

Автомобиль действительно может эксплуатироваться без катализатора, на его ходовые характеристики и мощность это не влияет. При утилизации данной детали машина продолжает ездить, однако ее выхлоп уже не соответствует заявленным в документах нормам. Для атмосферы автомобиль становится грязнее и вряд ли сможет пройти проверку на соответствие своему экологическому стандарту. Такая проверка возможна только на специальном стенде при прохождении техосмотра.

Что поменялось в техосмотре в 2021 году

С марта 2021 года автомобильный техосмотр ужесточили — пункты осмотра закупили оборудование и подготовились к реальным проверкам. Выдачу диагностических карт перевели в электронный вид. Кроме того, теперь мастер техосмотра должен заносить в диагностическую карту фотографию автомобиля с номерным знаком на стенде, на снимке также должны быть указаны GPS-координаты сервисного центра. За нарушения в системе техосмотра ввели крупные штрафы и уголовное наказание, а контроль за системой отдали МВД. Все это было сделано для того, чтобы водители больше не могли купить техосмотр без проверки.

Но реформа техосмотра, запущенная в этом году, все еще не заработала в полную силу. ГИБДД выступила с инициативой отметить техосмотр для личных машин. Кабинет министров также высказался за отмену обязательного техосмотра. Документ об отмене обязательного техосмотра уже поступил в Госдуму. Но процедуру в любом случае не отменят для всех.

В обязательном порядке получать диагностическую карту придется в случае смены владельца автомобиля, изменения конструкции или замены основного компонента машины. Это касается только транспортных средств старше четырех лет. Во всех остальных случаях процедура техосмотра для личных машин должна стать добровольной. А вот автобусы, машины такси и другие перевозчики пассажиров, а также грузовой транспорт должны будут, как и раньше, проходить техосмотр ежегодно и чаще в зависимости от возраста.

Техосмотр без катализатора — можно ли пройти

Если в автомобиле отсутствует катализатор, то он не сможет пройти проверку на соответствие выброса отработанных газов в атмосферу. А такая проверка с использованием специального оборудования является обязательной при прохождении техосмотра. При этом все данные о выхлопе будут занесены в электронную диагностическую карту. Дело в том, что после удаления катализатора блок управления двигателем чаще всего перенастраивают под более низкие экологические нормы Евро-2. А в документах автомобиля может быть указан другой класс — например, Евро-4 или Евро-5.

Новые правила техосмотра исключают получение диагностических карт нелегальным путем без проверки на стенде. Поэтому если автомобиль старше четырех лет приедет на техосмотр без катализатора, он его не пройдет. Для того, чтобы получить диагностическую карту, собственнику придется купить работающий катализатор и установить его на прежнее место.

Штраф за езду без катализатора

Обнаружить отсутствие катализатора в системе выхлопа можно только специальным оборудованием, которое есть в сервисных центрах и лабораториях. Увидеть отсутствие катализатора сможет и инспектор ГИБДД во время постановки автомобиля на учет. Машина без катализатора непременно получит отказ в регистрации. Дело в том, что любое изменение в конструкции автомобиля собственник должен проверить в лаборатории на безопасность — только после этого он сможет поставить машину на учет. Но если вместо реального катализатора в системе выхлопа будет висеть обманка, инспектор никак не сможет это проверить. Также если собственник автомобиля решит снять катализатор уже после регистрации, то обнаружить это сможет только мастер техосмотра.

Если катализатора нет, и инспектор это увидел, то за внесение изменений в конструкцию автомобиля водителю выпишут штраф в 500 рублей и попросят устранить нарушение. В техническом регламенте Таможенного союза есть требования к двигателю и его системам. Согласно пункту 9.10, не допускается внесение изменений в конструкцию системы выпуска отработавших газов. Внесения изменений в конструкцию автомобиля регулируется Постановлением правительства 413, у которого есть несколько приложений. Одно из них — перечень неисправностей, при которых запрещена эксплуатация транспортных средств. В нем есть аналогичный пункт об изменениях в системе выпуска отработанных газов.

Можно ли ездить без катализатора

Действующие правила Таможенного союза и подписанный Россией Техрегламент запрещают вносить изменения в систему отработанных газов, а снятие катализатора именно таким изменением и является. Кроме того, нужно иметь в виду, что автомобиль без катализатора точно не сможет получить диагностическую карту по результатам техосмотра.

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

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.

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:

Автомобильный катализатор – прямой ответ инженеров на всё более и более строгие требования к экологической чистоте транспорта. Можно сколько угодно рассуждать о полном сгорании топлива, высчитывать параметры стехиометрической смеси топлива и воздуха, улучшать качество моторных масел, но рано или поздно наступает предел для таких улучшений. А результат всё равно не идеален: то топливо не слишком чистое, то сбоит система подачи, то свечи зажигания начинают шалить… А требования к составу выхлопа только ужесточаются. Часто катализаторы подвергаются замене, для того чтобы обеспечить экологичный выхлоп автомобиля. Приём катализаторов в Самаре и в других городах осуществляется специализированной фирмой, которая занимается утилизацией данных каталитических нейтрализаторов.

Так были созданы системы доочистки: каталитический нейтрализатор, сажевый фильтр, система дожига. Они помогли добиться того, чего так хотят защитники природы – минимального количества вредных веществ, выбрасываемых автомобилем в атмосферу. В этой статье мы приподнимем тайну и раскроем все секреты устройства и принципа работы автомобильного катализатора.

Что такое катализатор и для чего он нужен?

Катализатор – это устройство нейтрализации вредных веществ, входящих в состав выхлопных газов. В процессе сгорания топлива образуются углеводороды CH (именно их присутствие окрашивает выхлоп в черный цвет), оксид азота NO и NO2 (он вызывает так называемые кислотные дожди) и оксид углерода CO (угарный газ, отбирающий кислород из воздуха для полного окисления). Именно с этими соединениями борются экологи.

Каталитический нейтрализатор, встроенный в выхлопную систему, проводит окислительно-восстановительную химическую реакцию, в результате которой образуются безвредные вещества азот N2, углекислый газ CO2 и вода H2O. Автокатализаторы, выполняющие нейтрализацию всех трех вредных элементов выхлопа, называют трехкомпонентными или трехступенчатыми, и именно их устанавливают в современные автомобили.

Для своей работы нейтрализатор не требует никаких дополнительных источников энергии, все реакции происходят благодаря активному покрытию. Однако он имеет достаточно высокую рабочую температуру, поэтому он находится за выпускным коллектором, но на таком расстоянии от двигателя, чтобы не перегреться (примерно под передним пассажирским сиденьем). Так он разогревается от раскаленных выхлопных газов и выходит на рабочий режим.

Для контроля работы катализатора (и двигателя тоже) устанавливаются датчики кислорода: один перед входом в катализатор, другой – на выходе из него. По количеству остаточного кислорода в выхлопе система ЭБУ делает выводы о режиме работы двигателя, и в случае необходимости корректирует подачу воздуха и топлива в камеры сгорания.

Устройство и принцип работы катализатора

Автокатализатор имеет довольно простое устройство.

Стальной корпус с термоизолирующим слоем находится позади выпускного коллектора.
Внутренний наполнитель – сотовая (сотово-трубчатая) структура, покрытая внутри активным слоем (в качестве каталитического вещества может использоваться платина, платиново-иридиевый сплав, родий, палладий). Сотовая структура позволяет повысить площадь контакта выхлопных газов с активным веществом, а значит, более эффективно провести химические реакции.
Материал наполнителя – керамика или металл, в зависимости от конструкции и стоимости катализатора.

Принцип работы по своей сути простой, и подробно описан на видео, ниже.

Драгоценные металлы, нанесенные на внутреннюю поверхность сот катализатора, активируют процессы окисления.
Оксид азота NO разлагается на составляющие атомы: азот N и кислород O. Атомы азота соединяются между собой, образуя устойчивый азот N2. Кислород присоединяется к угарному газу CO и образует углекислоту CO2.
Захватывая остаточный кислород из выхлопных газов, катализатор расщепляет углеводороды CH, после чего углерод C соединяется с двумя молекулами кислорода, образуя всё тот же CO2, а оставшийся водород присоединяется к кислороду и получается вода H2O.
Остаточный кислород фиксирует лямбда-зонд на выходе из катализатора, и это дает бортовому компьютеру информацию о работе устройства.

Классификация нейтрализаторов

По функционалу катализаторы-нейтрализаторы делятся на двух- и трехкомпонентные.

По материалу изготовления катализаторы бывают керамические, металлические и спортивные.

Керамические – намного дешевле, чем их металлические аналоги, но при этом более хрупкие (удар по корпусу гарантировано разбивает дорогую сердцевину), страдают от перепадов температур (достаточно заехать с раскаленным катализатором в достаточно глубокую лужу) и страдают от сбоев в системе зажигания (детонация или позднее зажигание разрушает соты). Кроме того, керамический автокатализатор может разрушаться не сразу, а постепенно, образуя мелкую пыль. Эта керамическая пыль (очень твердая) может попасть в двигатель через выпускной коллектор и вызвать поломки, требующие капитального ремонта.
Металлические – более дорогие, но и более надежные устройства, выполненные из металлической сотовой структуры, упругой и устойчивой к механическим воздействиям. Кроме того, металл не образует мелких частиц, а значит, более безопасен для двигателя.
И еще одна, отдельная категория катализаторов – спортивные. Так называют устройства с повышенной пропускной способностью, благодаря которой двигатель прибавляет несколько процентов мощности. Спортивные автокатализаторы устанавливаются в прямоточные выхлопные системы и считаются самыми надежными, хоть и самыми дорогими.

Неисправности катализатора, их признаки

1. Нагар внутри катализатора. Это проблема номер один для тех, кто ездит на некачественном (этилированном) топливе. Причиной нагара может стать и неисправная система зажигания: пропуски зажигания заставляют двигатель выбрасывать несгоревший бензин в выхлопную трубу, и он забивает катализатор.

Также нагар может появляться, если большое количество моторного масла попадает в камеру сгорания. В этом случае дым становится густо-черным, и катализатор попросту не справляется с таким количеством углеводородов. На сотах образуется нагар и они перестают пропускать выхлопные газы.

Первый признак забитого нейтрализатора – снижение динамики автомобиля. Машина всё хуже набирает скорость, особенно после полноценного прогрева. Растет расход топлива, вплоть до прибавки нескольких литров на 100 километров, а также быстрей уходит на угар моторное масло. В конце-концов автомобиль однажды просто не заводится.

2. Оплавление автокатализатора. Это проблема керамических катализаторов, менее устойчивых к высоким температурам, чем металлические. Причиной оплавления сот может стать сбой в системе зажигания, когда огонь попадает в выпускной коллектор. А также система ГБО, у которой температура выхлопа выше, чем у бензина (но выясняется это, конечно, уже пост-факту).

Внешне, катализатор может выглядеть нормально, однако если внутренняя часть пострадала от слишком высоких температур, использовать его больше нельзя.

3. И третья проблема – выгорание активного слоя внутри сот. Сделать с этим ничего нельзя: автокатализатор имеет свой срок службы, и расход каталитического вещества, к сожалению, у него тоже есть.

Как проверить катализатор?

На видео, ниже, есть несколько лайфхаков по проверке каталитического нейтрализатора.

Замена катализатора делается после того, как будет установлено, что в проблемах виноваты забитые или оплавленные соты. Однако и причину оплавления или засорения катализатора нужно найти и устранить, иначе новый нейтрализатор постигнет та же участь. Именно поэтому в современных автомобилях настолько взаимосвязаны все системы и установлено множество контролирующих датчиков.

Полезные советы

Подытожив видео, несколько полезных советов, ниже, для тех, у кого в автомобиле установлен катализатор.

Заключение

Правильно ли это? Каждый решает для себя, что ему выгодней и легче: дышать вредными испарениями или периодически оплачивать ремонт или замену фильтра. Однако в странах Европы давно просчитали, что именно в конечном итоге выгодней каждому гражданину, и теперь наличие катализатора в системах доочистки выхлопа является обязательным на всех новых автомобилях.

Для снижения вредных токсических выбросов в атмосферу при сжигании топлива в системе выхлопа автомобильного транспорта предусмотрена установка такого устройства, как катализатор автомобильный.

Катализатор является веществом, которое ускоряет процессы химических реакций, но в тот же момент оно само не вступает в реакцию.

Основными катализаторами выступают металлы: никель, родий, медь, хром, палладий и золото.

Основой принципа работы автомобильного каталитического устройства является способность катализирующих материалов к ускорению химических реакций. Устанавливается автомобильный катализатор на выхлопной трубе сразу после выпускного коллектора, реже на самом коллекторе.

Это связано с рабочими температурными параметрами устройства, которое работает намного эффективнее при трех сотнях градусов.

Принцип работы каталитического нейтрализатора

Нейтрализатор – это составная часть выхлопной системы автомобиля, благодаря которой снижается концентрация вредных веществ, содержащихся в отработанных выхлопных газах. Среди них окись углерода, оксиды азота, а также углеводороды.

Устанавливать катализатор на автомобиль не обязательно, но желательно, особенно если:

вашей машине менее 5 лет;
вы сами проходите ТО;
вы собираетесь на автомобиле за границу (обязательно);
вы не желаете загрязнять окружающую среду.

Важное условие, обеспечивающее работоспособности катализатора — достижение им высокой температуры. Вот почему устройство устанавливается в непосредственной близости около силового узла.

Особенности конструкции

Катализатор состоит из трех основных элементов — теплоизоляции, блока-носителя и кожуха (корпусной части).

Главный элемент каталитического преобразователя — блок-носитель, являющийся базой изделия.

Конструктивно блок выполнен из керамической огнеупорной основы. В его составе множество различных ячеек-сот, которые повышают общую площадь соприкосновения с выхлопными газами автомобиля.

На сот-ячейках нанесено специальное вещество, выполняющее функцию катализатора.

Роль таких веществ выполняют три популярных химических элемента:

палладий и платина — окислительные катализаторы. Их задача — ускорить процесс окисления недогоревших углеводородов и их преобразование в водный пар, а угарного газа (CO) в обычный углекислый газ;
родий — восстановительный катализатор, задача которого в восстановлении NOx, а также его преобразовании в простой азот.

Как следствие, группа из трех катализаторов снижает объем трех вредных элементов. Такой тип устройства носит название 3-х компонентного.

Блок-носитель находится в корпусе, выполненном из металла при обязательном слое теплоизолирующего вещества.

Также в кожухе нейтрализатора крепится кислородный датчик.

Главное условие нормальной работы катализатора — достижение температуры, равной 300 градусов Цельсия.

Качественный прогрев позволяет удерживать до 90% вредных компонентов. Ускорить процесс достижения рабочей температуры можно при помощи:

обогащения горючей смеси;
монтажа нейтрализатора сразу после коллектора выпуска.

Принцип действия

Внутри нейтрализатора находится специальное устройство, имеющее множество сот.

Поверхность монолита катализатора укрыта слоем сплава палладия, родия и платины.

Преимущество данных драгметаллов — отличная эффективность в вопросе очистки. Так, выхлоп проходит через катализатор, прогревая изделие до температуры 270-300 градусов Цельсия.

В теории устройство отлично справляется с токсичностью выхлопных газов без особого вреда для двигателя и топлива.

На практике же установка каталитического нейтрализатора приводит к увеличению обратного давления, что становится причиной падения мощности на 2-3 лошадиные силы.

Читайте также: