Принцип работы катализатора выхлопных газов

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

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

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

Катализаторы оборудуются «лямбда-зондами» (работают по принципу анализа содержания кислорода), которые анализируют его работу и сообщают бортовому компьютеру в случае нарушений в его работе.

Где находится катализатор?

Так как для его работы необходима высокая температура, подобные элементы всегда устанавливают сразу после выпускного коллектора или же встраивают в сам коллектор автомобиля.

Катализаторы оборудуются «лямбда-зондами» (работают по принципу анализа содержания кислорода), которые анализируют его работу и сообщают бортовому компьютеру в случае нарушений в его работе.

Подобные реакции протекают при условии высоких температур. Выхлопные газы двигателя попадают в выпускной коллектор при температуре примерно в 500-1000 С. Эффективная работа катализатора возможна при температуре более 300 С.

В большинстве современных транспортных средств выхлопные системы имеют сразу три катализаторных преобразователя, что позволяет им эффективно работать с каждым из видов вредных веществ. В первом случае имеет место восстанавливающий катализатор автомобильный, используемый для борьбы с вредными веществами, в нем применяется платина и родий. Вторым типом катализатора является окислительный выхлопной катализатор, использующий в работе платину и палладий.

Система отвода выхлопных газов отвечает за то, чтобы отработавшие газы, соединенные в единый поток максимально быстро и без утечки покинули автомобиль. Система состоит из нескольких элементов, одним из которых является каталитический нейтрализатор отработавших газов. От исправности каталитического нейтрализатора отработавших газов напрямую зависит в каком виде выхлопные газы будут «отправлены» в окружающую среду.

Основные функции катализатора представлены следующими позициями:

• снижение количества окиси углерода в выхлопных газах;
• уменьшение уровня углеводородов в отработавших газах;
• уменьшение или полное удаление оксидов азота из состава выхлопных газов.

Процесс снижения токсичности отработавших газов будет максимально эффективным при условии, что соотношение топлива и кислорода будет стехиометрическим. В случае если окись углерода не будет по максимуму удалена из состава выхлопных газов, в воздух будут выбрасываться угарные газы, не имеющие ни цвета, ни запах, но при этом способные при длительном их вдыхании привести к летальному исходу (случаи, когда водители « угарали» в машине с неисправной выхлопной системой сегодня по-прежнему не редкость).

В большинстве современных транспортных средств выхлопные системы имеют сразу три катализаторных преобразователя, что позволяет им эффективно работать с каждым из видов вредных веществ. В первом случае имеет место восстанавливающий катализатор автомобильный, используемый для борьбы с вредными веществами, в нем применяется платина и родий. Вторым типом катализатора является окислительный выхлопной катализатор, использующий в работе платину и палладий.

Третий катализатор представлен сбалансированной системой управления, задачей которой является контроль за потоком выхлопных газов. Полученная информация позволяет управлять системой впрыска топлива. Датчик кислорода, именуемый лямбда-зондом информирует относительно количества кислорода, содержащегося в выхлопном газе, благодаря чему компьютерное устройство двигателя может контролировать количество воздуха, подаваемого к топливу.

Современный катализатор выхлопной системы может быть представлен двумя основными конструкциями преобразователей – «керамические бусины» и «соты». Чаще всего производители предпочитают использовать принцип соты, однако, несмотря на это непосредственно устройство катализатора выглядит следующим образом:

• подложка, представленная пористым материалом с высокими показателями прочности;
• внешняя рубашка, целью которой является предоставление максимальной площади для каталитического материала (платиновая группа металлов);
• каталитический материал, который в зависимости от особенностей производственного процесса может быть представлен такими металлами, как платина, родий, палладий.

По мнению опытных водителей, катализаторы негласно могут быть поделены на три группы в зависимости от того, каково их состояние: рабочие, частично рабочие, полностью нерабочие. Вне зависимости от данного состояния ресурс катализатора напрямую зависит от пробега транспортного средства, но, к примеру, в Европе, он подлежит замене уже через сто тысяч километров пробега.

Для всех катализаторов:

Причины выхода катализатора из строя

Для керамических катализаторов:

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.

Под универсальным катализатором подразумевается сразу две группы деталей. Первая — катализатор, подходящий под любой автомобиль. Довольно дорогая вещь, но работает безотказно. Второй вариант — блок с сотами. В этом случае в старый катализатор устанавливают новые соты. Недостатком данного варианта считается сложность с выбором сервиса для ремонта, не везде возьмутся за такую работу. Срок службы универсального нейтрализатора 60–90 тысяч километров.

Оригинальный катализатор — довольно дорогая вещь. Он не производится в нашей стране, все детали в автомагазинах импортные, поэтому на увеличение цены влияют пошлины.

При этом, в случае использования оригинальной детали, автомобиль сохраняет все режимы работы двигателя. Это положительно сказывается на экологии, а также на ресурсе мотора.

Все описанные ниже способы замены катализатора, носят только ознакомительный характер. Не рекомендуется пользоваться данными методами самостоятельно!

Из-за высокой цены автолюбители ищут альтернативу. Вариантов несколько:

• универсальный катализатор;
• пламегаситель.

Под универсальным катализатором подразумевается сразу две группы деталей. Первая — катализатор, подходящий под любой автомобиль. Довольно дорогая вещь, но работает безотказно. Второй вариант — блок с сотами. В этом случае в старый катализатор устанавливают новые соты. Недостатком данного варианта считается сложность с выбором сервиса для ремонта, не везде возьмутся за такую работу. Срок службы универсального нейтрализатора 60–90 тысяч километров.

Более дешевый и распространенный способ — пламегаситель. Он может быть готовым, просто предназначенным для установки вместо катализатора. Другой вариант — установка пламегасителя непосредственно в корпус нейтрализатора. Такой способ несколько сложнее, но позволяет скрыть факт замены детали при продаже автомобиля.

Иногда водители просто выбивают соты из корпуса. Способ дешевый, но может привести к увеличению уровня шума и урону экологии.

Нейтрализатор — устройство в выхлопной системе, предназначенное для снижения токсичности отработавших газов посредством восстановления оксидов азота и использования полученного кислорода для дожига угарного газа и недогоревших углеводородов.

Каталитический нейтрализатор (обиходное название – катализатор) предназначен для снижения токсичности отработавших газов

Нейтрализатор — устройство в выхлопной системе, предназначенное для снижения токсичности отработавших газов посредством восстановления оксидов азота и использования полученного кислорода для дожига угарного газа и недогоревших углеводородов.

Основным требованием к успешной работе катализатора является стехиометрическое соотношение топлива и кислорода.

Задачей автомобильного каталитического нейтрализатора является снижение количества вредных веществ в выхлопных газах.

окись углерода (СО) — ядовитый газ без цвета и запаха;

углеводороды (CH), также известные как летучие органические соединения — один из главных компонентов смога, образуется за счет неполного сгорания топлива;

оксиды азота (NO и NO2, которые часто объединяют под обозначением NOx) ­­­­­­- также являются компонентом смога, а также кислотных дождей, оказывают влияние на слизистую человека.

Принцип работы

Каталитический нейтрализатор расположен либо на приемной трубе, либо сразу после нее.

Внутри корпуса каталитического нейтрализатора находится керамическая сотовая конструкция.

Соты нужны, чтобы увеличить площадь контакта выхлопных газов с поверхностью, на которую нанесен тонкий слой платиноиридиевого сплава.

Недогоревшие остатки (CO, CH, NO) касаясь поверхности каталитического слоя, окисляются до конца кислородом, присутствующим также в выхлопных газах.

В результате реакции выделяется тепло, разогревающее катализатор и, тем самым, активизируется реакция окисления.

В конечном итоге на выходе из катализатора (исправного) выхлопные газы содержат в основном N₂ и СО₂.

Катализаторы в дизельных двигателях

Каталитические преобразователи дизельных двигателей плохо справляются с сокращением выбросов NOx.

Одна из причин в том, что дизельные двигатели сами по себе функционируют в более низком температурном режиме, чем бензиновые, а преобразователи работают лучше при нагреве.

Некоторые ведущие эксперты в области «зеленого» автомобилестроения придумали новую выхлопную систему, которая помогает исправить этот недостаток.

Они впрыскивают водный раствор мочевины в выхлопную трубу до того, как газы достигнут преобразователя.

При этом возникает химическая реакция, которая уменьшает количество NOx.

Карбамид, также известный как мочевина — органическое соединение углерода, азота, кислорода и водорода.

Его можно обнаружить в моче млекопитающих и земноводных, что и объясняет такое название.

Мочевина реагирует с NOx с получением азота и водяного пара, снижая количество оксидов азота в выхлопных газах более чем на 90%.

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

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

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

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

Как дела с гарантией?

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

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

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

Причины выхода из строя каталитического нейтрализатора:

Из личного опыта

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

Окислительные реакции в катализаторе также создают и нежелательные продукты. Так, диоксид серы окисляется до триоксида серы с последующим образованием серной кислоты. Газообразная серная кислота соединяется с молекулами воды, в результате которого образуются твердые частицы – сульфаты. Они накапливаются в нейтрализаторе и снижают его работоспособность.

Каталитический нейтрализатор (обиходное название – катализатор) в составе выпускной системы предназначен для снижения выброса вредных веществ в атмосферу с отработавшими газами за счет их преобразования в безвредные компоненты. Каталитический нейтрализатор применяется как на бензиновых, так и на дизельных двигателях.

Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор

Применяется в бензиновых двигателях, работающих на стехиометрическом составе смеси (смесь обеспечивает полное сгорание топлива). Конструкция трехкомпонентного каталитического нейтрализатора включает блок-носитель, теплоизоляцию и корпус.

Основным элементом каталитического нейтрализатора является блок-носитель, который служит основанием для катализаторов. Блок-носитель изготавливается из специальной огнеупорной керамики. Конструктивно блок-носитель состоит из множества продольных сот-ячеек, которые значительно увеличивают площадь соприкосновения с отработавшими газами.

На поверхность сот-ячеек тонким слоем наносятся вещества-катализаторы, которые включают три компонента: платину, палладий и родий. Катализаторы ускоряют протекание химических реакций в нейтрализаторе.

Платина и палладий относятся к окислительным катализаторам. Они способствуют окислению несгоревших углеводородов (СН) в водяной пар, оксида углерода (угарный газ, СО) в углекислый газ. Родий является восстановительным катализатором. Он восстанавливает оксиды азота (NOx) в безвредный азот. Таким образом, три катализатора снижают содержание в отработавших газах трех вредных веществ.

Блок-носитель помещается в металлический корпус. Между ними обычно располагается слой теплоизоляции. В корпусе нейтрализатора устанавливается кислородный датчик.

Условием начала работы каталитического нейтрализатора, является достижение температуры 300°С. Идеальный температурный промежуток от 400 до 800°С. При этой температуре задерживается 90% вредных веществ. Температура свыше 800°С вызывает спекание металлов-катализаторов и сот-ячеек блока-носителя.

Каталитический нейтрализатор обычно устанавливается непосредственно за выпускным коллектором или перед глушителем. Первая схема установки нейтрализатора способствует его быстрому прогреву, но затем устройство подвергается большим тепловым нагрузкам. Во втором случае требуются дополнительные мероприятия для быстрого прогрева нейтрализатора, повышающие температуру отработавших газов:

• регулирование момента зажигания в сторону запаздывания;
• увеличение оборотов холостого хода;
• регулирование фаз газораспределения;
• несколько впрысков топлива за один такт;
• подача воздуха в выпускную систему.

Для повышения эффективности применяется схема установки трехкомпонентного каталитического катализатора, разделенного на две части: первичный нейтрализатор (располагается за выпускным коллектором), главный нейтрализатор (располагается под днищем автомобиля).

Каталитический нейтрализатор дизельного двигателя

Катализатор дизельного двигателя (diesel oxidation catalyst, DOC) обеспечивает окисление отдельных компонентов отработавших газов кислородом, который в достаточном количестве присутствует в выхлопе дизеля.

При прохождении через каталитический нейтрализатор вредные вещества (оксид углерода, углеводороды) окисляются до безобидных продуктов (углекислого газа и водяного пара). Кроме этого, катализатор почти полностью устраняет неприятный запах отработавших газов дизеля.

Окислительные реакции в катализаторе также создают и нежелательные продукты. Так, диоксид серы окисляется до триоксида серы с последующим образованием серной кислоты. Газообразная серная кислота соединяется с молекулами воды, в результате которого образуются твердые частицы – сульфаты. Они накапливаются в нейтрализаторе и снижают его работоспособность.

Для удаления сульфатов из нейтрализатора система управления двигателем запускает процесс десульфатации, при котором каталитический нейтрализатор нагревается до температуры свыше 650°С и продувается богатыми отработавшими газами (с недостатком воздуха, вплоть до его полного отсутствия).

Каталитический нейтрализатор дизельного двигателя не используется для снижения выбросов оксидов азота в отработавших газах. Эту функцию в дизельном двигателе выполняет система рециркуляции отработавших газов или более продвинутая система избирательной каталитической нейтрализации.

В представленной статье мы более подробно поговорим о катализаторе, а именно обсудим такие вопросы:

Основная информация о каталитическом нейтрализаторе

Большинство автолюбителей даже не имеют представления о том, что такое автомобильный катализатор и в чем заключается принцип его работы. Именно поэтому сегодня мы попытаемся рассказать основную информацию о каталитическом нейтрализаторе. Итак, автомобильный нейтрализатор это элемент выхлопной системы транспортного средства, снижающий температуру выхлопных газов, очищающий выхлопные газы и обеспечивающий догорание топливной смеси.

Каталитический нейтрализатор используется на бензиновых и дизельных двигателях автомобиля. Представленное устройство чаще всего располагается за коллектором выпускной системы или же перед глушителями.

Основными элементами катализатора являются: теплоизоляция, корпус и блок-носитель. На сегодняшний момент существует несколько видов нейтрализаторов, которые соответствуют разному содержанию выхлопных газов в автомобильном двигателе.

К основным типам автомобильного катализатора выхлопной системы относятся: восстановительный, окислительный и окислительно-восстановительный.

Для правильной замены каталитического нейтрализатора должны соблюдаться некие условия, для соблюдения этих условий применяется лямбда-зонд. Благодаря данному устройству посылается обновленная информация и регулируется состав топливной смеси.

Признаки неисправности, указывающие на то, что необходима замена

Для начала давайте рассмотрим основные признаки неисправности каталитического нейтрализатора выхлопной системы:

• Снизилась мощность автомобиля, это свидетельствует о том, что нейтрализатор забит.
• Во время передвижения транспортного средства на холостых оборотах двигателя заметно плаванье стрелочки тахометра.
• И выхлопной трубки чувствуется запах аммиака.

Итак, как же правильно проводится замена катализатора?

1. Открутите болтики, закрепляющие устройство на дополнительном глушителе;
2. Снимите болтики вместе с шайбой;
3. Открутите болтики, которые закрепляют устройство на приемной трубке;
4. Достаньте болтики вместе с пружинными шайбами;
5. Достаньте устройство под днищем автомобиля;
6. ПРоведите замену и соберите все в обратном порядке.

Как видите, замена катализатора системы выхлопа довольно проста и с ней сможет справиться даже не очень опытный автолюбитель. Обратите внимание на то, что в момент функционирования он может нагреваться до температуры около 600 градусов. Поэтому прежде чем перейти к замене катализатора дождитесь полного его охлаждения.

В связи с этим на международном уровне приняты стандарты качества топлива и количества вредных веществ, попадающих в атмосферу в процессе его сгорания в автомобильном двигателе. С 2005 года в странах Евросоюза установлен экологический стандарт Евро-5 для всех производимых транспортных средств. В России переход на стандарт Евро-4 осуществлен в 2015 году.

Нейтрализатор всегда расположен после выпускного коллектора двигателя. В его состав входит:

Катализатор предназначен для нейтрализации трех вредоносных компонентов выхлопных газов:

• ядовитых окислов азота, которые участвуют в образовании смога, провоцируют кислотные дожди;
• угарного газа, смертельно опасного для человеческого организма;
• канцерогенных углеводородов.

В современных автомобилях производители устанавливают катализаторы различных типов и модификаций. Вне зависимости от устройства и используемых для нейтрализации вредных продуктов сгорания топлива, все они более или менее в равной степени обеспечивают соответствующую европейским нормам степень очистки.

В современных автомобилях используются катализаторы:

• химические;
• металлические;
• керамические;
• магнитно-стрикционные.

Особенностью работы нейтрализатора газов является то, что при пуске холодного мотора он бездействует и запускается только того, как двигатель достаточно нагреется.

Как работает нейтрализатор газов?

Нейтрализатор — устройство, размещающееся в выхлопной системе автомобиля и способствующее дополнительной очистке газов. В системе происходят сложные химические реакции, по факту которых вредные выхлопные вещества, негативно сказывающиеся на состоянии окружающей среды, перерабатываются и становятся менее токсичными перед тем, как выйти наружу.

С помощью нейтрализатора выхлопных газов можно многократно сократить объем таких токсичных веществ, содержащихся в выхлопе, как углеводороды, окись углерода и оксиды азота.

Особенностью работы нейтрализатора газов является то, что при пуске холодного мотора он бездействует и запускается только того, как двигатель достаточно нагреется.

Стоит отметить также, что нейтрализатор газов функционирует совместно с кислородным датчиком, определяющим состав выхлопной смеси: соотношение в ней бензиновых паров и воздуха. От этих показателей будет зависеть состояние смеси: будет она обедненной или обогащенной. На основании этого кислородный датчик «определяет», когда требуется запуск катализатора.

Важно отметить, что нормальное функционирование нейтрализатора возможно при нормальном соотношении бензина и кислорода в смеси. При нарушении этих показателей система может дать сбой и даже привести к поломке катализатора.

Как уже отмечалось выше, нейтрализатор находится непосредственно в выхлопной трубе между мотором и глушителем. Важно, что катализатор обязательно должен быть закрыт снизу защитным экраном, поскольку при своей работе, а значит, нагреве, агрегат раскаляется практически докрасна.