Что такое катализатор в автомобиле? — виды и принцип действия. Катализатор автомобильный что это
Что такое автомобильный катализатор? Для чего нужен?
Одной из систем очистки выхлопных газов автомобиля является каталитический нейтрализатор отработавших газов, который называют и катализатором и нейтрализатором, хотя это одно и то же. Расскажем что такое автомобильный катализатор и для чего нужен, рассмотрим основные причины, если он забит.
Автомобильный катализатор - что это такое?
Катализатор - это устройство, которое располагается в выхлопной системе для очистки выхлопных газов. С помощью химических реакций вредные вещества, которые загрязняют атмосферу, превращаются в менее пагубные, которые и выходят наружу. Катализатор начинает работать только после нагревания, т.е. при пуске холодного двигателя нейтрализатор бездействует.
В паре с катализатором работают кислородные датчики, которые определяют состав смеси и соотношение воздуха и бензина в горючей смеси. Ведь от этого соотношения зависит, какая будет смесь: обогащённая или обеднённая. Кислородные датчики, в зависимости от показаний, управляют работой катализатора.
Располагается катализатор в выхлопной трубе между двигателем и глушителем, закрытое снизу (обязательно!) дополнительным экраном, потому что при сильном нагреве катализатора он раскаляется почти докрасна.
Как проверить: работает катализатор или нет?
У катализатора бывает ТРИ состояния: рабочее, полу рабочее и нерабочее. Рассмотрим эти три состояния и как ведет себя машина (двигатель) при каждом из них.
В рабочем состоянии машина работает нормально, лампочка перегрева катализатора на панели приборов не загорается при работе двигателя, претензий ни к чему нет.
В «полу рабочем» состоянии начинаются проблемы. Машина ведет себя как-то не так:
- Временами (или всегда) пропадает тяга и «приемистость» на больших оборотах; вчера вот «тянула» нормально, а сегодня ее вроде бы что-то «за зад держит».
- По утрам и в состоянии «на горячую» машина стала заводиться хуже, двигатель приходится долго «гонять» стартером, что бы завелся.
- Иногда «куда-то пропадают обороты»: давите на педаль газа, а стрелка тахометра с трудом добирается до двух или четырех тысяч и там останавливается. Машина начинает чрезмерно потреблять бензин.
Возможна еще такая проверка катализатора - подтверждение «полу рабочего» состояния. Когда у Вас начались подобные проблемы, надо завести двигатель и «утопить» педаль до упора. Если двигатель начнет медленно поднимать обороты и остановится где-то на двух-трех тысячах, а дальше - ни в какую - возможны проблемы с катализатором.
В «нерабочем» состоянии машина ведёт себя таким образом:
- Заводится долго, а когда заведется – то глохнет почти сразу же или не заводится вообще, т.е. даже не «схватывает».
«Третье состояние» проверить просто: надо в момент заведения машины подойти к выхлопной трубе и посмотреть (почувствовать, например, приложенной рукой) – идут оттуда выхлопные газы или нет.
Как удалить катализатор?
Вопросы экологии и покупки нового катализатора мы не рассматриваем – 99% автолюбителей просто удаляют его, а не покупают новый, т.к. новый катализатор стоит дорого из-за содержания в нем платины.
Хочется предостеречь от распространенной ошибки при удалении катализатора: всегда удаляйте его полностью, а не пробивайте только отверстие. Кто даст гарантию, что время это отверстие не забьется? После удаления внимательно осмотрите внутренность той емкости, в которой находился катализатор и увидите «прикипевшую» к поверхности металлическую сеточку, одну или несколько. Ее удаляйте тоже.
Можно вырезать катализатор и вварить гофровую трубу. Это даст не жесткое соединение двигателя и выпускной системы, а также дополнительное охлаждение газов.
Статьи по теме
Комментарии
Возможно ли почистить катализатор? Чистить его бесполезно. Если он забился - то пробивают дырку в нем или меняют на новый/ставят обманку вместо катализатора.
amastercar.ru
Что такое каталитический нейтрализатор
Все современные выхлопные системы автомобилей включают в себя каталитический нейтрализатор. Это устройство предназначено для снижения уровня выброса вредных веществ с отработанными газами в атмосферу. Каталитический нейтрализатор применяют как на дизельных силовых агрегатах, так и на бензиновых. Устанавливают его или сразу за выпускным коллектором, или непосредственно перед глушителем. Нейтрализатор выхлопных газов состоит из блока-носителя, теплоизоляции, корпуса.
Устройство
Основным элементом считается блок-носитель. Он изготавливается из огнеупорной керамики. Конструкция такого блока состоит из большого количества продольных ячеек, существенно увеличивающих площадь соприкосновения с отработанными газами. Поверхность их покрывается специальными веществами-катализаторами (палладий, платина и родий). Благодаря этим элементам, происходит ускорение протекания химических реакций.
Палладий и платина являются окислительными катализаторами. Они обеспечивают окисление углеводородов и, соответственно, способствуют превращению их в оксид углерода, углекислый газ и водяной пар. А родий является восстановительным катализатором. Он применяется для восстановления оксидов азота в безвредный азот. Получается, что три вида катализаторов понижают в отработанных газах содержание трех разных вредных веществ. Поэтому подобное устройство получило название трехкомпонентный каталитический нейтрализатор.
Блок-носитель размещается в металлическом корпусе. Между ними располагается теплоизоляционный слой. В корпусе катализатора находится кислородный датчик.
Эффективная работа рассматриваемого устройства достигается при температуре 300о Цельсия, в таком случае задерживается около 90 процентов вредных веществ (для этого каталитический нейтрализатор устанавливается сразу же за выпускным коллектором).
Особенности
Катализаторы довольно эффективно снижают токсичность выхлопных газов и при этом практически не влияют на мощность двигателя и расход топлива. При наличии этого устройства незначительно возрастет обратное давление, в результате которого силовой агрегат автомобиля теряет 2-3 л. с. Теоретически катализатор выхлопных газов может служить вечно, ведь драгоценные металлы во время химических реакций не расходуются. Однако, как показывает практика, срок службы этих приборов имеет свой предел.
Например, одна из ходовых причин выхода из строя нейтрализаторов - это хрупкая керамика ячеек, которая от резкого сотрясения (если автомобиль на скорости ударится, попадет в выбоину или даже чиркнет корпусом катализатора по чему-либо) может разрушиться, что и приводит к выходу из строя упомянутого прибора. Сейчас начали появляться конверторы, у которых вместо керамики – металлический монолит. Они более устойчивы к разрушениям. Еще одна причина поломки каталитического нейтрализатора – это топливо. Этилированный бензин богат тетраэтилсвинцом, который «засаливает» поверхность ячеек. В результате все реакции прекращаются. Следующим врагом катализатора является неправильный состав горючего. Так, смесь, содержащая повышенное количество углеводородов, просто гробит устройство, а слишком бедная вызывает резкий перегрев, что может привести к разрушению монолита. Не менее опасны и резкие перепады температур, например, когда автомобиль въезжает в лужу. Это также может привести к повреждению керамики.
В целом, на каталитический нейтрализатор, как и на любой другой механизм, влияют условия эксплуатации.
fb.ru
что это такое, признаки поломки, состав и принцип работы
Европейские нормы экологии заставляют принимать меры к тому, чтобы выхлопные газы автомобилей не наносили сильного ущерба окружающей среде.
И эта борьба за природу привела к тому, что автомобили стали оборудоваться специальными устройствами, которые назвали катализаторами.
Состав и принцип работы катализатора выхлопных газов
Из школьных уроков мы помним, что катализ – это что-то из области химической реакции, и поэтому термин «катализатор» подразумевает под собой какой-то прибор, необходимый для такого действия.
Мы не химики и оценить точность определения вряд ли сможем, но то, что автомобильный катализатор предназначен для очистки выхлопной смеси — факт, о котором сообщает сам производитель. А ему не принято не верить.
Несмотря на то, что европейские нормы выхлопов введены в России не так давно, первые катализаторы в автомобилях отпраздновали уже 40-летний юбилей. Упрощение до нынешнего названия произошло гораздо позже, а первое время именовалась эта штука конвертером, или каталитическим преобразователем. Сами понимаете, что не каждый работник автосервиса сможет сходу и без запинки выговорить такое.
Катализатор встраивается в выхлопную систему автомобиля, причём конкретное место установки выбирает сам производитель. Так, он может находиться и в коллекторе, и в основании выхлопной трубы, и в других её участках.
Есть два вида катализаторов: окислительный и восстанавливающий. Независимо от разделения, эти устройства, наверное, одни из самых дорогостоящих. Судите сами: основу их составляет структура из керамики, напоминающая пчелиные соты, покрытые металлами, которые простыми не назовёшь – платина, золото, палладий и иридий. Даже удивительно, куда смотрят жулики, оставляющие выхлопную систему автомашин, припаркованных во дворах, в покое?
Как бы то ни было, но подобное покрытие ячеек катализатора необходимо вовсе не для того, чтобы вытянуть деньги с автолюбителя. Дело в том, что драгоценные металлы эффективней очищают выхлопные газы, одновременно предоставляя большую площадь для очистки с минимальным ущербом для самого катализатора. Если исключить драгоценные металлы из сплава, то само устройство будет настолько недолговечным и подверженным негативному воздействию выхлопных газов, что менять его придётся несколько раз в течение одной небольшой поездки.
Опытным путем было установлено, что один катализатор вряд ли сможет работать эффективно, а потому на современных автомобилях их устанавливают в трех экземплярах. Они не дублируют друг друга, а делают узконаправленную работу, выполняя очистку от тех веществ, для которых предназначены.
Видео — что это такое автомобильный катализатор и как он работает:
Таким образом, выхлопные газы проходят вначале через восстановительный катализатор, внутри которого на молекулярном уровне идет расщепление поступающего вещества на кислород и азот. Этот процесс как раз и выполняют иридий и платина.
Когда работа проделана, в дело вступают окислительные катализаторы, производящие очистку поступивших веществ. Здесь уже совместно с платиной вступает в действие палладий, снижая количество окиси углерода и облегчая реакцию углекислого газа с кислородом.
Маленькие вспомогательные «хитрости»
Как бы ни эффективно очищался выхлоп двигателя, но в ручном режиме регулировать точность выброса в атмосферу было б не просто затруднительно, а в принципе невозможно. Тем более толку от такой системы было б совсем немного: только в рамках информации для общего развития. Дело в том, что вместе с катализаторами выхлопная система оснащена датчиками, входящими в систему управления автомобилем.
Имея связь с компьютером, эти устройства учитывают количество кислорода, поступающего вместе с выхлопом мотора. В том случае, если через катализатор будет проходить воздуха столько, что он не сможет его переработать, забор через воздушный фильтр двигателя уменьшается. Датчики устанавливаются ближе к мотору и замеряют газы непосредственно на выходе.
Недостатки тоже есть
Наличие драгоценных металлов в конструкции катализатора еще не означает того, что оно решает все проблемы. Необходимо еще соблюсти ряд условий для работы.
Опять же, благодаря курсу средней школы, мы все знаем, что любая химическая реакция (а именно на этом принципе основан катализатор) происходит тем быстрее, чем выше температура. Отсюда сами понимаете, что устройство не сможет эффективно функционировать, если температурный режим ниже необходимого. То есть налицо вывод о том, что в момент начала работы автомобильного двигателя катализатор фактически никак не реагирует на количество вредных веществ, выброшенных в атмосферу до тех пор, пока они же не нагреют трубопровод системы.
Видео — как извлечь каталитический нейтрализатор:
Самый простой способ такого нагрева – помещение устройства непосредственно к основанию газоотводной трубы возле стенки двигателя. Но при включении холодного двигателя при такой установке катализатор все равно первое время работать не будет, пока не согреется. Современный и эффективный способ, который заставит его действовать с самого начала – предпусковой подогреватель двигателя, расходующий часть энергии на утепление.
Несмотря на то, что в выхлопной системе дизельных двигателей тоже есть подобные каталитические преобразователи, действуют они не столь впечатляюще. Дело тут также в недостаточной температуре нагрева. Дизели не так зависимы от окружающей среды и имеют возможность работать в зоне таких низких температур, что катализаторы просто не успевают достичь нагрева до степени осуществления химической реакции.
Признаки забитого катализатора
Но эти недостатки – мелочь по сравнению с ситуацией, когда вы садитесь за руль, а машина либо не заводится, либо глохнет, едва только двигатель сделает один-другой поворот коленвала. Понятное дело: мысли в поисках причин такого поведения начинают роиться в голове, и только потом, когда проверено всё и вся, становится понятным, что неполадки как раз с катализатором.
Чтобы проверить правоту своих домыслов, выкрутите датчик, расположенный перед первым катализатором, и попробуйте запустить мотор. Если никаких проблем в работе двигателя нет, то причина как раз в устройстве, о котором мы здесь говорим. Теперь необходимо полным ходом отправляться в автосервис и менять катализатор. Самостоятельно сделать это вряд ли получится, так как необходимо вносить корректировки в бортовой компьютер, чтобы настроить датчик на правильную работу.
Видео — как проверить катализатор на машине:
Если вы знаете свой автомобиль как пять пальцев, то наверняка вас насторожат и такие признаки неисправности каталитического нейтрализатора, как плохой разгон, педаль акселератора, слабо реагирующая на нажатие, рост расхода топлива. Подобное поведение машины говорит о том, что катализатор скоро выработает свой срок.
Проверка катализатора манометром
Как только вы заметили явные изменения в поведении своего авто, примите меры к проверке каталитического нейтрализатора. Признаки, о которых говорилось выше, не всегда могут относиться к тем, что сигнализируют о неисправности именно этого устройства.
Осмотрите катализатор. Если на корпусе имеются сильные вмятины, либо разводы, похожие на круги от воздействия высокой температуры, наверняка причины неполадок кроются внутри. По возможности осмотрите внутренние соты. Если они разрушены, первый «звоночек» уже прозвенел.
Точнее можно проверить с помощью замера манометром. Правда, это не тот прибор, которым проверяют давление в шинах, поэтому лучше также доверить эту операцию специалистам. Сам алгоритм действия следующий: вместо первого кислородного датчика, используя переходник, устанавливается измерительный прибор. После заводится двигатель, обороты поднимаются до 3000 об/мин. Если стрелка на шкале преодолела отметку в 0,3 кгс/см2, то катализатор забит, и наступило время для его замены.
И самое главное – придирчиво относитесь к тому, чтобы топливо и масло всегда были надлежащего качества, иначе весь осадок от них будет накапливаться в катализаторе, что также будет способствовать его скорому выходу из строя.
Как выполняется полировка фар своими руками в домашних условиях узнаете из статьи.
В каких случаях может помочь сумка-холодильник для автомобиля.
Как выбрать автомобильный компрессор http://voditeliauto.ru/poleznaya-informaciya/aksessuary-i-gadzhety-dlya-avto/avtomobilnyj-kompressor.html для подкачки шин.
Видео — проблемы катализаторов на автомобилях ВАЗ:
Может заинтересовать:
Как быстро избавиться от царапин на машинеДобавить свою рекламу
Сканер для самостоятельной диагностики автомобиляДобавить свою рекламу
Защитить автомобиль от грязи поможет жидкое стеклоДобавить свою рекламу
Как защитить себя от слепящего солнца и фар за рулем?Добавить свою рекламу
voditeliauto.ru
Что такое катализатор на автомобиле, зачем он нужен и как работает
Высокое содержание вредных примесей в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания способно нанести существенный вред окружающей среде. Для решения этой проблемы используют катализаторы. В этом материале мы расскажем о том, что такое катализатор на автомобиле, какие существуют его модификации и в чем заключаются основные их отличия.
Зачем нужен катализатор
Основное назначение катализатора на автомобиле — это сокращение содержания в выхлопных газах окисей углерода (СО) и азота (NO и NO2), а также соединений углеводородной группы (CH). Это реализуется с помощью более полного сжигания топлива или с помощью изменения физических и химических свойств применяемого топлива.
Принцип действия катализатора
В Европе количество вредных примесей, которые выбрасываются автомобилем, регламентируется стандартами «European emission standards», которые предусматривают следующие допустимые значения для автомобилей с количеством пассажиров менее 8 и весом менее 3.5 тонн (категория M1):
| Этап | Дата | CO | HC | HC+NOx | NOx | PM | PN |
| г/км | #/km | ||||||
| Дизель | |||||||
| Euro 1 | 1992.07 | 2.72 (3.16) | — | 0.97 (1.13) | — | 0.14 (0.18) | — |
| Euro 2, IDI | 1996.01 | 1.0 | — | 0.7 | — | 0.08 | — |
| Euro 2, DI | 1996.01 | 1.0 | — | 0.9 | — | 0.10 | — |
| Euro 3 | 2000.01 | 0.64 | — | 0.56 | 0.50 | 0.05 | — |
| Euro 4 | 2005.01 | 0.50 | — | 0.30 | 0.25 | 0.025 | — |
| Euro 5a | 2009.09 | 0.50 | — | 0.23 | 0.18 | 0.005 | — |
| Euro 5b | 2011.09 | 0.50 | — | 0.23 | 0.18 | 0.005 | 6.0×10 |
| Euro 6 | 2014.09 | 0.50 | — | 0.17 | 0.08 | 0.005 | 6.0×10 |
| Бензин | |||||||
| Euro 1 | 1992.07 | 2.72 (3.16) | — | 0.97 (1.13) | — | — | — |
| Euro 2 | 1996.01 | 2.2 | — | 0.5 | — | — | — |
| Euro 3 | 2000.01 | 2.30 | 0.20 | — | 0.15 | — | — |
| Euro 4 | 2005.01 | 1.0 | 0.10 | — | 0.08 | — | — |
| Euro 5 | 2009.09 | 1.0 | 0.10 | — | 0.06 | 0.005 (DI) | — |
| Euro 6 | 2014.09 | 1.0 | 0.10 | — | 0.06 | 0.005 (DI) | — |
| IDI — дизельные двигатели с разделенными камерами сгорания;DI — дизельные двигатели с непосредственным впрыском топлива; | |||||||
Для того чтобы количество вредных выбросов не превышало допустимые нормы производители автомобилей обычно применяют керамические катализаторы. Но, также существуют и альтернативные варианты:
- Химические катализаторы.
- Магнитно-стрикционные катализаторы.
Все эти модификации имеют различный принцип действия, обеспечивая достаточно эффективную очистку отработанных газов. При этом катализатор не оказывает значительного негативного влияния на мощность двигателя и другие технические характеристики автомобиля.
Керамические катализаторы
Данное устройство использует механический способ снижения концентрации вредных веществ. Катализатор имеет сотовую конструкцию, поверхность которой покрыта сплавом платины и иридия. Именно такое покрытие из дорогих металлов совместно с увеличенной площадью соприкосновения выхлопных газов и катализатора обеспечивают удаление вредных компонентов до установленных норм.
Где находится катализатор в автомобиле
Керамический катализатор работает по следующему принципу:
- При прохождении выхлопных газов через катализатор происходит дополнительное окисление кислородом несгоревших компонентов топлива. Благодаря химической реакции окисления, обеспеченной каталитическим слоем, и осуществляется очистка выхлопных газов.
- При окислении рабочие элементы катализатора существенно нагреваются, что дает возможность существенно увеличить скорость химических реакций. Именно это дает возможность обеспечить очистку в соответствии с действующими нормативами. Содержание СО при использовании катализаторов керамического типа, будет соответствовать даже жестким евростандартам.
Производители заявляют эксплуатационный ресурс в 100 тысяч километров. Но, учитывая качество отечественного топлива, в большинстве случаев катализатор способен прослужить 70-80 тысяч километров, после чего потребуется его замена.
Как выглядит катализатор
Кроме некачественного топлива ресурс керамического катализатора может снижаться и по другим причинам. В частности такие катализаторы чувствительны к:
- Ударам;
- Резким перепадам температур или перегреву;
- Попаданию не сгоревшего топлива в следствии проблем с зажиганием;
- Попаданию масла или охлаждающей жидкости;
Устройства такого типа устанавливаются на большинство поступающих на наш рынок автомобилей.
Читайте также: Что такое лямбда зонд и как он связан с катализатором.
Видео о автомобильных катализаторах
Читайте также: Что такое ЭБУ в автомобиле и зачем он нужен.
Химические катализаторы
Химические катализаторы или анамегаторы это большая группа катализаторов, которые можно отнести к разряду присадок. Данные катализаторы добавляются в топливо и позволяют изменить его структуру и свойства. Благодаря этому снижается токсичность выхлопных газов, обеспечивается более высокая степень сгорания, минимизируется возможность возникновения нежелательных детонационных процессов.
Принцип действия катализатора основан на изменении ориентации молекулы углеводородов, что позволяет улучшить условия для реакции окисления кислородом. Благодаря этому появляется возможность обеспечить более полное его сгорание. В результате небольших изменений химического состава топлива повышается мощность двигателя, а концентрация токсичных веществ в выхлопных газах падает.
Производители предлагают различные анамегаторы. При выборе учитывайте то, что эффективность применения будет зависеть от правильной концентрации катализатора в топливе, поэтому руководствуйтесь требованиями и рекомендациями производителей.
Применение химических катализаторов так же способно увеличить расход топлива, примерно на 10%, что и считается главным его недостатком.
Магнитно-стрикционные катализаторы
Приборы данного типа считают наиболее перспективным видом катализаторов. Они позволяют улучшить характеристики топлива без корректировки его химического состояния. Принцип действия предполагает изменение ориентации углеводородной молекулы, все эти операции происходят под воздействием магнитного поля. То есть, изменению подвергается именно физические свойства горючего.
Катализаторы данного типа относятся к устройствам предварительной подготовки топлива. Благодаря правильной ориентации молекулы она получает способность соединяться с большим количеством кислорода. В результате топливо сгорает более полно, обеспечивая повышение мощности и снижение токсичности. Существует возможность снизить содержание вредных компонентов в 3-4 раза.
К преимуществам этого катализатора относят простую технологию его установки, которая занимает не более 20 минут времени. Монтируется прибор непосредственно перед карбюратором или инжектором, а для дизельных установок практикуется установка перед каждой форсункой и ТНВД.
Применение катализаторов любого типа позволит сократить количество выбросов токсичных веществ в окружающую атмосферу. Для обеспечения эффективности их работы, доверяйте установку профессионалам, именно ошибки при самостоятельном использовании снижают срок эксплуатации и качество очистки.
Похожие статьи
avtonov.com
Назначение и расположение катализатора в автомобиле
Практически с самого начала создания автомобиля и до сегодня у конструкторов стоит несколько вопросов, над которыми они постоянно «бьются». Один из этих вопросов – максимальное снижение выбросов вредных веществ в атмосферу, ведь при сгорании топлива в цилиндрах двигателя появляется отработанные газы, которые в своем составе имеют ядовитые элементы. А поскольку эти газы отводятся во внешнюю среду – значит, отравляющие вещества выходят из силовой установки авто постоянно, пока она работает.
Одним из самых действенных способов снижения вредных выбросов авто, который является вполне распространенным – использование каталитического нейтрализатора, в народе называющийся сокращенно катализатором.
Для того чтобы понять, для чего нужен этот нейтрализатор, упомянем немного теории.
Содержание статьи
Теоретическая часть
Устройство автомобильного катализатора
Выхлопной газ, выходящий из цилиндров силового агрегата состоит из многих элементов, выделившихся в результате химической реакции, которой и является горение. Некоторые из этих элементов вполне безвредны, а вот такие как окись углерода (СО), углеводороды (СН) и оксиды азота (NO и NO2) являются достаточно опасными. Чтобы уменьшить их содержание в выхлопе двигателя, ученые решили эти химические соединения еще раз подвергнуть хим. реакции. Для этого им пришлось использовать дорогостоящие металлы — платиноиридиевый сплав, палладий, родий. Вступая с ними в реакцию, вредные химические элементы окисляются, из-за чего после реакции на выходе получаются углекислый газ (CO2) и азот (N2) – вещества вполне безвредные. Конечно, полностью ядовитые элементы катализатор удалить не способен, но значительно уменьшить их – вполне.
Даже стандарты ЕВРО, постоянно ожесточающиеся, подразумевают определенное наличие опасных веществ, которые автомобили не должны превышать. В некоторых странах за экологией следят очень серьезно, поэтому авто, не соответствующие определенным нормам ЕВРО, и не оснащенные катализаторами, продавать и использовать запрещено.
Несколько слов о металлах, которые выступают нейтрализаторами. Они отличаются по химической реакции с вредными веществами. Так, палладий и сплав на основе платины являются окислительными, то есть, при вступлении в реакцию с вредными веществами, они их окисляют, разделяя на безвредные вещества.
Родий же является нейтрализатором восстановительным. Он при реакции оксиды азота восстанавливает до обычного безвредного азота.
На деле все происходит так: выхлопные газы и выпускного коллектора подаются в емкость, где находится специальная бобина с нейтрализующим металлом, проходя через которую, часть вредных веществ химически нейтрализуется, а затем уже выхлопной газ идет дальше – в резонатор и глушитель.
Сейчас все чаще применяются все три металла в одном катализаторе на авто – для улучшенной очистки отработанных газов. То есть, внутри катализатора размещаются одна за другой три бобины, каждая со своим металлом.
Конструкция катализатора
А теперь более подробно об устройстве катализатора. Располагается он зачастую за выпускным коллектором. Состоит он из корпуса, утеплителя и блок-носителя – той самой бобины.
О корпусе особо говорить нечего – герметичная жестяная емкость с двумя выходами для установки ее в систему отвода выхлопных газов. Утеплитель предотвращает просачивание газов мимо блок-носителя. Помимо этого, он сохраняет температуру, необходимую для протекания реакций. Дело в том, что быстрее всего реакции, при которых нейтрализуются вредные вещества проходят при температуре не менее 300 град. Поэтому зачастую нейтрализатор и располагается сразу за коллектором.
Принцип работы катализатора
А вот сами блок-носители по конструкции довольно интересны. Указанные металлы являются очень дорогостоящими, поэтому сделать один блок-носитель полностью из этого металла – удовольствие невыгодное. Поэтому основой для блок-носителя выступает керамика, сделанная в виде сотов. На поверхность этих сотов и наносится слой нейтрализующих металлов. Такая конструкция позволяет не только снизить расход дорогих металлов, но еще и по максимуму увеличить площадь контакта металла с газами.
Некоторые блок-носители состоят из свернутой в рулон керамической ленты с сотами, поэтому в разрезе она похожа на бобину. Но это не всегда так, есть и блок-носители, похожий на сигаретный фильтр, но только значительно увеличенный в размерах.
Работа катализатора
Одной из особенностей использования катализатора на авто является то, что бортовой компьютер следит за его работой. Для этого в систему отвода включены лямбда-зонды. В авто, которое не оснащено катализатором, данный зонд только один и нужен он для определения количества остаточного кислорода в отработанных газах для коррекции работы системы питания.
Расположение катализатора в выхлопной системе. Кислородные датчики — это и есть лямбда-зонды
А вот в машине с каталитическим нейтрализатором таких лямбда-зондов два, первый установлен перед и катализатором и он определяет состав выхлопных газов для системы питания. Второй располагается за катализатором и определяет он состав выхлопных газов уже прошедших дополнительную очистку. После бортовой компьютер сравнивает показания двух зондов.
Если значения будут выравниваться, это укажет на выход из строя катализатора, о чем просигнализирует индикатор «Check engine».
Неисправности каталитического нейтрализатора
Все дело в том, что катализатор не вечен и со временем выходит из строя. Средний срок службы его составляет около 100 тыс. км. Если авто прошло такой километраж, и возникли проблемы с катализатором – это укажет на естественный износ. В таком случае слой нейтрализующих металлов с поверхности керамических сотов выгорел и выхлопные газы уже не очищаются.
Видео: Как пробить катализатор
Однако проблемы с катализатором могут возникнуть и значительно раньше. Виной тому может стать нарушенная работа системы зажигания или питания. По их вине может пройти засорение сотов сажей и другими продуктами горения, после чего работа катализатора нарушается.
Еще причиной поломки катализатора может стать некачественный бензин, особенно это проблема актуальна у нас. Часто для повышения октанового числа в бензин добавляется тетраметилсвинец. Октан он хоть и повышает, но в цилиндрах полностью не сгорает, а выходя из цилиндров – оседает на поверхности сотов блок-носителя, после чего катализатор перестает действовать.
Устранение проблем в работе катализатора
Решений проблем, возникших с каталитическим нейтрализатором – несколько. Первая и самая простая – замена катализатора на оригинальный. То есть, обращаетесь к официальным дилерам, они заказывают новый элемент, заменяют его и авто продолжает эксплуатироваться дальше. Но в этом есть одна значительная проблема – стоимость. Сейчас производители авто поступают по-хитрому – зачастую выпускной коллектор выполнен заодно с катализатором. А поскольку сам катализатор – не дешевый, а еще если и добавить коллектор, то и вовсе цена за ремонт может выйти колоссальной.
Вторым способом решения проблемы является установка универсального катализатора. При этом восстановление работоспособности авто может обойтись значительно дешевле. Для авто подбирается определенная модель катализатора, подходящая по параметрам автомобиля. Далее неисправный катализатор вырезается из системы отвода выхлопных газов, на его место вваривается новый – универсальный.
Видео: Катализатор и пламегаситель, сравнение до и после, 0-100(120) км\ч Nissan Almera N16 QG15DE
И последний способ восстановления – замена катализатора на пламегаситель. Это самый «варварский» способ. Катализатор с выхлопной трубы вырезается, на его место вваривается пламегаситель, он же предварительный резонатор, который стабилизирует поток выхлопных газов при прохождении через него, но он никаких очистных работ не проводит. После производится перепрошивка бортового компьютера, и проблем с катализатором больше не возникает.
avtomotoprof.ru
Что такое катализатор и как он работает?
На протяжении многих лет автопроизводители создают много усовершенствований в автомобильных двигателях и топливных системах, чтобы идти в ногу со временем и, безусловно, с законами, направленными на улучшение экологической ситуации на фоне выбросов автомобилей. Одно из кардинальных таких усовершенствований произошло в 1975 году с интересным устройством под названием катализатор. По сути работа катализатора заключается в преобразовании вредных веществ в менее вредные выбросы, прежде чем они покинут выхлопную систему автомобиля.
Так выглядит каталитический нейтрализаторКатализатор - это удивительно простое устройство, однако, оно оказывает невероятно большое влияние на экологию нашей планеты. В этой статье Вы узнаете, какие загрязняющие вещества производятся двигателем, что такое катализатор и как катализатор работает, имея дело с каждым из этих загрязняющих веществ, чтобы помочь уменьшить выбросы из транспортных средств.
Какие загрязнения производит автомобиль?
В целях сокращения выбросов, современные автомобильные двигатели тщательно контролируют количество сгораемого в нём топлива. Они пытаются сохранить соотношение воздух-топливо очень близким к стехиометрической точке, которая является идеальным соотношением воздуха к топливу. Теоретически, при таком соотношении, всё топливо будет сожжено, используя весь кислород из поглощаемого воздуха. Для бензина стехиометрическая точка составляет около 14.7:1 - это означает, что на каждый литр бензина будет сожжено 14,7 граммов воздуха. Смесь топлива на самом деле колеблется от идеального соотношения совсем немного во время работы двигателя. Иногда смесь может быть бедной (соотношение воздух-топливо выше, чем 14,7), а в других случаях смесь может быть обогащённой (соотношение воздух-топливо ниже, чем 14,7).
Основными веществами в выхлопных газах двигателя автомобиля являются:
- Азот (N2) - воздух на 78 процентов состоит из газообразного азота, и большая часть этого азота проходит прямо через двигателя автомобиля и выходит, не вступив ни с чем в химическую реакцию.
- Углекислый газ (CO2) - это один из продуктов сгорания бензина.
- Водяной пар (h3O) - и ещё один продукт сгорания.
Эти выбросы, в основном, доброкачественные и не вредят атмосфере и экологии, хотя выбросы углекислого газа, как полагают, способствуют глобальному потеплению. Поскольку процесс сгорания никогда не совершенен, также в автомобильных двигателях производятся некоторые меньшие количества более вредных выбросов. Катализаторы предназначены как раз для снижения содержания именно этих выбросов, а, точнее, трёх самых объёмных и самых вредных:
Как работает катализатор?
Понятие "катализатор" пришло к нам ещё из химии школьной программы, давайте вспомним - катализатор представляет собой вещество, которое вызывает ускорение химической реакции, и при этом сам катализатор в этой реакции не участвует. Точнее, катализаторы прямо участвуют в реакции и влияют на время её течения, но не являются ни реагентом, ни продуктом реакции, которую они катализируют. В человеческом организме ферменты являются по аналогии естественным катализатором, отвечающим за многие необходимые биохимические реакции.
Вообще, каталитический нейтрализатор состоит из двух различных типов катализаторов в своей работе: катализатора восстановления и катализатора окисления. Оба типа состоят из керамической структуры, покрытой металлическим каталитиком, обычно платиной, родием и/или палладием. Идея заключается в том, чтобы создать структуру, которая предоставляет максимальную площадь поверхности катализатора в потоке выхлопных газов, а также свести к минимуму требуемое количество катализатора, поскольку материалы для него чрезвычайно дороги. Некоторые из новейших преобразователей даже начали использовать золото, смешанное с более традиционными катализаторами. Золото, кстати, стоит даже дешевле, чем другие перечисленные материалы, но может привести к увеличению окисления.
Большинство современных автомобилей оснащено трёхкомпонентными каталитическими нейтрализаторами. Это означает, что они помогают уменьшить количество выбросов трёх самых вредных веществ, перечисленных немного выше в содержимом выхлопов.
Катализатор восстановления является первым этапом каталитического нейтрализатора. Он использует платину и родий, чтобы помочь уменьшить выбросы NOx (оксидов азота). Когда молекулы NO или NO2 вступают в контакт с катализатором, то последний расщепляет его на два компонента, отщепляя атом азота из молекулы и освобождая кислород в известной нам формуле O2. Атомы азота, в свою очередь, вступают в связь с другими атомами азота, которые также производятся катализатором, образуя химический элемент N2 (абсолютно безвредная молекула азота). В виде химической формулы это можно проиллюстрировать таким образом:
- 2NO => N2 + О2 или 2NO2 => N2 + 2*O2
Катализатор окисления является вторым этапом каталитического нейтрализатора. Он уменьшает количество несгоревших углеводородов и окиси углерода при окислении их в катализаторе за счёт платины и палладия. Этот катализатор способствует реакции СО и углеводородов с кислородом в выхлопных газах. Например:
Третий этап работы катализатора заключается в системе управления, которая контролирует поток выхлопных газов и использует эту информацию для управления системой впрыска топлива в двигатель. Существует кислородный датчик, установленный выше по потоку до катализатора (то есть он ближе к двигателю, чем катализатор). Этот датчик сообщает бортовому компьютеру двигателя, сколько кислорода содержится в выхлопе. Компьютер может увеличить или уменьшить количество кислорода в выхлопных газах, регулируя соотношение воздух-топливо, поступаемое в цилиндры двигателя. Эта схема управления позволяет компьютеру двигателя убедиться, что двигатель работает на близкой к стехиометрической точке, а также что в выхлопе остаётся достаточное количество кислорода, чтобы окисление катализатора позволяло сжигать несгоревшие углеводороды и окись углерода.
Каталитический нейтрализатор делает большую работу по снижению загрязнения, но он всё ещё может быть значительно улучшен. Тем не менее, одним из самых больших его недостатков является то, что он работает только при достаточно высокой температуре. Когда Вы только начинаете прогревать свой автомобиль в холодную или тёплую погоду, каталитический нейтрализатор практически ничего не делает, чтобы уменьшить загрязнение в выхлопных газах.
Есть простое решение этой проблемы, которое состоит в перемещении катализатора ближе к двигателю. Это означает, что более горячие выхлопные газы достигнут катализатора, и он нагреется быстрее, но это также может уменьшить срок службы нейтрализатора, подвергая его воздействию очень высоких температур. Большинство автопроизводителей позиционируют каталитический преобразователь под передним пассажирским сиденьем - достаточно далеко от двигателя, чтобы поддерживать температуру такого уровня, который не будет вредить ему.
Расположение катализатора в автомобилеТакже хорошим способом для сокращения выбросов является предварительный нагрев каталитического нейтрализатора. Самый простой способ для достижения такой цели заключается в использовании электрических нагревателей сопротивления. К сожалению, 12-вольтовые электрические системы на большинстве автомобилей не обеспечивают достаточно энергии или мощности для нагрева каталитического нейтрализатора достаточно быстро. Большинство людей не будут ждать несколько минут, пока каталитический нейтрализатор нагреется. А вот гибридные автомобили, которые имеют в наличии большие высоковольтные блоки батарей, могут обеспечить достаточно энергии, чтобы разогреть каталитический нейтрализатор очень быстро.
Катализаторы в дизельном двигателе работают гораздо хуже в сокращении выбросов NOx. Одной из причин этого является то, что дизельные двигатели имеют более низкую рабочую температуру, чем бензиновые двигатели, и катализатор в целом в дизельном двигателе работает хуже, поскольку он меньше нагревается. Некоторые из ведущих экспертов экологических авто придумали новую систему, которая помогает бороться с этим. Они используют мочевину в решении этой проблемы: прежде чем оксиды азота уходят в катализатор, их принудительно испаряют и смешивают с выхлопом и затем создают химическую реакцию, которая приведёт к сокращению выбросов NOx. Мочевина, также известная как карбамид, представляет собой органическое соединение, изготовленное из углерода, азота, кислорода и водорода. Мочевина содержится в моче млекопитающих и земноводных. Мочевина реагирует с NOx, производя в результате реакции азот и водяной пар и утилизируя более 90 процентов оксидов азота в выхлопных газах.
howcarworks.ru
Что такое катализатор в автомобиле? — виды и принцип действия | Моторное масло - ГСМ
Решение экологических вопросов в последнее время становится все более актуальным. Это связано не столько с усугублением возникающих проблем охраны окружающей среды, сколько с требованиями, которые диктуют специальные организации ЕС.
Одним из аспектов деятельности экологических организаций является контроль над токсичностью отработавших газов автомобилей. Эта проблема актуальна не только в Европе, но и в странах СНГ.
Методом минимизации токсичности выхлопных газов является применение на автомобилях устройств, именуемых катализаторами. Они призваны получить выхлопы с определенным содержанием СО, СН, NO, не превышающим установленных ЕС норм.
В настоящее время катализаторы можно подразделить на три вида: керамический катализатор, химический катализатор, магнитно-стрикционный катализатор.
Рассмотрим каждый из них с выделением некоторых характеристик.
Керамический катализатор в машине
Керамический катализатор дожигания (ККД) представляет собой керамическую сотовую конструкцию. Соты необходимы для того, чтобы увеличить площадь контакта выхлопных газов с поверхностью, на которую нанесен тонкий слой платиноиридиевого сплава. В состав данного напыления входят такие дорогие металлы как платина, палладий и радий. Недогоревшие остатки (CO, CH, NO), касаясь поверхности каталитического слоя, окисляются кислородом, присутствующим в выхлопных газах. В результате реакции выделяется тепло, разогревающее катализатор, и активизируется реакция окисления. В конечном итоге выхлопные газы имеют необходимую концентрацию СО2. Именно углекислый газ на выходе является следствием наличия катализатора в выхлопной системе.
Большинство иномарок сейчас комплектуются керамическими катализаторами дожигания сразу при сборке. Для завезенных ранее на территорию России бывших в употреблении автомобилей, а также для произведенных на территории СНГ можно приобрести импортные или отечественные ККД. Из поставляемых в страны СНГ катализаторов наиболее распространены устройства фирмы «Bosal».
Однако наличие прибора данного типа при эксплуатации машины в России доставляет автовладельцу много проблем. Это можно объяснить несколькими факторами.
Во-первых, к нам в страну далеко не всегда прибывают только новые иномарки с минимальным пробегом. Срок же службы катализатора при правильной эксплуатации (имеется в виду использование качественных нефтепродуктов) сопоставим с 100-120 тыс. км пробега автомобиля, после чего рекомендуется замена ККД, что вполне естественно. Катализатор имеет фильтрующие свойства, а фильтры, как известно, нужно менять. Дальнейшее использование устройства вполне допустимо, что и делается у нас, однако нужно четко представлять, что в таком случае в выхлопной системе присутствует элемент далеко не со стопроцентной пропускной способностью. К этому сроку на стенках сот уже осела сажа и продукты недогоревшего масла, которые существенно препятствуют выходу выхлопных газов.
Во-вторых, заправляетесь вы на наших российских заправках. Не секрет, что до сих пор качество бензина на некоторых АЗС не вполне удовлетворительное, а ведь одним из основополагающих условий нормальной работы катализатора является качественный бензин. Для керамических сот с напылением некачественное топливо смертельно. Ведь в результате его попадания в устройство, соты оплавляются, залипают, и проходимость выхлопных газов практически прекращается. По сути, происходит то же самое, что и при забивании сот сажей и продуктами недогоревшего масла, только гораздо быстрее. Таким образом, некачественный бензин — основная опасность для катализатора.
Очень обидно бывает за владельцев автомобилей, которые даже не наездили 70-80 тыс. км, а катализаторы в их машинах уже испорчены. Естественно, у человека не возникает никакого желания покупать новые дорогостоящие детали, не имея никакой уверенности в том, что, поставив их и покатавшись непродолжительное время, он не столкнется с необходимостью повторной замены.
К третьей проблеме использования керамического катализатора дожигания по праву нужно отнести отечественные дороги. Как ни крути, а керамические соты — достаточно хрупкий материал, который при сильном ударе может треснуть и расколоться. В результате удара соты отходят от стенок прибора, начинают дребезжать и перемещаться внутри корпуса, из-за чего окончательно рассыпаются, разлетаясь по всей выхлопной системе.
Если в катализаторе накопился бензин, то машина долго не заводится. И когда, наконец, двигатель удалось запустить, внутри происходит мини-взрыв, который приводит к разрушению керамического катализатора дожигания. По этой причине нельзя, чтобы автомобиль «подъедал» масло.
Что касается неисправностей ККД, то их существует две разновидности. Первая состоит в том, что от времени катализатор «забивается» и у него уменьшается пропускная способность выхлопных газов. Признаком этого является ощущение того, что машина не «тянет», происходит ухудшение динамики разгона и снижение мощности автомобиля, иногда плавает стрелка оборотов на холостом ходу. Вторая — более критичная. Она проявляется в том, что катализатор уже разрушился, и вас беспокоит звук, дребезжание рассыпавшихся керамических сот или гудение «пустой бочки».
Недостатками катализаторов дожигания являются снижение оборотов и мощности двигателя, увеличение расхода топлива на 15 %. Чтобы избежать этого, некоторые автовладельцы «пробивают» блок ККД насквозь, а показания токсичности опять превышают норму.
Химический автомобильный катализатор
Второй тип катализаторов — химические, попросту говоря, присадки. Их сейчас существует бесчисленное количество разных марок, и призваны они улучшить некоторые эксплуатационные свойства топлив, масел, увеличить износостойкость узлов и агрегатов автомобилей. Разработанные присадки для улучшения процесса сгорания топлива (анамегаторы топлива) изменяют его химический состав, повышают полноту сгорания, снижают явление детонации и токсичность выхлопов.
Детонационное сгорание проходит две стадии. На первой происходит предпламенное (холоднопламенное) окисление, во время которого в рабочей смеси образуется значительная часть перекисей в процессе впуска в камеру сгорания топлива от соприкосновения с нагретыми деталями. На второй — горячий взрыв (видимое горение). После воспламенения рабочей смеси образование перекисей происходит более интенсивно; они концентрируются в ее несгоревшей части, суммируясь с образовавшимися на первом этапе, и по достижении критической концентрации распадаются со взрывом и выделением большого количества тепла.
Для нормального горения бензина концентрация перекисных соединений не должна превышать определенных показателей. Анамегатор, как и ТЭС, препятствует образованию гидропероксидов. Тетраэтилсвинец работает как антидетонатор только на первой стадии детонационного горения.
Введение этиловой жидкости приводит к повышению токсичности выхлопа, снижению мощности двигателя (повышению расхода топлива), увеличивает нагароотложения и, следовательно, количество абразива в цилиндро-поршневой группе.
Анамегатор ориентирует молекулы углеводорода таким образом, что они гораздо легче входят в реакцию окисления. В результате горение происходит с большей энергоотдачей, повышается мощность двигателя (снижается расход топлива), создаются препятствия нагарообразованию, из камеры сгорания удаляются продукты распада тетраэтилсвинца.
Антидетонационное действие анамегатора и тетраэтилсвинца суммируются. Повышение мощности происходит за счет более полного сгорания углеводородов топлива. Это снижает количество несгоревших продуктов в выхлопных газах, которые являются источником токсичности.
Мощность и расход топлива — две связанные между собой величины. Если вы на своем автомобиле до применения анамегаторов ездили со скоростью, скажем, 70 км/ч, а после применения, почувствовав прибавку мощности, стали ездить быстрее, то экономии вы можете не обнаружить. Сэкономленное топливо, образно говоря, «ушло» на повышение скорости движения, то есть на выполнение дополнительной работы. Но если скорость и другие факторы останутся неизменными, то экономия будет очевидной.
Действие анамегаторов в топливе изменяется в зависимости от их концентрации. Если в бензине необходимо предотвращать образование гидропероксидов для обеспечения детонационной стойкости, то в дизельном топливе их наличие повышает способность к самовоспламенению. Неодинаковая концентрация по-разному ориентирует молекулы углеводородов, придавая им различные свойства. Поэтому очень важно соблюдать рекомендованные пропорции.
Во фракционном составе дизельного топлива углеводороды более тяжелые, чем у бензина. Энергоотдача такого топлива выше. Поскольку анамегаторы высвобождают энергию из изначально заложенного большего количества сконцентрированной энергии, то и отдача их будет выше.
К недостаткам химического катализатора можно отнести, в первую очередь, постоянную необходимость его замены. К тому же при неправильной концентрации анамегатора с топливом может возникать коррозия металла топливного бака и других агрегатов. По той же причине может возрасти расход топлива до 10 %. Наиболее усовершенствованные анамегаторы — Т-4, Т-6.
Магнито-стрикционный (МСК) катализатор
Третий тип катализаторов — магнито-стрикционные (МСК), которые в настоящее время являются самыми современными и лежат в основе автотехнологии будущего. Самому этому методу уже около 40 лет. Экспериментальные разработки велись еще в 70-х годах, но не нашли широкого применения из-за несовершенства стабилизации процесса. Суть метода заключается в магнитно-стрикционной обработке молекулы углерода, присутствующей в любом ГСМ. При этом химический состав топлива не изменяется, а меняются только его физические свойства. «Правильно» сориентированная молекула способна свободной парой присоединить большее количество кислорода, что, естественно, отражается на полноте и теплоемкости горения. Сам катализатор представляет собой устройство предварительной обработки топлива. Он устанавливается в топливную систему автомобиля в зависимости от вида топлива. На бензиновые, карбюраторные и инжекторные двигатели МСК устанавливают перед карбюратором (инжектором), просто отсоединив топливный шланг и вставив устройство между ними. На дизельные автомобили, у которых объем цилиндров превышает 1 800 см3, прибор рекомендуется устанавливать перед каждой форсункой плюс еще один перед насосом высокого давления (НВД).
За счет наиболее полного сгорания смеси в двигателе его мощность увеличивается, следствием чего является снижение расхода топлива. Экологические показатели при этом улучшаются в 3-4 раза. Также уменьшаются нагароотложения на рабочих поверхностях двигателя, что приводит к существенному продлению срока его эксплуатации, более бесшумной и бездетонационной работе (что ощущается сразу после установки), повышению пробега между заменой масла.
Установка данных катализаторов занимает от 5 до 20 минут. Предварительно проводится диагностика топливной системы. У карбюраторных двигателей корректируется зажигание, у инжекторных — лямбда-зоны, а у дизельных — винт холостых оборотов.
Магнито-стрикционные автомобильные катализаторы производятся во многих странах: Венгрии, Польше, Китае, Великобритании, России и др.
motornoe.com
