Катализатор как работает: ТрансТехСервис (ТТС): автосалоны в Казани, Ижевске, Чебоксарах и в других городах

Как работает катализатор

Миллионы машин в мире – источники загрязнения окружающей среды. Особенно плохо обстоят дела в больших городах, где вредные выхлопы представляют реальную угрозу для жителей.

Расположение катализатора в современных машинах.

Миллионы машин в мире – источники загрязнения окружающей среды. Особенно плохо обстоят дела в больших городах, где вредные выхлопы представляют реальную угрозу для жителей.

Чтобы решать эту проблему, правительства стран принимают законы, устанавливающие пределы выброса вредных веществ, в которые должны вписываться эксплуатируемые машины. Для соответствия этим законам производители автомобилей постоянно работают над двигателями и топливными системами. Для дальнейшего уменьшения вредных выбросов были изобретены катализаторы, которые входят в контакт с отработавшими газами и сильно уменьшают вредные выхлопы.

В этой статье Вы познакомитесь, какие вредные вещества производит двигатель, и как катализатор борется с каждым из них. Катализаторы – удивительно простые устройства, поэтому Вам будет интересно узнать, насколько эффективно они работают!

Вредные выхлопы автомобиля

Для уменьшения вредных выхлопов современные машины тщательно контролируют количество сгораемого топлива. Для этого соотношение топлива и воздуха поддерживается на близком к стехиометрическому уровне, то есть на идеальном расчетном уровне. Теоретически это соотношение означает, что происходит сгорание всего топлива и кислорода воздуха. Для бензина стехиометрическое соотношение — 14.7:1. Топливная смесь лишь немного отклоняется от этого идеального соотношения во время езды. Иногда смесь бывает бедной (соотношение воздух-топливо больше 14.7) или богатой (соотношение воздух-топливо меньше 14.7).

Главные составляющие выхлопа автомобиля:
Азот (N2) – воздух на 78% состоит из азота, и большая часть его проходит через двигатель.
Оксид углерода (CO2) – это один из продуктов работы двигателя. Углерод в топливе связывается с кислородом в воздухе.
Пары воды (h3O) – еще один продукт сгорания. Водород в топливе связывается с кислородом в воздухе.
Эти части выхлопа практически безобидные (хотя оксид углерода вносит вклад в глобальное потепление). Но процесс сгорания не бывает идеальным и приводит к малым выбросам более вредных и опасных газов:

Окись углерода (CO) или угарный газ – ядовитый газ без цвета и запаха.

Гидрокарбонаты и летучие органические вещества (VOC) – получаются из-за не прогоревшего полностью топлива

Солнечный свет разрушает эти соединения, и получаются окиси — продукты фотохимического разложения выхлопных газов, которые входят в реакцию с оксидом азота и образуют слой озона (O3), главного компонента смога.

Окись азота (NO и NO2, называемые вместе NOx) – вносят вклад в смог и кислотные дожди, а также вызывают раздражения слизистой человека.
Три выше упомянутые вредные составляющие выхлопа должны уменьшаться в количестве при прохождении через катализатор.

Большинство современных машин оснащено трехкомпонентными катализаторами.
«Три компонента» относятся к трем вредным выхлопам, которые надо нейтрализовать – угарный газ СО, углеводороды VOC и окись NOx. Именно благодаря трем компонентам происходят необходимые химические реакции – окисление монооксида углерода (СО) и несгоревших углеводородов (СН), а также сокращение количества окиси азота (NOx). В трехкомпонентном катализаторе платина и палладий вызывают окисление СО и СН, а родий уменьшает выбросы NOx. Катализатор представляет сотовую структуру из керамики. Это позволяет максимально увеличить эффективную площадь контакта каталитического покрытия с выхлопными газами — до величин около 20 тыс. м2. Причем вес благородных металлов, нанесенных на подложку на этой огромной площади, составляет всего 2-3 грамма! Керамика сделана достаточно огнеупорной – выдерживает температуру до 800-850 градусов. Но все равно при неисправности системы питания и длительной работе на богатой рабочей смеси монолит может не выдержать и оплавиться — и тогда катализатор выйдет из строя. Именно поэтому так проблематично выглядит использование катализаторов с керамическим носителем на карбюраторных двигателях.

Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор

А- катализатор уменьшения вредных выхлопов, В- катализатор окисления (сгорания) вредных веществ, С- керамическая сотовая структура

Обратите внимание на две раздельные части катализаторов

Большинство катализаторов используют сотовую структуру.

Керамическая сотовая структура катализатора

Первая часть катализатора использует платину и родий для уменьшения выхлопа NOx. При контакте с молекулами NO или NO2 катализатор отрываем азот N из соединения, тем самым, освобождая азот O2. Атомы азота образуют соединение азота N2. Формула процесса:

2NO => N2 + O2 или 2NO2 => N2 + 2O2

Окисляющий катализатор – второй этап очистки.

Он уменьшает выбросы несгоревших углеводородов и моноксида углерода путем сжигания их (окислением) в платиновом и палладиевом катализаторе. Этот катализатор ускоряет реакцию CO и углеводородов с несгоревшим кислородом в выхлопном газе. Формула:

2CO + O2 => 2CO2

Но откуда берется этот кислород?

Контрольная система – это третий этап. Она контролирует состав выходящих газов и использует эту информацию для контроля впрыска. Перед катализатором установлен кислородный датчик или лямбда-зонд. Этот датчик сообщает блоку управления двигателем, сколько кислорода в выхлопном газе. Сам блок управления может увеличивать или уменьшать количество кислорода в топливной смеси. Эта контрольная схема позволяет компьютеру устанавливать близкое к стехиометрическому соотношение топлива к воздуха, а так же обеспечивать достаточное количество кислорода в выхлопе, чтобы окислялись гидрокарбонаты и CO.

Другие способы уменьшения вредных выхлопов.

Катализатор существенно уменьшает вредные выхлопы автомобиля, но его можно еще дальше совершенствовать. Большой недостаток катализатора – высокий температурный режим работы. Когда Вы запускаете холодный автомобиль, сначала катализатор вообще не работает, и все вредные выбросы выходят в окружающую среду.

Простое решение этой проблемы – разместить катализатор ближе к двигателю. Это позволит ему прогреваться быстрее, но также уменьшает срок эксплуатации из-за работы при повышенных температурах. Большинство производителей размещают катализатор под передним пассажирским сиденьем, чтобы увеличить срок службы устройства.

Предварительный прогрев катализатора – хороший способ вывести его раньше на рабочий температурный режим. Самый простой способ –электрический нагревательный элемент. К сожалению, 12 Вольт автомобильной сети недостаточно для быстрого прогрева катализатора. Кроме того, большинство водителей не будут ждать несколько минут на прогрев катализатора до запуска машины. Сегодня только гибридные машины располагают достаточным напряжением для быстрого прогрева катализатора.

цена, виды, какие есть заменители, причины неисправностей, можно ли удалить и почему их воруют

Эдуард Солодин

разбирался в катализаторах

Профиль автора

Я ехал по трассе, и у машины пропала тяга. Хорошо, что это не случилось при обгоне.

Я добрался до ближайшего автосервиса и удалил катализатор. Потом заплатил за работу и оставил все, что от этого катализатора осталось, ребятам из автосервиса. Тогда я еще не знал, что эта деталь содержит драгоценные металлы и за все, что от него осталось, дают хорошие деньги. В следующий раз буду умнее: проезжу на машине до 100 000 км, потом удалю, а катализатор оставлю себе или расплачусь им за работу.

Из-за таких историй некоторые автовладельцы считают катализатор бомбой замедленного действия и спешат поскорее его удалить. В некоторых автосервисах этому рады и советуют удалять катализаторы даже на новых машинах. Они утверждают, что это лишняя деталь, которую навязывают автопроизводителям экологи, и что автомобиль после этого будет ехать бодрее, а расход топлива уменьшится.

Я попытался разобраться, насколько катализатор лишняя деталь в автомобиле и можно ли его удалять. Из этой статьи вы узнаете, как работает катализатор, какие типы катализаторов бывают, из-за чего они выходят из строя и какие есть признаки неисправного катализатора.

Катализатор расположен в выхлопной системе автомобиля, ближе к выпускному коллектору двигателя, и нужен для очистки отработавших газов от вредных выбросов. Источник: Setta Sornnoi / Shutterstock

Что такое катализатор и зачем он нужен

Двигатель внутреннего сгорания работает на воздушно-топливной смеси. Она сгорает с образованием токсичных выхлопных газов, а на бензиновых двигателях какая-то часть смеси может вообще не сгореть и улететь в выхлопную трубу. Чтобы хоть как-то снизить концентрацию вредных веществ в выхлопных газах, на их пути ставят каталитический нейтрализатор отработавших газов: катализатор, если по-простому. Выхлопные газы идут через него, как через фильтр.

Технически это огнеупорный керамический или металлический цилиндр с сотами, через которые проходят отработавшие газы, в составе которых есть вредные вещества: углеводород, оксид азота, окись углерода. На стенках этих сот есть микрослой веществ-катализаторов: это может быть платина, палладий или родий. Они ускоряют химические процессы, и выхлопные газы после окислительно-восстановительных реакций с этими металлами становятся менее токсичными.

/osmotr-avto/

Как осмотреть автомобиль с пробегом

Соты исправного керамического катализатора. Источник: Anton Tolmachov / Shutterstock

В основном катализаторы ставят в выхлопной системе автомобилей с бензиновыми двигателями. Их может быть несколько: например, если из двигателя идет две отдельные выхлопные трубы, ставят по одному на каждую. Бывает, что катализаторы ставят последовательно на одной выхлопной трубе.

Для очистки выхлопных газов дизельного двигателя чаще всего применяют сажевые фильтры. Конструкция примерно такая же, только ячейки фильтра закрыты с одной из сторон. Выхлопные газы находят выход через пористые стенки каналов, на которых оседает сажа. Такие фильтры периодически требуют очистки. Для этого внутри фильтра повышается температура, и частицы сажи догорают. Этот процесс называют активной регенерацией.

Еще катализатор снижает температуру газов. Например, на входе в катализатор температура газов около +390 °C, а на выходе — уже +260 °C. Примерно в таком температурном режиме и проходят химические реакции, поэтому какое-то время после запуска двигателя катализатор не работает.

/honda-remont/

Как мы отремонтировали машину на страховую выплату

Работает катализатор или нет, определяет второй кислородный датчик, он же лямбда-зонд. Его ставят после катализатора, и его задача — определять уровень токсичности выбросов. Если его просто удалить, датчик зафиксирует низкую эффективность катализатора, и на приборной панели появляется ошибка Check engine.

Существуют различные экологические классы для вредных выбросов автомобиля: Евро-2, Евро-3, Евро-4, Евро-5 и Евро-6. В России для новых автомобилей с 2016 года действует стандарт Евро-5. Узнать экологический класс своего авто можно в паспорте транспортного средства. По опыту работников автосервиса, чем выше экологический класс автомобиля, тем меньше ресурс катализатора. Стенки керамических сот у таких катализаторов тоньше, ячейки расположены плотнее, чтобы работать эффективнее.

Экологический класс указан в 13-м пункте паспорта транспортного средства

Виды катализаторов и их заменители

Оригинальный катализатор устанавливает завод-изготовитель. Такой может стоить до 5% от стоимости всего автомобиля. В России мало предприятий по производству катализаторов. В основном их делают за границей, их стоимость зависит от госпошлины, курса доллара и курса драгметаллов. Заменить катализатор на оригинальный стоит от 25 000 Р.

Обычно такую замену делают на гарантийных машинах, если по каким-то причинам он вышел из строя или его украли. Срок службы оригинального катализатора обычно не меньше гарантийного срока автомобиля.

Цена на новый оригинальный катализатор для Хендай Солярис 1,6 л 2017 года — от 58 000 Р

Универсальный катализатор заменяет оригинальный почти для любого автомобиля. Он стоит дешевле оригинального, и срок его службы меньше. В теории он должен прослужить примерно 60 000 км. Цены на универсальный катализатор — от 5000 Р. В ячейках таких катализаторов вместо платины, палладия и родия применяют, например, золото. Оно хуже ускоряет каталитические реакции, поэтому хуже очищает выхлопные газы от вредных веществ.

При выборе универсального катализатора важно правильно определить его объем, который не должен быть меньше оригинального. Корпус катализатора не всегда круглой формы, у него разная длина и ширина. Отработавший катализатор вырезают из корпуса болгаркой, а новый вваривают на его место. Лучше, чтобы эти работы проводил опытный сварщик, который сделает качественный сварной шов.

Установка универсального катализатора — это компромисс для тех, кто не хочет или не может купить оригинальный катализатор, но заботится об экологии или хотя бы хочет пройти техосмотр.

Универсальный металлический катализатор Евро-5. Устанавливается на место старого катализатора

Пламегаситель в английских руководствах по ремонту выхлопных систем — это «предварительный глушитель». Он смешивает потоки отработавших газов из разных цилиндров, снижает их температуру, а также сводит уровень шума и вибрацию до приемлемого уровня. Его устанавливают вместо катализатора, но он никак не влияет на токсичность отработавших газов.

Если не установить пламегаситель после удаления катализатора, то выхлопная система со временем прогорит из-за высокой температуры отработавших газов. Простой пламегаситель — это труба с перфорацией для газов в стальном корпусе. Цены на пламегасители начинаются от 760 Р.

Между корпусом и трубой пламегасителя проложен огнеупорный наполнитель. Обычно это базальт, синтетическое волокно или минеральная вата. Корпус пламегасителей может быть однослойным или двухслойным. Двухслойные также называют реактивными. Они более долговечны и хорошо гасят колебания звуковой волны. Внутренний слой должен выдерживать воздействие высоких температур, а внешний — коррозии.

Для каждого автомобиля нужно рассчитать оптимальный объем пламегасителя. Если объема пламегасителя будет недостаточно, то звук на выходе будет неприятным, дребезжащим. Те элементы глушителя, которые находятся после пламегасителя, подвергаются повышенному износу и быстрее выходят из строя.

По сравнению со стоимостью оригинального катализатора установить пламегаситель дешевле — от 3500 Р. Его установка предполагает перепрошивку блока управления двигателем (ЭБУ) или установку специальной «обманки» для электронного блока управления. Подробнее про них мы напишем чуть ниже.

/remont-total/

Как я разбила и собрала заново Фольксваген Поло

Внутри пламегасителя труба с перфорацией и огнеупорный наполнитель. Источник: CameraMan32 / Shutterstock

Можно ли удалить катализатор

Катализатор по умолчанию рассчитан на весь срок службы автомобиля. Но качество топлива и тяжелые условия эксплуатации разрушают его значительно раньше: например, при пробеге 100 000 км.

Нет универсального или регламентированного срока удаления катализатора — каждый случай индивидуален. Неисправный катализатор доставляет множество проблем: от назойливой лампочки Check engine до попадания керамической пыли в цилиндры двигателя. Поэтому у большинства автомобилей старше десяти лет катализатор уже удален.

Есть такие выхлопные системы, при которых катализатор расположен очень близко к двигателю. В случае когда он начинает разрушаться, дисперсионная пыль от него летит в сторону двигателя. Она очень мелкая и твердая, ее можно сравнить с мелким песком. Она царапает цилиндры двигателя при работе поршней. Из-за этих царапин двигатель начинает потреблять масло или его расход увеличивается — это в случае, если двигатель потребляет его с первых дней эксплуатации автомобиля.

Рано или поздно это приводит к капитальному ремонту двигателя. Некоторые автовладельцы хотят избежать таких неприятных последствий и удаляют катализатор еще до того, как он начнет разрушаться.

Замена катализатора на новый — дорогостоящая процедура: один катализатор может стоить 100 000 Р, а теперь представьте, что их в машине два и оба износились примерно одинаково. Поэтому вместо нового катализатора в выхлопную систему чаще всего устанавливают пламегаситель с «обманкой» или, что гораздо реже, — универсальный катализатор.

/autocalc/

За три года я потратил на машину 800 тысяч. Это как вообще?

Внутри обманки небольшой кусочек катализатора. Ее ставят на второй лямбда-зонд, а часть обманки с сеткой вкручивают в выхлопную систему после пламегасителя. Благодаря устройству ЭБУ автомобиля думает, что отработавшие газы в порядке, катализатор на месте, и Check engine на приборной панели не загорается. Тем не менее обманка не гарантирует, что ошибка не появится: лампочка может загореться после заправки не самым хорошим бензином или после резкого разгона

Обманка для второго лямбда-зонда

Можно обойтись без обманки. Для этого нужно перепрошить электронный блок управления и настроить его так, чтобы лямбда-зонд воспринимал новые «вредные» показания датчиков как норму. В объявлениях эту процедуру называют перепрошивкой под Евро-2 и обещают, что машина будет ехать бодрее, двигатель будет выдавать на 20—30 лошадиных сил больше.

Вместе с этим любое вмешательство в оригинальное программное обеспечение ЭБУ — риск, поэтому перепрошивку должен делать квалифицированный специалист с проверенной программой. Выхлопные газы автомобиля при установке пламегасителя фактически не очищаются, но ошибка Check engine на приборной панели из-за перепрошивки не появится. Очень важно помнить, что несмотря на это двигатель, скорее всего, проектировали под более высокий экологический класс, а значит, с настройками под Евро-2 он проработает гораздо меньше, чем мог бы.

Установка обманок, пламегасителей вместо нового оригинального катализатора может привести к неожиданным последствиям: ошибкам двигателя, неприятному запаху выхлопных газов или излишнему расходу топлива и масла.

Из-за того что количество вредных выбросов при таком ремонте не соответствует заявленным нормам, автомобиль может не пройти техосмотр. По российскому законодательству катализатор — компонент транспортного средства, поэтому автовладелец удаляет его на свой страх и риск. Если по каким-то причинам нужно заменить оригинальный катализатор, то установка универсального — оптимальное решение.

/avto-u-dilera/

Как проверить новый автомобиль в салоне

Не советую удалять катализатор на гарантийных автомобилях на пробеге до 100 000 км без необходимости. Двигатель автомобиля, скорее всего, снимут с гарантии из-за вмешательства в выхлопную систему. На гарантийных авто проблема с катализаторами возникает редко, менее 1% случаев от общего объема продаж.

Диагностическое оборудование расшифровало ошибку Check engine на приборной панели. Проблема в катализаторе

Почему катализаторы воруют

От краж катализатора часто страдают автомобили каршеринга и такси. Но были случаи, когда оригинальный катализатор вырезали на улице, когда автомобиль припаркован на ночь во дворе. Достаточно поднять машину домкратом и вырезать часть глушителя болгаркой.

В автомобилях с высоким клиренсом можно добраться до катализатора даже без домкрата. Кража катализатора занимает около минуты. Но если сигнализация оборудована датчиком наклона, то она сообщит, что автомобиль пытаются приподнять.

Таким варварским способом крадут катализаторы: просто вырезают его болгаркой. Источник: Константин Гахов / «Вконтакте»

Катализатор также могут вырезать в недобросовестном автосервисе. Владельцу предлагают «прочистить» выхлопную систему или удалить исправный катализатор, чтобы в будущем он не доставил проблем. Работники таких автосервисов еще рассказывают о преимуществах удаления катализатора: обещают, что мощность двигателя возрастает, а расход топлива снизится — ЭБУ шьют под Евро-2. Если оценить реальное увеличение мощности на специальном оборудовании, прирост будет незначительным — всего 3% от первоначальных показателей.

Обычно за удаление катализатора, установку пламегасителя, обманки или перепрошивки электронного блока управления автосервисы не берут никакой оплаты, а просто оставляют отработавший катализатор себе.

Но немало и тех, кто просто забирает молча, без всяких скидок и выплат, как лом черного металла. А потом сдают его, ведь оригинальный катализатор содержит драгоценные металлы, которые стоят дороже золота.

В среднем драгметаллы — это 0,08—0,17% от общей массы катализатора. Со временем он вырабатывает свой ресурс и драгметаллов становится меньше. Точное количество платины, палладия и родия в конкретном катализаторе определяют анализатором драгоценных металлов.

/poluchilos-dorozhe/

Как я ремонтировала автомобиль по европротоколу

Если просят заплатить за удаление катализатора, установку пламегасителя, то катализатор рекомендую оставить себе. Ценность представляет не только целый катализатор, но и разрушенный, его лом, крошка и даже пыль. За изношенный катализатор современного автомобиля стандарта Евро-5 можно получить от 5000 Р. Чем мощнее двигатель авто, чем больше он расходует топлива, тем лучше, а значит, дороже его катализатор.

Цена платины, палладия и родия за грамм в рублях. Эти металлы, скорее всего, есть в оригинальном катализаторе автомобиля с бензиновым двигателем

Из-за чего катализатор выходит из строя

Износ напыления из драгоценных металлов. Драгоценные металлы на стенках ячеек катализатора выгорают — это естественный процесс. Поэтому при приеме катализатора на переработку проводят его химический анализ. Может оказаться так, что в катализаторе совсем не осталось драгметаллов. Когда это происходит, выхлопные газы перестают очищаться, кислородные датчики это фиксируют, и на панели приборов возникает ошибка.

Некачественное топливо. Иногда, чтобы увеличить октановое число топлива, недобросовестные владельцы заправок добавляют в него присадки, которые содержат свинец. Это увеличивает нагрузку на катализатор, соты забиваются продуктами горения топлива, и он раньше выходит из строя. Для дизельных двигателей повышенный износ сажевого фильтра происходит зимой, когда в топливо добавляют антигель.

Неисправности зажигания. Если свечи дают искру с перебоями, то несгоревшие остатки топливно-воздушной смеси сгорают в катализаторе, что уменьшает срок его службы. Соты катализатора при этом оплавляются, и его пропускная способность уменьшается.

/guide/spark-plugs/

Свечи зажигания: зачем нужны, как правильно подбирать и когда менять

Неисправности двигателя. Если в цилиндрах двигателя есть царапины или задиры, то смесь, которая получается при работе двигателя внутреннего сгорания, перестает быть двухкомпонентной — то есть теперь состоит не только из воздуха и топлива. В ней есть еще и моторное масло. Это неизбежно засоряет катализатор, и он вскоре выходит из строя. Часто в проблемах с двигателем обвиняют разрушившийся катализатор. Но в этом случае скорее двигатель провоцирует проблемы с катализатором.

Неисправный катализатор может оплавиться, разрушиться, у него могут забиться соты. Источник: LuYago / Shutterstock

Как обнаружить проблему

Катализатор редко разрушается внезапно, в один момент. Обычно этому предшествуют типичные симптомы работы двигателя, выхлопной системы и посторонние звуки. Если внимательно анализировать все изменения, можно вовремя вмешаться и исправить ситуацию.

Лампочка «чек энджин» на панели приборов загорается по разным причинам. Если считать код специальным сканером, то он покажет, где конкретно возникла проблема. Ошибка воздушных датчиков катализатора говорит о том, что с катализатором что-то не так.

Снижение мощности двигателя. По ощущениям за рулем это похоже на прицеп или машину на буксире. Автомобиль трогается с места, ускоряется, но ему как будто что-то мешает — ускорение недостаточно энергичное. Иногда двигатель машины при этом вибрирует, а сама машина дергается.

Посторонние звуки под днищем. Если катализатор уже начал разрушаться, то его частички при высоких оборотах двигателя или при запуске бьются о корпус выхлопной системы. При этом водитель слышит посторонние звуки под днищем автомобиля. Они похожи на звенящий звук в пустой металлической банке.

Нестабильный напор газов из глушителя. Для такой проверки нужно поднести руку к выхлопной трубе и почувствовать такт выхода газов. При нормальной работе газы выходят через равные промежутки времени, похожие на биение сердца. Если поток газов ровный и слабый, значит, катализатор, скорее всего, неисправен.

/tolsto/

Как проверить кузов машины толщиномером

Запах выхлопных газов. Если катализатор не очищает выхлопные газы от токсичных выбросов, то это можно почувствовать без специальных замеров уровня углекислого газа. Рядом с машиной, особенно в момент ее прогрева, будет неприятно пахнуть продуктами сгорания топливно-воздушной смеси. Иногда запах проникает в салон автомобиля, когда двигатель работает на холостых оборотах.

Задиры на цилиндрах. Если катализатор уже начал разрушаться и его частицы попали в камеру сгорания топливно-воздушной смеси, то на цилиндрах образуются задиры и царапины. Проверку их состояния можно провести в автосервисе специальным устройством — эндоскопом. Если с цилиндрами все в порядке и нет других признаков, то удалять катализатор не нужно.

Проверка эндоскопом. Можно запустить эндоскоп через отверстие для первого лямбда-зонда. Керамические соты должны быть правильной формы, без вмятин, не оплавлены, не разрушены и не забиты. Мы уже разобрались, что второй кислородный датчик стоит после катализатора, а значит, смотреть там не на что: велика вероятность, что на выходе соты будут в полном порядке.

Диагностика датчиков. С помощью автосканера, например ELM 327, можно подключиться к электронному блоку управления автомобилем. В приложениях для смартфона нужно выбрать показания кислородных датчиков катализатора и сравнить их фактические значения с эталонными.

Проверять датчики нужно на прогретом, работающем на холостых оборотах двигателе. Отклонения от нормы будут означать, что катализатор неисправен. Хотя бывает и так, что дело во втором кислородном датчике — они со временем прогорают и перестают работать, так что нелишним будет совместить этот способ с проверкой эндоскопом.

Проверка катализатора эндоскопом показывает, что разрушений сот нет Скриншот приложения для сканера ELM 327. Проверил кислородные датчики своей машины — Хендай Креты. Как читать эти графики — узнал из ролика на «Ютубе». Верхний график отражает показания кислородного датчика до катализатора, а нижний — после него

Запомнить

1. Катализатор — это важная деталь выхлопной системы, которая очищает отработавшие газы от вредных выбросов.
2. При неисправном катализаторе двигатель теряет мощность, в выхлопной системе появляются посторонние звуки, а отработавшие газы неприятно пахнут.
3. Катализатор выходит из строя раньше срока из-за некачественного топлива, неисправностей зажигания и двигателя.
4. Обнаружить проблему поможет диагностика ЭБУ автосканером или визуальная проверка цилиндров и катализатора эндоскопом.
5. Оригинальный катализатор содержит драгоценные металлы, поэтому он такой дорогой.
6. Если нужно заменить отработавший оригинальный катализатор, есть смысл поставить универсальный.
7. Установка пламегасителей, обманок и перепрошивка ЭБУ может привести к проблемам с двигателем.
8. Не стоит удалять катализатор без необходимости на гарантийных автомобилях.
9. За работу по удалению катализатора можно расплатиться старым катализатором. Платить за работу и оставлять катализатор в сервисе как лом — все равно что дарить деньги.
10. Недобросовестные автосервисы предлагают удалить катализатор, чтобы сдать его и заработать.

DOE объясняет…Катализаторы | Министерство энергетики

Офис
Наука

Реальный катализатор (фоновое изображение) и схема каталитического этапа (переднее изображение). Реагирующие молекулы (слева) приобретают энергию, чтобы преодолевать энергетический барьер и превращаться в молекулы продукта (справа).

Изображение предоставлено Аргоннской национальной лабораторией

Катализатор — это вещество, которое ускоряет химическую реакцию или снижает температуру или давление, необходимые для ее запуска, при этом само не расходуется во время реакции. Катализ — это процесс добавления катализатора для облегчения реакции.

Во время химической реакции связи между атомами в молекулах разрываются, перестраиваются и перестраиваются, рекомбинируя атомы в новые молекулы. Катализаторы делают этот процесс более эффективным, снижая энергию активации , которая представляет собой энергетический барьер, который необходимо преодолеть, чтобы произошла химическая реакция. В результате катализаторы облегчают разрыв атомов и образование химических связей для образования новых комбинаций и новых веществ.

Использование катализаторов приводит к более быстрым и энергоэффективным химическим реакциям. Катализаторы также обладают ключевым свойством, называемым селективностью , с помощью которого они могут направлять реакцию для увеличения количества желаемого продукта и уменьшения количества нежелательных побочных продуктов. Они могут производить совершенно новые материалы с совершенно новыми потенциальными применениями.

За последние несколько десятилетий ученые разрабатывали все более специализированные катализаторы для важных реальных приложений. В частности, мощные катализаторы изменили химическую промышленность. Эти достижения привели к созданию биоразлагаемых пластиков, новых фармацевтических препаратов и экологически безопасных видов топлива и удобрений.

Департамент науки Министерства энергетики США: вклад в исследование катализаторов

Программа фундаментальных энергетических наук Департамента энергетики (DOE) активно поддерживает фундаментальные исследования катализаторов. Министерство энергетики занимается разработкой новых катализаторов и использованием катализаторов для контроля химических превращений на молекулярном и субмолекулярном уровнях. В исследованиях Министерства энергетики особое внимание уделяется пониманию этих реакций и тому, как сделать их более эффективными и целенаправленными. Главной целью Министерства энергетики является разработка новых концепций катализа и новых катализаторов, которые помогут промышленности более эффективно и устойчиво производить топливо и химикаты из ископаемого и возобновляемого сырья. Это исследование помогает продвигать солнечное топливо, которое компании производят, используя солнце и обычные химические вещества, такие как углекислый газ и азот. Это исследование также создает передовые методы преобразования выброшенного пластика в новые продукты.

Краткие факты

• Люди используют катализаторы тысячи лет. Например, дрожжи, которые мы используем для приготовления хлеба, содержат ферменты, которые являются природными катализаторами, способствующими превращению муки в хлеб.
• Нобелевская премия по химии 2005 года была присуждена трем исследователям (Иву Шовену, Роберту Х. Граббсу и Ричарду Р. Шроку) за их работу над катализаторами метатезиса. доктора Граббс и Шрок частично финансировались Министерством энергетики за свои исследования, получившие Нобелевскую премию. Доктор Шрок продолжает финансироваться Министерством энергетики.
• Нобелевская премия по химии 2018 года была присуждена Фрэнсис Х. Арнольд за ее новаторскую работу по управлению эволюцией ферментов для таких приложений, как возобновляемое топливо, безвредное для окружающей среды. Она частично финансируется Министерством энергетики.
• Посетите Аргоннскую национальную лабораторию, чтобы узнать еще о семи вещах, которые вы, возможно, не знали о катализе.

Ресурсы

• Программа BES Управления науки Министерства энергетики США
• Узнайте о направлениях исследований Министерства энергетики США в области химических катализаторов.
• Отчет: Потребности в фундаментальных исследованиях для науки о катализе
• Как катализаторы меняют химическую промышленность, солнечное топливо и переработку полимеров.
• Научные достижения: катализ видит свет
• Научное достижение: ученые наблюдают, как свет разрушает модельный фотокатализатор в режиме, близком к реальному времени

Научные термины могут сбивать с толку. Объяснения DOE предлагают простые объяснения ключевых слов и понятий в фундаментальной науке. В нем также описывается, как эти концепции применяются к работе, которую проводит Управление науки Министерства энергетики, помогая Соединенным Штатам преуспеть в исследованиях во всем научном спектре.

Катализаторы и энергия активации | ChemTalk

Учебные пособия

• 2 октября 2022 г.
• Сообщение от
  химический разговор

14
Jun

Что такое катализатор?

Поговорим о том, что такое катализатор. Катализатор представляет собой соединение или элемент, который увеличивает скорость химической реакции, например. скорость, с которой это происходит, не будучи частью реакции. Вообще говоря, катализатор не разрушается и не изменяется в ходе реакции. Катализатор делает это, понижая энергия активации , которую мы объясним в следующем разделе

Что такое энергия активации?

Проще говоря, энергия активации определяется как энергия, необходимая для начала реакции между двумя или более элементами или соединениями. Реакция с высокой энергией активации может протекать медленно или вообще не идти. Чтобы ускорить или начать реакцию, вы можете либо добавить необходимую энергию активации, либо использовать катализатор, который снижает это требование, эффективно ускоряя реакцию.

Единицы энергии активации выражены в единицах энергии. Наиболее распространенными единицами измерения являются кДж/моль или Дж/моль.

Как работает катализатор?

Катализатор увеличивает скорость реакции за счет снижения энергии активации. Пониженная энергия активации означает, что для начала реакции требуется меньше энергии.

На приведенном ниже графике показана энергия реакции как с катализатором, так и без него. По оси x отложена координата реакции или развитие реакции от реагента (слева) к продукту (справа). Ось Y — это энергия.

Энергия реакции с катализатором и без него. (Источник: Wikipedia Commons)

При наличии катализатора энергия активации (E _a ) меньше. Визуально, холм, на который должна подняться реакция, прежде чем спуститься вниз к продуктам, меньше. Точно так же, как ехать на велосипеде по небольшому подъему легче, чем по большому, реакция протекает быстрее, когда холм с энергией активации меньше.

Катализатор снижает энергию активации, изменяя переходное состояние реакции. Затем реакция идет по другому пути/механизму, чем некатализируемая реакция. Катализатор не изменяет чистую разницу энергии между реагентом и продуктом. Итоговое уравнение реакции будет одинаковым для катализируемой и некатализируемой реакции, даже если изменится переходное состояние.

Общая реакция: A + B + катализатор -> AB + катализатор

Суммарная реакция: A + B -> AB

Основные категории катализатора

Гетерогенный катализатор реагенты. Обычно это означает, что катализатор находится в твердой фазе, а реагенты находятся в жидкой или газовой фазе. Другое название гетерогенного катализатора — поверхностный катализатор.

Гетерогенные катализаторы работают путем прикрепления катализатора к твердой несущей структуре, и реагенты протекают над катализатором и мимо него, реагируя по пути. Преимущество этого типа катализатора заключается в том, что катализатор легко отделяется от продукта после завершения реакции. После этого катализатор можно легко использовать повторно. В производстве это важная мера снижения затрат. Недостатком гетерогенного катализатора является то, что степень взаимодействия между реагентом и катализатором может быть ограничена площадью поверхности и диффузией продукта от поверхности.

Распространенным гетерогенным катализатором является каталитический нейтрализатор бензина в автомобилях. Другим важным гетерогенным катализатором является процесс Габера-Боша, в результате которого образуется NH ₃ .

Гомогенный катализатор

В гомогенном катализаторе и реагенты, и катализатор находятся в одной фазе. Обычно они оба находятся либо в жидкой, либо в газовой фазе.

Основным преимуществом гомогенного катализатора является усиление взаимодействия между реагентом и катализатором. Оба могут свободно двигаться и, следовательно, с большей вероятностью будут взаимодействовать и приводить к реакции.

Обычными гомогенными катализаторами являются переходные металлы и кислоты. Одной из гомогенных катализируемых реакций является превращение кислорода в озон в атмосфере. Оксид азота (NO) катализирует реакцию. Все участники реакции находятся в газовой фазе. Следовательно, мы знаем, что это гомогенная каталитическая реакция.

Ферменты

Ферменты представляют собой крупные белки, являющиеся биологическими катализаторами. Они являются мощными силами в теле. Часто они катализируют только одну очень специфическую реакцию (по сравнению с неорганическими катализаторами, которые часто катализируют гораздо более широкий набор реакций). Специфичность обусловлена ​​​​активным центром в катализаторе — карманом определенного химического состава, образованным аминокислотами, куда подходит только одна очень конкретная модель реагента. Это также называется моделью замка и ключа.

Ферменты играют важную роль в организме. Они катализируют расщепление крахмала с образованием глюкозы. Они также преобразуют углекислый газ (CO ₂ ) в другие молекулы, необходимые организму, такие как HCO ₃ ^– . Ферменты помогают и ускоряют почти все процессы в организме.

Расчет энергии активации

Для расчета энергии активации используется уравнение Аррениуса. Здесь будут рассмотрены основы, но для получения дополнительных примеров и более глубокого анализа обязательно ознакомьтесь со статьей об уравнении Аррениуса.

Уравнение Аррениуса:

Где – константа скорости, – энергия активации, – коэффициент частоты, – газовая постоянная, – температура.

Мы можем найти энергию активации, если знаем константу скорости () при различных температурах (). Чтобы определить энергию активации (), мы строим график зависимости от . Таким образом, мы получаем линию с наклоном –/ и точкой пересечения с осью y. является константой, поэтому мы можем найти энергию активации.

Например, задачи на формулу энергии активации см. на странице уравнения Аррениуса! 9

Катализаторы и словарь энергии активации Определения

• Энергия активации – энергия, необходимая для начала реакции между двумя или более элементами или соединениями
• Катализатор – Молекула, увеличивающая скорость реакции и не расходуемая в реакции
• Число оборотов – число реакций, которые может катализировать один фермент в секунду
• Фермент – биологический катализатор из аминокислот.
• Модель «замок и ключ» — Модель, в которой фермент и молекула реагента имеют одинаковую форму в активном центре для повышения специфичности и эффективности реакции.