Что такое катализатор? Принцип работы катализатора в автомобиле? Принцип работы катализатора
Что такое автомобильный катализатор: о самом главном
Не секрет, что в современном мире автомобиль для большинства людей вышел на первую строчку в списке самых необходимых приобретений. Растёт число автомобилей с каждым днём, поэтому остро встал вопрос об экологической ситуации, которая в последнее время тревожит большинство экологов. Они сегодня бьют тревогу и говорят о глобальном потеплении.
Автомобиль существенно влияет на состояние окружающей среды. Выхлопные газы не так страшны для человека, как для атмосферы. Газообразный азот, диоксид углерода — продукты сгорания воздушно-топливной смеси, попадая в атмосферу, разрушают защитные слои атмосферы. С целью предотвращения дальнейшего осложнения ситуации связанной с ухудшением экологической ситуации, большинство автомобилестроительных компаний пересмотрели свой подход к совершенствованию выхлопных систем, в частности катализатора.
Принцип работы катализатора
Что такое автомобильный катализатор? Этим вопросом задаются многие владельцы автомобилей. Еще со школьных уроков мы помним, что катализатор вызывает химическую реакцию, либо способствует её скорости течения. Сами по себе они являются участниками реакции, но не являются в конечном итоге продуктом распада. Катализатор в выхлопной системе автомобиля призван сокращать количество выброса вредных веществ. Основное поле деятельности прибора: сокращать объёмы выброса окиси углерода и оксида азота.
Работа катализатора заключается в том, что необходимо под продукты сгорания топливно-воздушной смеси сформировать структуру, которая образовала бы максимально возможную площадь каталитического преобразователя. Сегодня распространения получили два типа таких устройств: окислительные и восстанавливающие. Керамическая оболочка покрывает катализатор из металла. Таким металлом может быть даже золото, которое увеличивает уровень окисления на 40%
На первом этапе выхлопные газы попадают в восстанавливающий катализатор, где родий и платина в значительной мере сокращают количество оксидов азота. Далее следует окислительная стадия, которая подразумевает под собой уменьшение количества окиси углерода и остатков топлива. Между двигателем и катализатором установлен датчик кислорода, который известен многим, как лямбда-зонд. Трудно переоценить значимость этого устройство, которое в значительной мере формирует уровень влияния катализатора на работу двигателя. Этот датчик сообщает количество кислорода в выхлопных газах, после чего бортовой компьютер регулирует подачу оптимального количество горючей смеси в двигатель.
Оптимизация работы
Большим недостатком этого устройства является то, что работа катализатора возможна только при высоких температурах в системе. Когда двигатель «холодный», на запуске мотора это устройство не принимает своего участия, что приводит к выбросу опасных веществ в атмосферу в большом количестве. Для того чтобы оптимизировать работу устройства на высокую продуктивность, его можно расположить как можно ближе к двигателю, это будет способствовать более быстрому нагреву «очистителя». Таким образом, препятствие выброса вредных веществ будет максимально быстрым.
Есть и другой вариант: установка электронагревателя, который будет нагревать «очиститель». Но такой вариант можно считать эффективным только современных гибридных автомобилях, в которых установлены высоковольтные аккумуляторы. Быстро нагревать керамическую структуру с помощью стандартной 12В электросети не получится.
Сегодня катализатор является важным составляющим в эффективной и экологически чистой работе двигателя. Но не смотря на то, что значимость устройство трудно переоценить, как и у большинства изобретений, у катализатора есть свои недостатки.
avtooverview.ru
Что такое катализатор и как он работает?
Вопросы экологии все чаще всплывают в жизни рядовых людей. Особенно они коснулись машиностроителей, которые в последние несколько лет разработали множество решений, которые позволили найти решение и снизить уровень вредных веществ в выхлопных газах автомобилей. Одним из таких решений стал катализатор. Они позволяют решить вопрос токсичности выхлопов и снизить в их составе, а также достичь уровня, который прописан в стандартах Европейского Союза.
Виды катализаторов и принцип их действия
Для того чтобы соответствовать новым нормам и создать условия для снижения вредных выбросов были разработаны катализаторы. Принцип работы катализаторов заключается в том, чтобы очистить газы и снизить их температуру и скорость. Были проведены исследования и принято решение, что выбросы можно снизить с помощью химических присадок, керамических устройств и с помощью магнитно-стрикционной обработки молекул топлива.
Керамический катализатор представляет собой керамическую конструкцию в виде сот. Соты увеличивают площадь, с которой контактирует газ на выходе из выхлопной трубы. На поверхность катализатора нанесен тонкий слой платиноиридиевого сплава. В состав сплава входят платина, радий и палладий. Молекулы CO, CH, NO окисляются молекулами кислорода, которые есть в составе выхлопного газа. В процессе этого окисления выделяется тепло, которое разогревает керамический катализатор и активизируется реакция окисления.
Большинство автомобилей комплектуются керамическими устройствами. Для автомобилей, которые были произведены до принятия этих норм можно приобрести данные устройства отдельно и установить на выхлопную систему. Керамический катализатор необходимо заменить после 100-120 тысяч километров пробега.
Сегодня в автомобилях используются химические катализаторы. Они представляют собой химические жидкости, которые добавляются в топливо и масла для того чтобы улучшить степень сгорания. Они призваны для улучшения химических качеств топлива и масел, увеличить эксплуатационные характеристики и продлить срок службы различных узлов и механизмов. Они изменяют их химический состав, повышают полноту сгорания и снижают токсичность выхлопных газов.
Химические катализаторы обеспечивают детонационное сгорание, которое проходит две стадии. На первой стадии происходит холоднопламенное окисление. В это время в рабочей смеси образуется большое количество перекисей. На второй стадии происходит горячий взрыв. В этот момент происходит активное образование перекисей, достигая критической массы, перекиси распадаются в момент взрыва и выделения тепла.
Также существую магнито-стрикционные катализаторы. Они являются инновационными технологиями и лежат в основе технологий будущего. Суть методики очищения выхлопных газов заключается в магнито-стрикционной обработке молекул углерода, которые присутствуют в любом топливе. При этом химический состав горюче-смазочных материалов не меняется. Таким образом, меняются физические свойства топлива и автомобильных масел.
Магнито-стрикционный катализатор представляет собой устройство для предварительной обработки топлива. Он устанавливается на топливную систему автомобиля. Место для его установки определяется по виду топлива.
Таким образом, технологии по очистке выхлопных газов очень разнообразны сегодня и имеют множество решений, которые подойдут автовладельцам с любым достатком.
Причины неисправности катализатора
Как мы говорили выше срок службы катализатора составляет 100-120 тыс. км пробега. На практике автовладельцы говорят, что катализаторы приходится менять раньше. Причиной быстрого износа устройств очистки выхлопных газов является плохое качество топлива. В подавляющем большинстве случае на срок работы катализаторов оказывают влияние еще и качество смазочных материалов. Также специалисты автосервисов говорят о том, что катализатор может выйти из строя из-за поломок в системе зажигания. Вышедшие из строя катушка зажигания или свеча ведут к неправильному смесеобразованию. Топливо, в этом случае, сгорает не в камере сгорания, а в самом катализаторе.
К поломке катализатора можно отнести удары. Из-за них на корпусе устройства появляются сначала микротрещины, которые со временем усугубляются и превращаются в заметные повреждения, которые в свою очередь приводят к другого рода неисправностям.
Если ваш автомобиль стал издавать дребезжащие звуки во время работы двигателя, изменяются положения датчика двигателя по холостому ходу, уменьшилась тяга, вы с трудом достигаете привычной скорости движения или вообще не заводится двигатель. Это и есть причины неисправности катализатора. Самая главная причина кроется в том, что забит катализатор. Пропускная способность выхлопной системы снижена до критической отметки. Причиной засорения катализатора может быть плохое качество топлива, масел или большое количество масла в двигателе.
Таким образом, причин для выхода из строя очистного устройства выхлопных газов очень много. Поэтому необходимо обращать внимание на малейшие изменения в работе выхлопной системы, а также предпринимать меры по устранению разнообразных неприятностей сразу же после того, как они были обнаружены.
Как поступить с неисправным катализатором?
В большинстве случаев очистное устройство автомобиля не подлежит ремонту В таком случае возникает вопрос, что делать с неисправным катализатором. Как правило, его приходится менять на новый. Сегодня многие компании предлагают автовладельцам оригинальные катализаторы, но их стоимость достаточно высока. Поэтому некоторые автовладельцы ищут альтернативу. Зачастую используются пламегасители и универсальный нейтрализатор.
Если было принято решение использовать универсальный нейтрализатор, то лучше всего выбирать устройство с металлическим корпусом и сотами. Такое устройство прослужит дольше. Пламегаситель также вполне подойдет в качестве вышедшего из строя катализатора. Однако пламегаситель не является каталитическими возможностями, он не очищает выхлопные газы. С другой стороны пламегаситель способен приглушить звук двигателя и выхлопа. Стоимость такого решения позволяет сэкономить до 50% стоимости от штатного катализатора, который можно приобрести у официального дилера.
Таким образом, двигатель и выхлопная система будут защищены от горячих газов, а в воздух будет попадать меньше вредных веществ. Стоит заметить, что без катализатора автомобиль и его отдельные системы могут быстро выйти из строя.
Как работает двигатель без катализатора?
Многие автовладельцы решают устранить неприятности самостоятельно и прибегают к разрушению сот катализатора. С помощью лома можно пробить засорившиеся соты и освободить выход отработанным газам. При разрушении сот ломом есть опасность повредить лямбда-зонд. Поэтому эта операция может повлечь за собой печальные последствия. Хотя на практике отмечается даже некоторое увеличение мощности двигателя.
Если нет катализатора, то и лямбда-зонд уже не столь необходим. Это объясняется тем, что уже нет необходимости в поддержании определенного состава отработанных газов. Поэтому многие автосервисы предлагают услугу по перепрограммированию бортовых компьютеров автомобилей и удаление катализаторов и лямбда-зондов.
Удаление катализатора – простая, но не столь безопасная для автомобиля операция. Все дело в том, что он не только очищает, но еще и охлаждает отработанные газы, а также снижает уровень шума, вырывающихся газов. Если удалить катализатор, то газы не будут охлаждаться и очищаться от примесей, многие системы автомобиля будут страдать от перегрева и могут выйти из строя. Двигатель без катализатора может работать, но есть вероятность его или других систем выхода из строя. Ко всему прочему, отсутствие катализатора может стать причиной запрета въезда в другие государства Европейского Союза. Их нормы по составу выхлопных газов очень строгие и отсутствие устройства их очистки может стать причиной неприятностей на границе.
Подписывайтесь на наши ленты в Facebook, Вконтакте и Instagram: все самые интересные автомобильные события в одном месте.
Была ли эта статья полезна?Да Нет
auto.today
Общая информация о катализаторах
Что такое катализаторы, как они устроены, почему выходят из строя.
Устройство катализатора и его разновидностиПринцип работы катализатораСтандартыВыхлопная системаИз-за чего катализатор выходит из строяЧто делать и кто виноватШтатный или универсальный?
Катализатор – это элемент выхлопной системы. Он выполняет две задачи:
- Окисление выхлопных газов с целью снижения содержания вредных для экологии примесей
- Создание противодавления в выхлопной системе
Устройство катализатора и его разновидности
Существуют три вида катализаторов, разделяющихся по принципу работы:
- Фильтрующий (катализатор дожигания)
- Химический
- Магнитно-стрикционный (МСК)
В данной статье мы рассмотрим самый известный и популярный вид катализатора – катализатор дожигания.
Катализатор дожигания, в свою очередь, делится на два типа:
- Керамический катализатор
- Металлический катализатор
Внутренняя структура катализатора представляет собой соты, выполненные из керамики или металла. По функциональности они идентичны, но катализатор из металла более надежен, тогда как керамические соты довольно хрупки. Стоит металлический катализатор дороже керамического.
На соты наносится тонкий слой платино-иридиевого сплава, который и обеспечивает окисление выхлопных газов. Платина и иридий – дорогие металлы, отсюда такая высокая стоимость катализатора.
Сам катализатор помещается в корпус из нержавеющей стали.
Принцип работы катализатора
Выхлопные газы представляют собой смесь NO (оксид азота), CH (углеводород), CO (оксид углерода – угарный газ). Эти газы опасны как для окружающей среды, так и для самого человека. Смог, который еще недавно был визитной карточкой больших городов, образуется из-за взаимодействия этих и некоторых других соединений, в результате получается вредная для человека дымовая завеса.
Принцип работы катализатора основан на том, чтобы эти элементы до-окислять путем каталитической реакции между элементами газов и сплава катализатора, в результате на выходе получаются либо более низкие концентрации вредных веществ, либо чистые кислород и углекислый газ.
Реакция происходит из-за высокой температуры выхлопных газов (выше 300 градусов). Чем выше температура, тем быстрее протекает реакция. Температура выхлопных газов во многом зависит от заправляемого топлива. Топливо низкого качества может выдавать очень большую температуру отработанных газов, что уменьшает срок службы катализатора.
Стандарты
Экологическая политика привела к появлению норм содержания вредных веществ в выхлопных газах. В зависимости от конкретного стандарта, топливо и катализаторы разделяются по своему качеству (соответствию стандартам).
На данный момент существует 6 стандартов, принятых в Евросоюзе – Евро-1, Евро-2, Евро-3, Евро-4, Евро-5, Евро-6. Евро-6 ввели в 2013 году, тогда как в России максимальным стандартом на данный момент является Евро-5.
Сейчас в России введен закон на запрет эксплуатации транспортных средств со стандартом ниже Евро-3.
Стандарт Евро-3:
оксид углерода (CO) — не более 2,3г/км (грамм на километр пути) углеводороды (СН) — не более 0,2 г/км оксиды азота (NO) — не более 0,15 г/км
Выхлопная система
На современных машинах обычно ставится минимум два катализатора, один из которых ставится прямо на выпускной коллектор (катколлектор).
Для нормальной работы катализатора нужно обеспечить постоянное оптимальное соотношение воздуха и топлива в рабочей смеси, поступающей в камеру сгорания.
Этот параметр (количество кислорода) измеряется датчиком лямбда-зонд, который подает сигнал в блок управления, а тот, в свою очередь, соответствующим образом регулирует подачу топлива в двигатель.
После первого катализатора стоит второй лямбда-зонд, который регистрирует изменение содержания кислорода в выхлопе. Если разницы нет или она ниже допустимого значения, подается сигнал о неисправности катализатора.
После второго лямбда-зонда ставится второй катализатор, который располагается примерно под ногами человека на переднем сидении.
Если установлено 4 катализатора, то два других (нижних) располагаются на некотором отдалении от верхних катализаторов. Если из строя выходит один катализатор, то меняют как минимум два верхних, в противном случае возникает неправильное противодавление.
Из-за чего катализатор выходит из строя
Катализатор это фильтр, а фильтры со временем приходится менять.
Существует несколько причин неисправности катализатора.
1. Истек срок службы. В процесс работы катализатор забивается и превращается в пробку. В таком случае машина начинает «тупить», уменьшается мощность работы. Обычно катализатора хватает на 100-120 тысяч километров пробега. После этого катализатор необходимо менять.
2. Стерся платино-иридиевый слой катализатора. В принципе, забившийся катализатор возможно почистить, однако со временем каталитический сплав стирается и чистка становится абсолютно бесполезным занятием.
3. Керамический слой катализатора разрушился. Это либо вторая стадия после «забивки» катализатора, либо наличие чисто механических повреждений типа ударов. Такое чаще всего происходит у автомобилей, предназначенных для загородной езды. В этом случае частички керамики попадают в двигатель и нарушают его работу. Если это запустить, то можно дойти до капитального ремонта или замены двигателя. Если вы слышите странный треск и дребезжание под ногами, это может говорить в пользу разрушения катализатора.
4. Фильтрующая структура катализатора оплавилась. Это происходит, если температура выхлопных газов превышает допустимый порог. В норме катализаторы выдерживают температуру от 300 до 900 градусов. Причина заключается в некачественном топливе. Оплавленный катализатор так же превращается в пробку.
Как правило, при неисправном катализаторе вы увидите сигнал «Check Engine» или при сканировании – код ошибки P0420. Однако, для точного определения причин проблемы необходимо провести диагностику катализатора.
Что делать и кто виноват
Кто или что несет вину за сломанный катализатор – мы уже узнали выше. Возникает вопрос – что делать дальше?
В первую очередь, необходимо провести диагностику выхлопной системы. Если катализатор вышел из строя, вам предложат его заменить на новый. Вышедший из строя катализатор ремонту не подлежит.
Есть и другой вариант, более дешевый – вы убираете катализатор и ставите на его место пламегаситель. Пламегаситель не фильтрует выхлоп, но зато выполняет вторую функцию катализатора – разбивает поток газов, снижая, тем самым, нагрузку на резонатор. Ставить прямую трубу не рекомендуется - либо катализатор, либо пламегаситель.
Если вы решили поставить пламегаситель, то второй лямбда-зонд будет постоянно подавать сигнал ошибки, что довольно сильно раздражает. Но есть способ его обмануть. Здесь либо вам ставят механический контроллер лямбда-зонда, либо программный.
Механический контроллер представляет собой втулку. Втулка вставляется в выхлопную трубу, а лямбда-зонд уже в нее. В таком случае зонд находится на расстоянии от основного потока выхлопных газов и регистрирует норму.
Программный контролер надежнее. Он подает сигнал на бортовой компьютер, соответствующий нормальной работе катализатора.
Штатный или универсальный?
Это второй выбор, с которым вы сталкиваетесь при замене катализатора. Со штатным или оригинальным катализатором все понятно – его продает ваш дилер. Обычно дилер продает катализатор вместе с коллектором, что еще больше увеличивает цену.
Универсальный катализатор намного дешевле, что является очевидным плюсом, т.к. на катализаторы не дают гарантии. Функциональность такая же, как и у штатного, только штатный предназначен специально для марки вашей машины, а универсальный катализатор необходимо подбирать. Здесь большое значение уделяется сервису, который производит замену катализатора.
Кроме того, некоторые автосервисы, например наш автосервис «Глушак», предоставляют гарантию.
glushak.ru
| 03.1428 Обновлены наличие цены на контрактные агрегаты  Обновлены наличие цены на контрактные агрегаты 06.1324 На сайте выложено уникальное видео падения метеорита в озеро Чебаркуль. Премьерный показ уникального видео падения метеорита в озеро Чебаркуль. 04.1309 Устройство АКПП  На сайте выложены схемы внутреннего устройства АКПП Toyota 03.1309 Выложен новый прайс на двигатели автомобилей европейского производства 03.1303 Обновлен лист цен Обновлен прайс-лист 04.03.2013 |
КАК ОН РАБОТАЕТ При сгорании рабочей смеси образуется ряд вредных для здоровья человека продуктов сгорания, в частности, окись углерода (СО), различные углеводороды (СН) и окислы азота (NO). Хотя эти вещества и составляют всего 1% от общего выхлопа (остальное – это азот, двуокись углерода и водяной пар), они очень вредны и требуют нейтрализации. Существует несколько способов борьбы с вредными выхлопами – например, обеднение смеси, на которой работает двигатель или рециркуляция выхлопа – но ни один из них не сравнится по эффективности с каталитическим нейтрализатором. Как говорят специалисты, каталитический нейтрализатор – это простое устройство, в котором происходит сложный химический процесс. Внутри корпуса из нержавеющей стали находится керамический или металлический "кирпич", имеющий сотовую структуру. У этого монолита огромная площадь поверхности, причем вся она покрыта тончайшим слоем специального сплава – собственно катализатора, содержащего платину, родий и палладий. Именно эти драгоценные металлы отвечают за чудесные свойства катализатора, они же определяют его высокую стоимость. Выхлопные газы "омывают" поверхность монолита, и, когда температура достигает "критического" значения 270° С, начинается каталитическая реакция. Окись углерода превращается в двуокись (углекислый газ), углеводороды превращаются в воду и опять же двуокись углерода, а окислы азота превращаются в воду и азот. Все это для окружающей среды менее вредно. Каталитические нейтрализаторы способны довольно эффективно снижать токсичность выхлопа, при этом они не влияют на потребление топлива и мощность двигателя. При наличии катализатора слегка возрастает обратное давление выхлопа, от чего двигатель теряет 2–3 л.с., но это, практически, вся "плата" за очистку выхлопа. Однако, установка каталитического нейтрализатора – не идеальное решение. Теоретически, он должен служить бесконечно, так как вышеупомянутые драгметаллы служат лишь катализатором, который при химической реакции, как известно, не расходуется. На практике же жизнь катализатора имеет свой предел... ЧТО ЕГО ГУБИТ Отказ каталитического нейтрализатора может произойти по нескольким причинам, хотя, обычно, это процесс постепенный, уловить который без специального оборудования невозможно. "Сердцевина" большинства катализаторов изготовлена из керамики – материала, который известен своей хрупкостью. Автомобиль может на скорости попасть в выбоину, удариться обо что-то или даже просто "чиркнуть" корпусом катализатора по камню, и от этого каталитический "кирпич" может треснуть. После этого потеря "сердцевиной" своих рабочих качеств – дело времени.Конверторы нового поколения, содержащие металлический монолит, не столь уязвимы по этой части. Разбить их, конечно, можно, но, во всяком случае, не так просто. ВРАГИ КАТАЛИЗАТОРА Кроме физического разрушения существует еще одна частая причина выхода из строя катализатора. Топливо. Он чрезвычайно чувствителен к составу топлива. Если бензин этилированный, то тетраэтил свинца, содержащийся в нем, откладывается на активной поверхности каталитического "кирпича" и быстро "засаливает" ее, от чего всякие реакции прекращаются. Уж, кажется, на заправках и наконечники шлангов стали ставить разного размера, и раздаточные колонки красят в разные цвета, и пишут об этом на каждом углу, а все равно потребители иногда путают и заливают не тот бензин. А ведь достаточно "сжечь" полбака такого бензина, и катализатор погибнет безвозвратно. Но не только этилированный бензин – враг катализатора. Катализатор можно погубить и неэтилированным, если неисправна система управления двигателем, неполностью сгорает смесь или двигатель сильно изношен. Тройные каталитические нейтрализаторы ("тройные" потому, что катализатором служит совокупность трех драгоценных металлов) устанавливают только на те машины, двигатели которых оборудованы замкнутой системой контроля выхлопа. Перед катализатором установлен кислородный датчик, который отслеживает состав выхлопа и передает эти данные в центральный процессор. В зависимости от содержания кислорода в выхлопе, БЭУ регулирует состав горючей смеси и зажигание так, чтобы поддерживались их оптимальные значения. Это служит главной защитой для катализатора, а также обеспечивает экономию топлива и эффективность работы двигателя. Катализатор не переносит больших отклонений в составе рабочей смеси. Плохо отрегулированный двигатель с повышенным содержанием углеводородов в выхлопе просто гробят катализатор. Если же смесь слишком бедная, это может вызвать резкий перегрев катализатора, от чего снова пострадает монолит, только уже "физически". Таким образом, "жизнь" катализатора зависит от исправности системы управления двигателем. Многое зависит и от исправности самого кислородного датчика. С "возрастом" он становится "ленивым" или совсем выходит из строя, что сказывается на составе смеси и, соответственно, на исправности катализатора. Испортить катализатор может и выхлоп сильно изношенного двигателя, сжигающего масло. Оно, попадая вместе с выхлопом в катализатор, "запекается" на поверхности монолита, подобно лаку, и не дает катализатору работать. Есть и другие вредные факторы. Например – свечи. Неподходящие свечи не будут давать полного сгорания, что может вызвать в катализаторе губительную реакцию расплавления. Будьте очень осторожны в применении присадок к бензину или маслу. Большинство об этом не задумывается, а ведь присадки тоже могут вредно воздействовать на катализатор. Если на продукте не написано: "совместим с катализатором", лучше не рискуйте. Еще один опасный случай – запуск двигателя буксировкой. При этом может происходить попадание в катализатор просто чистого бензина. Это, во-первых, отравляет катализатор, но также может вызвать мгновенную реакцию и даже взрыв. Смотрите также, куда едете – старайтесь не попадать в глубокие лужи. Рабочая температура катализатора составляет порядка 900° С. Внезапное попадание его в воду может быть фатальным. В целом, замечено, что на срок службы катализатора влияют условия эксплуатации. Больше страдают катализаторы на машинах, эксплуатируемых в городских условиях, когда двигатель часто заводят. С другой стороны, при длительной высокоскоростной езде по магистралям катализатор также портится от того, что перегревается. Наконец, вы поступите разумно, если станете регулярно осматривать всю систему выхлопа. Если сломаны кронштейны или отвалились резиновые подвески, выхлопная труба будет вибрировать, передавая на катализатор ненужные нагрузки.
Двигатель |
=============================== ===============================
===============================
Наши посетители: неактивные точки - прошлые визиты. активные точки - сейчас на сайте. =============================
Наши цены
=============================
============================= |
avto74.com
Что такое катализатор? Принцип работы катализатора в автомобиле?
Автомобильный катализатор - это специальное устройство, которое существенно сокращает количество вредных выхлопов в атмосферу.
Большинство катализаторов, которые установлены на современных автомобилях, являются трехкомпонентными, то есть они способны нейтрализовать сразу три вредных выброса: угарный газ, углеводороды и окись азота.
Катализатор автомобильный представляет из себя сотовое керамическое устройство, способное выдерживать высокие температуры (до 850 градусов) за счет закаленной керамики.
Трехкомпонентный катализатор состоит из трех основных отсеков очистки и нейтрализации вредных компонентов, образующихся в результате сгорания топливной смеси:
- катализатор уменьшения вредных выбросов
- катализатор окисления/сгорания вредных веществ
- сотовая структура из керамики.
Проходя через все перечисленные ступени нейтрализации вредные выхлопы в атмосферу очень сильно сокращаются.
И тем не менее, катализаторы еще не до конца усовершенствованы, у них есть существенные недостатки, при устранении которых можно добиться еще более высокой степени очистки и нейтрализации вредных выхлопов. Например, одним из таких существенных недостатков является то, что катализатор начинает свою работу не сразу после пуска двигателя автомобиля, а только в тот момент, когда наберет необходимую рабочую температуру, при которой он в состоянии нейтрализовать вредные вещества, а до этого момента выхлопы выбрасываются не проходя очистку и загрязняют воздух.
Такое положение объясняется тем, что катализатор находится далековато от двигателя, что в какой-то степени хорошо для самого устройства - это продлевает ему срок службы, так как на него нет воздействия высоких температур от двигателя, но зато существенно снижен КПД данного устройства.
Так к примеру, в карбюраторных авто из-за обогащенной бензиновой смеси процесс горения/нейтрализации выхлопов достигает очень высоких температур, поэтому катализаторы выходят из строя гораздо быстрее, чем в автомобилях с другой топливной системой. В результате воздействия высоких температур монолитная керамическая структура не выдерживает и оплавляется, выводя из строя весь катализатор.
Поэтому ведутся работы по усовершенствованию системы катализации, продумывается максимально удобное и правильное расположение катализатора в автомобилях и т. д.
Это направлено на то, чтобы сократить загрязнение воздуха и окружающей среды, ведь экологические проблемы на сегодняшний день являются очень и очень актуальными.
www.remotvet.ru
Автокатализатор
Зачем нужен катализатор в автомобиле
Как устроен катализатор • Wiki
• Катализатор автомобильный (в научной сфере он характеризуется термином каталитический конвертер) или нейтрализатор — это специальное устройство выхлопной системы, которое осуществляет снижение уровня токсичности отработанных выхлопных газов посредством восстановления азотных оксидов и применения полученного кислорода для полного сгорания образовавшегося угарного газа и не до конца прогоревших углеводородов. Другими словами говоря – это специальный фильтр, внутри которого отработанные выхлопные газы сгорают до уровня наименьшего вреда окружающей среде. Главное требование успешной функциональной работы катализатора - стехиометрическое соотношение топлива и кислорода.
Принцип работы катализатора
• Как правило, катализатор установлен на приёмной трубе или же сразу после неё. Внутри корпуса каталитического нейтрализатора расположена специальная керамическая сотовая конструкция: наличие сот объясняется необходимостью увеличения контактной площади отработанных выхлопных газов с поверхностью, на которой присутствует заранее нанесённый тонкий слой платиноиридиевого сплава. Не прогоревшие до конца остатки (CO,CH, NO) при прикосновении с поверхностью каталитического слоя, окисляются до конца кислородом, который также присутствует в составе выхлопных газов. В конечном итоге химической реакции выделяется тепло, при помощи происходит разогрев катализатора – таким образом, осуществляется окислительная реакция. В итоге выхлопные газы, покидающие исправно функционирующий катализатор в большинстве случаев содержат N2 и СО2.
Причины поломки катализатора
• Некачественное топливо является основной причиной выхода из строя. В этом сходятся многие специалисты. При попадании тетраэтилсвинца в катализатор, соты плавятся, забиваются – в результате проходимость выхлопных газов сводится к 0. В принципе, схожую ситуацию можно наблюдать и при закупорке сот сажей и продуктами не до конца сгоревшего машинного масла – однако в этом случае, данный процесс протекает гораздо быстрее. Катализатор крайне тяжело переносит этилированный бензин, который является практически смертельным для него. Далее в списке основных причин поломки катализатора идёт крайне неудовлетворительное состояние дорожного полотна. Соты катализатора выполнены из хрупкой керамики – по этой причине при сильном ударе или встряске они могут потрескаться и расколоться на мелкие частички. Если же это произошло, соты отходят от стенок катализатора, начинают крошиться и стремительно перемещаться вовнутрь корпуса, где собственно окончательно раскалываются и рассыпаются, разлетаясь по всей выхлопной системе автомобиля.
Признаки поломки катализатора
• Катализатор может «забиться» от продолжительного использования. В результате этого существенно уменьшается его способность пропускать сквозь себя выхлопные газы. Характерными признаками данного варианта развития событий выступают возникшее у водителя ощущение того, что его авто попросту не «тянет», заметно ухудшается динамика разгона и общей мощности авто, иногда может существенно варьироваться стрелка оборотов на холостом ходу.
• Катализатор уже разрушен – Вас тревожит нехарактерный для исправной машины звук - дребезжание рассыпавшихся на части керамических сот или же гудение пустого бачка. Данный вариант является наиболее критическим.
Помните
• Если у Вас установлен катализатор, то категорически запрещается эксплуатировать автомобиль на низкокачественном или низкооктановом или этилированном топливе, при повышенном расходе масла и бензина, при перебоях или неполадках в цепях зажигания, пытаться завести автомобиль посредством буксира или «с толкача», ставить машину на сухую траву или мусор, т.к. рабочая температура катализатора 800С, а неисправный раскаляется иногда «добела».
www.bunkerz.inf.ua
Катализаторы для бензиновых двигателей
Окислительный катализатор
Рис. Окислительный катализатор
Окислительные катализаторы используются с двухтактными бензиновыми двигателями, дизельными двигателями и в качестве пусковых катализаторов. В них нейтрализуются только СО и углеводороды. Оксиды азота не нейтрализуются. В сочетании с сажевым фильтром они служат для окисления NO до NOx реагирующим в фильтре с сажей.
Будучи металлическими катализаторами, они устанавливаются в качестве предварительных или пусковых катализаторов в сочетании с катализатором тройного действия. В этом случае они находятся прямо на выпускном коллекторе или внутри него, при необходимости обогреваются и в фазе пуска и прогрева могут значительно снизить долю несгоревших углеводородов и оксида углерода. Возможно сочетание с системой впуска добавочного воздуха. Оксиды азота почти не образуются в фазе холодного пуска и поэтому их нейтрализация не требуется. Из-за монтажа рядом с двигателем предпочтительным является металлический катализатор.
Трехкомпонентный катализатор (тройного действия)
Рис. Катализатор тройного действия
Регулируемый катализатор тройного действия соответствует современному состоянию техники и постоянно совершенствуется. Высочайшей степени нейтрализации катализатор достигает для всех вредных компонентов в пределах лямбда-диапазона при коэффициенте избытка воздуха Л = 1 ± 0,005. У V-образных двигателей, как правило, работает по одному основному катализатору на каждом ряду цилиндров. Раньше использовались также системы без лямбда-регулирования в качестве нерегулируемого катализатора. При этом степень нейтрализации составляла лишь 50-60%.
При определенных условиях испытаний европейского цикла (NEDC) двигатель объемом 2 литра, с расходом топлива около 9 л на 100 км и соотношением «топливо-воздух» X = 1 выбрасывает на один километр следующие объемы вредных веществ:
- СН — около 1,20 г
- СО — около 6,70 г
- NOx — около 3,01 г
- СO2 — около 202 г
Это количество вредных веществ катализатор должен превратить в неядовитые компоненты. Чтобы соблюсти требования нормы Евро-3 (СО = 1,5 г/км, СН = 0,2 г/км и NOx = 0,15 г/км), нужно было достичь степени нейтрализации не менее 85% по СО и более 90% по СН и NOx. С появлением норм Евро-4 и Евро-5 требуется еще более высокая степень нейтрализации.
Пределы использования катализаторов тройного действия возникают при отклонении от стехиометрического состава смеси во время работы двигателя (двигатели, работающие на бедной смеси). В этом случае восстановление оксида азота стремится к нулю.
Требования к новым концепциям катализаторов
Для соблюдения новых норм токсичности ОГ были разработаны новые концепции с особенно эффективной нейтрализацией СО и СН при холодном пуске и прогреве. Как показали испытания, в течение первых трех минут после холодного пуска выбрасывается наибольшее количество СО и СН. Катализатор не успевает прогреться до температуры Light-off, и нейтрализация СО и СН почти не происходит. Новые концепции предлагают, к примеру, расположение катализатора ближе к двигателю или комбинации из предварительного и основного катализаторов. Все больше применяется подача добавочного воздуха. Впуск добавочного воздуха перед катализатором приводит к дожигу (дополнительному окислению СО и СН в СO2 и Н2О в катализаторе). Кроме того, катализатор нагревается в результате химических реакций, что становится особенно заметно в фазе прогрева двигателя с быстрым достижением рабочей температуры.
Самый большой потенциал улучшения катализаторов кроется в значительном сокращении времени на достижение точки начала температурного скачка. Не позднее, чем через 15 секунд после холодного пуска катализатор должен быть готов к работе. При этом важную роль играют также пассивные (например, изоляция выпускного коллектора) и активные системы (например, электрообогрев или система впуска вторичного воздуха). На рисунке изображена сложная система очистки ОГ с различными активными и пассивными компонентами. Несколько специальных катализаторов в одном выпускном тракте — это уже реальность.
Рис. Комплексная система очистки ОГ [источник: Bosch]
На пороге запуска в серийное производства находятся катализаторы, способные восстанавливать оксиды азота при избытке воздуха. Их также называют DeNOx — катализаторами и работают они с покрытиями из оксида ванадия, оксида вольфрама и оксида титана или с иридием. В настоящее время автопроизводители и изготовители систем занимаются апробированием различных систем для минимизации вредных веществ — как для соблюдения перспективных норм токсичности ОГ, так и для решения проблем при внедрении новых концепций двигателей (например, непосредственного впрыска бензина). С появлением бензиновых двигателей с непосредственным впрыском и двигателей, работающих на бедных смесях, стали необходимыми системы для снижения выбросов оксида азота при сгорании бедных смесей. Перспективные нормы токсичности ОГ не учитывают технических проблем технологий впрыска и сжигания. В таблице приведен обзор используемых на сегодня вариантов. Необходимо обратить внимание, что эти системы могут использоваться и для бензиновых двигателей, работающих на бедных смесях, и для дизельных двигателей.
Таблица. Сравнение применяющихся технологий DeNOx для дизельных двигателей и бензиновых двигателей с непосредственным впрыском
Катализаторы, расположенные рядом с двигателем
Системы, где катализатор, расположен рядом с двигателем, называют также Close Coupled Catalyst (ССС). Преимущество этих систем состоит в предотвращении потерь тепла за счет размещения непосредственно на выпускном коллекторе. Время до достижения точки Light-off составляет всего несколько секунд. Проблемой при таком расположении являются высокая температура ОГ — до 1050°С при полной нагрузке и отрицательное влияние на мощность и крутящий момент двигателя. Требуется очень точная аэродинамическая оптимизация и адаптация системы «коллектор — катализатор». Снижение выбросов СО и СН составляет около 70%. Схема расположения рядом с двигателем пускового и основного катализаторов показана на рисунке.
Рис. Сочетание пускового и основного катализаторов
В качестве пускового катализатора используется окислительный катализатор с металлическим носителем, устанавливаемый очень близко к двигателю в выпускном тракте. При таком расположении пусковой катализатор очень быстро нагревается и сразу после пуска обеспечивает очень высокую степень нейтрализации СО и СН. В результате экзотермических химических реакций выделяется дополнительное тепло, забираемое отработавшими газами и обеспечивающее более быстрый нагрев основного катализатора. Система дополняется выпускным коллектором из листовой стали, изолированным воздушными зазорами.
Особым вариантом конструкции является расположенный рядом с двигателем основной катализатор без дополнительного пускового катализатора. Благодаря расположению рядом с двигателем основной катализатор очень быстро достигает точки начала температурного скачка. За счет более высокой температуры быстрее протекают химические реакции. Общий объем катализатора можно уменьшить. Проблемой при этом расположении является создание достаточно термостойкого слоя, предотвращающего раннее термическое старение и, следовательно, сокращение срока службы катализатора.
Байпасная система
Рис. Байпасная система
Байпасные системы бывают разных вариантов. Такие системы используются в основном для выравнивания в катализаторах слишком высоких или слишком низких температур ОГ при различных рабочих режимах двигателя. У этой системы в фазе пуска отработавшие газы по короткому и прямому трубопроводу направляются из выпускного коллектора в катализатор. В фазе прогрева с помощью заслонки обеспечивается прямое поступление ОГ в катализатор. Небольшое сечение труб и большая скорость потока газов предотвращают возникновение тепловых потерь в выпускном тракте. Задний катализатор NOx быстро нагревается до рабочей температуры. При высоких температурах ОГ заслонка открывается, и газы по обеим выпускным трубам устремляются в катализатор. Проходя более длинный путь, ОГ охлаждаются и не могут термически повредить катализатор. Эту систему, с вакуумным управлением, использует Mercedes в двигателях CGI. Датчик температуры определяет температуру ОГ и сообщает ее блоку управления, активирующему заслонку ОГ.
Катализатор с электрообогревом
Рис. Катализатор с электрообогревом
Используя металлический блок в качестве нагревательной спирали, можно быстро и непосредственно нагреть катализатор. Нагревом и регулированием температуры управляет электронный блок двигателя. Проблемой в этой системе является большая техническая сложность и вытекающая отсюда стоимость системы. Необходимо использовать аккумуляторные батареи большой емкости, что увеличивает массу автомобиля и занимаемое пространство. Для небольших автомобилей эта концепция не подходит. Мощность потребляемая нагревом составляет 1,2-1,5 кВт. Катализаторы с электрообогревом впервые были применены в BMW Alpina В12 и BMW 7-й серии. Катализатор с электрообогревом (E-Kat) комбинируется с улавливателем углеводородов (CH-Adsorber). Управление обогреваемым катализатором осуществляется по CAN-шине. Увеличение мощности нагрева и совершенствование бортовых сетей позволят добиться дополнительных возможностей.
Для обеспечения высокой потребляемой мощности катализаторов с электрообогревом без перегрузки бортовой сети требуется дополнительная аккумуляторная батарея. Мощный генератор с водяным охлаждением обеспечивает работу бортовой сети даже при неблагоприятных условиях. Здесь требуются также интеллектуальное управление бортовой сетью и электронная система управления АКБ.
Рис. Принципиальная схема катализатора с электрообогревом
На стадии апробирования находятся варианты обогреваемых пусковых катализаторов с горелками, сжигающими топливо из бака и обогревающими катализатор. Проблемой является регулирование температуры, так как с одной стороны для нагрева требуется высокая температура, а с другой — слишком высокие температуры и локальные температурные пики могут привести к быстрому старению или термическому разрушению катализатора.
Накопительный катализатор — SCR-катализатор
SCR расшифровывается как Selective Catalytic Reduction (селективное каталитическое восстановление). Эти системы особенно подходят для двигателей, работающих на бедных смесях. В диапазоне выше Л = 1 в качестве восстановителей для оксидов азота можно использовать только углеводороды или аммиак. В накопительном катализаторе, также называемом NOx-адсорбером, оксиды азота NOx удерживаются в режиме работы двигателя на бедных смесях до тех пор, пока двигателю не будет дана команда на образование богатой топливовоздушной смеси. В качестве накопительных компонентов для NOx используются щелочные и щелочноземельные соединения. Во время накопления оксид азота каталитически окисляется. Возникающий при этом диоксид азота NO2 вступает в реакцию с оксидом металла, образуя нитрат M-NO3. При кратковременном обогащении смеси содержащиеся в выхлопе восстановители СН и СО расщепляют нитраты. N0 отдается в богатую оксидом углерода среду, и под воздействием родия образуются СO2 и N2 При этом различают четыре этапа превращения.
1. Окисление —» 2. Поглощение —» 3. Расщепление —» 4. Восстановление
Недостатками этой технологии являются высокая чувствительность к сере и снижение степени нейтрализации в диапазоне высоких температур. В режиме бедной смеси SO2 в накопительном катализаторе окисляется до SO3. Оксид серы, как и NO, реагирует с аккумулирующим оксидом, образуя агрессивные сульфаты. Они остаются в накопителе и в фазе обогащения, тем самым уменьшая его емкость и производительность. Уже после небольшого пробега в катализаторе начинается отравление серой.
Снижается стойкость к старению, сокращается срок службы. Необходимое обогащение смеси в фазе восстановления приводит к увеличению расхода на 1,5-2%. Таким образом, срок службы накопительного катализатора в основном зависит от качества используемого топлива (в плане содержания серы). Вот причина, по которой выбросы NOK у японских двигателей GDI в Японии уже достаточно давно удалось снизить с помощью накопительного катализатора. В Европе это решение долгое время было невозможным из-за высокого содержания серы в топливе. Так содержание серы до 500 промилле (ррт) существенно снижало степень нейтрализации и срок службы катализаторов. Ситуация изменилась с выходом директивы 98/70/EG о качестве топлива, вступившей в силу 1 января 2000 г.
Используемые в грузовиках SCR-катализаторы с добавками на основе мочевины можно использовать и в легковых автомобилях. Не исключено, что с вводом Евро-5 эта технология будет использоваться и в более крупных бензиновых двигателях с непосредственным впрыском или в дизельных двигателях легковых автомобилей. Первые системы были представлены на автосалоне IAA 2005 концерном Mercedes-Benz в гибридных автомобилях для американского рынка.
Непрерывно работающие катализаторы восстановления
Рис. SCR-катализатор непрерывного действия
Концерн Mitsubishi в своих двигателях GDI использовала непрерывно работающий катализатор восстановления с иридиевым покрытием. Такой катализатор обеспечивает небольшую степень нейтрализации, но менее чувствителен к содержанию серы в топливе. Принцип действия селективного каталитического восстановления прост. NOx восстанавливается в катализаторе за счет избытка СН до N2, Н2O и СО2. Выбросы NOx можно уменьшить на 60%. Для этого катализатор должен работать в диапазоне температур 300-600°С. Проблема состоит в выбросах при холодном пуске.
Если перед обычным накопительным катализатором можно установить традиционный катализатор, то в случае с иридиевым катализатором это невозможно. Этому катализатору для восстановления оксидов азота необходимы содержащиеся в выхлопе углеводороды. По этой причине установка катализатора тройного действия перед иридиевым катализатором невозможна. Степень нейтрализации в иридиевом катализаторе заметно снизилась бы. Если поменять катализаторы местами, то температура ОГ на входе катализатора тройного действия окажется слишком мала для обеспечения удовлетворительной степени нейтрализации. Несмотря на это, концерн Mitsubishi применил эту концепцию катализатора тройного действия перед иридиевым катализатором в европейских двигателях GDI. Для соблюдения европейских предельных значений для ОГ необходимо было дополнительно изменить картину впрыска и сгорания и адаптировать к европейским условиям испытаний и эксплуатации.
Прерывисто работающие катализаторы восстановления
Концерн Volkswagen для двигателей FSI с концепцией бедной смеси использует прерывисто работающий катализатор восстановления с платиной и родием с примесью щелочного соединения, карбоната бария (BaCO3). Peugeot и Сitroen тоже используют эту технологию в двигателях HPI.
Рис. SCR-катализатор прерывистого действия
В этой системе NO окисляется кислородом до NO, на слое платины катализатора и аккумулируется в накопителе. Накопление оксидов азота происходит не постоянно. Через определенные интервалы требуется восстановление. Для этого смесь каждые 60 секунд обогащается в течение 2 секунд, и накопленный NOx восстанавливается под воздействием родия.
Датчик NOx на выходе катализатора служит для контроля за накапливанием оксидов азота. Катализатор оптимально работает в диапазоне от 250°С до 500°С. Чтобы выдержать этот температурный диапазон даже при высоких нагрузках, требуется охлаждение отработавших газов. Для обеспечения хорошего теплоотвода система выпуска ОГ между катализаторами делается трехпоточной. Кроме того, на пусковой катализатор ОГ подается встречный воздушный поток.
Проблемой в этой системе является также ухудшение способности накапливать NOx из-за сульфатизации накапливаемого материала. Сера выгоняется лишь при температурах выше 650°С.Для удаления серы используются различные стратегии: естественное удаление серы при высокой температуре ОГ, управляемое электроникой двигателя переключение с бедной смеси на богатую и, наоборот, в зависимости от сигналов датчика NCK Постоянное изменение насыщения смеси называют лямбда-скачками. При удалении серы особое значение придается предотвращению образования сероводорода (h3S). Содержащее мало серы или лучше вовсе не содержащее серы топливо совершенно необходимо для высокого КПД и длительного срока службы системы. В настоящее время повсеместное использование невозможно.
Рис. Принцип удаления серы в накопительном катализаторе
На рисунке показаны процессы в накопительном катализаторе при бедной смеси в фазе аккумулирования NOx (слева) и при богатой смеси в фазе восстановления (справа).
ustroistvo-avtomobilya.ru
