Что такое катализатор и его назначение в автомобиле

Что такое каталитический нейтрализатор?

Каталитический нейтрализатор (далее — КН) стоит между двигателем и глушителем в выхлопной системе под днищем авто. Внутри пористый несущий материал, точнее керамический блок с сотовой структурой, уменьшающий или полностью удаляющий вредные выбросы в атмосферу. КН разрушает вредные газы и токсичные компоненты прямо в выхлопной системе, превращая их в нейтральные газы, которые безопасны для атмосферы и окружающей среды. Степень очистки 98%.

Катализатор приводит автомобиль к нормам выбросов Евро-4 и Евро-5, нейтрализуя удар по экологии. Чтобы соблюсти эти нормы каталитический нейтрализатор ставят максимально близко к головке блока цилиндров. Работу катализатора не замечаешь, пока он не поломается.

Катколлектор на Ладе Приора. Черные провода — датчики кислорода

Чтобы каталитический нейтрализатор (каталитический конвертер) в машине не поломался, его нужно вовремя обслуживать и ремонтировать. Нейтрализатор не умирает от износа, руководство пользователя не требует его замены после 100 000 км пробега или 5 лет эксплуатации. Вовремя обслуженный катколлектор работает столько же сколько автомобиль. Основные причины поломки нейтрализатора — неисправный кислородный датчик, выдающий неправильный состав топливовоздушной смеси или некачественное топливо.

Чтобы не загрязнять окружающую среду и избежать поломки катализатора, регулярно проверяйте состояние выхлопной системы автомобиля. Осмотр состояния КН проводится раз в десять лет или при пробеге машины от 100 000 до 160 000 км. Если машина пробежала больше, уже одним обслуживанием каталитического нейтрализатора можно не отделаться.

Срок службы катколлектора еще зависит от того, в какой манере передвигается автомобиль. Короткие, частые поездки, частое толкание в пробках выводит выхлопную систему за пределы рабочих температур (рабочая 300 градусов по Цельсию), что сокращает срок службы нейтрализатора.

Разберемся в ценах на каталитические нейтрализаторы, в его ремонте и как заменить катколлектор самому.

Первый сигнал поломки катализатора — загорание лампочки «Проверка двигателя» на приборной панели — Check Engine.

Игнорирование загоревшегося сигнала Check Engine приведет к тому, что каталитический нейтрализатор выйдет из строя, ремонту будет не подлежать, потребуется замена, а стоит он не дешево. Причина высокой стоимости нейтрализатора в том, что в нем есть драгоценные металлы — платина, палладий, родий. Когда эти металлы вступают в контакт с выхлопными газами, то превращают оксид углерода и оксиды азота — в диоксид углерода и элементарный азот, а углеводороды — в диоксид углерода и водяной пар.

Причины поломки каталитического нейтрализатора

КН забит пылью и отработанными продуктами

Оплавление сот

Со временем катализатор забивается сажей из-за некачественного бензина, что приводит к повышению расхода топлива и увеличению вредных выбросов в атмосферу. Еще в пористую структуру попадают частицы моторного масла и антифриза, портя необходимые химические вещества, которые важны для преобразования выхлопных газов. Забитый катализатор может сильно нагреваться и при температуре выше 900 градусов Цельсия происходит внутреннее плавление элементов катализатора. При сильном оплавлении «сот» выхлоп может пойти в обратную сторону к двигателю, что приведет к выходу из строя выхлопной системы или даже к остановке движка.

Крошение сот

Еще одна причина поломки катализатора — крошение пористой сетки. Происходит это от сильной вибрации или ударов по катализатору. Отпавшая крошка и керамическая пыль могут попасть в блок цилиндров, а это может вывести из строя поршневую группу, приведя к задирам на стенках цилиндров.

Сколько стоит каталитический нейтрализатор?

Цены зависят от бренда, долговечности материалов, способа установки и типа катализатора. Средняя стоимость катколлектора от 19 000 до 11000 рублей.

Цены на каталитические нейтрализаторы с их заменой, по моделям автомобилей (в рублях):

Строительство

В разрезе преобразователя с металлическим сердечником

Преобразователь с керамическим сердечником

Конструкция каталитического нейтрализатора следующая:

1. Носитель катализатора или подложка . В автомобильных каталитических нейтрализаторах сердечник обычно представляет собой керамический монолит с сотовой структурой (обычно квадратной, а не шестиугольной). (До середины 1980-х каталитический материал наносился на уплотненный слой гранул оксида алюминия в ранних применениях GM.) Монолиты из металлической фольги, изготовленные из кантала (FeCrAl), используются там, где требуется особенно высокая термостойкость. Структура подложки обеспечивает большую площадь поверхности . Кордиеритовые керамической подложки используется в большинстве каталитических конвертеров был изобретен Родни Бэгли , Ирвин Лачмен и Рональд Льюис в Corning Glass , для которых они были введены в Национальный зал славы изобретателей в 2002 году.
2. Мешок. Washcoat является носителем для каталитических материалов и используется для диспергирования материалов по большой площади поверхности. Оксид алюминия , диоксид титана , диоксид кремния , или смесь диоксида кремния и оксида алюминия могут быть использованы. Каталитические материалы суспендируют в покрытии перед нанесением на сердцевину. Материалы Washcoat выбираются для образования шероховатой неровной поверхности, которая увеличивает площадь поверхности по сравнению с гладкой поверхностью голой основы.
3. Церий или оксид церия-циркония . Эти оксиды в основном добавляются в качестве активаторов накопления кислорода.
4. Сам катализатор чаще всего представляет собой смесь драгоценных металлов , в основном платиновой группы . Платина является наиболее активным катализатором и широко используется, но не подходит для всех приложений из-за нежелательных дополнительных реакций и высокой стоимости. Палладий и родий — два других используемых драгоценных металла. Родий используется в качестве катализатора восстановления , палладий используется в качестве катализатора окисления , а платина используется как для восстановления, так и для окисления. Также используются церий , железо , марганец и никель , хотя каждый из них имеет ограничения. Никель не разрешен к использованию в Европейском Союзе из-за его реакции с оксидом углерода на токсичный тетракарбонил никеля . Медь можно использовать везде, кроме Японии .

При выходе из строя каталитический нейтрализатор можно сдать в утиль . Драгоценные металлы внутри конвертера, включая платину, палладий и родий, извлекаются.

Можно ли удалить его?

Когда катализатор выходит из строя, 99% водителей просто удаляют его. Покупка нового далеко не всем по карману, так как в состав агрегата входят драгоценные металлы. Хотелось бы предостеречь вас от одной грубой ошибки. Выполняйте полное удаление катализатора, не пытайтесь пробить отверстие или еще что-то придумать. Оно быстро забивается. Если внутри емкости, в которой находился нейтрализатор, увидите металлическую сетку, желательно удалить и её.

Иногда катализаторы чистят от пыли, серы. Но если они забиваются парафином после заправки бензином, уже ничего не поможет. Остается только ставить новый или делать «обманку».

Проблема обогащения при полной загрузке

В бензиновых двигателях легковых автомобилей обычно максимизируют производительность в полном диапазоне нагрузок за счет обогащения топливно-воздушной смеси. О полной нагрузке говорят, когда требуется максимальная мощность («полный газ»). Для этого топливно-воздушная смесь должна быть немного обогащена по сравнению с частичной нагрузкой, так как скорость пламени выше в слегка богатых смесях (более быстрое так называемое прогорание смеси). Степень обогащения смеси зависит от программирования соответствующего блока управления двигателем;  Обычны значения до λ = 0,8 (по состоянию на 2018 год). Кроме того, внутреннее охлаждение камер сгорания улучшается за счет обогащения при полной нагрузке: поскольку испарение топлива требует энергии, камеры сгорания дополнительно охлаждаются дополнительным топливом.

Неполное сгорание вызывает падение температуры выхлопных газов, а это означает, что могут быть достигнуты рабочие точки двигателя, при которых выхлопной коллектор, турбокомпрессор или каталитический нейтрализатор будут разрушены без обогащения.

При отклонении трехкомпонентный каталитический нейтрализатор частично теряет свою эффективность, поскольку углеводороды и монооксид углерода больше не могут быть полностью преобразованы. Публичное обсуждение этой проблемы нежелательно. Обогащение при полной нагрузке — это метод, который использовался в карбюраторных двигателях несколько десятилетий назад.
λзнак равно1{\ displaystyle \ lambda = 1}

В предыдущем цикле NEDC не вызывались высокие ускорения, такие как те, которые распространены при движении по автобану, так что в этих условиях испытаний, в отличие от практики, не происходило обогащение при полной нагрузке и, соответственно, не учитывалось. в измерении. В цикле WLTP , который действует с 2017 года, и при испытаниях в соответствии с правилами RDE , ускорения значительно выше. Однако в тесте RDE предельное значение для монооксида углерода не должно соблюдаться; в настоящее время (2019 г.) ограничиваются только оксиды азота и частицы.

Можно ли обойтись без катализатора

Этот вопрос решает каждый для себя самостоятельно. Между автомобилистами существуют совершенно противоположенные мнения. Если подытожить все высказывания, можно отметить, что удаление катализатора несёт в себе и положительные, и отрицательные стороны:

Плюсы:

• двигатель работает в полную силу, ему ничто больше не мешает освобождаться от отработанных газов;
• заметно улучшается динамика транспортного средства;
• ощутимая экономия денег, особенно это касается оригинальных моделей.

Минусы:

• повышенное загрязнение окружающей среды;
• большое количество выделяемого дыма, это особенно заметно при прогревании автомобиля или при начале движения, что называется «на холодную»: в процессе прогревания двигателя дым из трубы становится практически незаметным;
• усиливается запах выхлопных газов, но это можно почувствовать только, если находиться непосредственно рядом с выхлопной трубой;
• шум – автомобиль, естественно, становится несколько шумнее – чётче слышен глушитель, но это совсем не критично.

Таким образом, удалять или не удалять катализатор – решать нужно самостоятельно. В нашей стране на сегодняшний день нет жёстких требований по содержанию вредных веществ в выхлопных газах. В том случае, если есть планы совершить автомобильную поездку в Европу на собственном автомобиле, решение может быть только одно – каталитический нейтрализатор устанавливать придётся обязательно, в противном случае вы просто не получите разрешение на въезд.

Как определить, что катализатор нуждается в замене

Как правило, катализатор считается вышедшим из строя, если его каталитический слой сгорел в процессе эксплуатации. В автомобилях с современной бортовой системой при поломке нейтрализатора загорается ошибка. Если же автомобиль не новый, то определить приближающийся выход из строя нейтрализатора можно по следующим признакам:

• Тяга на больших оборотах временно или постоянно пропадает.
• Автомобиль стал хуже заводиться «на горячую». По утрам, при этом, мотор долго не заводится.
• Начали пропадать обороты. Например, когда вы давите на газ, а тахометр еле-еле доходит до 2 – 4 тысяч оборотов, но выше стрелка не идет. При этом автомобиль начал потреблять больше топлива.

Эти признаки свидетельствуют о том, что катализатор находится в «полурабочем» состоянии, то есть еще работает, но уже пора менять. А если нейтрализатор вовсе «приказал долго жить», то вы заметите, что машина начала слишком долго заводиться, но даже если мотор и начинает работать, но почти сразу он глохнет. Либо автомобиль и вовсе не заводится. Убедиться что причина в этом случае именно в катализаторе довольно просто: нужно завести мотор и подойти к выхлопной трубе, если выхлопные газы не идут (вы их не чувствуете рукой), значит пришло время менять составную часть выхлопной системы.

Как понять, что он вышел из строя?

В результате оплавления ячеек или разрушения керамики, крошка забивает следующие по ходу движения выхлопных газов «блинчики». Двигателю становится тяжело дышать, он не может выдуть выхлоп.

Из этого вытекают первые признаки выхода из строя катализатора:

1. Двигатель теряет мощность. Многие водители жалуются, что машина перестает ехать, пропадает динамика;
2. На приборной панели выпадает ошибка «Check Engine». При сканировании блока управления мотором это ошибка по второй лямбде;
3. Некоторые отмечают, что при поломке частично или полностью пропадает выхлоп их выхлопной трубы;
4. Увеличивается расход топлива.

Основные симптомы забитого катализатора

Чтобы предотвратить поломку, важно регулярно проводить диагностику автомобиля. Кроме того, существуют конкретные признаки износа катализатора, которые помогут выявить проблему на ранних стадиях:

1. Двигатель заводится с трудом и глохнет после запуска.

1. На приборной панели горит индикатор Check Engine, или, как его еще называют, «чек» двигателя.

1. Выхлопные газы еле-еле выходят из трубы. Этот признак говорит о том, что катализатор серьезно забился.

1. Автомобиль теряет в мощности и динамике, слабо откликается при нажатии на газ, при этом увеличивается расход топлива и моторного масла.

1. Во время холодного пуска двигателя появляется едкий запах, которого раньше не было. Обычно этот признак свидетельствует о разрушении катализатора.

1. При разгоне или перегазовке слышен неприятный металлический звук.

Что делать, если катализатор вышел из строя?

Если признаки сломанного катализатора налицо, использование такой машины чревато негативными последствиями. Лучше заранее решить проблему, пока она не повлекла за собой другие. Существует несколько способов:

1. Попытаться промыть или прочистить устройство. Это может помочь только в случае несильного засорения. Если катализатор оплавлен или разрушен, либо его соты полностью закупорены, этим способом решить проблему не получится.

1. Заменить устройство на новое. Тут есть два нюанса: оригинальная деталь будет стоить очень дорого, а дешевый универсальный катализатор довольно сложно правильно подобрать.

1. Установить пламегаситель вместо катализатора. Правда, для корректной работы электронного блока управления его придется либо перепрошить, либо использовать так называемые обманки.

Попробовали прочистить катализатор, но все симптомы указывают на то, что проблема не решена? Значит, единственный выход — демонтировать устройство, чтобы заменить на новое или установить пламегаситель. Но есть и хорошая новость — неисправную деталь можно выгодно продать.

Техника выщелачивания

В домашних условиях и в промышленности для выделения родия и палладия чаще применяют выщелачивания. Такая техника предполагает использование окисляющих растворов, состоящих из концентрированных соляной и азотной кислот. При этом выщелачивание имеет ряд существенных недостатков отчасти обусловленных особенностями конструкции автомобильного катализатора.

Последний изготавливается либо из керамики, либо из алюминия. Наличие этого металла затрудняет проведение аффинажа, так как окислители вступают с ним реакцию. В процессе выделения платины, которая извлекается в виде раствора, необходимо многократное повторение выщелачивания и промывки исходных компонентов. Более того, даже такой подход не позволяет добыть драгоценный металл в достаточном количестве: избежать потери невозможно. Соответственно, для извлечения платины потребуется несколько катализаторов.

В целях снижения потерь, возникающих во время проведения аффинажа, автокомпонент на начальном этапе смачивают в водном растворе соляной кислоты. В дальнейшем катализатор подвергается нагреву. Далее, когда под воздействием высокой температуры появились пары, на исходный компонент наносятся окислители.

Кроме того, в зависимости от состава сплава, который напылялся на поверхность катализатора, для проведения аффинажа можно применить смесь концентрированной азотной кислоты и 30-процентного раствора пероксида водорода.

В промышленных масштабах для извлечения платины используют специальную решетчатую сетку, на которую помещается деталь. На нее затем оказывают воздействие парообразного окислителя. Для этого сначала заготавливают раствор соляной кислоты, в которую помещается деталь, а затем ее доводят до кипения. По окончании этого процесса, в ходе которого пары многократно проходят через каналы и поры катализатора, последний подвергается промывке чистой водой.

Использование парообразного окислителя имеет несколько преимуществ в сравнении с жидкостными кислотами. Основное отличие между двумя приведенными выше подходами заключается в том, что газовая смесь обладает большей проникающей способностью. Поэтому она лучше «промывает» катализатор, затрагивая даже мелкодисперсные частицы.

Оригинал или аналог

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

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

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

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

• универсальный катализатор;
• пламегаситель.

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

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

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

Выбросы автомобилей в атмосферу

Незаменимые в быту и хозяйственной деятельности человека автомобили представляют наибольшую опасность для среды обитания человека. Вредное воздействие продуктов сгорания автомобильных двигателей имеет глобальные и локальные последствия:

• Глобальные. Толщина и площадь озонового слоя, защищающего Землю от космических излучений, за последние десятилетия катастрофически уменьшилась, что в перспективе создает опасность для существования человечества.
• Локальные. В мире есть еще немало территорий с чистой экологией. Но это никак не касается городов, где уже сегодня дышать чистым воздухом практически невозможно.

Как в этих процессах участвуют наши автомобили? Самым непосредственным образом! Их доля в загрязнении окружающей среды составляет не менее 70%. Всего за один год эксплуатации среднестатистический автомобиль выбрасывает в атмосферу:

• 135 кг окиси углерода;
• 25 кг оксидов азота;
• 20 кг углеводородов;
• 4 кг двуокиси серы;
• 1,2 кг твердых частиц;
• до 10 кг бензопропилена.

Всего получается не менее 12 миллионов тонн веществ, которые уничтожают не только среду обитания человека, но и разрушают защитный озоновый слой планеты. С каждым годом количество автомобилей увеличивается, что в перспективе не сулит ничего хорошего.

В связи с этим на международном уровне приняты стандарты качества топлива и количества вредных веществ, попадающих в атмосферу в процессе его сгорания в автомобильном двигателе. С 2005 года в странах Евросоюза установлен экологический стандарт Евро-5 для всех производимых транспортных средств. В России переход на стандарт Евро-4 осуществлен в 2019 году.

Влияние на поток выхлопных газов

Неисправные каталитические нейтрализаторы, а также исправные преобразователи ранних моделей могут ограничивать поток выхлопных газов, что отрицательно сказывается на характеристиках автомобиля и экономии топлива. Современные каталитические нейтрализаторы существенно не ограничивают поток выхлопных газов. Например, испытание в 2006 году Honda Civic 1999 года показало, что снятие штатного каталитического нейтрализатора привело к увеличению максимальной мощности только на 3%; новый преобразователь с металлическим сердечником обошелся автомобилю всего в 1% мощности по сравнению с отсутствием преобразователя.

Что плохого происходит с двигателем?

Есть один важный нюанс, о котором умалчивают производители автомобилей, экологи и эксперты. Устройство для превращения токсичных газов в нетоксичные начинает работу только после нагрева до 700 градусов. Понадобится хотя бы 10 км непрерывной езды.

Относительно недавно в сети появилась информация об участившихся случаях поломки автомобилей KIA. Проблема заключалась в том, что катализатор разрушался пылью и попадал в цилиндры. Это «убивало» двигатель. Мнения экспертов разделились. Кто-то утверждал, что во всем действительно виноват нейтрализатор, другие советовали поискать другую причину. Так правда это или нет?

Второй важный момент – система газораспределения и регулировка фаз. С одной стороны, система мощная и эффективная, помогает использовать мотор в конкретном режиме. С другой, возникают короткие моменты, когда в одном цилиндре все выпускные клапаны открыты, а в другом – только часть. Давление тоже отличается, поэтому шанс того, что керамическая пыль окажется внутри цилиндра, тоже растет.

Можно сделать вывод, что чем ближе катализатор к выпускному коллектору, тем больше вред. Ну а разрушается нейтрализатор из-за топлива посредственного качества, несвоевременной замены свечей, проблемной топливной смеси и пр. Специалисты нескольких СТО подтвердили, что владельцы автомобилей с моторами, соответствующими нормам ЕВРО 5, часто обращаются в службу ремонта именно с этой проблемой.

Неисправности катализатора: чем это грозит двигателю?

Совершенно очевидно, что, как в любом фильтрующем элементе, со временем в нейтрализаторе накапливается слишком много продуктов сгорания и он требует замены. Также данный узел выхлопной системы может выходить из строя и по иным причинам:

• низкое качество топлива с высоким содержанием серы, парафина, присадок;
• неисправности двигателя, из-за чего топливо не сгорает полностью;
• механические повреждения.

Если каталитический конвертер функционирует нормально, то время от времени в нем происходит сжигание отложений сажи. Но со временем из-за высоких температур металлические или керамические соты оплавляются, блокируя выход продуктов сгорания. Двигатель, как говорят автомобилисты, начинает задыхаться.

Что происходит, если нейтрализатор полностью забит:

• пропадают тяга и приемистость;
• наблюдаются проблемы с запуском силового агрегата, особенно в зимний период «на холодную»;
• снижение оборотов — даже если дроссельная заслонка открыта по максимуму, на тахометре показывает всего 2,5-3,5 тысячи оборотов в минуту.

Если своевременно не приступить к устранению данной неприятности, нас ожидают еще более серьезные проблемы: сажа начинает откладываться непосредственно на приемной трубе глушителя и в выпускном коллекторе, приходится загружать двигатель на полную мощность, что ведет к скорейшему износу поршней и цилиндров.

Похожие записи:

Основы чип-тюнинга для начинающих Как установить детское кресло на заднее или переднее сиденье: инструкция Audi a3 sportback 2021 Замена масла в вариаторе ниссан жук «болезни» сцепления и нежный мехатроник. что нужно знать о роботизированных коробках Как проверить катушку зажигания