Что такое катализатор, устройство и принцип работы

Может ли работать двигатель без катализатора?

Заводом-изготовителем предусмотрено так, что катализатор рассчитан на весь срок службы автомобиля.

Но качество нашего топлива и ряд других причин приводит к его износу быстрее, чем заявляет производитель и как правило, уже после 100 000 км пробега, а то и раньше, можно ожидать сообщения об ошибки на панели приборов.

А учитывая то, что устройство не дешевое, многие автолюбители задают вопрос, а может ли машина ехать без катализатора и как его заменить.

Но менять катализатор до 100 000 км пробега не стоит так как авто могут снять с гарантии, если не возникли какие-то гарантийные случаи. По статистике только у 1% автовладельцев возникают проблемы с катализатором до указанной цифры пробега.

Какие проблемы может принести неисправный нейтрализатор?

Проблем в действительности много, выделим основные:

1. Постоянное Check engine на панели приборов морально давит на большинство водителей. Связано это с работой датчика кислорода.
2. Попадание частиц нейтрализатора в цилиндры двигателя, что приводит в дальнейшем к быстрому износу деталей цилиндропоршневой группы.

Рассмотрим особенность работы лямбда-зонда и как датчик влияет на появление ошибки Check engine. Как уже отмечалось выше, их может быть два.

Работа мотора напрямую зависит от первого датчика, управляющего соотношением воздуха и топлива в горючей смеси. Процесс регулирования называется лямбда-управлением.

Эта задача реализуется за счет подачи большего объема топлива, а, следовательно, обеднения смеси. Итог — падение мощности мотора, рост «прожорливости».

Что же касается блока управления, то он переходит в режим аварийной работы и начинает готовить «усредненный» вариант смеси.

После нейтрализатора устанавливают второй лямбда зонд, который в случае неисправности устройства или его отсутствия даст соответствующий сигнал ЭБУ на вывод ошибки.

Попадание частиц нейтрализатора в цилиндры происходит на автомобилях, где конструктивно предусмотрено расположение устройства рядом с выпускным коллектором двигателя.

При постепенном разрушении катализатора мелкая твердая пыль через выпускной коллектор в момент такта впуска, когда выпускной клапан еще не успел закрыться, в небольших количествах попадает в цилиндры.

В последующим такой пыли становится все больше и она начинает царапать стенки цилиндров при движении поршней. В дальнейшем это приводит к увеличению расхода масла и капитальному ремонту двигателя.

Чтобы избежать такой ситуации катализатор в таких автомобилях удаляется еще до того, как начал разрушаться.

Вместо последнего, как правило, устанавливают пламегаситель с обманкой (про этом написано выше) или перепрошивается ЭБУ под Евро 2.

В последнем случае нужно быть острожным, так как любое вмешательство в программное обеспечение установленное на заводе-изготовителе может привести к неожиданным последствиям: частым ошибкам в работе двигателя, повышенному расходу масла и топлива, неприятным запахам выхлопных газов. Такие работы должен делать опытный специалист с хорошими отзывами.

Также важно понимать, что по причине повышенного содержание вредных веществ в выхлопе, автомобиль не сможет пройти техосмотр. Также могут спросить, почему отсутствует катализатор, ведь он является одним из компонентов транспортного средства

В данном случае установка универсального аналога будет оптимальным решением.

Назначение и устройство каталитического нейтрализатора

Нейтрализатор устанавливается в выхлопной системе автомобиля и применяется для максимального снижения токсичности выхлопного газа. Применение данного устройства осуществляется как на дизельных, так и на бензиновых двигателях и является обязательным для всех автомобилей, оснащенных двигателем внутреннего сгорания.

Современная конструкция нейтрализатора представляет собой специальный блок-носитель, корпус устройства и теплоизоляция. Основным элементом является блок-носитель, который изготавливается из специальной огнеупорной керамики. Внутри блока располагается большое количество сот (или, по-другому, ячеек). Такая конструкция позволяет значительно повысить площадь соприкосновения рабочих частей нейтрализатора с отработанными газами. Поверхность ячеек покрывается специальным слоем каталитического вещества. В качестве нейтрализатора может применяться родий, платина или палладий.

Суть действия катализатора заключается в следующем. Двигатель автомобиля не может обеспечить полное сгорание топлива и отправляет большое количество вредных газов в выхлопную систему автомобиля. Попадая в каталитический нейтрализатор, вредные газы контактируют с каталитическим слоем и окисляются. В процессе прохождения выхлопного газа по всему блоку-носителю, вредные вещества окисляются до конца, и на выходе получается самый обычный углекислый газ.

Применение трех металлов обеспечивает полное окисление трех разных веществ. Помимо углевода и оксида углерода, в отработавших газах может содержаться оксид азота, который также подвергается полному окислению и превращается в обычный безвредный азот. Таким образом, выхлопной газ становится менее вредным и оказывает меньшее отрицательное воздействие на окружающую среду.

Сам блок-носитель, обычно, размещен в металлическом корпусе, который предохраняет нейтрализатор от механических воздействий, например, ударов о неровности дорожного покрытия. Между блоком и корпусом прокладывается слой теплоизоляции, чтобы исключить передачу тепла на корпус. Применение теплоизоляции связано с особенностями работы нейтрализатора. Дело в том, что для успешного окисления вредных веществ необходима большая температура. Самая минимальная температура для успешного дожигания отработанных газов должна быть в пределах 300 градусов Цельсия. Для спортивных автомобилей этот параметр может достигать 1500-3000 градусов Цельсия. Теплоизоляция позволяет поддерживать температуру в заданных пределах и обеспечивает нормальную работу каталитического нейтрализатора.

Внутри блока устанавливается датчик кислорода. Это электрическое устройство сообщает водителю о том моменте, когда катализатор необходимо заменить. Если соты забиваются или керамический слой становится меньше, датчик срабатывает и посылает сигнал на электронный блок управления двигателем, который переводит работу мотора в аварийный режим и сигнализирует лампой на панели приборов, что необходимо выполнить проверку исправности систем. Часто, чтобы избавить от преждевременного и случайного срабатывания датчика, создают специальную обманку нейтрализатора, которая говорит датчику о том, что катализатор по-прежнему в норме. Это связано с тем, что замена каталитического нейтрализатора стоит очень дорого, и не каждый водитель может позволить себе такой ремонт. Так что, большинство водителей просто докатывают старую деталь до полного изнеможения и меняют нейтрализатор позже.

Помимо теплоизоляции, регулировать температуру работы нейтрализатор можно не только с помощью теплоизоляции. На температуру нейтрализатора может влиять и место установки. Так, например, для повышения температуры катализатора, его размещают прямо за выпускным коллектором, так как последний имеет высокую скорость и температуру нагрева.

Практическое применение катализатора на автомобиле

Любой современный автомобиль с бензиновым и дизельным двигателем оснащается системой очистки токсичных газов — катализаторами.

Устанавливается катализатор непосредственно после приемной трубы или соединяется через разветвленные трубы к головке блока цилиндров и называется такая конструкция катколлектором. Второй способ наиболее чаще стал применяться на автомобилях, так как происходит ускоренный нагрев элементов катализатора. После катализатора на автомобилях, принадлежащих к экологическим нормам Евро-3, Евро-4 и Евро-5 устанавливается датчик кислорода, который выполняет функции диагностические. Иными словами, диагностируемый датчик кислорода выполняет контроль эффективности работы катализатора и в случае превышения норм выхлопа загорается на панели приборов ошибка, сообщающая о критической работе катализатора. В этом случае необходимо проверить параметры работы двигателя и установить причину превышения норм допустимого выхлопа токсичных газов.

Ресурс катализатора составляет ориентировочно от 100000 до 200000 километров пробега, но если двигатель на этом этапе работал без пропусков воспламенения в цилиндрах или их было незначительное число раз, то функционирование достигает и до 500000 км.

Как уберечь катализатор от повреждений и раннего износа?

Для этого необходимо знать причины, вызывающие ранний износ или его повреждение

Прежде всего необходимо обращать внимание к качеству заливаемого в бензобак топлива. В случае некачественного топлива, насыщенного искусственно ферритами, марганцем и другими инородными веществами, включая водяной конденсат, происходит засорение микроканалов, что приводит к противодавлению в выхлопной системе

Обратный отскок выхлопных газов значительно нарушает работу газораспределительного механизма и в силу поступления в впускной тракт горячих отработанных газов усиливает износ поршневой группы и клапанов. Такое явление на некоторых типах автомобилей учитывается и устанавливается специальное устройство, называемое рециркулятором.

В бензиновых двигателях может быть внутренняя система рециркуляции и внешняя. Внутренняя система проектируется таким образом, чтобы выпускной клапан оставался некоторое время открытым в то время, когда уже открылся впускной клапан. Такое положение клапанов называют «перекрытием», обеспечивающей внутреннюю рециркуляцию газов и не требующей дополнительных компонентов. Внешняя работает с дополнительным компонентом, называемым клапан рециркуляции (EGR).

Благодаря системе рециркуляции отработанные газы, попадающие обратно во впускную систему, охлаждаются, что снижает расход топлива и количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу.

Следующим фактором, влияющим на износ катализатора, является неисправность двигателя. Несбалансированная работа двигателя влечет к изменению топливоподачи. Топливо в значительном количестве начинает поступать в катализатор, забивая микроканалы и эффективность его резко падает. И, наоборот, если в систему поступает слишком мало топлива, бедная смесь, то катализатор начинает сильно греться, вызывая очень высокую температуру (выше 800 градусов), вследствие чего элементы с драгметаллом начинают плавиться. И в том, и в другом случае дорогостоящий катализатор подлежит замене, так как ремонту он не пригоден.

Механические удары также могут быть причиной раннего износа катализатора, так как в образовавшуюся трещину начинает поступать воздух вызывая перегрев и проникновение инородных частиц, забивающих микроканалы, препятствующих прохождению отработанных газов.

Катализатор является частью выхлопной системы двигателя и соответственно его неисправность отражается на работе мотора. В основном неисправность катализатора выражается в его разрушении (на основе керамики) или оплавлении (на металлической основе), а также в засорении микроканалов. Если катализатор начал плохо пропускать отработанные газы, то это отразится на работе двигателя:

• трудный продолжительный запуск;
• заводится и глохнет;
• падает тяговая характеристика;
• увеличивается расход топлива;
• возникает неприятный запах, напоминающий сероводород;
• при разгоне возникают провалы;
• горит аварийная лампа неисправности двигателя.

Результативность применения нейтрализаторов

Принцип работы катализатора выхлопных газов построен на химических свойствах некоторых веществ усиливать или нейтрализовать действие других. Внутренние камеры фильтрующего оборудования покрыты напылением палладия, платины, родия, которые катализируют процессы окисления несгоревших частиц топлива (углеродных соединений), угарного газа и оксида азота. В результате вредоносные для экологии соединения трансформируются в водяной пар, углекислый газ и обычный азот.

Эффективность применения такого оборудования подтверждают проводимые исследования. Они же фиксируют и снижение результативности катализаторов в процессе эксплуатации авто. Деформированные, оплавленные, забитые камеры оборудования не только не справляются с основной задачей – нейтрализацией токсических веществ, но и негативно влияют на работу транспортного средства.

Катализатор: устройство и принцип работы

О том, что оборудование вышло из строя и требует замены, может просигнализировать датчик на приборной панели. Принцип работы датчика катализатора довольно прост: в его основе анализ температурного режима. При использовании топлива низкого качества, топливно-воздушная смесь провоцирует перегрев системы или образует недостаточно высокую температуру. Перегрев провоцирует оплавление оборудования и плохую проходимость газов по выхлопной трубе, недостаточный нагрев запускает процесс дополнительного впрыскивания топлива, которое не расходуется и забивает фильтры. И в одном, и во втором случае датчик срабатывает, оповещая об ошибке «Check Engine».

Срок службы и причины выхода из строя

Стандартный срок эксплуатации катализаторов зависит от нескольких параметров:

• марки автомобиля;
• вида оборудования;
• качества топлива;
• качества дорожного покрытия.

В Европе он составляет от 100 000 до 200 000 км пробега. У нас длительность эксплуатации в среднем не превышает трех лет или 80-100 000 км пробега. Это связано с возникновением сезонных проблем дорожного покрытия во многих городах России, которые приводят к деформации камер катализатора.

Что делать со старым катализатором ?

Ездить с неисправным автомобильным катализатором категорически нежелательно. Он провоцирует уменьшение мощности двигателя, увеличивает потребление ГСМ, способствует ухудшению экологии, а также провоцирует опасную непроходимость выхлопных газов. Вышедшее из строя оборудование автомобилисты заменяют на новое или удаляют вовсе, так как восстановлению и очистке оно не подлежит. Отработанные катализаторы с накопленными токсическими веществами нежелательно хранить в гараже или выбрасывать в мусор. Их можно продать или сдать для дальнейшей утилизации.

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.

Устройство и принцип работы каталитического нейтрализатора

Автомобильный катализатор встраивается в выхлопную систему транспортного средства. Он располагается сразу же после выпускного коллектора силового агрегата. В состав узла входят следующие основные детали:

• стальной корпус;
• термостойкая прокладка (утеплитель);
• блок-носитель.

1. Корпус каталитического нейтрализатора делается в виде стальной цилиндрической емкости, в которой имеется два отверстия для входа и выхода выхлопных газов. Соединение с трубами глушителя производится при помощи фланцев.
2. Термостойкая прокладка применяется для предотвращения проникновения газов в обход нейтрализующего блока. Одновременно утеплитель препятствует быстрому охлаждению выхлопных газов. Высокая температура внутри катализатора ускоряет протекание реакции между отработанными газами и металлом. По этим же соображениям узел устанавливается максимально близко к мотору.
3. Наиболее дорогостоящей и сложной частью автомобильного катализатора является блок-носитель. Основой блока становится керамическая вставка, которая изготовлена в виде сот. Такая форма позволяет увеличить площадь поверхности, где соприкасаются летучие вещества с катализатором.

Для каталитического разложения продуктов горения бензина и солярки используются такие драгоценные металлы, как родий, палладий или сплав платины и иридия. Некоторые производители делают блок-носитель из керамической ленты, которую в процессе производства сворачивают в компактный рулон цилиндрической формы.

Принцип работы автомобильного катализатора достаточно прост. Выхлопные газы попадают внутрь нейтрализатора, где соприкасаются с благородным металлом.

Благодаря высокой температуре в блок-носителе происходит несколько химических реакций. В результате опасные соединения (СО, СН, NO, NO₂) превращаются в пары воды и достаточно безвредные газы N₂, CO₂. За процессом следят специальные датчики (лямбда-зонды), которые всю информацию передают в «мозги» машины.

Полностью обезвредить выхлопные газы не способен ни один каталитический нейтрализатор, но добиться существенного снижения концентрации опасных соединений удается благодаря этому изобретению.

Автомобильный катализатор: что это

Каталитический нейтрализатор – элемент выхлопной системы мотора, предназначенный для очистки отработанных газов перед их выбросом в атмосферу. Необходимость разработки данного узла автомобильного мотора возникла в 60-х годах прошлого века, когда мировое сообщество озаботилось состоянием экологии на планете. В то время уровень выбросов из выхлопных труб автомобилей не был установлен на законодательном уровне.

Катализатор предназначен для нейтрализации вредных выхлопов автомобиля и является частью выхлопной системы авто

Первые стандарты содержания токсичных продуктов в выбросах автомобилей были введены в 1970-м году. Автопроизводителей обязали оснащать машины устройствами, снижающими объёмы угарного газа и продуктов сгорания углеводородов. С 1975 года каталитический нейтрализатор стал обязательной деталью всех сходящих с конвейера автомобилей.

Производители устанавливают на автомобили три вида катализаторов:

1. Керамические – используют механический способ очистки выхлопных газов. Состоят из керамических пластин, покрытых драгметаллами. Максимальный ресурс работы этого вида – 100 тысяч километров. Однако при плохом качестве топлива его замена требуется уже после 70–80 тысяч километров пробега.
2. Металлические – их начинка состоит из металлических сот, обладающих повышенной упругостью. Конструкция таких деталей надёжная и более прочная, по сравнению с керамическими катализаторами.
3. Спортивные – самые надёжные модели, но при этом имеющие высокую стоимость. Изготовлены из металла, но обладают большей пропускной способностью, нежели два предыдущих варианта.

Из чего состоит и как работает

Основа катализатора – керамические соты

Конструктивно каталитический нейтрализатор представляет собой выполненную в форме сот керамическую подложку, вставленную в металлический корпус и защищённую теплоизоляционными материалами. Мелкие ячейки прибора имеют специальное покрытие – рабочий состав. Покрывающий соты состав – это сплав платины, родия и палладия, драгоценных металлов, стоимость которых превосходит золото как минимум в два раза.

Сотовая конструкция катализатора увеличивает площадь соприкосновения токсичных газов с нейтрализующей их поверхностью. Остатки вредных веществ мгновенно догорают и не попадают в атмосферу.

Катализатор состоит из следующих деталей:

• Корпус с входным и выходным патрубками;
• Керамический блок с пористой структурой;
• Каталитический слой – напыление на ячейках керамического блока;
• Датчик (лямбда-зонд) – прибор, показывающий загрязнённость газов после очистки;
• Металлический кожух – выполняет функцию теплоизоляции и защищает корпус от механических повреждений.

Устройство катализатора в разрезе

Деталь устанавливают после выхлопной трубы двигателя или во фланце выпускного коллектора. Такое расположение необходимо для эффективной работы катализатора, поскольку нейтрализация токсических веществ возможна только при высоких температурах. Работа узла происходит следующим образом:

1. Выхлопные газы по входному патрубку направляются внутрь детали и попадают на керамический блок, заполняя ячейки.
2. Металлы-катализаторы окисляют несгоревшие углеводороды и угарный газ.
3. Восстановительный металл родий нейтрализует оксид азота и превращает его в безвредное вещество.
4. Через выходной патрубок в атмосферу выводится чистый газ.

В момент прогрева двигателя катализатор бездействует, и это является существенным недостатком разработанных на сегодняшний день моделей. Трудность организации правильной работы узла состоит в опасности его перегрева. Если расположить катализатор ближе к двигателю, срок работы резко уменьшится из-за систематического перегрева. Большинство автопроизводителей располагают деталь в области правого переднего колеса, где существует возможность поддержания температуры на оптимальном уровне.

Для чего скупают

Каталитический нейтрализатор – одна из деталей, продолжающих интересовать потребителя даже по окончании срока службы. В интернете всё чаще встречаются объявления о скупке автомобильных катализаторов многочисленными бизнесменами. Причина этому – содержание в детали напыления из драгоценных металлов.

Количество драгметаллов зависит от модели и массы катализатора. В среднем показатели следующие:

• Серебро – от 5,5 до 15 г;
• Палладий – от 0,05 до 4,95 г;
• Платина – от 0,1 до 1 гр.

Отработанные катализаторы скупают из-за содержания в них в малом количестве драгоценных металлов

Извлечение из деталей драгоценных металлов – технологически сложный и невыгодный в домашних условиях процесс. Сделать это можно только в больших объёмах с применением специального оборудования и реагентов.

Виды катализаторов

Автопроизводители оснащают свои модели тремя видами нейтрализаторов:

1. Керамические

Применяются в американском и европейском автопроме и представляют собой пластины в виде сот, сделанных из керамики и покрытых драгметаллами с каталитическими качествами типа золота, палладия, платины, родия. Благодаря ячеистой конструкции они получают большую площадь соприкосновения с выхлопными газами для эффективной работы.

Стоимость такого оборудования невелика, а предельный ресурс работы достигает 100 000 км пробега, что менее надежно по сравнению с металлическими из-за деформации от даже слабого удара.

Негативную роль могут играть для керамики некачественный бензин, температурные перепады, продолжительный холостой ход, частые поездки по пересеченной местности и выбоинам, а также проникновение антифриза или масла в камеру сгорания.

Когда соты забиваются, устройство перестает производить очистку, выделяя характерный сероводородный запах. При регулярных перебоях в работе мощность силового агрегата падает, сам прибор подвергается плавлению из-за повышенной температуры и уменьшает диаметр отверстия выхлопной трубы.

Катализатор керамический

2. Металлические

Такое исполнение надежнее и прочнее, редко подвергается деформациям или повреждениям. Внутри него есть покрытие, ускоряющее и улучшающее газоочистку. Долговечность и содержание ценных металлов удорожает изделие, но позволяет его выгодно продать даже после поломки.

Среди ключевых достоинств следует отметить:

• Стойкость к неполадкам системы зажигания;
• Устойчивость к температурным перепадам, коррозии вследствие проникновения влаги, к механическим повреждениям;
• Долговечность.

Катализатор металлический

3. Спортивные

Этот тип отличается улучшенной конструкцией, большой пропускной способностью и температурной устойчивостью. Они также изготавливаются из металла, но имеют напыление драгметаллами в 8 раз выше, чем у «соплеменников».

Спортивные варианты редко забиваются, не боятся рабочих температур 300-400 градусов выше привычных для такого оборудования и станут практичным выбором для подержанных автомобилей, которым смогут продлить срок службы двигателя.

Катализатор спортивный