Выхлоп двигателя с катализатором

Каталитический нейтрализатор выхлопных газов (катализатор): что это такое, как проверить и на что заменить

Сколько сегодня автомобилей существует в мире? Специалисты утверждают, что количество легкового автотранспорта составляет более 1 миллиарда шт, и с каждым годом растут показатели вредных веществ, выбрасываемых ими в атмосферу. Для того, чтобы обезопаситься от токсичных выбросов, все автомобили с середины ХХ века оснащаются каталическими нейтрализаторами.

Автомобильный катализатор выхлопных газов устанавливают на выхлопные системы с начала 70-х годов. Примерно в то же время были разработаны первые нормы по содержанию и химическому составу вредных веществ в выхлопных газах двигателей.

Катализаторы устанавливаются на все выхлопные системы современных автомобилей с двигателем внутреннего сгорания и служат для уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу.

Где находится катализатор?

Так как для его работы необходима высокая температура, подобные элементы всегда устанавливают сразу после выпускного коллектора или же встраивают в сам коллектор автомобиля.

Катализаторы оборудуются «лямбда-зондами» (работают по принципу анализа содержания кислорода), которые анализируют его работу и сообщают бортовому компьютеру в случае нарушений в его работе.

Рассмотрим устройство катализатора. Данный узел состоит из стального корпуса с теплозащитными экранами. Внутри находится сам платиновый каталитический нейтрализатор, который выполнен в форме секций со множеством отверстий. С целью увеличения площади контакта с выхлопными газами отверстия имеют форму «сот» различного сечения (наподобие пчелиных). На внутренние поверхности сот нанесено действующие химические вещество, в состав которого входят драгоценные металлы, в основном платиновой группы, а также родий, палладий. Вследствие химической реакции, после прохождения через «соты», вредные для окружающей среды токсичные газы перерабатываются в относительно нетоксичные.

Подобные реакции протекают при условии высоких температур. Выхлопные газы двигателя попадают в выпускной коллектор при температуре примерно в 500-1000 С. Эффективная работа катализатора возможна при температуре более 300 С.

Основные типы катализаторов

По количеству производимых реакций существуют:

Односторонние и двусторонние. В данном случае выполняется одна либо две химических реакций. Применяются, как правило, в дизельных двигателях. В таких катализаторах угарный газ преобразуется в менее вредный углекислый, окисляется и «догорает» не сгоревшее топливо, распадаясь на водяные пары и углекислый газ.
Трехсторонние. Выполняется соответственно 3 химических реакции. В таких элементах окись азота дополнительно разделяется на кислород и азот.
Катализатор топлива (его горения). Специальные присадки в топливо, которые обеспечивают больший процент сгорания топлива в цилиндрах, и как следствие, увеличение КПД и уменьшение количества токсичных выбросов. В состав катализатора такого типа входят растительные компоненты, литий, медь, многоатомные спирты.
Магнитно стрикционные катализаторы. Принцип их работы заключается в обработке топлива специальным устройством, вследствие чего значительно улучшаются показатели топлива, увеличивается его насыщенность кислородом. С вопросом «как проверить катализатор?» подобной системы лучше обращается к специалистам.

Существуют следующие виды катализаторов выхлопной системы:

С каталитическим нейтрализатором из жаропрочной стали.
С каталитическим нейтрализатором из керамики.
Катализаторы для спортивных автомобилей (с увеличенным сечением сот).
Катализаторы для бензиновых двигателей.
Катализаторы для дизельных двигателей.
Катализаторы, установленные в секциях глушителя (распространено на мотоциклетной технике в Европе).

Вместе со всеми неоспоримыми плюсами эксплуатации катализаторов стоит отметить, что при нормальных условиях эксплуатации двигателя каталитический нейтрализатор исправно служит около 100000 километров. Затем необходимо обратиться в сервисный центр для осмотра, диагностики и замены изношенных элементов.

Платиновый катализатор имеет один очевидный минус: его высокая стоимость, которая может доходить до 80-100 тыс. руб. и выше. Для владельцев подержанных машин с большим пробегом это значительная проблема, так как зачастую, чтобы заменить забитый катализатор, придется заплатить практически треть стоимости самого автомобиля.

Очень часто из-за некачественного топлива или нарушения режима работы двигателя, каналы катализаторов забиваются остаточными продуктами горения топлива, либо разрушается при воздействии высоких температур и вибраций. В случае поломки данного узла нарушается нормальная проходимость газов, в результате чего есть вероятность попадания мелких частей катализатора в камеру сгорания вместе с отработавшими газами (которые не прошли сквозь забитые соты), что может привести к различным повреждениям поршневой группы. Неисправности катализаторов рекомендуется устранять в кратчайшие сроки.

Самые распространенные поломки катализатора — это разрушение его сот или накопление в них твердых продуктов сгорания топлива (сажа и.т.д).

Признаки забитого катализатора:

ошибка Check Engine (с соответствующим кодом);
значительное падение мощности;
замедленный, слабый поток газов из выхлопной системы;
значительное увеличение расхода топлива;
сложности при холодном запуске двигателя.

В случае, если при высоких оборотах слышен дребезжащий звук в области катализатора, возможно каталитический элемент разрушен, и его обломки бьются о стенки кожуха.

Зачастую симптомы забитого катализатора проявляются не сразу, поэтому не рекомендуется продолжать эксплуатацию с катализаторами, которые «прошли» отведенные километры.

Как проверить катализатор на предмет затрудненной проходимости?

Низкая эффективность катализатора — один из признаков того, что соты забиты, а выхлопная системы требует доработки.

Самый надежный способ проверки работы катализатора — это визуальный осмотр. Желательно полностью выполнить снятие узлов катализатора для его тщательной проверки. Каталитический нейтрализатор, который требует замены, выглядит как на фото выше. Едкий, ненормальный запах выхлопа также может указывать на неисправность катализатора.

В случае обнаружения забитых каналов или повреждения элементов каталитический нейтрализатор подлежит очистке либо замене.

Еще один из надежных способов — это проведение анализа выхлопных газов. Если же нет возможности разборки выхлопной системы или проведения анализов, определить состояние каталитического нейтрализатора поможет измерение давления в пространстве между выпускным коллектором и катализатором.

Подобный замер можно выполнить, вкрутив пневматический манометр в место установки лямбда зонда, (потребуется переходник) до катализатора. Показания снимаются после прогрева двигателя и на средних оборотах двигателя. Нормальное давление на этом участке выхлопной системы составляет около 0,3-0,35 кг/см куб. Однако замер давления не поможет оценить повреждены ли каталитические нейтрализаторы механически, а показатель давления может отличаться у различных моделей и модификаций двигателей.

Как решить проблему забитого катализатора без дорогостоящего ремонта?

Прежде всего следует попробовать восстановление катализатора. Восстановить катализаторы возможно только в случае, если они имеют целостную структуру и не имеют механических повреждений. Если двигатель эксплуатировать в штатном режиме, когда катализатор забивается не критично, его вполне можно спасти очисткой специальной смесью.

Необходимо приобрести специальный очиститель каталитического нейтрализатора, аккуратно выбить секции катализатора (потребуется распил корпуса с дальнейшим восстановлением) и обработать выбитый элемент согласно инструкции производителя химического состава.

Возможно, выбивание катализатора подойдет как временная «аварийная» мера, но не как решение проблемы. На большинстве современных автомобилей те самые «лямбда-зонды» связаны с электронным блоком управления двигателем, а их показания учитываются при подготовке топливовоздушной смеси. Как минимум в таком случае придется перенастраивать «мозг» своего двигателя на работу без катализатора.

Что делать, если катализатор прогорел?

Простым и проверенным способом решения вопроса будет удаление катализатора. При наличии минимального количества инструментов рядовой автолюбитель может легко вырезать в металлическом корпусе окно (его потом герметично заваривают полуавтоматом) и убрать катализатор механически. Данный способ надежен, а главное, не требует значительных вложений в ремонт. Выбор очевиден, зачем платить больше? Но не стоит забывать, что таким образом вы значительно увеличите количество вредных веществ производимых двигателем.

Еще одно распространенное решение — это замена катализатора на пламегаситель.

Пламегаситель – стальная гофрированная труба, заизолированная специальным негорючим материалом (минеральная вата либо металлическая стружка), вся конструкция заключена в кожух. При прохождении пламегасителя выхлопные газы расширяются и заполняют пространство между кожухом и трубой. Сталкиваясь с негорючими материалами, они теряют часть энергии.

Замена катализатора на пламегаситель: плюсы и минусы

Очевидно, что устанавливая пламегаситель вместо катализатора, нельзя говорить о полноценной замене одного узла другим. В первую очередь, установка пламегасительного оборудования вместо катализаторов скажется на количестве выбросов.

Не рекомендуется установка пламегасителя вместо катализатора, в случае если автомобиль передвигается по территории Евросоюза. На территории Европы катализаторы подлежат обязательной замене после 100 тысяч километров вне зависимости от их состояния.

Установка пламегасителя поможет стабилизировать выхлопную систему, снизит температуру выхлопных газов, но не решит проблему. С другой стороны, пламегасители дешевле новых катализаторов, и с точки зрения экономии бюджета это почти идеальный способ отладить выхлопную систему.

Одним из компромиссных решений будет — найти и установить универсальный катализатор. Стоимость таких элементов в несколько раз дешевле оригинальных, но так же обеспечит штатную работу двигателя, с соблюдением экологических норм. Вероятно, все-таки придется адаптировать прошивку под новый выхлоп и подвергнуть проверке работу всего выхлопа.

Автовладельцы, установившие на свой мотор подобное устройство, могут смело проходить техосмотр и быть уверенными в экологичности своего транспортного средства.

Катализатор: устройство и принцип работы

Требования к экологической чистоте транспорта становятся все жестче, поэтому инженеры автопроизводителей работают над улучшением устройств, отвечающих за очистку выхлопных газов. Одним из них стал катализатор, устройство и принцип работы которого будет рассматриваться далее. Это ответ на все рассуждения по поводу того, что можно оптимизировать качество моторного масла, топлива, рассчитывать оптимальную смесь, при которой происходит лучшее сгорание, но для этих улучшений в какой-то момент приходит предел.

Ужесточение требований к составу выхлопных газов, образующихся при полноценной работе двигателя внутреннего сгорания, приводит к необходимости использовать более прогрессивные решения для очистки. В состав современной выхлопной системы обязательно входят элементы системы дополнительной очистки: сажевый фильтр, нейтрализатор, система дожига топлива. Их задача состоит в минимизации вредных соединений, которые выбрасываются ТС в атмосферу во время движения.

Устройство катализатора

Катализатор представляет собой компонент, необходимый для нейтрализации вредных соединений, являющихся составными частями выхлопов. При сгорании топлива формируются углеводороды, окрашивающие выходящие газы в темный цвет, оксидов азота и углерода. Эти соединения и вызывают у экологов негативные реакции.

Работа нейтрализатора, изначально присутствующего в выхлопной системе, направлена на окислительно-восстановительные химические реакции, приводящие к образованию безвредных веществ: воды, углекислого газа и азота. Это треступенчатые нейтрализаторы, которые и используются в большинстве автомобилей последних моделей. Принцип работы автомобильного катализатора обеспечивает превращение опасных для экологии газов в безопасные соединения, выходящие в атмосферу.

Работа нейтрализатора не требует каких-то вспомогательных источников энергии, так как активное покрытие обеспечивает протекание любых реакций. Рабочая температура элемента достаточно высокая, поэтому он находится за выпускным коллектором, но не слишком близко к мотору, чтобы не перегреваться. Такое расположение обеспечивает выход на рабочий режим за счет разогрева раскаленными выхлопными газами.

Принцип работы катализатора обеспечивает его полноценное функционирование после полного прогревания. Контролировать его работу должны лямбда-зонды – датчики кислорода, установленные перед входом в катализатор и после выхода из него. Для электронного блока управления важной является информация по количеству остаточного кислорода в выхлопе, по которому делаются выводы о функционировании мотора. Если требуется коррекция, то ЭБУ передает сигнал на увеличение или уменьшение воздушной и топливной подачи в систему камер сгорания.

Особенности конструкции

Если принцип работы катализатора выхлопных газов понятен, то можно сказать несколько слов об его устройстве. Нейтрализатор состоит из нескольких ключевых компонентов:

Сразу за выпускным коллектором размещен цельный стальной корпус, внутри которого есть термоизолирующий слой, защищающий основной компонент.
Нейтрализатор имеет наполнитель в виде сотовой структуры, покрытой внутри активным слоем. В зависимости от производителя устройства в качестве каталитического вещества может использоваться родий, платина, палладий, платиново-иридиевый сплав. Сотовая структура обеспечивает повышение площади контакта газов с активным вещество, поэтому химические реакции проходят более интенсивно.
Наполнитель изготовлен из металла или керамики. Выбор материала зависит от конструкции и конечной стоимости оборудования.

Принцип работы

Принцип работы катализатора в автомобиле достаточно прост и базируется на определенной последовательности химических реакций:

Внутренняя поверхность сот покрыта драгоценными металлами, которые отвечают за активацию процессов окисления.
Оксид азота в результате реакции разлагается на атомы азота и кислорода. Азот объединяется в молекулы, образуя устойчивый азот. Кислород соединяется с угарным газом до образования углекислого газа.
Катализатор захватывает из выхлопных газов остаточный кислород, расщепляет углеводороды, давая на выходе такие соединения, как углекислый газ и вода.
Остаточный кислород на выходе из катализатора фиксируется лямбда-зондом, чтобы передать сведения о работе устройства штатному бортовому компьютеру.

Исправное устройство в оптимальных условиях не накапливает ничего внутри себя: все вещества, которые поступают в нейтрализатор, покидают его сотовую структуру. Но добиться этого практически невозможно, поэтому со временем происходит деградация каталитического нейтрализатора, что не дает ему полноценно справляться с задачей.

Классификация

Катализаторы можно разделить на категории по функциональности: на двух- и трехкомпонентные. Первый тип работает только с обезвреживанием угарного газа с углеводородами. Такие модели считаются устаревшими, поэтому не устанавливаются на автомобилях новых версий. Трехкомпонентные обеспечивают нейтрализацию оксида азота. Этот вид теперь устанавливается на всех современных автомобилях.

Если говорить о материале изготовления, то принято выделять керамические, металлические и спортивные:

Керамические считаются самыми дешевыми, но это и наиболее хрупкие катализаторы. При ударе по корпусу происходит разрушение сердцевины. Устройства страдают от перепадов температур, сбоев в системе зажигания авто. Катализатор может постепенно разрушаться, что приводит к образованию большого количества мелкой пыли, которая проникает сквозь выпускной коллектор в мотор, что приводит к поломкам. В результате всех этих неполадок может потребоваться капитальный ремонт.
Металлические – это дорогие, но надежные устройства, изготовленные из металлической структуры в виде сот. Она отличается упругостью и устойчивостью к механическим и температурным воздействиям. Металл не способен образовывать мелкие частицы, поэтому для двигателя он не представляет опасности.
Спортивные отличаются повышенной пропускной способностью, поэтому мотор становится мощнее на несколько процентов. Спортивные монтируются в прямоточные системы выхлопных газов. Их считают наиболее надежными, хоть они и самые дорогостоящие.

Срок службы катализатора

Для катализатора средний ресурс составляет 100 тысяч километров пробега, но в условиях правильной эксплуатации он способен исправно отработать до 200 тысяч. Ранний износ может произойти из-за низкого качества топлива (топливно-воздушной смеси) и проблем с мотором.

Если топливная смесь обедненная, то случается перегрев нейтрализатора, если слишком богатая, то это приводит к засорению пористого блока остатками несгоревшего топлива, из-за чего не протекают необходимые химические реакции. Это вызывает проблемы в работе катализатора с его ускоренным выходом из строя.

Механические повреждения тоже часто приводят к возникновению неисправностей. Удары и различные механические воздействия приводят к возникновению трещин. Это становится причиной стремительного разрушения блоков.

Если возникает любая неисправность, каталитический нейтрализатор начинает хуже работать, что можно понять по показаниям, поступающим в ЭБУ от лямбда-зонда, установленного на выходе из нейтрализатора. Сообщение о неисправности может высвечиваться на приборной панели в виде ошибки «Check Engine». Помимо этого, о выходе из строя свидетельствует ухудшение динамики, увеличение топливного расхода и дребезжание при движении.

В такой ситуации требуется его замена на новый. При этом можно установить новый оригинальный компонент либо воспользоваться универсальным. Восстановление или чистка не возможны, а так как новый компонент обычно стоит довольно дорого, многие автовладельцы предпочитают удалить его.

Удалить катализатор: можно или нет

Так как повлиять на принцип работы датчика катализатора невозможно, и он будет выдавать ошибку, если компонент вышел из строя, то многие автовладельцы предпочитают использовать альтернативные довольно радикальные подходы. Чаще всего просто удаляют катализатор, а на его место устанавливают пламегаситель, который выравнивает поток выхлопных газов. Его рекомендуется использовать для устранения неприятных шумов, сопровождающих движение транспорта, у которого отсутствует катализатор.

Если было решено удалить катализатор, то рекомендуется его полностью снять, а не прибегать к рекомендации автомобилистов просто пробить отверстие в нем. Такая процедура способна слегка улучшить ситуацию на некоторое время.

В машине, которая соответствует экологическому стандарту Евро-3, требуется не только удалить катализатор, но и выполнить перепрошивку ЭБУ. Обновление выполняется до версии, в которой каталитический нейтрализатор отсутствует.

Дополнительно можно установить эмулятор сигнала от кислородного датчика, чтобы не потребовалось перепрошивать ЭБУ полностью.

Самое лучшее решение при поломке каталитического нейтрализатора – это его замена на оригинальный компонент в рамках специализированного сервиса, где работают профессиональные мастера с достаточным опытом. Это обеспечивает исключение вмешательства в конструкцию автомобиля, поэтому сохранится соответствие его экологического класса стандарту, прописанному производителем.

Самостоятельная диагностика работы катализатора

Если машина стала ездить хуже, а на приборной панели загорелся «чек», то можно отправиться в сервисный центр, где после тщательной диагностики станет понятно, что произошло. Однако можно самостоятельно выполнить элементарную диагностику функционирования катализатора:

Оценить оттенок выхлопа: если он черный, то это явный признак того, что нейтрализатор не работает, поэтому через него и проходят все вредные вещества и газу наружу.
Оценить давление газов, выходящих наружу: если приложить ладонь к отверстию выхлопной трубы, то напор должен быть высоким. Если он низкий, то это свидетельствует о необходимости замены катализатора.
После длительной поездки заглянуть под машину: если корпус катализатора раскален, то можно говорить о снижении его пропускной способности.
В сервисе можно проверить давление выхлопа и сравнить его с показателями эталонных данных. Для определения давления манометр размещается там, где обычно установлен лямбда-зонд.
Визуально можно оценить демонтированный нейтрализатор выхлопа на предмет оплавления, засорения или выгорания.

Заменить катализатор требуется после того, как точно установлено, что проблемы в работе автомобиля возникли из-за оплавленных или забитых сот. Но рекомендуется отыскать причину, по которой случилось засорение нейтрализатора, так как после установке нового элемента он тоже может пострадать от тех же неполадок. Поэтому в современных авто все системы связаны очень сильно, для чего используется большое количество датчиков.