Что такое катализатор Автоблог

Катализатор автомобильный (каталитический нейтрализатор) как это работает

Каталитический нейтрализатор (конвертер) представляет собой устройство контроля выбросов выхлопных газов, которое превращает токсичные газы и загрязняющие вещества в выхлопных газах двигателя внутреннего сгорания в менее токсичные загрязняющие вещества, катализируя окислительно-восстановительную реакцию (реакцию окисления и восстановления).

Катализаторы обычно используются с двигателями внутреннего сгорания, работающими на бензине или дизельном топливе.

  1. Принцип работы
  2. Конструкция
  3. Типы каталитических нейтрализаторов
  4. Двухступенчатый
  5. Трёхступенчатый
  6. Где и как расположен катализатор
  7. Катализатор дизельного двигателя

Принцип работы

В химии катализатор — это вещество, ускоряющее или вызывающее химическую реакцию, но само при этом не расходующееся. Такими веществами являются золото, никель, палладий, медь, родий, хром и большинство драгоценных и редких металлов.

В процессе работы автомобильного двигателя образуются выхлопные газы. Эти газы попадают в выпускной коллектор и далее — в каталитический преобразователь.

Выхлопной газ, состоящий из токсичных веществ, проходит через структуру нейтрализатора. Вещества-катализаторы в составе конвертера вызывают химические реакции, преобразующие вредные вещества в безвредные.

Современный нейтрализатор использует два катализатора, а именно — катализатор восстановления и катализатор окисления.

Катализатор окисления изготовлен из палладия и платины, а катализатор восстановления — из родия и платины. В результате реакций в каталитическом преобразователе образуются: углекислый газ, азот, вода .

Конструкция

Каталитический преобразователь представляет собой металлический корпус из нержавеющей стали, в котором есть сердцевина с сотовой структурой. Она покрыта драгоценными металлами, такими как платина и родий. Эти металлы реагируют с выхлопными газами двигателя. Они уменьшают содержание токсичных газов, превращая их в углекислый газ и воду.

Керамическая конструкция дешевле в производстве, но у неё есть большой минус — хрупкость. Достаточно небольшого удара, чтобы керамические соты треснули и осыпались.

В первую очередь катализатор реагирует с окисью углерода, образующейся при сгорании бензина. Он также реагирует с углеводородами, образованными несгоревшим топливом и оксидами азота. Таким образом, нейтрализатор превращает эти газы в менее вредные побочные продукты, такие как диоксид углерода, водяной пар и азот.

Чтобы катализатор был эффективным, его температура должна быть около 400 °C. Вот почему они обычно соединены с выпускным коллектором. По этой же причине датчики кислорода имеют нагревательные элементы.

Типы каталитических нейтрализаторов

Есть три разных типа автомобильных катализаторов. Первый тип — катализатор окисления. Он уменьшает вредные загрязнения, такие как угарный газ (CO) и углеводороды топлива (HC) в выхлопе. Одновременно часто используется вторичный впрыск воздуха. Однако катализатор окисления уменьшает только часть загрязняющих веществ.

Двухступенчатый

Второй тип — двуступенчатый каталитический нейтрализатор, который является более совершенным. Работает в два этапа. Есть два элемента, которые расположены один за другим.

Двусторонний (или «окислительный») каталитический нейтрализатор имеет две одновременные задачи:

  1. Окисление оксида углерода до диоксида углерода:
    2CO + O2 → 2CO2 .
  2. Окисление углеводородов (несгоревшего и частично сгоревшего топлива) до диоксида углерода и воды:
    CxH2x + 2 + [(3x + 1) ⁄ 2] O2 → xCO2 + (x + 1) H2O (реакция горения).

Этот тип автомобильных катализаторов широко используется в дизельных двигателях для снижения выбросов углеводородов и окиси углерода. Они также использовались на бензиновых двигателях в автомобилях американского и канадского рынков до 1981 года. Из-за неспособности контролировать оксиды азота они были заменены трехступенчатыми нейтрализаторами.

Трёхступенчатый

Третий тип — это трёхступенчатый каталитический нейтрализатор. Начал использоваться с 1981 г. Он преобразовывает вредные газы, выходящие из двигателя, в безвредные.

Выхлопные газы двигателя содержат опасные вещества, которые наносят вред окружающей среде. К ним относятся оксиды азота, углеводороды и оксид углерода. Трехступенчатый катализатор превращает их в менее вредный диоксид углерода, воду и азот.

Три ступени очистки выхлопных газов выглядят так:

  1. Восстановление оксидов азота до азота (N2):
    2 CO + 2 NO → 2 CO2 + N2
    углеводород + NO → CO2 + H2O + N2
    2 H2 + 2 NO → 2 H2O + N2;
  2. Окисление угарного газа до углекислого газа:
    2 CO + O2 → 2 CO2;
  3. Окисление несгоревших углеводородов (HC) до диоксида углерода и воды в дополнение к вышеуказанной реакции NO:
    углеводород + O2 → H2O + CO2;
Читайте также:  Как зарядить телефон без зарядки рабочий способ

Эти три реакции происходят наиболее эффективно, когда катализатор получает выхлоп от двигателя, работающего немного выше стехиометрической точки. Для сжигания бензина это соотношение составляет от 14,6 до 14,8 частей воздуха на одну часть топлива. Эффективность преобразования очень быстро падает, когда двигатель работает вне этих пределов.

При бедной смеси выхлоп содержит избыточный кислород и это не способствует реакции восстановления NOx. При богатой смеси избыточное топливо потребляет весь доступный кислород перед нейтрализатором, оставляя для функции окисления только кислород, находящейся в катализаторе.

Трёхступенчатый конвертер является единственным устройством, которое уменьшает количество всех трёх загрязнителей за один раз. Такой способ очистки наиболее экономичный.

Большинство автопроизводителей используют в своих транспортных средствах именно трехступенчатые нейтрализаторы, которые соответствуют строгим нормам выбросов.

Где и как расположен катализатор

В большинстве транспортных средств каталитический нейтрализатор расположен рядом с выпускным коллектором двигателя. Преобразователь быстро нагревается благодаря воздействию очень горячих выхлопных газов, что позволяет снизить вредные выбросы во время прогрева двигателя. Это достигается путем сжигания избыточных углеводородов, которые образуются в результате обогащенной смеси, необходимой для холодного пуска.

В некоторых трехкомпонентных катализаторах есть системы впрыска воздуха, который подается между первой (восстановление NOх) и второй (окисление углеводородов и СО) ступенью преобразователя.

Как и в двухступенчатых преобразователях, этот нагнетаемый воздух обеспечивает кислород для реакций окисления. Также иногда присутствует точка впрыска воздуха выше по потоку, перед каталитическим нейтрализатором, чтобы обеспечить дополнительный кислород только во время прогрева двигателя.

Это приводит к тому, что несгоревшее топливо воспламеняется в выхлопном тракте, тем самым предотвращая его попадание в каталитический конвертер. Этот метод сокращает время работы двигателя, необходимое для достижения рабочей температуры катализатора.

Большинство новых автомобилей имеют электронные системы впрыска топлива и не требуют впрыска воздуха в своих выхлопных трубах. Вместо этого они обеспечивают точно контролируемую топливовоздушную смесь, которая быстро и непрерывно переключается между обеднённым и обогащённым состоянием.

Датчики кислорода контролируют содержание кислорода в отработавших газах до и после каталитического нейтрализатора, и блок управления двигателем использует эту информацию для регулировки впрыска топлива.

Смотрите также видео о том, как устроен автомобильный катализатор:

Катализатор дизельного двигателя

Для двигателей с воспламенением от сжатия (то есть для дизельных двигателей) наиболее часто используемым каталитическим нейтрализатором является катализатор окисления дизельного топлива (diesel oxidation catalyst — DOC).

DOC содержат палладий, платину и оксид алюминия, которые окисляют углеводороды и оксид углерода кислородом с образованием углекислого газа и воды.

Эти преобразователи часто работают с 90-процентной эффективностью, фактически устраняя запах дизельного топлива и помогая уменьшить видимые частицы (сажу).

Эти конверторы не уменьшают NOx, потому что любой присутствующий восстановитель будет реагировать в первую очередь с высокой концентрацией O2 в выхлопных газах дизельного топлива.

Раньше сокращение выбросов NOx от дизельных двигателей решалось путем добавления выхлопных газов во впускной коллектор, известное как рециркуляция выхлопных газов (EGR).

В 2010 году большинство производителей дизелей добавили каталитические системы в свои автомобили, чтобы соответствовать новым требованиям по выбросам.

Дизельный выхлоп содержит высокий уровень твердых частиц (ТЧ). Каталитические нейтрализаторы не удаляют ТЧ, поэтому они очищаются сажевым фильтром (diesel particulate filter — DPF).

Все транспортные средства, работающие на дизельном топливе и изготовленные после 1 января 2007 года, должны соответствовать ограничениям на выбросы дизельных частиц, что означает, что они должны быть оснащены двухсторонним каталитическим преобразователем и иметь сажевый фильтр.

Каталитический нейтрализатор отработанных газов

Работа выхлопной системы автомобиля обеспечивается не одним устройством, а несколькими. Одним из них является каталитический нейтрализатор. В этой статье речь пойдет о том, что такое нейтрализатор и какова его роль в системе выхлопа автомобиля?

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.

Читайте также:  Масло в дроссельной заслонке причины и варианты решения проблемы

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.

Другое условие успешной работы нейтрализатора является повышенное обогащение топливовоздушной смеси.

Видео — Что убивает нейтрализатор газов?

Нейтрализатор на дизельном двигателе

Применение нейтрализаторов в дизельных двигателях стало не целесообразным. Дело в том, что температура работы дизеля ниже, чем у бензинового ДВС, а это значит, что катализатор не сможет справиться с поставленной задачей. Автомобильные эксперты разработали устройство, которое впрыскивает мочевину в систему выхлопа до того, как отработавшие газы достигнут катализатора. Такой подход позволяет ускорить процесс окисления и максимально возможно очистить выхлоп автомобиля. В конечном итоге, из трубы в большем количестве выходит водяного пара, чем продуктов сгорания.

Подведем итоги. Каталитический нейтрализатор является главной частью выхлопной системы и предназначен для очистки вредных выхлопных газов. Эксплуатация автомобиля без этого устройства запрещена и противоречит законам об экологии.

Что такое катализатор и для чего он нужен?

Катализатор стал неотъемлемой частью современного автомобиля после того, когда экологи начали предъявлять более жесткие требования к выбросам в атмосферу отработанных газов.

Основной задачей каталитического нейтрализатора является снижение концентрации ядовитых соединений в выхлопных газах. В списке наиболее опасных продуктов горения нефтепродуктов значатся такие вещества, как остатки углеводородов (СН и СО) и окислы азота.

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.
Читайте также:  Форум Fiat Albea - страница 18

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.

Почему катализатор выходит из строя

О поломке каталитического нейтрализатора водителю чаще всего сообщает сигнальная лампа на панели приборов «Check engine».

Это происходит в том случае, когда показания датчика перед катализатором сравнимы с данными лямбда-зонда, установленного на выходе нейтрализатора. Лампочка будет напоминать о неисправности до тех пор, пока автовладелец не заменит узел.

  • В среднем срок службы автомобильного катализатора ограничивается пробегом в 100-150 тыс. км. Каждая порция отработанных газов после нейтрализации уносит с собой тончайший слой металла. Когда керамические соты полностью выгорят, химические реакции в них уже не происходят.
  • Однако проблемы с узлом могут возникнуть гораздо раньше по целому ряду причин. Нередко виноват в гибели нейтрализующего устройства сам водитель. Достаточно пробить корпус и утеплитель при наезде на бордюр, чтобы катализатор вывести из строя.
  • Преждевременный выход из строя происходит, если в автомобиле неисправна система питания или зажигания. В этом случае в глушитель попадает много несгоревшего топлива, которое оседает на поверхности катализатора.
  • Негативно отражается на долговечности нейтрализатора и некачественное топливо. Оно не полностью сгорает в цилиндрах двигателя, поэтому соты блока-носителя быстро забиваются сажей.
  • Использование бензина с большим содержанием тетраэтилсвинца может привести к поломке катализатора. Тетраэтилсвинец образует пленку на поверхности драгоценного металла, которая препятствует нейтрализации отработанных газов.

Как справиться с поломкой катализатора

К большому огорчению для автовладельцев каталитические нейтрализаторы не подлежат восстановлению. Вышедший из строя узел необходимо заменить. И здесь есть несколько неприятных для автолюбителя моментов.

Даже в гарантийный период эксплуатации машины замену автомобильного катализатора автосервисы пытаются выполнить за счет владельца. Сотрудники СТО объясняют причину такого решения тем, что хозяин транспортного средства использовал в процессе эксплуатации некачественное топливо.

Специалисты СТО могут предложить автомобилисту несколько вариантов решения проблемы. Обычно автовладельцы выбирают оптимальный для них выход, исходя из финансовых возможностей.

  1. Установка оригинального каталитического нейтрализатора является идеальным способом устранения поломки. Однако стоимость такого узла достаточно высока (от 20 до 150 тыс. руб.), а полноценную гарантию на работу новой детали редко удается получить.
  2. Вышедший из строя катализатор можно заменить универсальной моделью, которую можно подогнать под штатную выхлопную систему. Для ремонта прибегают к сварочным работам, встраивая «бочку» нейтрализатора на место неисправного узла. При этом менять другие детали глушителя не придется. Стоимость такого ремонта обойдется примерно в сумму от 10 до 20 тыс. руб.
  3. Вместо катализатора в выхлопную систему можно установить и обычный пламегаситель. Это самый простой способ восстановления выхлопной системы. Для замены необходимо вырезать старый катализатор и по месту вварить пламегаситель.
  4. Пламегаситель будет стабилизировать поток отработанных газов, снижать уровень шума, однако в атмосферу попадут все вредные соединения без очистки. Чтобы «мозг» автомобиля не выдавал ошибку, необходимо внести изменения в программное обеспечение авто.
Ссылка на основную публикацию
Что такое амортизация автомобиля и как можно ее минимизировать
Амортизация автомобиля машины методы начисления в бухгатерском учете и налоговом учете Особенности амортизации различных типов автотехники Амортизация автомобиля / машины:...
Что означают разные номера машин ЕКХ, АМР, СКР и т
Что означает номер амр Юридический блог Здравствуйте, в этой статье мы постараемся ответить на вопрос «Что означает номер амр». Также...
Что означают термины AU, US, UK и EU Plug Отличие штекеров
Какие вилки для розеток в россии Напряжение и частота В мире применяется, по большому счету, всего два уровня электрического напряжения...
Что такое бакелитовый лак
Лак бакелитовый, применение и значение Viper020; s Blog Лак бакелитовый ЛБС-1 Состав и назначение лака Лак бакелитовый представляет собой раствор...
Adblock detector