Срок службы катализаторов на авто

Каталити́ческий конвертер — устройство в выхлопной системе, предназначенное для снижения токсичности отработавших газов посредством восстановления оксидов азота и использования полученного кислорода для дожига угарного газа и недогоревших углеводородов. Основным требованием к успешной работе катализатора является стехиометрическое соотношение топлива и воздуха. В химии катализатор — это вещество, ускоряющее или вызывающее химическую реакцию, но само не входящее в эту реакцию. Такими веществами являются медь, никель, золото, платина, палладий, родий, хром. Принцип работы автомобильного нейтрализатора как раз и основан на способности веществ-катализаторов к ускорению реакции.

Содержание

Основные функции катализатора [ править | править код ]

• снижение количества окиси углерода в выхлопных газах;
• уменьшение уровня углеводородов в отработавших газах;
• уменьшение или полное удаление оксидов азота из состава выхлопных газов. [1]

Вредные выбросы [ править | править код ]

Задачей автомобильного каталитического нейтрализатора является снижение количества вредных веществ в выхлопных газах. Среди них:

• окись углерода (СО) — ядовитый газ без цвета и запаха (угарный газ)
• углеводороды (CH), также известные как летучие органические соединения — один из главных компонентов смога, образуется за счет неполного сгорания топлива
• NO_x (NO и NO₂) — также являются компонентами, вызывающими образование смога и кислотных дождей, оказывают влияние на слизистую человека [2] .

Принцип работы [ править | править код ]

Чаще всего расположен нейтрализатор сразу после приемной трубы, однако иногда его устанавливают прямо на приемной трубе. Делают это для более быстрого прогрева, так как эффективно работает он только при температуре свыше 300 °C. Однако, большой минус такого расположения — слишком высокие температуры и, следовательно, маленький срок службы катализатора.

Основные вещества, вырабатываемые при работе двигателя, являются безвредными. Ими являются:

• азот (N₂) — воздух состоит на 78 % из азота;
• вода (H₂O);
• углекислый газ (CO₂) — сам по себе безвреден, однако считается, что его переизбыток ведет к глобальному потеплению;

Однако процесс горения не совершенен и, помимо безвредных веществ, при работе двигателя выделяются токсичные и вредные вещества. Этими веществами являются:

• углеводороды (CH_x) — основной компонент смога;
• оксиды азота (NO_x) — еще один компонент смога;
• окись углерода (CO) — ядовитый газ без цвета и запаха;

Современные катализаторы являются трехкомпонентными, то есть оснащены тремя каталитическими преобразователями, по одному на каждое вещество, количество которого необходимо снизить. Трехкомпонентный катализатор представляет собой металлический корпус из нержавеющей стали, в котором находится «сотовая» конструкция или, реже, конструкция типа «керамические бусины». Сотовая конструкция бывает металлической или керамической и покрыта веществами-катализаторами, обычно это платина, родий или палладий (в последнее время на некоторых моделях начинают применять золото, так как оно дешевле других металлов-катализаторов). Керамическая конструкция более распространена, так как дешевле, однако у такой конструкции есть большой минус — хрупкость. Достаточно небольшого удара, чтобы керамические соты осыпались. В каталитических преобразователях используются два вида катализаторов: восстанавливающий и окислительный.

Восстанавливающий катализатор использует платину и родий, чтобы уменьшить выбросы оксидов азота. Когда молекула оксида или диоксида азота встречается с молекулами катализатора, от неё отделяется атом азота, высвобождая кислород. Атом азота же связывается с другим атомом азота, образуя газообразный азот.

Окислительный катализатор уменьшает количество несгоревшего топлива и окиси углерода путём их сжигания (окисления) с помощью платины и палладия. Этот катализатор также помогает оксиду углерода вступить в реакцию с несгоревшим кислородом, образуя углекислый газ. В упрощенном виде эти химические реакции выглядят следующим образом:

Вследствие этих реакций токсичные вредные вещества CO, CH_x и NO_x восстанавливаются или окисляются в безвредную воду H₂O, азот N₂ и углекислый газ CO₂ [3] .

Применяющиеся в автомобилях нейтрализаторы требуют, чтобы двигатель работал при коэффициенте избытка воздуха (α) максимально приближенном единице. Это не дает возможность использовать обедненную смесь (α>1) для повышения экономичности и богатую смесь (α Катализаторы в дизельных двигателях [ править | править код ]

Каталитические преобразователи дизельных двигателей плохо справляются с сокращением выбросов NO_x. Одна из причин в том, что дизельные двигатели сами по себе функционируют в более низком температурном режиме, чем бензиновые, а преобразователи работают лучше при нагреве. Некоторые ведущие эксперты в области «зеленого» автомобилестроения придумали новую выхлопную систему, которая помогает исправить этот недостаток. Они впрыскивают водный раствор мочевины в выхлопную трубу до того, как газы достигнут преобразователя. При этом возникает химическая реакция, которая уменьшает количество NO_x. Карбамид, также известный как мочевина — органическое соединение углерода, азота, кислорода и водорода. Его можно обнаружить в моче млекопитающих и земноводных, что и объясняет такое название. Мочевина реагирует с NO_x с получением азота и водяного пара, снижая количество оксидов азота в выхлопных газах более чем на 90 процентов. [2] На текущий момент автомобильные катализаторы активно покупают пункты приема катализаторов, для утилизации и переработки по всей России. Связанно это с напылением платиновой группы металлов в автомобильных катализаторах.

Каталитический нейтрализатор — один из важнейших компонентов любого современного автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. Именно эта неприглядная деталь помогает сохранить атмосферу от вредных выбросов и уберечь экологию планеты. Несмотря на очевидные плюсы, катализатор может доставить автовладельцу немало проблем и даже полностью убить двигатель машины. Разбираемся в устройстве системы и вовремя устраняем неполадки каталитического нейтрализатора.

Устройство

Каталитический нейтрализатор входит в систему выпуска отработавших газов и располагается в непосредственной близости от выпускного коллектора автомобиля. Именно в него попадает раскалённый выхлоп из коллектора ДВС, и уже после, существенно замедленным, охлаждённым и очищенным от вредных веществ оказывается в резонаторе и в глушителе.

Принцип работы устройства основан на химических реакциях, нейтрализующих вредные выбросы окиси азота, углерода и всевозможных групп углеводородов. Основной элемент катализатора выполнен в виде массивного керамического или металлического блока с мелкими сотами, на стенки которых нанесены драгоценные металлы — сплав иридия и платины, а также родия и палладия. При касании химически активных поверхностей вредные соединения сгорают и выводятся из выхлопной трубы в виде безвредных N2 и CO2. Платина и палладий выполняют в устройстве роль окислителей и сильно ускоряют горение углеводородов. Активный элемент помещён в металлический кожух и снабжён слоем теплоизоляции.

Каталитический нейтрализатор не просто улавливает и нейтрализует вредные соединения, но и непосредственно влияет на работу двигателя. Сигналы с датчиков, расположенных на входе и выходе в устройство, постоянно считываются «мозгами» автомобиля и помогают наилучшим образом оптимизировать рабочую смесь.

Признаки неисправности

Срок службы дорогостоящего катализатора обычно примерно равен сроку службы всего автомобиля, однако нередко он ломается гораздо быстрее положенного и может утянуть за собой мотор. Важно помнить, что каталитический нейтрализатор не выходит из строя без причин. Его поломка — признак неправильной работы системы зажигания, неполного сгорания смеси в цилиндрах, сильного износа мотора или длительного использования некачественного топлива.

Понять, что ваш катализатор просится в утиль, можно по нескольким характерным симптомам:

— снижение производительности мотора

Наиболее распространённым симптомом выхода из строя катализатора является сильное снижение мощности двигателя. Автомобиль начинает терять динамику и плохо разгоняется. Двигатель работает неустойчиво, перегревается и «троит». Это случается при сильном уменьшении пропускной способности катализатора: соты разрушаются, оплавляются и спекаются, закупоривая отверстие и мешая свободному проходу отработавших газов. На начальной стадии неисправности автомобиль будет разгоняться до относительно невысокой скорости, а при запущенном случае мотор начинает тяжело запускаться, а затем «задыхаться» и глохнуть. Топливная экономичность также заметно ухудшается. Также во время холодного пуска появляется резкий неприятный запах.

— грохот под днищем

Громкий грохот под днищем автомобиля говорит о том, что активный элемент каталитического нейтрализатора начал разрушаться и распадаться на части. Керамические осколки под действием потока выхлопных газов хаотично бьются о стенки кожуха и создают неприятный грохот. Как правило, наиболее чётко это проявляется на повышенных оборотах работы мотора и во время запуска.

— слабый напор выхлопных газов из глушителя

Если поднести руку к выхлопной трубе, можно почувствовать пульсацию — выпускные клапаны цилиндров работают поочерёдно. Если на холостых оборотах поток выхлопа ровный и постоянный, это верный признак забитого катализатора. Если повысить обороты, а затем заглушить мотор, выхлопные газы продолжат непродолжительное время создавать напор — выходят газы, скопившиеся в закупоренной трубе.

— активация пиктограммы Check Engine на приборной панели

Наиболее универсальный признак поломки катализатора — ошибка системы, активирующая значок «неполадки двигателя» на приборной панели. При появлении этого симптома нужно безотлагательно считать диагностическим сканером код ошибки и устранить неполадку. Если «мозги» автомобиля обнаруживают неверные показатели на кислородных датчиках, они сразу же оповещают об этом водителя, а заодно переводят систему управления мотором в аварийный режим. Это нередко сопровождается ухудшением динамики и увеличенным потреблением топлива. Компьютерная диагностика в этом случае часто обнаруживает ошибки P0420 (низкая пропускная способность катализатора) или Р0430.

Причины и последствия

А теперь обратимся к главному — почему выходит из строя катализатор и какие последствия это за собой влечёт.

Выход из строя каталитического нейтрализатора не происходит внезапно и беспричинно. При исправной работе всех остальных систем он верой и правдой служит многие годы вплоть до момента утилизации транспортного средства (а нередко и переживает его). Если устройство сломалось на вашем автомобиле — оплавилось или рассыпалось, вам почти наверняка предстоит диагностика и ремонт системы зажигания или питания.

Как правило, катализатор выводится из строя именно благодаря некорректной работе этих двух систем. При неисправной системе зажигания топливо в одном или нескольких цилиндрах не сгорает полностью, а попадает в систему выхлопа. Раскалённый катализатор вынужден дожигать повышенные объёмы углеводородов, которые разогревают соты до сверхвысоких температур, что приводит к их спеканию. Причиной крупной неприятности могут быть свечи зажигания, катушки или высоковольтные провода. К аналогичным поломкам приводит и неисправность форсунок, которые начинают переливать топливо. Износ или залегание маслосъёмных колец цилиндропоршневой группы или выход из строя маслосъёмных колпачков приводит к такому же результату, только догорает в катализаторе уже моторное масло.

Ещё одной распространённой причиной выхода из строя катализатора является сильное механическое повреждение, приводящее к деформации корпуса. Важно помнить, что тонкостенные соты легко крошатся даже при незначительных физических нагрузках. Выезжая на оффроуд, нелишним будет озаботиться установкой дополнительной защиты днища автомобиля.

Несвоевременный ремонт катализатора опасен тем, что мелкие частицы керамики могут попасть через выпускной тракт прямиком в цилиндры двигателя. Оказавшись там, они моментально царапают стенки цилиндров и полностью выводят из строя мотор. Страдает от керамического мусора и турбина (при наличии таковой). Дополнительный нагрев выпускного тракта приводит к деформациям головки блока цилиндров и сильно сокращает ресурс силового агрегата.

Признаки неисправности катализатора

О том, что катализатор скоро выйдет из строя, в первую очередь свидетельствует снижение мощности мотора: ухудшается разгонная динамика, снижается максимальная скорость, со временем затрудняется пуск двигателя. Закоксовывание катализатора на ранней стадии можно и не заметить. Просто водителю для компенсации потери мощности приходится интенсивнее нажимать на педаль газа. В этой стадии выхлоп иногда приобретает резкий ядовитый запах сероводорода, что как раз и свидетельствует о проблемах с катализатором, в котором нарушаются химические процессы разложения отработавших газов.

Катализаторы выходят из строя в основном по двум причинам: либо когда из-за нарушений правил эксплуатации происходит оплавление керамической сердцевины или соты забиваются сажей, либо когда вследствие длительной эксплуатации в нем разрушаются каталитический слой или сама керамика.

Мифы о катализаторах.
"Катализатор очень быстро выходит из строя"

Это не совсем так. Срок службы катализатора при правильной эксплуатации (использование качественных нефтепродуктов) составляет 60-150 тыс. км пробега автомобиля, после чего рекомендуется его замена, что вполне естественно. Катализатор фильтрует выхлопные газы, а фильтры, как известно, надо менять.
Однако его работоспособность во многом зависит от исправной работы систем зажигания и питания, а также от качества бензина. Внутренние детали катализатора могут быть сделаны из керамики или металла. Керамические катализаторы более дешевые и поэтому более распространены. Однако керамический катализатор довольно хрупок и боится механический воздействий.

От удара, например, о лежащий на дороге камень внутренние соты керамики могут разлететься на мелкие кусочки. То же самое может произойти, если на раскаленный катализатор попадет вода. Также разрушить керамический катализатор могут неполадки системы зажигания двигателя. Происходит это из-за того, что во время неудавшегося пуска мотора несгоревший бензин скапливается в выпускном тракте. Когда автомобиль наконец заводится, в катализаторе происходит взрыв и керамические соты не выдерживают и рассыпаются.

Металлический катализатор в этом отношении более надежен. Но все же какая бы ни была внутренняя структура катализаторов, все они выходят из строя из-за следующих причин: этилированный или просто некачественный бензин; масло или охлаждающая жидкость, попадающая в камеру сгорания и соответственно в катализатор; долгая работа двигателя на холостом ходу; переобогащенная топливная смесь, вызванная неполадками в системе питания двигателя.
Катализатор способен нормально работать только с двигателем, оборудованным электронным зажиганием и системой впрыска с микропроцессорным управлением.

"Катализатор уменьшает мощность мотора"
Это не совсем так. Исправный катализатор, хотя и имеет общую площадь поверхности сот около 20 тыс. кв. м, никоим образом не препятствует прохождению выхлопных газов и практически не снижает мощности двигателя. А вот неисправный (оплавленный, разрушенный) или забитый сажей катализатор действительно снижает проходимость выхлопных газов, в результате чего автомобиль начинает терять мощность. Внутри неисправного катализатора температура может возрасти настолько, что керамика оплавляется и полностью перекрывает путь выхлопным газам. Естественно, ничего хорошего это двигателю не сулит. Поэтому рекомендована замена катализатора через 100 000 км вне зависимости от его работоспособности.

Признаки неисправности катализатора
О том, что катализатор скоро выйдет из строя, в первую очередь свидетельствует снижение мощности мотора: ухудшается разгонная динамика, снижается максимальная скорость, со временем затрудняется пуск двигателя. Закоксовывание катализатора на ранней стадии можно и не заметить. Просто водителю для компенсации потери мощности приходится интенсивнее нажимать на педаль газа. В этой стадии выхлоп иногда приобретает резкий ядовитый запах сероводорода, что как раз и свидетельствует о проблемах с катализатором, в котором нарушаются химические процессы разложения отработавших газов.
Катализаторы выходят из строя в основном по двум причинам: либо когда из-за нарушений правил эксплуатации происходит оплавление керамической сердцевины или соты забиваются сажей, либо когда вследствие длительной эксплуатации в нем разрушаются каталитический слой или сама керамика.

Почему катализатор стоит дорого?
Производство катализаторов – это довольно дорогой и сложный технологический процесс. К тому же в качестве химического катализатора используется дорогостоящая платина, которая способна противостоять соединениям серы. Для большей эффективности работы в каталитический слой нейтрализатора к платине добавляют палладий и редкоземельный элемент родий.

Чтобы избежать проблем с катализатором, необходимо соблюдать следующие правила эксплуатации:
заправлять автомобиль только качественным бензином;

не запускать двигатель с "толкача", так как попадающее в катализатор несгоревшее топливо может привести к его перегреву и соответственно выходу из строя (дешевле купить новый аккумулятор);

если двигатель не запустился после двух-трех попыток, необходимо сделать паузу, чтобы скопившееся на поверхности устройства топливо успело испариться;

если при устранении неисправностей электрооборудования требуется включить зажигание, во избежание попадания топлива в выхлопную систему и катализатор необходимо отключить реле питания топливного насоса;

на работающем двигателе нельзя проверять наличие подачи тока высокого напряжения на свечи зажигания, снимая с них наконечники высоковольтных проводов, так как топливо из неработающего при этом цилиндра попадает в катализатор;

вероятность выхода из строя катализатора повышается из-за выброса в систему выпуска порции несгоревшего топлива при перебоях в работе двигателя из-за отказа одной из свечей зажигания или пробоя высоковольтного провода.

Как взаимосвязаны катализатор и лямбда-зонд?

Для нормальной работы катализатора нужно обеспечить постоянное оптимальное соотношение воздуха и топлива в рабочей смеси, поступающей в камеру сгорания.
14.7 части воздуха и 1 часть топлива – именно такой состав обеспечивает максимальное сгорание топливно-воздушной смеси, а лямбда-зонд предназначен как раз для того, чтобы поддерживать эту пропорцию. В зависимости от содержания кислорода в выхлопе датчик выдает соответствующее напряжение, и блок управления корректирует состав смеси путем изменения количества топлива, подаваемого в цилиндры.

Обычно датчик стоит перед катализатором и измеряет содержание кислорода в газах именно перед ним. То есть наличие или отсутствие катализатора никак не влияет на сигналы, которые дает лямбда-зонд, на них влияет только количество кислорода. Другое дело, когда стоят два кислородных датчика, один – до, а другой – после катализатора. На основании сигналов от второго датчика происходит дополнительная корректировка состава смеси, а содержание кислорода после прохождения газов через катализатор, конечно же, меняется, и вот тогда его отсутствие может отрицательно сказаться на процессе образования топливно-воздушной смеси.

Можно ли отключать лямбда-зонд?
После замены катализатора на пламегаситель наличие лямбда-зонда как детали, обеспечивающей в числе прочего качественную работу катализатора, становится не важным. Поэтому часто возникает вопрос: можно ли эксплуатировать автомобиль совсем без лямбда-зонда? Здесь одного решения для всех нет. Наиболее просто и правильно эта задача решается в том случае, если у данного автомобиля предусмотрена возможность перепрограммирования блока управления на режим работы без катализатора, как, например, у большинства BMW.

В этом случае после удаления катализатора меняется программа управления и лямбда-зонд просто снимается. У некоторых марок автомобилей перепрограммирование невозможно, и, если неисправность датчика сильно влияет на работу мотора, тогда выхода нет – должен стоять исправный датчик. Также у многих автомобилей неисправность или отсутствие лямбда-зонда практически не сказывается ни на динамике, ни на расходе топлива.