Системы нейтрализации выхлопных газов

Зачем удаляют катализатор

Идеальное решение при выходе катализатора из строя – его замена новым. Однако не всем по карману покупка новой, оригинальной детали, стоимость которой около 50 тысяч рублей. Альтернативный вариант китайского производства обойдётся в 10 тысяч. Но и такие расходы для некоторых автовладельцев неприемлемы, поэтому они решают удалить каталитический нейтрализатор полностью и вварить пустой пламегаситель (резонатор).

Многие водители решают удалить катализатор, полагая, что он «душит» двигатель. После удаления детали мотор, действительно, начинает работать лучше, ведь ничто не мешает выходить отработанным газам наружу. Но автомобиль становится активным загрязнителем атмосферы. На таком автомобиле нельзя выезжать за границу, поскольку он не соответствует экологическим стандартам Евро-3.

Некоторые водители считают, что можно вполне обойтись без катализатора

В автомобилях, выпущенных по стандартам Евро-3, удаление катализатора потребует прошивки электронного блока управления. Без этой процедуры электронный мозг автомобиля не даст двигателю работать. Прошивку обновляют до версии, в которой каталитический нейтрализатор не задействован. Как вариант, устанавливают эмулятор сигнала кислородного датчика, и в этом случае можно обойтись без перепрограммирования ЭБУ.

Некоторые автовладельцы удаляют только внутреннюю часть катализатора, оставляя на прежнем месте его корпус или заменяя «бочку» на часть магистральной трубы. Некоторые автомобили после такой процедуры начинают издавать во время движения характерный шум, поскольку корпус катализатора становится резонатором. В этой ситуации установка вместо катализатора пламегасителя выглядит более рациональной.

Что делать, если катализатор забитый?

Как понятно из вышеперечисленного игнорирование неисправности чревато большими неприятностями. Возникает резонный вопрос, что делать, если катализатор забит и это установлено абсолютно точно. Возможных выходов из такой ситуации имеется несколько:

1. Попытаться очистить наполнитель от нагара и твердых частиц. Существуют разные способы, описание которых выходит за рамки данной статьи. Другой вопрос, что эффективность их вызывает большие сомнения. Они применимы только на самой начальной стадии процесса, когда еще нет никаких признаков засорения узла, и никто не задумывается о возможной неисправности.
2. Удаление из корпуса наполнителя и установка пламегасителя и эмуляторов вместо датчиков остаточного кислорода. В таком случае вы на всегда забудете о неисправностях катализатора, но это вмешательство в конструкцию выхлопной системы легко выявляется при помощи газоанализатора, и вам будет грозить штраф за загрязнение окружающей среды.
3. Замена каталитического нейтрализатора новым. Это самый дорогой вариант — приобретение и установка узла обойдется от 9 до 17 тыс. рублей в зависимости от марки автомобиля.

Существуют так называемые спортивные катализаторы, которые, по отзывам специалистов и автовладельцев дают прирост мощности до 10%. Используемые в качестве наполнителя активные элементы позволяют с легкость уложиться в жесткие требования действующих нормативов Евро-4 и даже Евро-5.

Рис. 7 – «Замена каталитического нейтрализатора на автомобиле»

Особенности эксплуатации каталитических нейтрализаторов

Каталитический нейтрализатор использует каталитическое химическое преобразование для преобразования оксида углерода (CO) и несгоревших углеводородов (CH) в нетоксичный диоксид углерода и воду. Это преобразование осуществляется на металлической сотовой подложке, покрытой активным каталитическим материалом. Катализатор способен обеспечить степень очистки загрязняющих веществ – до 90% при оптимальной рабочей температуре от 250°C.

Сфера применения. Катализатор подходит для любых дизельных двигателей, использующихся на такой технике, как генераторные агрегаты с первичной мощностью или резервные генераторы, землеройное и погрузочно-разгрузочное оборудование (спецтехника, погрузчики). В частности, катализаторные установки применяют для оснащения техники, используемой в ограниченном пространстве, таком как туннели, склады и шахты.
Установка

Важно монтировать узел как можно ближе к выпускному коллектору двигателя. Для обеспечения максимальной каталитической эффективности катализатора требуется достаточно высокая температура.
Срок эксплуатации

В основе работы каталитического нейтрализатора лежит осуществление каталитической реакции, следовательно, срок службы катализатора теоретически не ограничен. Узел может выйти из строя в результате ошибок при эксплуатации (повышенная вибрация двигателя, погрешности монтажа, абразивное воздействие выхлопных газов).

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.

Как работает каталитический нейтрализатор

На практике трехкомпонентный каталитический нейтрализатор работает по следующему принципу:

• Выхлопные газы двигателя достигают керамических блоков, где они проникают в ячейки и полностью заполняют их. Металлы-катализаторы — палладий и платина — запускают реакцию окисления, в которой несгоревшие углеводороды CH превращаются в водяной пар, а монооксид углерода CO — в диоксид углерода.
• Восстановительный металл-катализатор родий, превращает NOx (оксид азота) в нормальный, безвредный азот.
• Очищенные выхлопные газы выбрасываются в атмосферу.

Если автомобиль оснащен дизельным двигателем, рядом с каталитическим нейтрализатором всегда устанавливается сажевый фильтр. Иногда эти два элемента можно объединить в один элемент.

Рабочая температура каталитического нейтрализатора имеет решающее влияние на эффективность нейтрализации токсичных компонентов. Фактическое преобразование начинается только после достижения 300°C. Предполагается, что идеальная температура с точки зрения производительности и срока службы составляет от 400 до 800°C. Ускоренное старение катализатора наблюдается в интервале температур от 800 до 1000°C. Длительная эксплуатация при температурах выше 1000°C отрицательно влияет на каталитический нейтрализатор. Альтернативой высокотемпературной керамике является металлическая матрица из гофрированной фольги. Платина и палладий выступают катализаторами в этой конструкции.

Альтернативный вариант

Причины, по которым вместо катализатора помещают пламегаситель, ясны и уже озвучены выше и главная — это цена. Но возникает другой вопрос — какие последствия есть у такого решения? Начнем с положительных моментов:

1. Стоимость — это решающий фактор для большинства автовладельцев. Разница в 7-9 раз между установкой оригинала и пламегасителя более чем очевидна!
2. Перемены — возможность сменить бензин с АИ-95 на АИ-92.
3. Мощность — из-за нейтрализатора теряется около 7% того, что выдает силовой агрегат, являясь в какой-то степени препятствием прохождению отработавшим газам. Внутри него множество мелких отверстий (соты), а их преодолевать нелегко. Установка пламегасителя убирает это сопротивление. Двигателю становится легче работать, а сама машина становится более резвой.

Как можно заметить, плюсов удаления катализатора на транспортном средстве не так много, но преимущества эти существенные. Минусов же, к сожалению ничуть не меньше. В крайнем случае, вместо пламегасителя можно поставить универсальный аналог, что также позволит немного снизить расходы.

Промывка катализатора автомобиля своими руками

Промывка этого компонента продуктивна и способна продлить его ресурс, если:

• процедура имеет профилактическую цель, а не решение уже возникшей проблемы;
• имеет место начальная стадия износа, без повреждения или загрязнения ячеек;
• если катализатор не деформирован и не оплавлен.

Промывка собственными силами или на станции техобслуживания может быть профилактическая или механическая. В первом случае компонент не снимается, во вторых вариантах предполагается демонтаж и частичная разборка прибора.

1. Профилактическая промывка

Для такой очистки используются специальные жидкости типа Hi-Gear HG3270, которые заливаются в топливный бак. Сажа будет самостоятельно выводиться из фильтра вместе с выхлопом.

Hi-Gear HG3270

2. Механическая промывка

Такая чистка требует применения компрессора, наждачной бумаги и химического средства типа ABRO, рекомендованного для работы с карбюраторами.

После демонтажа катализатора его с обеих сторон продувают компрессором под давлением в 7–9 Бар. Через патрубки ячейки заполняют чистящим средством, после чего элемент оборачивают ветошью на четверть часа. По истечении этого периода соты промываются сильным напором горячей воды, прочищаются наждачной бумагой и дополнительно продуваются компрессором. Степень давления на внешние сеточки не должна быть чрезмерной, чтобы не повредить керамику. Избавиться от загрязнений во внутренних полостях подобным методом не удастся.

Процедуру рекомендуется проводить до тех пор, пока соты не станут чистыми.

ABRO карбюратор

Заключение

Автомобили с ДВС в обязательном порядке оснащены выхлопной системой, а потому оказывают влияние на окружающую среду. Из-за высоких экологических требований к автотранспорту наличие нейтрализатора газов становится обязательным, хотя автомобиль может функционировать и при его отсутствии.

Самостоятельная проверка на противодавление

Но можно проверить катализатор на противодавление несколько проще, причем протестировать описанным ниже способом даже самостоятельно, не прибегая к услугам СТО.

Итак, нам понадобится наличие манометра, причем нужен точный прибор, измеряющий давление до 1 кгс/см2. Также потребуется штуцер и длинная резиновая трубка.

Имея все это, можно приступать к замерам:

Автомобиль ставим на смотровую яму и обездвиживаем. Находясь под авто выкручиваем лямбда-зонд, установленный перед катализатором. Вкручиваем на его место датчика штуцер

Важно заранее подобрать штуцер, по размерам соответствующий отверстию. На штуцер надеваем подготовленную резиновую трубку

Сразу необходимо закрепить соединение хомутом. К другому концу трубки подсоединяем штуцер и тоже закрепляем хомутом. Просим помощника завести двигатель и установить обороты холостого хода
При запуске на приборной панели загорится «Check engine», но внимание на него не обращаем. После помощник должен довести обороты до 3000 и удерживать их на протяжении 5-7 секунд, затем снова повышаются обороты – уже до 5000 и тоже удерживаются
В это время манометром снимаются показания давления на входе в катализатор при всех режимах работы мотора. Если катализатор не забит или не оплавлен, то показания манометра даже на 5000 об/мин не должны превышать 0,35 кгс/см. куб. И то — это значение больше подходит для авто, в которых силовая установка подвергалась доработка в ходе тюнинга. Для «стоковых» моторов нормальными будут и показания манометра до 0,5 кгс/см. куб.
Такой способ можно делать и самому, заведя трубку с манометром в салон. Чтобы более точно произвести замеры, лучше их делать во время движения. То есть, авто выгоняется на трассу, двигается надо на всех режимах, а с манометра в это время снимаются показания.

Проверка со снятием.

Если не хочется заморачиваться с подсоединение трубок и т. д., то можно нейтрализатор попросту снять с авто и провести визуальный осмотр на свету.

Делается это просто – устройство демонтируется с авто, с одной его стороны ставиться источник света (лампа, фонарь), а с другой смотрится, как соты пропускают свет.

Этот способ проверки точно даст понять, забит ли катализатор, вот только при снятии его можно столкнуться с сильными проблемами. За время эксплуатации гайки крепления часто прикипают к болтам и сорвать их бывает сложно.

Неотъемлемой частью катализатора является датчик кислорода, который тоже требует дополнительной диагностики — подробнее читайте как проверить лямбда зонд.

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.

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.

Подержанный автомобиль каталитический нейтрализатор — каковы признаки отказа?

Решения для промышленности: каталитические методы очистки газовых выбросов

Известно несколько разновидностей каталитических методов очистки, отличающихся по механизму, природе используемых катализаторов и применяемых в зависимости от типа преобладающего вредного вещества в газовых выбросах производства: пиролюзитный, озонокаталитический, жидкостно-контактный и радикально-каталитический.

Для снижения выбросов в атмосферу вредных веществ, содержащихся в промышленных выбросах, например, металлургических производств, а это в основном NOx, могут быть использованы как первичные, так и вторичные меры.

Первичные меры направлены на предотвращение образования вредных веществ на этапе подготовки производства (использование новых современных технологий, переход на альтернативные расходные материалы и энергоносители), они достаточно эффективны, но весьма затратны.

Вторичные меры включает удаление вредных веществ путем очистки газовых выбросов, образующихся на различных стадиях производства. Использование этих мер не требует каких-либо структурных изменений и не влияет на ход принятого технологического процесса производства продукции.

При выборе подходящих мер, как правило обращают внимание на экологический и экономический аспект, то есть, будут ли инвестиционные затраты, связанные с сокращением выбросов вредных веществ, адекватны прибыли от производства. На рынке представлен широкий спектр оборудования, реализующего различные методы каталитической очистки газовых выбросов, которые позволяют эффективно уменьшить концентрацию выбрасываемых вредных веществ

В зависимости от объема производства и финансовых возможностей компании предприниматель должен решить, может ли он использовать вторичные меры – каталитические методы очистки газовых выбросов, или использовать первичные меры, при которых он будет использовать возобновляемые энергоресурсы и не столкнется с проблемой управления отходами.

Для минимизации концентрации вредных веществ в газовых выбросах могут быть использованы различные химические реакции, такие как абсорбция и адсорбция, а также каталитическое восстановление и каталитическое окисление.