Принцип работы катализатора выхлопных газов – Почему выходит из строя каталитический нейтрализатор — журнал За рулем

Содержание

Почему выходит из строя каталитический нейтрализатор — журнал За рулем

Новости

Статьи

Тесты

БлогиДокументыМарки и моделиПарк ЗРФото и видеоПодборкиШиныСпецпроектыАвторыОпросы ЗРПДД онлайнФорум
Все НовостиДорогиТюнингСтрахованиеТопливоРетроПроисшествияЗаконАвторынокАвтоновинкиТехнологииКурьезыСпортВидеоанонс: российские крановщики готовят новый убойный календарь. Не повторяются!

Предприятие НЧКЗ (Набережночелнинский крановый завод) узкоспециализированное, однако прославилось на всю страну благодаря своим зажигательным календарям.

Автомобили с пробегом: что почём продадим через три года? Исследование

Все зависит от страны-изготовителя — «корейцы» лидеры по ликвидности в массовом, а «японцы» в премиальном сегменте.

Nissan отзывает автомобили: есть угроза жизни

450 тысяч автомобилей по всему миру отзывает компания Nissan. Как оказалось, виной всему риск утечки тормозной жидкости.

Все СтатьиДеталиДорогиСтатистикаКонсультантПрезентацияПерcона
Новые модели головных устройств Pioneer: технологичные, сбалансированные, доступные

Выбор автомобильного головного устройства, казалось бы, задача несложная. Но количество вариантов на рынке таково, что немудрено промахнуться и переплатить лишнего или купить магнитолу без нужных функций. Чтобы не ошибиться с выбором, представляем обзор новых моделей Pioneer.

Что делать, когда тормозить бесполезно: советы от профи

В экстренной ситуации первыми сработают инстинкты. Для водителя они плохие помощники: действовать нужно так, чтобы нанести минимальный вред, да еще и не забывать о ПДД.

Колодки еще не стерлись, но их пора менять — как так?!

Если безопасность для вас не пустой звук, тогда вы прислушаетесь к нашим советам.

Все ТестыТест-драйвСравнительный тестАвто с пробегомАвтопутешествие
Блог Петра Меньших: Lada Vesta с автоматом — иномарка по-русски

Признаюсь, меня немного расстраивала мысль, что Lada уходит из Европы из-за неспособности соответствовать западным эконормам. И вот появилась маленькая надежда — Весте дали японский автомат и ниссановский 113-сильный мотор.

Hyundai ix35: 4 достоинства, 2 недостатка и все эксплуатационные болячки

Этот популярный кроссовер теперь можно достать только бэушным. Насколько он хорош в таком виде, выяснил эксперт «За рулем».

Renault Arkana, Nissan Qashqai, Kia Sportage: тест-драйв в цифрах

Эксперты «За рулем» испытали новую Аркану, сравнив ее с популярными C-кроссоверами Nissan Qashqai, Kia Sportage, и подготовили подробный технический справочник по ним.

www.zr.ru

что это такое, признаки поломки, состав и принцип работы

Европейские нормы экологии заставляют принимать меры к тому, чтобы выхлопные газы автомобилей не наносили сильного ущерба окружающей среде.

И эта борьба за природу привела к тому, что автомобили стали оборудоваться специальными устройствами, которые назвали катализаторами.

Состав и принцип работы катализатора выхлопных газов

Из школьных уроков мы помним, что катализ – это что-то из области химической реакции, и поэтому термин «катализатор» подразумевает под собой какой-то прибор, необходимый для такого действия.

Мы не химики и оценить точность определения вряд ли сможем, но то, что автомобильный катализатор предназначен для очистки выхлопной смеси — факт, о котором сообщает сам производитель. А ему не принято не верить.

Несмотря на то, что европейские нормы выхлопов введены в России не так давно, первые катализаторы в автомобилях отпраздновали уже 40-летний юбилей. Упрощение до нынешнего названия произошло гораздо позже, а первое время именовалась эта штука конвертером, или каталитическим преобразователем. Сами понимаете, что не каждый работник автосервиса сможет сходу и без запинки выговорить такое.

Катализатор встраивается в выхлопную систему автомобиля, причём конкретное место установки выбирает сам производитель. Так, он может находиться и в коллекторе, и в основании выхлопной трубы, и в других её участках.

Есть два вида катализаторов: окислительный и восстанавливающий. Независимо от разделения, эти устройства, наверное, одни из самых дорогостоящих. Судите сами: основу их составляет структура из керамики, напоминающая пчелиные соты, покрытые металлами, которые простыми не назовёшь – платина, золото, палладий и иридий. Даже удивительно, куда смотрят жулики, оставляющие выхлопную систему автомашин, припаркованных во дворах, в покое?

Как бы то ни было, но подобное покрытие ячеек катализатора необходимо вовсе не для того, чтобы вытянуть деньги с автолюбителя. Дело в том, что драгоценные металлы эффективней очищают выхлопные газы, одновременно предоставляя большую площадь для очистки с минимальным ущербом для самого катализатора. Если исключить драгоценные металлы из сплава, то само устройство будет настолько недолговечным и подверженным негативному воздействию выхлопных газов, что менять его придётся несколько раз в течение одной небольшой поездки.

Опытным путем было установлено, что один катализатор вряд ли сможет работать эффективно, а потому на современных автомобилях их устанавливают в трех экземплярах. Они не дублируют друг друга, а делают узконаправленную работу, выполняя очистку от тех веществ, для которых предназначены.

Видео — что это такое автомобильный катализатор и как он работает:

Таким образом, выхлопные газы проходят вначале через восстановительный катализатор, внутри которого на молекулярном уровне идет расщепление поступающего вещества на кислород и азот. Этот процесс как раз и выполняют иридий и платина.

Когда работа проделана, в дело вступают окислительные катализаторы, производящие очистку поступивших веществ. Здесь уже совместно с платиной вступает в действие палладий, снижая количество окиси углерода и облегчая реакцию углекислого газа с кислородом.

Маленькие вспомогательные «хитрости»

Как бы ни эффективно очищался выхлоп двигателя, но в ручном режиме регулировать точность выброса в атмосферу было б не просто затруднительно, а в принципе невозможно. Тем более толку от такой системы было б совсем немного: только в рамках информации для общего развития. Дело в том, что вместе с катализаторами выхлопная система оснащена датчиками, входящими в систему управления автомобилем.

Имея связь с компьютером, эти устройства учитывают количество кислорода, поступающего вместе с выхлопом мотора. В том случае, если через катализатор будет проходить воздуха столько, что он не сможет его переработать, забор через воздушный фильтр двигателя уменьшается. Датчики устанавливаются ближе к мотору и замеряют газы непосредственно на выходе.

Недостатки тоже есть

Наличие драгоценных металлов в конструкции катализатора еще не означает того, что оно решает все проблемы. Необходимо еще соблюсти ряд условий для работы.

 

Опять же, благодаря курсу средней школы, мы все знаем, что любая химическая реакция (а именно на этом принципе основан катализатор) происходит тем быстрее, чем выше температура. Отсюда сами понимаете, что устройство не сможет эффективно функционировать, если температурный режим ниже необходимого. То есть налицо вывод о том, что в момент начала работы автомобильного двигателя катализатор фактически никак не реагирует на количество вредных веществ, выброшенных в атмосферу до тех пор, пока они же не нагреют трубопровод системы.

Видео — как извлечь каталитический нейтрализатор:

Самый простой способ такого нагрева – помещение устройства непосредственно к основанию газоотводной трубы возле стенки двигателя. Но при включении холодного двигателя при такой установке катализатор все равно первое время работать не будет, пока не согреется. Современный и эффективный способ, который заставит его действовать с самого начала – предпусковой подогреватель двигателя, расходующий часть энергии на утепление.

Несмотря на то, что в выхлопной системе дизельных двигателей тоже есть подобные каталитические преобразователи, действуют они не столь впечатляюще. Дело тут также в недостаточной температуре нагрева. Дизели не так зависимы от окружающей среды и имеют возможность работать в зоне таких низких температур, что катализаторы просто не успевают достичь нагрева до степени осуществления химической реакции.

Признаки забитого катализатора

Но эти недостатки – мелочь по сравнению с ситуацией, когда вы садитесь за руль, а машина либо не заводится, либо глохнет, едва только двигатель сделает один-другой поворот коленвала. Понятное дело: мысли в поисках причин такого поведения начинают роиться в голове, и только потом, когда проверено всё и вся, становится понятным, что неполадки как раз с катализатором.

Чтобы проверить правоту своих домыслов, выкрутите датчик, расположенный перед первым катализатором, и попробуйте запустить мотор. Если никаких проблем в работе двигателя нет, то причина как раз в устройстве, о котором мы здесь говорим. Теперь необходимо полным ходом отправляться в автосервис и менять катализатор. Самостоятельно сделать это вряд ли получится, так как необходимо вносить корректировки в бортовой компьютер, чтобы настроить датчик на правильную работу.

Видео — как проверить катализатор на машине:

Если вы знаете свой автомобиль как пять пальцев, то наверняка вас насторожат и такие признаки неисправности каталитического нейтрализатора, как плохой разгон, педаль акселератора, слабо реагирующая на нажатие, рост расхода топлива. Подобное поведение машины говорит о том, что катализатор скоро выработает свой срок.

Проверка катализатора манометром

Как только вы заметили явные изменения в поведении своего авто, примите меры к проверке каталитического нейтрализатора. Признаки, о которых говорилось выше, не всегда могут относиться к тем, что сигнализируют о неисправности именно этого устройства.

Осмотрите катализатор. Если на корпусе имеются сильные вмятины, либо разводы, похожие на круги от воздействия высокой температуры, наверняка причины неполадок кроются внутри. По возможности осмотрите внутренние соты. Если они разрушены, первый «звоночек» уже прозвенел.

Точнее можно проверить с помощью замера манометром. Правда, это не тот прибор, которым проверяют давление в шинах, поэтому лучше также доверить эту операцию специалистам. Сам алгоритм действия следующий: вместо первого кислородного датчика, используя переходник, устанавливается измерительный прибор. После заводится двигатель, обороты поднимаются до 3000 об/мин. Если стрелка на шкале преодолела отметку в 0,3 кгс/см2, то катализатор забит, и наступило время для его замены.

И самое главное – придирчиво относитесь к тому, чтобы топливо и масло всегда были надлежащего качества, иначе весь осадок от них будет накапливаться в катализаторе, что также будет способствовать его скорому выходу из строя.

Как выполняется полировка фар своими руками в домашних условиях узнаете из статьи.

В каких случаях может помочь сумка-холодильник для автомобиля.

Как выбрать автомобильный компрессор https://voditeliauto.ru/poleznaya-informaciya/aksessuary-i-gadzhety-dlya-avto/avtomobilnyj-kompressor.html для подкачки шин.

Видео — проблемы катализаторов на автомобилях ВАЗ:

Может заинтересовать:


Сканер для самостоятельной диагностики автомобиля

Добавить свою рекламу


Как быстро избавиться от царапин на кузове авто

Добавить свою рекламу


Автосигнализация StarLine A93

Добавить свою рекламу


Зеркало видеорегистратор Car DVRs Mirror

Добавить свою рекламу

voditeliauto.ru

Устройство и принцип работы катализатор — DRIVE2

В ходе разбора данной темы решил собрать вместе всю информацию и переписать своими словами. Так будет заметка для меня, возможно, и для кого то еще)

Каталитический нейтрализатор, катализатор, кат…

Самое полное название этого функционального узла говорит о его основной функции. Нейтрализация токсичных составляющих выхлопных газов автомобиля:
— окись углерода (СО) — ядовитый газ без цвета и запаха
— углеводороды, также известные как летучие органические соединения — один из главных компонентов смога, образуется за счет неполного сгорания топлива
— оксиды азота (NO и NO2, которые часто объединяют под обозначением NOx) являются компонентом смога, а также кислотных дождей, оказывают влияние на слизистую человека.

Нейтрализация, разумеется, частичная. Все это сделано для соответствия экологическим нормам по содержанию данных примесей в выхлопных газах автомобиля начиная со стандарта «Евро-3» и выше.

Нейтрализация заключается в преобразовании до более безвредных соединений СО2, N2 и Н2О. Токсичные компоненты вступают в реакцию с соединениями драгоценных металлов: платины, родия и палладия. Такой сплав минимум в два раза дороже золота! Для тех, кто собрался идти разбираться свой катализатор, спешим сообщить, что процесс извлечения очень трудоемок, а извлечь чистый металл практически невозможно.

Чтобы повысить эффективность необходимо увеличить площадь взаимодействия отработанных газов с драгметаллами. Именно поэтому сам фильтрующий элемент катализатора выполнен в виде сот.

Вся эта структура покрыта активным слоем сплава драгметаллов. Основа сот выполнена из керамики для подавляющего большинства автомобилей обычного пользования (дешевле и проще). Так же встречаются фильтрующие элементы, выполненные из металлической ленты. Этот фильтрующий элемент заключен в корпус из нержавеющей стали. Всю эту конструкцию можно

www.drive2.com

Принцип работы катализатора выхлопных газов


Устройство и принцип работы катализатора. Часть вторая

— Следующий этап – фильтрация в окислительном катализаторе. Это необходимо для уменьшения объема окиси углерода и оставшегося топлива. Они окисляются с использованием палладия и платины. Данный катализатор способствует вступлению окиси углерода в реакцию с оставшимся кислородом, что приводит к образованию СО2, то есть углекислого газа.

— Современные автомобили оснащаются катализаторами с конструкциями типа «керамические бусины» и «соты». Очень часто можно увидеть преобразователи со структурой в виде сот.

— Далее вы узнаете, как происходит последний этап преобразования. Также Автопаб расскажет о том, как улучшить эффективность работы катализатора.

— Оптимизация работы выхлопной системы автомобиля:

— На последнем этапе преобразования осуществляется контроль выхлопных газов. Полученная информация позволяет регулировать работу системы подачи топлива. Между двигателем и катализатором расположен специальный датчик кислорода (его ещё называют лямбда-зондом). вк.ком/cars.best Он сообщает электронике автомобиля количество кислорода в составе выхлопных газов.

— После получения этой информации компьютер регулирует объем воздуха, который подаётся для приготовления оптимальной топливо-воздушной смеси. Благодаря такому решению силовой агрегат автомобиля функционирует на пропорции, максимально приближенной к стехиометрической точке. Также это позволяет проверить количество кислорода, ведь он нужен для правильной работы окислительного катализатора.

— Катализатор – это устройство, которое создано для борьбы с загрязнением окружающей среды, однако его эффективность можно серьезно повысить. Среди «минусов» стоит отметить, что он функционирует лишь при высоких температурах. Сразу после запуска двигателя этот элемент практически не работает.

— Для получения оптимального результата можно изменить расположение катализатора. Он должен находиться ближе к мотору. В таком случае его нагрев будет происходить гораздо более оперативно. Правда, такое решение негативно влияет на эксплуатационный срок каталитического преобразователя по причине регулярного воздействия повышенных температур. Данная статья опубликована в паблике Машины. Многие производители монтируют катализатор приблизительно под креслом переднего пассажира, что защищает конвертер от воздействия слишком горячих выхлопных газов.

— Для уменьшения количества выбросов используют также подогрев катализатора. Простейшее решение – установка электронагревателей. Нагреть катализатор очень быстро не получится, так как почти на всех автомобилях используется электросеть на 12 Вольт. Подобные решения применяются в современных гибридах (например, в автомобиле Тойота Приус), оснащенных высоковольтными аккумуляторами. Катализаторы на автомобилях с дизельными двигателями не очень эффективно борются с вредными выбросами NO и NO2. Специалисты отмечают, что дизельные моторы работают в более низком режиме температур, по сравнению с бензиновыми агрегатами, а катализаторы функционируют эффективнее при нормальном нагреве. Отдельные мастера изобрели современную систему выпуска, у которой нет такой проблемы. Они обеспечивают подачу карбамида (органическое соединение кислорода, азота и водорода) в выхлопную трубу ещё до контакта газов с катализатором. Это приводит к химической реакции, сокращающей объем NO и NO2. Карбамид (мочевина) присутствует в составе мочи земноводных, а также млекопитающих, поэтому это вещество и получило такое имя. Данное соединение вступает в реакцию с NOx, в результате чего формируется водяной пар и азот, а количество оксидов азота уменьшается примерно на 90%.

vk.com/cars.best?z=video-…5616%2Ff9fd890c2b046ee057

www.drive2.ru

Устройство и как работает каталитический нейтрализатор в выхлопной системе автомобиля

С каждым годом требования к экологической безопасности автомобилей возрастают. В первую очередь это относится к самому опасному в экологическом отношении фактору автомобиля, то есть к токсичности выхлопных газов. К счастью, технический прогресс не стоит на месте, и сегодня это проблема вполне решаема.

Кроме того, что сама конструкция двигателей современных автомобилей позволяет уменьшить токсичность выхлопных газов, на автомобили также устанавливаются и специальные устройства, так называемые каталитические конвертеры – нейтрализаторы, или как называют их автомобилисты — катализаторы.

Каталитический конвертер

Это устройство, интегрированное в выхлопную систему автомобиля, дополнительно снижает токсичность выхлопа. Работает катализатор посредством дожигания несгоревших остатков углеводорода и угарного газа, за счет полученного при восстановлении оксидов азота кислорода, для такого дожигания.

Конструкция катализатора довольно проста (рис. выше) – он состоит из керамического мелкоячеистого наполнителя, поверхность которого покрыта специальным слоем платиноиридиевого сплава. Ячеистая конструкция наполнителя позволяет получить максимальную площадь контакта выхлопных газов, проходящих через наполнитель с его поверхностью, за счет чего увеличивается активная рабочая поверхность катализатора.

Как происходит процесс нейтрализации вредных веществ

Катализатор позволяет значительно снизить в выхлопных газах содержание таких вредных веществ как окись углерода, углеводороды и оксиды азота.

Сам процесс нейтрализации проходит так: остатки не сгоревших веществ в выхлопных газах (CO, HC, NOx, O2), проходя через катализатор и взаимодействуя с его поверхностью, покрытой каталитическим слоем, окисляются, то есть, как бы дополнительно дожигаются кислородом, который тоже присутствует в выхлопных газах. Во время этой реакции выделяется тепло, которое в свою очередь дополнительно активизирует реакцию окисления. Благодаря такому процессу на выходе катализатора выхлопные газы содержат в своем составе N2, h4O, CO2.

Вещества входящие в катализатор и элементы выходящие из катализатора

Следует заметить, что нормальная работа катализатора может быть обеспечена только при нормальном, так называемом стехиометрическом соотношении топлива и кислорода в горючей смеси. В автомобилях, оснащенных инжекторной системой впрыска топлива с электронным управлением, условия для такой оптимальной работы каталитического нейтрализатора обеспечивает электронная система, регулирующая состав горючей смеси.

Специальный кислородный датчик, установленный в выхлопной системе, определяет содержание кислорода, оставшегося в выхлопных газах, и по этому показателю электронный блок управления корректирует состав рабочей смеси, увеличивая или уменьшая подачу топлива в камеры сгорания. При неполадках в системе подачи топлива, в результате чего нарушается оптимальное соотношение воздуха и топлива в горючей смеси, катализатор также не может работать в оптимальном режиме, и это даже может сократить его срок службы.

Видео:

Катализаторы на дизельных двигателях

Катализаторы, устанавливаемые на дизельные двигатели, схожи по принципу работы, но, несколько отличаются по своей конструкции. Такие катализаторы нерегулируемые, из-за особенностей работы дизельного мотора.

Катализатор для дизельного двигателя

Дело в том, что в камеру сгорания дизеля, воздуха поступает всегда больше, чем нужно для полного сгорания топлива, поэтому такая регулировка состава смеси по контролю за количеством оставшегося в выхлопных газах кислорода, просто не нужна. Катализатор для дизельного мотора преобразует токсичный угарный газ и углеводород в углекислый газ и воду, кроме того, устраняет неприятный запах выхлопных газов.

К сожалению, дизельные катализаторы плохо справляются с нейтрализацией оксидов азота (NO и NO2), содержащихся в выхлопе. Это связано с относительно низкой температурой выхлопных газов дизеля, из-за чего процесс нейтрализации проходит хуже. Для решения этой проблемы, катализаторы для дизельных двигателей, стараются размещать ближе к двигателю, то есть там, где температура газов выше, или снабжают катализаторы собственными встроенными электрическими нагревателями.

(Никто ещё не поставил оценку. Будьте первым!) Загрузка…

avto-i-avto.ru

Каталитический нейтрализатор — устройство и проблемы

В последнее время одна из самых обсуждаемых проблем — охрана окружающей среды. Страх глобального потепления усиливает законодательные инициативы по сокращению выбросов в атмосферу токсичных веществ, таких как окись азота (NO), которая имеют чрезвычайно вредное воздействие на озоновый слой. Одним из основных загрязнителей атмосферы, в глобальном масштабе, является автомобильный транспорт. Именно по этой причине, ежегодно применяется более строгий надзор и вводятся ограничения на автопроизводителей.

Сегодня их продукция должна соответствовать ряду экологических требований, которые становятся более жёсткими из года в год. Конструкторские отделы автомобильных компаний находятся в непрерывной гонке, создавая новые системы для уменьшения вредных выбросов. Это привело к появлению одного из ключевых компонентов расположенного во всех современных автомобилях — «Автомобильного каталитического нейтрализатора», более известного в качестве катализатора. Катализатор является составной частью выхлопной системы автомобиля и имеет важное значение для сокращения выбросов отработанных газов в атмосферу.

Устройство и принцип действия катализатора

Катализатор состоит из одного или нескольких керамическими или металлическими элементов сделанных в виде множества трубок с толщиной стенки 0,2 мм. Они заключены в корпус из нержавеющей стали и термостойкой ваты. Современные катализаторы изготавливаются из керамических компонентов на основе кордиерита и покрыты очень тонким слоем (20–60 микрон) драгоценных металлов, которые имеют важное значение для протекания химического процесса окисления. Это металлы, относящиеся к группе платины — Pt, Pd, Rh. Платина предпочтительна, поскольку обеспечивает лучшее окисление монооксида углерода и углеводородов. Кроме того, она устойчива к воздействию соединений серы, которые присутствуют в выхлопных газах. Использование палладия или родия (особенно родия) полезно для растворения оксидов азота. Действие катализатора основано на химической реакции окисления, вызванной высокой температурой. При достижении температуры катализатора в 250-300 °C, начинаются реакции окисления вредных газов: СО — угарный газ, HC — углеводород и NO — оксид азота. Они нейтрализуют путём добавления молекулы кислорода. Таким образом вредные элементы становятся соответственно: СО2 — углекислый газ, N2 — азот и h4O — вода.

Каталитический нейтрализатор в разрезе

В бензиновом автомобиле вместо керамической вставки, близко к двигателю находится «сетка» из металлической фольги. Она изготовлена из нержавеющей стали и также покрыта тонким слоем драгоценных металлов. Катализаторы отличаются разнообразием и сложностью, но в целом можно разделить на два основных типа — «окислительные» и «тройные катализаторы».

Окислительные катализаторы использовались в США с 70-х годов. Они убирают больше углеводородов и угарный газ, но не справляются с оксидом азота.

В современных бензиновых автомобилях чаще всего используются «тройные катализаторы». В них протекают три типа реакций окисления СО, НС и NO до получения CO2, h4O и N2.

В дизельных двигателях используют «NO абсорбирующие катализаторы» и «сажевые фильтры» (DPF). В последние годы все большее число дизельных двигателей, используют «селективное каталитическое восстановление» как метод снижения выбросов оксидов азота. Это делается с помощью аммиака или прекурсоров аммиака в среде, богатой кислородом. Благодаря этому выхлопные газы очищаются от сажи и т. п.

Проблемы и засорение катализатора

Перегрев внутреннего пирога катализатора является одной из наиболее распространённых причин блокирования и повреждения. Это обычно связано с обогащением топливной смеси и следовательно, попаданию не сгоревшего топлива в выхлопную систему. Там оно воспламеняется, что приводит к резкому повышению температуры и каталитическому горению. Очень часто это происходит из-за неверно выставленного зажигания или избыточного давления топлива, которое догорает в катализаторе глушителя, разрушая его структуру.

Проблема с катализатором может возникнуть при использовании топлива богатого свинцом. Свинец наслаивается на каталитический слой, отверстия сот становятся меньше и уменьшает проницаемость системы в целом. По этой причине не стоит злоупотреблять всевозможными присадками к бензину. Элементы, входящие в состав присадок, также оседают на катализаторе.

Если двигатель автомобиля дымит — горит масло, оно также может привести к закупорке решётки катализатора.

Часто встречаются и механические повреждения катализатора из-за сильных ударов, продолжительного и сильного резонанса и прочих причин, которые вредят хрупкой сетке.

Удаление катализатора

Широко распространено мнение, что после пробега в 150 — 180 тыс.км., катализатор перестаёт функционировать и становится неработоспособным. Часто, основываясь только на пробеге, гаражные «мастера» решают, что каталитический нейтрализатор не годен и должны быть удалён. Истина в том, что есть много факторов, которые влияют на производительность катализатора и, если автомобиль эксплуатируется правильно, с хорошим топливом и исправной топливной системой, ресурс у него гораздо больше. Стоит иметь в виду, что в Западной Европе, где покупается большинство подержанных автомобилей, соблюдают очень строгие экологические стандарты при прохождении техосмотра. Кроме того, топливо значительно лучше, чем в России. Так что если вы недавно купили свежий автомобиль, а на сервисе настаивают на удалении катализатора, усомнитесь в их мотивах. У охотников за драгоценными металлами, содержащимися в катализаторе, этот приём является обычной практикой для его удаления у наивных клиентов без уважительных причин. Затем, они продаются за довольно хорошие деньги в точках сбора цветных металлов. Это явление превратилось в целую индустрию, такие случаи не редкость, а ваш катализатор просто украден!

Прежде чем приступить к удалению катализатора рекомендуется проверить газоанализатором выхлопные газы. Такие приборы имеются в большинстве пунктов техобслуживания и мастерских. Если уровень угарного газа повышен, то это почти верный признак неисправности катализатора.

Другие признаки — необычных запах тухлых яиц и аммиака из выхлопной трубы, нестабильный холостой ход, низкое давление выхлопных газов на выходе.

Совет. Если Вы водите автомобиль, особенно в городе, преодолевая короткие участки с резким набором скорости, двигатель работает с не постоянными оборотами, то теоретически можно «разблокировать» катализатор изменив стиль вождения, старайтесь двигаться плавно с постоянной скоростью.

Если катализатор забит, можно почувствовать значительно возросший расход топлива и отсутствие предполагаемой тяги. В этом случае необходимо его удаление. Имейте в виду, что цена на новый катализатор очень высокая, поэтому если вы удалили его и не можете позволить себе новый, на его место целесообразно поставить резонатор.

На самом деле, отсутствие катализатора не повлияет негативно на автомобиль. Напротив — вы можете почувствовать большую мощность и низкий расход топлива. Правда в том, что большинство производителей автомобилей ставят катализаторы, потому что их обязали по строгим законам экологии, введённых по всему миру.

Несмотря на преимущества в движении без катализатора рекомендуем сохранять его как можно дольше. Вскоре в России обратят внимание на экологические требования и ужесточат либеральный режим экологических стандартов и проверок. Тогда владельцы автомобилей, с удалённым катализатором, будет вынуждены платить обременительный налог или восстанавливать его, чтобы пройти технический осмотр.

avtofakti.ru

Общая информация о катализаторах

Что такое катализаторы, как они устроены, почему выходят из строя.

Устройство катализатора и его разновидности Принцип работы катализатора Стандарты Выхлопная система Из-за чего катализатор выходит из строя Что делать и кто виноват Штатный или универсальный?

Катализатор – это элемент выхлопной системы. Он выполняет две задачи:

  1. Окисление выхлопных газов с целью снижения содержания вредных для экологии примесей
  2. Создание противодавления в выхлопной системе

Устройство катализатора и его разновидности

Существуют три вида катализаторов, разделяющихся по принципу работы:

  • Фильтрующий (катализатор дожигания)
  • Химический
  • Магнитно-стрикционный (МСК)

В данной статье мы рассмотрим самый известный и популярный вид катализатора – катализатор дожигания.

Катализатор дожигания, в свою очередь, делится на два типа:

— Керамический катализатор

— Металлический катализатор

Внутренняя структура катализатора представляет собой соты, выполненные из керамики или металла. По функциональности они идентичны, но катализатор из металла более надежен, тогда как керамические соты довольно хрупки. Стоит металлический катализатор дороже керамического.

На соты наносится тонкий слой платино-иридиевого сплава, который и обеспечивает окисление выхлопных газов. Платина и иридий – дорогие металлы, отсюда такая высокая стоимость катализатора.

Сам катализатор помещается в корпус из нержавеющей стали.

Принцип работы катализатора

Выхлопные газы представляют собой смесь NO (оксид азота), CH (углеводород), CO (оксид углерода – угарный газ). Эти газы опасны как для окружающей среды, так и для самого человека. Смог, который еще недавно был визитной карточкой больших городов, образуется из-за взаимодействия этих и некоторых других соединений, в результате получается вредная для человека дымовая завеса.

Принцип работы катализатора основан на том, чтобы эти элементы до-окислять путем каталитической реакции между элементами газов и сплава катализатора, в результате на выходе получаются либо более низкие концентрации вредных веществ, либо чистые кислород и углекислый газ.

Реакция происходит из-за высокой температуры выхлопных газов (выше 300 градусов). Чем выше температура, тем быстрее протекает реакция. Температура выхлопных газов во многом зависит от заправляемого топлива. Топливо низкого качества может выдавать очень большую температуру отработанных газов, что уменьшает срок службы катализатора.

Стандарты

Экологическая политика привела к появлению норм содержания вредных веществ в выхлопных газах. В зависимости от конкретного стандарта, топливо и катализаторы разделяются по своему качеству (соответствию стандартам).

На данный момент существует 6 стандартов, принятых в Евросоюзе – Евро-1, Евро-2, Евро-3, Евро-4, Евро-5, Евро-6. Евро-6 ввели в 2013 году, тогда как в России максимальным стандартом на данный момент является Евро-5.

Сейчас в России введен закон на запрет эксплуатации транспортных средств со стандартом ниже Евро-3.

Стандарт Евро-3: оксид углерода (CO) — не более 2,3г/км (грамм на километр пути) углеводороды (СН) — не более 0,2 г/км

оксиды азота (NO) — не более 0,15 г/км

Выхлопная система

На современных машинах обычно ставится минимум два катализатора, один из которых ставится прямо на выпускной коллектор (катколлектор).

Для нормальной работы катализатора нужно обеспечить постоянное оптимальное соотношение воздуха и топлива в рабочей смеси, поступающей в камеру сгорания.

Этот параметр (количество кислорода) измеряется датчиком лямбда-зонд, который подает сигнал в блок управления, а тот, в свою очередь, соответствующим образом регулирует подачу топлива в двигатель.

После первого катализатора стоит второй лямбда-зонд, который регистрирует изменение содержания кислорода в выхлопе. Если разницы нет или она ниже допустимого значения, подается сигнал о неисправности катализатора.

После второго лямбда-зонда ставится второй катализатор, который располагается примерно под ногами человека на переднем сидении.

Если установлено 4 катализатора, то два других (нижних) располагаются на некотором отдалении от верхних катализаторов. Если из строя выходит один катализатор, то меняют как минимум два верхних, в противном случае возникает неправильное противодавление.

Из-за чего катализатор выходит из строя

Катализатор это фильтр, а фильтры со временем приходится менять.

Существует несколько причин неисправности катализатора.

1. Истек срок службы. В процесс работы катализатор забивается и превращается в пробку. В таком случае машина начинает «тупить», уменьшается мощность работы. Обычно катализатора хватает на 100-120 тысяч километров пробега. После этого катализатор необходимо менять.

2. Стерся платино-иридиевый слой катализатора. В принципе, забившийся катализатор возможно почистить, однако со временем каталитический сплав стирается и чистка становится абсолютно бесполезным занятием.

3. Керамический слой катализатора разрушился. Это либо вторая стадия после «забивки» катализатора, либо наличие чисто механических повреждений типа ударов. Такое чаще всего происходит у автомобилей, предназначенных для загородной езды. В этом случае частички керамики попадают в двигатель и нарушают его работу. Если это запустить, то можно дойти до капитального ремонта или замены двигателя. Если вы слышите странный треск и дребезжание под ногами, это может говорить в пользу разрушения катализатора.

4. Фильтрующая структура катализатора оплавилась. Это происходит, если температура выхлопных газов превышает допустимый порог. В норме катализаторы выдерживают температуру от 300 до 900 градусов. Причина заключается в некачественном топливе. Оплавленный катализатор так же превращается в пробку.

Как правило, при неисправном катализаторе вы увидите сигнал «Check Engine» или при сканировании – код ошибки P0420. Однако, для точного определения причин проблемы необходимо провести диагностику катализатора.

Что делать и кто виноват

Кто или что несет вину за сломанный катализатор – мы уже узнали выше. Возникает вопрос – что делать дальше?

В первую очередь, необходимо провести диагностику выхлопной системы. Если катализатор вышел из строя, вам предложат его заменить на новый. Вышедший из строя катализатор ремонту не подлежит.

Есть и другой вариант, более дешевый – вы убираете катализатор и ставите на его место пламегаситель. Пламегаситель не фильтрует выхлоп, но зато выполняет вторую функцию катализатора – разбивает поток газов, снижая, тем самым, нагрузку на резонатор. Ставить прямую трубу не рекомендуется — либо катализатор, либо пламегаситель.

Если вы решили поставить пламегаситель, то второй лямбда-зонд будет постоянно подавать сигнал ошибки, что довольно сильно раздражает. Но есть способ его обмануть. Здесь либо вам ставят механический контроллер лямбда-зонда, либо программный.

Механический контроллер представляет собой втулку. Втулка вставляется в выхлопную трубу, а лямбда-зонд уже в нее. В таком случае зонд находится на расстоянии от основного потока выхлопных газов и регистрирует норму.

Программный контролер надежнее. Он подает сигнал на бортовой компьютер, соответствующий нормальной работе катализатора.

Штатный или универсальный?

Это второй выбор, с которым вы сталкиваетесь при замене катализатора. Со штатным или оригинальным катализатором все понятно – его продает ваш дилер. Обычно дилер продает катализатор вместе с коллектором, что еще больше увеличивает цену.

Универсальный катализатор намного дешевле, что является очевидным плюсом, т.к. на катализаторы не дают гарантии. Функциональность такая же, как и у штатного, только штатный предназначен специально для марки вашей машины, а универсальный катализатор необходимо подбирать. Здесь большое значение уделяется сервису, который производит замену катализатора.

Кроме того, некоторые автосервисы, например наш автосервис «Глушак», предоставляют гарантию.

glushak.ru

 

«Питер — АТ»
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453

piter-at.ru

Каталитический нейтрализатор отработавших газов | Автомобильный справочник

 

Законодательство в области ограничения ток­сичности отработавших газов устанавливает пре­делы содержания в них токсичных веществ. Для выполнения этих требований меры, связанные с совершенствованием конструкции двигателей, оказываются недостаточными. В дополнение к снижению количества неочищенных выбросов большое внимание уделяется каталитической очистке отработавших газов, с целью преоб­разования токсичных веществ. Вот о том как происходит каталитическая очистка отработавших газов, мы и поговорим в этой статье.

 

Содержание

 

 

Каталитические нейтрализаторы преобразуют загрязняющие вещества, образующиеся в процессе сгорания топлива, в безвредные компоненты.

Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор отработавших газов

 

Современные технологии очистки отрабо­тавших газов для двигателей, работающих при стехиометрическом составе смеси, пред­ставляет трехкомпонентный каталитический нейтрализатор. Его задачей является преоб­разование токсичных веществ — НС (углеводо­родов), СО (оксида углерода) и NOх (оксидов азота), образующихся в процессе сгорания топлива, в безвредные составляющие. Ко­нечными продуктами являются Н2О (водяной пар), С02 (диоксид углерода) и N2 (азот).

Конструкция и принцип действия каталитического нейтрализатора

 

Каталитический нейтрализатор состоит из кон­тейнера из листовой стали, подложки, покрытия из пористого оксида и активного каталитиче­ского металлического покрытия. Подложка обычно представляет собой керамический монолит, хотя для специальных применений также используются металлические монолиты. На монолит наносится слой подложки, который увеличивает эффективную площадь каталити­ческого нейтрализатора примерно в 7000 раз. Каталитический слой поверх подложки содер­жит благородные металлы, такие как платина или палладий и родий. Платина и палладий уско­ряют окисление НС и СО, в то время как родий несет ответственность за восстановление NО.

Окисление СО и НС происходит в соответ­ствии со следующими реакциями:

2 СО + О2 —> 2 СО2,

2 С2Н6 + 7 O2 —> 4 С02 + 6 Н2O

Восстановление оксидов азота происходит в соответствии со следующей реакцией:

2 NO + 2 СО — N2+ 2 СO2

Кислород, требующийся для процесса окисле­ния, либо присутствует в отработавших газах (в результате неполного сгорания топлива), либо забирается из оксидов азота NОX, кото­рые в то же время восстанавливаются.

Концентрация токсичных веществ в отрабо­тавших газах (перед каталитическим нейтра­лизатором) зависит от коэффициента избытка воздуха λ (см. рис. а, «Эффективность каталитического нейтрализатора в функции коэффициента избытка воздуха λ» ). Для как можно более полного преобразования трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором всех трех ток­сичных составляющих требуется стехиометриче­ский состав топливно-воздушной смеси (λ = 1, см. рис. Ь, «Эффективность каталитического нейтрализатора в функции коэффициента избытка воздуха λ» ). При λ = 1 имеет место состояние равновесия между реакциями окисления и вос­становления, что способствует полному окисле­нию НС и СО с одновременным восстановлением NО, При этом НС и СО действуют в качестве восстановителей для NO. «Окно» (диапазон регулирования λ), в пределах которого должно находиться среднее значение λ, очень невелико Отсюда следует, что смесеобразование должно корректироваться с использованием замкнутой системы регулирования λ с применением в ка­честве устройства, вырабатывающего сигнал об­ратной связи, кислородного датчика λ (см. рис. с, «Эффективность каталитического нейтрализатора в функции коэффициента избытка воздуха λ» ) (см. «Регулирование λ»).

 

 

Каталитический нейтрализатор кислород­ного типа

 

Точность регулирования λ в динамическом диапазоне, как правило, составляет 5 %, т.е. отклонения от значения λ = 1 являются не­избежными. Каталитический нейтрализатор способен сам компенсировать небольшие колебания состава смеси. Он обладает спо­собностью запасать избыточный кислород во время работы двигателя на бедной смеси и освобождать его при обогащении смеси. Слой подложки содержит цероксид, который может запасать и освобождать кислород в соответ­ствии со следующей обратимой реакцией:

Се2Оз + О2 <-> 4 СеO2

Следовательно, задача системы управления двигателем представляется вполне ясной. Усредненное по времени значение λ перед ката­литическим нейтрализатором должно поддер­живаться очень точно (допустимое отклонение составляет несколько тысячных долей). Откло­нения, переведенные в количество запасаемого и освобождаемого кислорода, не должны пре­вышать количества кислорода, которое может удерживать каталитический нейтрализатор. Типичные значения этого количества лежат в диапазоне от 100 мг до 1 г; в процессе старения каталитического нейтрализатора эти значения Уменьшаются. Все обычные методы диагно­стики каталитического нейтрализатора осно­ваны на прямом или косвенном определении его способности к накоплению кислорода.

При нормальной рабочей температуре каталитического нейтрализатора степень преобразования ограниченного количества токсичных веществ достигает 99%.

Каталитический нейтрализатор NOx аккуму­ляторного типа

 

Во время работы двигателя на бедной смеси трехкомпонентный каталитический нейтрализатор не способен преобразовывать оксиды азота, произведенные в процессе сгорания то­плива. СО и НС окисляются остаточным кисло­родом, содержащимся в отработавших газах, и, следовательно, не могут служить в качестве восстановителей оксидов азота.

Каталитический слой каталитического ней­трализатора NОx, аккумуляторного типа со­держит вещества, способные накапливать NОx, например, оксид бария. Все обычные покры­тия, накапливающие NОx, также обладают свой­ствами трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, в результате чего каталитиче­ский нейтрализатор NОx аккумуляторного типа при λ = 1 работает таким же образом, как трех­компонентный каталитический нейтрализатор.

При работе двигателя на бедной смеси в режиме послойного распределения заряда NОx преобразуются в три этапа. Вовремя накопле­ния NОx сначала окисляются до диоксида азота NO2, который затем реагирует со специальными оксидами на поверхности каталитического ней­трализатора и кислородом (O2) с образованием нитратов, например, нитрата бария.

По мере того как количество накопленных NОx (нагрузка) возрастает, способность ней­трализатора связывать NОx понижается. При определенной нагрузке аккумулятор NОx должен быть регенерирован, т.е. связанные в нем оксиды азота должны быть снова освобождены и пре­образованы. С этой целью двигатель кратковре­менно переводится в режим работы на богатой однородной смеси (λ < 0,8) для восстановления NО до N2 без выработки в ходе процесса СО и НС.

Время окончания фазы хранения и начала фазы освобождения либо вычисляется с ис­пользованием модели, либо определяется при помощи кислородного датчика λ после каталитического нейтрализатора.

 

 

Десульфатация

 

Содержащаяся в топливе сера также вступает в реакцию с аккумуляторным материалом в каталитическом слое. В результате с течением времени количество материала, имеющегося в наличии для накопления NОх, уменьшается. Это приводит к образованию сульфатов, на­пример, сульфата бария, которые обладают очень высокой тепловой стойкостью и не вос­станавливаются во время регенерации NОх. Для десульфатации каталитический нейтрализатор необходимо нагреть до 600-650 °С, а затем в течение нескольких минут двигатель должен попеременно работать на богатой (λ = 0,95) и бедной (λ = 1,05) смеси. В ходе этого процесса количество сульфатов уменьшается.

Используя различные методы нагрева ка­талитического нейтрализатора NOx аккумуля­торного типа, расположенного под днищем автомобиля, следует соблюдать осторож­ность, чтобы не допустить перегрева первич­ного каталитического нейтрализатора.

Рабочая температура каталитического нейтрализатора

 

Каталитические нейтрализаторы не могут начать преобразование до тех пор, пока не достигнут определенной рабочей температуры (темпера­туры запуска). Для трехкомпонентного ката­литического нейтрализатора эта температура составляет приблизительно 300 °С. Идеальные условия для преобразования достигаются при температуре от 400 до 800 °С. Для каталитиче­ского нейтрализатора NОх, аккумуляторного типа благоприятный диапазон температур ниже: он достигает максимальной накопительной спо­собности при температуре от 300 до 400 °С.

Температуры от 800 °С до 1000 °С вызы­вают ускоренное тепловое старение катали­тического нейтрализатора. Это старение вы­зывается спеканием благородных металлов и слоя подложки, в результате которого умень­шается активная поверхность катализатора. При температурах свыше 1000 °С тепловое старение происходит настолько быстро, что каталитический нейтрализатор вообще пере­стает оказывать какой-либо эффект.

 

 

Конфигурации каталитических нейтрализаторов

 

Требуемая рабочая температура трехкомпо­нентного каталитического нейтрализатора ограничивает варианты его установки. При установке каталитического нейтрализатора вблизи двигателя он быстро достигает ра­бочей температуры, но затем может испыты­вать очень высокие тепловые нагрузки.

 

 

Широко используется конфигурация трех­компонентного каталитического нейтрализа­тора с разделенным на две части первичным нейтрализатором и главным каталитическим нейтрализатором, устанавливаемым под дни­щем автомобиля. Первичный каталитический нейтрализатор оптимизирован в отношении высокотемпературной стабильности, а глав­ный нейтрализатор — в отношении низкой тем­пературы активации. Различные возможные конфигурации первичного и главного (уста­навливаемого под днищем) каталитических нейтрализаторов показаны на рис. «Конфигурация установки каталитических нейтрализаторов» . В связи с их более низкими максимально допустимыми рабочими температурами каталитические ней­трализаторы NОх, аккумуляторного типа всегда устанавливаются под днищем автомобиля.

Нагрев каталитического нейтрализатора отработавших газов

 

Количество выбросов НС и СО особенно ве­лико, когда двигатель холодный, поскольку при этом топливо конденсируется на холод­ных стенках цилиндров, а затем выходит из камеры сгорания несгоревшим. Проблему усугубляет тот факт, что для эффективной ра­боты каталитический нейтрализатор должен достичь минимальной рабочей температуры. Поэтому крайне важно снизить количество не­обработанных отработавших газов во время прогрева двигателя, пока каталитический ней­трализатор не достиг рабочей температуры. Отсюда следует необходимость принятия мер к быстрому нагреву каталитического нейтра­лизатора до рабочей температуры. Требуемое для этого тепло может быть обеспечено за счет повышения температуры отработавших газов и увеличения их массового расхода. Это может быть сделано следующим образом.

Регулирование момента зажигания

 

Основным способом повышения температуры от­работавших газов является сдвиг момента зажи­гания в сторону запаздывания. При этом сгорание смеси происходит во время такта расширения. К окончанию такта расширения отработавшие газы имеют относительно высокую температуру. Позднее сгорание топлива оказывает неблаго­приятное влияние на к.п.д. двигателя.

Увеличение оборотов холостого хода

 

Дополнительной мерой является увеличение оборотов холостого хода и, соответственно, мас­сового расхода отработавших газов. Повышение оборотов позволяет еще больше сдвинуть мо­мент зажигания в сторону запаздывания. Тем не менее, в целях обеспечения устойчивой работы двигателя запаздывание зажигания ограничи­вается диапазоном от 10 до 15° после ВМТ. Дополнительного тепла, полученного выше­указанными способами, не всегда оказывается достаточно для надлежащего снижения содер­жания токсичных веществ в отработавших газах.

 

 

Регулирование фаз газораспределения

 

При необходимости, можно использовать еще один способ увеличения теплового по­тока, заключающийся в регулировании фаз газораспределения. При как можно более раннем открытии выпускных клапанов про­исходит раннее прерывание процесса за­держанного сгорания топлива, и количество произведенной механической работы умень­шается. Соответствующее количество энер­гии становится доступно в виде тепла для по­вышения температуры отработавших газов.

Разделение впрыска

 

Системы прямого впрыска бензина в принципе предоставляют возможность многократного впрыска топлива. Это позволяет быстро нагреть каталитический нейтрализатор до рабочей тем­пературы без использования каких-либо допол­нительных компонентов. Режим «разделения» заключается в первоначальном создании одно­родной бедной смеси посредством впрыска топлива во время такта впуска. Последующий впрыск топлива во время такта сжатия с перехо­дом в режим послойного распределения заряда топлива позволяет сдвинуть момент зажигания в сторону запаздывания и повысить температуру отработавших газов. При этом достижимые тепловые потоки отработавших газов сравнимы с потоками, которые могут быть получены по­средством нагнетания вторичного воздуха.

Система подачи дополнительных порций воздуха

 

Тепловое дожигания несгоревшего топлива по­вышает температуру в системе выпуска отрабо­тавших газов. С этой целью состав топливно-воздушной смеси регулируется в пределах от λ = 0,9 (богатая смесь) до λ = 0,6 (очень богатая смесь). Насос вторичного воздуха подает кисло­род в систему выпуска отработавших газов (см. рис. «Система подачи вторичного воздуха» ) в целях обеднения состава отработавших газов. Если базовая смесь очень богатая (λ = 0,6), несгоревшие составляющие топлива окисляются перед поступлением в каталитический нейтра­лизатор с выделением тепла (экзотермическая реакция) и подъемом температуры выше опреде­ленного порогового значения. Для достижения этой температуры необходимо: с одной сто­роны — сдвинуть момент зажигания в сторону запаздывания, а с другой стороны — подать вто­ричный воздух как можно ближе к выпускным клапанам. Экзотермическая реакция в системе выпуска отработавших газов увеличивает тепло­вой поток в направлении каталитического нейтра­лизатора и, следовательно, сокращает период его нагрева. НС и СО восстанавливаются в основном до поступления в каталитический нейтрализатор.

Если базовая смесь умеренно богатая (λ = 0,9), существенной реакции перед катали­тическим нейтрализатором не происходит. Несгоревшие составляющие топлива окисляются в каталитическом нейтрализаторе, что вызы­вает его нагрев изнутри. Однако для этого сна­чала необходимо довести температуру катали­тического нейтрализатора до уровня «запуска» посредством обычных мер, например, сдвига момента зажигания в сторону запаздывания.

Как правило, используется умеренно богатая базовая смесь, поскольку в случае очень богатой смеси экзотермическая реакция перед каталити­ческим нейтрализатором может стабильно проте­кать только при стабильных граничных условиях.

Нагнетание вторичного воздуха осуществля­ется электрическим насосом, который включает реле при увеличении требуемой эффективной мощности двигателя. Поскольку клапан в си­стеме вторичного воздуха предотвращает об­ратный поток отработавших газов в насос, когда насос выключен он должен быть закрыт. В каче­стве такого клапана может использоваться пас­сивный обратный клапан, электромагнитный клапан или (как показано на рис. «Система подачи вторичного воздуха» ) пневмати­ческий клапан с электромагнитным управляю­щим клапаном. При включении управляющего клапана — клапан подачи вторичного воздуха открывается под действием разрежения во впускном трубопроводе. Управление системой подачи вторичного воздуха осуществляется электронным блоком управления двигателем.

Альтернативные концепции активного нагрева

 

В некоторых случаях для быстрого нагрева каталитического нейтрализатора приме­няется электрообогрев. Нейтрализаторы с электрообогревом были ранее использованы в отдельных мелкосерийных проектах.

 

 

λ-регулирование

 

Для обеспечения как можно более высокой скорости преобразования НС, СО и NО, трех­компонентным каталитическим нейтрализа­тором компоненты реакции должны присут­ствовать в стехиометрическом соотношении. Для этого требуется поддержание значения λ = 1,0; т.е. стехиометрического соотношения воздух/топливо с очень высокой точностью.

Для этого управление процессом смесеобразо­вания должно осуществляться при помощи зам­кнутой системы регулирования, поскольку требу­емая точность не может быть достигнута только посредством управления дозированием топлива при использовании замкнутой системы регули­рования λ отклонения от заданного значения соотношения воздух/топливо могут быть обнару­жены и скорректированы посредством изменения количества впрыскиваемого топлива. В качестве показателя состава топливно-воздушной смеси используется остаточное содержание кислорода в отработавших газах, измеряемое при помощи кислородных датчиков (см. двухступенчатые и широкополосные кислородные датчики).

Двухступенчатое регулирование λ

 

Система двухступенчатого регулирования λ слу­жит для поддержания стехиометрического со­става смеси с λ = 1. Преобразованная переменная величина, включающая скачки и участки линей­ного изменения напряжения, изменяет свое на­правление при каждом скачке выходного напря­жения двухступенчатого кислородного датчика. Это означает переход от богатой смеси к бедной или наоборот (см. рис. «График изменения преобразованной переменной с регулируемым сдвигом в режиме разомкнутого регулирования» ). Типичная амплитуда колебаний этой преобразованной переменной должна быть в пределах 2-3 % от ее среднего значения. Результатом является ограничение ди­намики контроллера, которое в основном опре­деляется суммой значений времени реакции (обусловленных предварительным накоплением топлива во впускном трубопроводе, четырехтакт­ным принципом действия двигателя внутреннего сгорания и временем прохождения газов).

 

 

Асимметричная форма кривой преобразован­ной переменной позволяет скомпенсировать ти­пичную недостоверность сигнала двухступенча­того датчика, вызванную колебаниями состава топливно-воздушной смеси. При этом предпо­чтительным методом является задержка линей­ного возрастания преобразованной переменной в течение регулируемого времени выдержки tv после скачка выходного напряжения датчика.

Непрерывное регулирование λ

 

Динамическая характеристика системы двух­ступенчатого регулирования может быть улуч­шена только в том случае, если может быть измерено фактическое отклонение от значения λ = 1. Для непрерывного регулирования с под­держанием λ = 1 с очень низкой амплитудой колебаний в сочетании с высокими динамиче­скими характеристиками может быть исполь­зован широкополосный кислородный датчик. Параметры регулирования вычисляются и адап­тируются в соответствии с рабочими режимами двигателя. Кроме того, при такой системе регу­лирования λ компенсация неизбежного смеще­ния характеристики системы регулирования как в стационарном, так и нестационарном режиме осуществляется значительно быстрее.

Широкополосный кислородный датчик также позволяет регулировать состав смеси в случае его отклонения от λ = 1. Это позволяет осущест­влять контролируемое обогащение смеси (λ < 1), например, для защиты компонентов, или контро­лируемое обеднение (λ > 1), например, во время прогрева каталитического нейтрализатора.

Система регулирования λ с использованием двух кислородных датчиков

 

Когда кислородный датчик находится перед каталитическим нейтрализатором, он испы­тывает высокие тепловые нагрузки и под­вергается воздействию необработанных от­работавших газов, что ограничивает точность измерения. Изменения состава отработавших тазов могут вызывать сдвиг точки скачка вы­ходного напряжения двухступенчатого кис­лородного датчика или характеристической кривой широкополосного кислородного датчика. Кислородный датчик, расположен­ный после каталитического нейтрализатора, подвергается этим воздействиям в значи­тельно меньшей степени. Однако, система регулирования λ с использованием только кислородного датчика, расположенного поcле каталитического нейтрализатора, демон­стрирует ухудшение динамической характе­ристики, обусловленное конечным временем прохождения газов, и замедленной реакцией на изменения состава смеси.

Более высокая точность может быть достиг­нута в системе, включающей два датчика. Здесь контур двухступенчатого или непре­рывного регулирования λ дополняется более медленным корректирующим контуром, со­держащим дополнительный двухступенчатый кислородный датчик (см. рис. а, «Места установки кислородных датчиков» ). С этой це­лью выходное напряжения двухступенчатого кислородного датчика после каталитического нейтрализатора сравнивается со значением установки (например, 600 мВ). В зависимости от величины отклонения, система регулиро­вания соответствующим образом ступенчато изменяет установку состава смеси в сторону обогащения или обеднения для первого кон­тура регулирования, или значение установки для контура непрерывного регулирования.

Система регулирования λ с использованием трех кислородных датчиков

 

Установка третьего кислородного датчика по­сле главного каталитического нейтрализатора рекомендуется для облегчения диагностики каталитических нейтрализаторов и обеспечения повышенной стабильности состава отработав­ших газов для автомобилей категории SULEV (Автомобили со сверхнизким выбросом вредных веществ). Система регулирования с двумя кисло­родными датчиками (первый каскад) дополнена контуром регулирования с очень низким быстро­действием с использованием третьего кислород­ного датчика, установленного после главного каталитического нейтрализатора (см. рис. Ь, «Места установки кислородных датчиков» ).

Поскольку требования, предъявляемые к ка­тегории SULEV, относятся к величине пробега 150 000 миль, старение первичного каталити­ческого нейтрализатора может привести к сни­жению точности измерения двухступенчатого кислородного датчика после первичного катали­тического нейтрализатора. Этот эффект компен­сируется посредством установки дополнитель­ного двухступенчатого кислородного датчика после главного каталитического нейтрализатора.

В следующей статье я расскажу о системе впрыска топлива Common Rail.

 

Рекомендую еще почитать:

press.ocenin.ru

Нейтрализатор отработанных газов. Устройство и принцип действия

Назначение

Нейтрализатор отработанных газов предназначен для нейтрализации вредных веществ, находящихся в отработанных газах выпускной системы.

Принцип работы

Постоянные усилия разработчиков по улучшению процессов сгорания, оптимизации управления системами двигателя достигли определённой точки, при которой требовались новые методы и способы для уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу многочисленными автомобилями. Разработаны и применяются т.н. нейтрализаторы отработанных газов, которые устанавливаются в выпускной системе. В настоящее время используются нейтрализаторы нескольких типов:

  • каталитические;
  • термические;
  • накопительные;
  • и др.

В каталитических процесс нейтрализации интенсифицируется за счёт применения катализаторов, а в термических — за счёт высокой температуры с добавлением воздуха к отработанным газам.

Каталитические нейтрализаторы

Каталитические нейтрализаторы называют окислительными, т.к. они предназначены для окисления СО и СН, находящихся в отработанных газах. За короткое время, пока газы проходят через нейтрализатор, все реакции должны завершиться при температуре 250 — 800 град.

При температуре менее 250 град, эффективность нейтрализатора мала, а при температуре выше 1 000 гр. происходит «спекание» мелких кристаллов платины и разрушение активной поверхности, т.е. дезактивация нейтрализатора.

Рис. Окислительный нейтрализатор

На рисунке представлена конструкция каталитического нейтрализатора. 1 — керамическая пористая основа с нанесённым покрытием из платины и родия, 2 — изоляционные и теплоотводящие компоненты, 3 — датчик содержания кислорода в отработанных газах. Дезактивация катализатора особенно велика в первые 20 тыс.км. Особенно быстро дезактивация наступает при использовании этилированного бензина. Повторим, что рабочая температура в нейтрализаторе 400-700 гр., поэтому для быстрого прогрева и эффективной работы нейтрализатор располагают ближе к выпускному коллектору. Такое расположение является положительным фактором при холодном пуске и прогреве двигателя — нейтрализатор быстрее начинает работать, но при этом повышается его эксплуатационная температура, а это может способствовать дезактивации катализатора.

Блок-носитель каталитического нейтрализатора делают из керамики сотовой структуры, гофрированной фольги из нержавеющей стали или в виде сферических гранул из оксида алюминия, которые укладывают в металлический цилиндр, закрытый по торцам сетками. На поверхность носителя наносится каталитический материал и помещают внутрь корпуса из нержавеющей жаропрочной стали. Между блоком-носителем и корпусом ставится терморасширяющаяся прокладка. Для уменьшения вибрационных нагрузок нейтрализатор присоединяется шарнирными соединениями или компенсаторами колебаний.

Рис. Эффективная зона работы нейтрализатора

На рисунке показана зона эффективной работы нейтрализатора. Заштрихованная область — зона «стехиометрической» смеси, по оси абсцисс (В) отображено отношение «воздух-топливо», по оси ординат (А)-эффективность работы нейтрализатора.

В зоне «богатых» смесей — от 10 до 14,6 преобладают высокие концентрации оксида азота(NОх) и низкие СО и СН. Нейтрализаторы, преобразующие СО, СН, N0, называют трёхкомпонентными или бифункциональными. Для нейтрализации смеси оксида азота, получающегося в процессе сгорания смеси, используются реакции его восстановления до азота N2 и аммиака Nh4. В материалах, служащих катализатором при нейтрализации вредных веществ, используются платина, палладий, родий и др.

Трёхкомпонентные нейтрализаторы являются окислительными и восстановительными. В связи с тем, что состав вредных веществ резко меняется в зависимости от «обогащения» или «обеднения» топливовоздушной смеси, необходимо поддерживать работу двигателя в районе «стехиометрической» смеси.

Для выполнения такой задачи используется электронное управление работой двигателя с системой обратной связи (замкнутая система). Датчики, обеспечивающие работу обратной связи, называются: лямбда зондами (отношение «воздух-топливо») и устанавливаются до и после нейтрализатора, а также термометры газов в зоне процессов нейтрализации и окисления вредных веществ.

Термические нейтрализаторы

Термические нейтрализаторы представляют собой камеру, в которой при высокой температуре окисляются СО и СН. При работе двигателя на обогащенной смеси, требуется подача воздуха перед нейтрализатором. При работе на обеднённой смеси температура будет не высокой и требуется дополнительный прогрев нейтрализатора. Термический нейтрализатор начинает работать при температуре 600 гр, что существенно выше, чем у каталитических нейтрализаторов. Кроме этих требований, нужны более прочные и жаростойкие материалы, стойкость к высокой коррозионной агрессивности. Не получили широкого распространения.

Ранее отмечалось, что нейтрализатор не работает на режимах прогрева двигателя, т.к. температура в нём не достаточно высока, кроме того, двигатель в это время работает на обогащенных смесях и в отработанных газах нет достаточного количества кислорода, необходимого для окисления СН в нейтрализаторе.

Для ускоренного прогрева нейтрализатора уменьшается угол опережения зажиганием, или электрическим подогревом нейтрализатора путём сжигания перед ним топлива в горелке, или подачи воздуха в, поток отработанных газов с помощью специального насоса.

Рис. Методы подогрева нейтрализатора: 1 — топливная форсунка, 2 — нейтрализатор, 3 — свеча для поджигания смеси, 4 — воздушный насос

В некоторых системах используют «стартовый» нейтрализатор, который устанавливается перед или параллельно основному При параллельном расположении весь поток отработанных газов направляется в стартовый нейтрализатор, который быстро прогревается и начинает эффективно работать.

После прогрева двигателя поворотом заслонки поток газов направляется в основной нейтрализатор. На рисунке приведена одна из схем построения системы с параллельным и основным нейтрализаторами.

Рис. Система со стартовым нейтрализатором: 1 — двигатель, 2 — стартовый нейтрализатор, 3 — глушитель, 4 — основной нейтрализатор, 5 — кислородный датчик (лямбда-зонд), 6 — заслонка

При очистке отработанных газах дизельных двигателей внимание уделяется сокращению содержания твёрдых частиц и оксидов азота (NOx). Приведём краткое описание некоторых способов очистки ОГ, применяемых в дизельных двигателях.

Фильтр твёрдых частиц используется для сбора и их дальнейшей регенерации. Используется с окислительным нейтрализатором. Перед и после нейтрализатора и фильтра твёрдых частиц устанавливаются датчики давления и температуры, по которым косвенным способом определяется загрязнение элементов. Далее ЭБУ двигателем переводит работу двигателя на разные режимы для запуска системы регенерации твёрдых частиц.

Накопительный нейтрализатор NOx

Накопительный нейтрализатор NOx собирает на своей поверхности оксиды азота, а затем конвертирует их в азот (N2). При холодном пуске отработанные газы нагреваются для сокращения количества NOx. ЭБУ двигателем периодически обогащает, а затем обедняет рабочую смесь и, тем самым, создаёт условия для разложения оксидов азота.

Расположение

После выпускного коллектора сразу в подкапотном пространстве или под днищем автомобиля. Обычно снизу дополнительно защищен металлической сетчатой пластиной.

Неисправности

Засоряется от некачественных (или несгоревших) топлив и масел. Разрушается при уларах. Обычно двигатель не запускается при правильности всех параметров, т.к. отработанным газам некуда выходить — выпускная система забита.

Методика проверки

Если возникли подозрения на неисправность нейтрализатора, необходимо проверить давление газов перед нейтрализатором. Холостой ход — не более 0,9 bar и режим нагрузок (примерно 3000 оборотов) не более 2,5 bar. Если нет измерительного манометра — просто выкрутить кислородный датчик для выпуска отработанных газов. Если двигатель запустился, значит нейтрализатор «забит». Признаком неисправности нейтрализатора служат раскалённые газы, идущие из выпускной системы; перегрев двигателя и «хлопки» во впускной коллектор.

Ремонт

Нейтрализатор отработанных газов ремонту не подлежит. Пробивать отверстие в нейтрализаторе нельзя, можно разрезать и удалить все внутренности, что не приветствуется по причине нарушения экологических норм выброса отравляющих веществ. Лучше заменить на новый, как обычный сменный элемент со своим сроком службы (примерно 150 тыс.км.).

ustroistvo-avtomobilya.ru

Каталитический нейтрализатор — принцип работы и неисправности

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.

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. 

vipwash.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о