В настоящее время количество легкового транспорта уже перевалило за отметку один миллиард и с каждым годом увеличивается. Соответственно растет и количество вредных веществ в атмосфере. Был введен экологический стандарт ЕВРО, регулирующий состав отработавших газов. Для этого все машины оснащаются нейтрализатором, позволяющим снизить угрозу от выхлопов. Но из чего собственно состоит катализатор автомобиля и что это такое вообще? В настоящее время действует стандарт Евро-6, введенный с сентября 2014 года и такая мера актуальна по отношению ко всем легковым транспортным средствам, выпускающимся с 2015 года.
Что это такое?
Нейтрализатор — это обязательная составляющая, без которой не выпускается ни один легковой транспорт в наши дни. Иначе машины бы не соответствовали текущему экологическому стандарту. Здесь речь идет о меньшем количестве продуктов горения, поступающих наружу. Если сравнивать с предыдущим стандартом, у Евро-6 количество выбросов снижено на 67%.
Сам термин подразумевает приемную трубу. Здесь речь идет не только о сложностях изготовления, но и высоких затратах. Главным образом это связано с содержанием драгоценных металлов.
Что такое катализатор?
Современный трехкомпонентный катализатор представляет собой металлический цилиндр, внутри которого расположены своеобразные соты из стали или керамики. Керамические преобразователи получили более широкое распространение за счет того, что они дешевле. Но такие устройства довольно хрупкие и могут просто разбиться из-за небольшого удара или езды по бездорожью. Также они могут рассыпаться, если на расклеенный конвертер попадет вода, например, если вы заедете на прогретом авто в лужу.
На поверхность сот нанесены ценные металлы: платина, палладий, родий, золото. Именно эти элементы провоцируют химические реакции, которые позволяют очищать выхлопные газы. Процесс переработки состоит из трех этапов:
- Выхлопные газы перемещаются из цилиндров двигателя в ячейки керамического блока, покрытые драгоценными металлами.
- Покрытие ячеек провоцирует химическую реакцию, при которой несгоревшие углеводороды превращаются в водяной пар, а угарный газ преобразуется в углекислый.
- Оксид азота проходит через ячейки, покрытые родием и, вступая в реакцию с ним, распадается на нейтральный азот и кислород. В итоге, благодаря конвертеру отработанный газ максимально очищен от вредных компонентов.
Таким образом, качественный катализатор – это достаточно дорогостоящая деталь, что обусловлено использованием ценных металлов для изготовления каталитического слоя. Поэтому он представляет особую ценность не только в рабочем состоянии, но и после выхода из строя.
Покупка нового катализатора – затратное мероприятие, особенно для автомобилей с большим объемом двигателя, а ремонту эти детали не подлежат. Но если сдать неисправное устройство на утилизацию, расходы можно будет снизить вполовину, и получить назад до 75% от начальной стоимости устройства.
Разновидности
На данный момент существует несколько разновидностей, дабы соответствовать требованиям современного экологического стандарта Евро-6. Самые распространенные варианты катализаторов автомобиля:
- Керамические — очистка выхлопа проводится механическим способом. Внутренний каркас выполнен из керамики, на поверхности которого путем напыления нанесены драгоценные металлы.
- Металлические — из какого материала изготовлены уже ясно. За счет этого достигнута повышенная упругость. Если сравнивать их с керамическими аналогами, то эти более надежны и прочны.
- Спортивные — их качество еще выше, нежели упомянутые выше. Делаются также из металла, но с большей пропускной способностью.
Первые два вида получили наибольшее распространение среди большого количества производителей.
Состав катализатора
Ухудшающаяся экологическая ситуация в мире в целом вызывает озабоченность уже не одно десятилетие. Именно поэтому, понимая какой колоссальный вред природе наносят автомобильные выхлопы, крупнейшие автопроизводители оснащают свою продукцию особой деталью, о наличии которой на авто не все владельцы или водители даже знают.
Речь о каталитическом нейтрализаторе автомобильных выхлопов или в сокращенном названии просто катализатор. Монтаж детали осуществляется под днищем авто, поэтому его сразу и не обнаружишь, особенно учитывая какой замысловатой может быть конструкция выхлопной системы современного авто.
Тем не менее на всех современных автомобилях катализаторы устанавливаются еще на заводском конвейере, так что к потребителям транспортные средства поступают в полном комплекте.
Какое основное предназначение фильтра, а так же какой состав катализатора? Разберем эти аспекты подробнее.
Состав катализатора
Конструкция каталитического преобразователя состоит из трех основных компонентов и пары датчиков.
Корпус автодетали, как правило, представлен утолщенной трубой в форме параллелепипеда. Это внешний защитный кожух катализатора.
Внутри кожуха под изоляционным слоем размещается наполнитель (иначе называемый монолитом) — основной компонент катализатора. Из-за материала данного наполнителя все катализаторы формируют две основные группы: керамические и металлические.
Как понятно из названия материала монолит делают из огнеупорной керамики или металлических листов. В первом случае используется огнеупорная керамика, а во втором — стальные листы.
Из керамики делают особую матрицу с большим количеством мелких сквозных ячеек. А стальные листы волнообразно изгибают и сворачивают спиралью. Получается тоже мелкоячеистая структура, но с ячейками чуть большего размера.
В выхлопную систему автомобиля внешний корпус катализатора монтируется посредством двух патрубков: входного и выходного. К ним же подсоединяются два лямбда-зонда (на входе и выходе), контролирующие качество работы катализатора.
Разобрав вкратце то, из чего состоит катализатор автомобиля, необходимо прояснить и принцип работы данной детали. Зная, как работает фильтр, можно понять, когда катализатор придет в негодность и какие симптомы об этом укажут.
Основная функция
В ходе работы двигателя образуются вещества, являющиеся продуктов сгорания топлива. А это уже серьезная опасность для человеческого организма. И окружающей среде это тоже не идет на пользу.
Тем не менее среди большинства автолюбителей гуляет немало споров касательно необходимости этого элемента. Кто-то согласен с тем, что это вынужденная мера, позволяющая снизить количество опасных веществ в выхлопной системе. Другие же считают его необязательным, а то и опасным. Остается только догадываться, что ими движет придерживаться своей точки зрения.
А между тем разработкой нейтрализаторов начали заниматься еще с 60-х годов прошлого столетия, когда мировую общественность стало беспокоить состояние экологической обстановки. И на то время численность веществ выхлопной системы никак не регулировалось. И первые стандарты появились только с 1970 года.
Перед производителями возникла необходимость оснащать свою продукцию устройствами, которые снижают уровень веществ. И уже с 1975 года это уже обязательный элемент, без которого не разрешается использование любого транспортного средства.
Уже становится ясна функция катализатора и что мировая общественность не становится равнодушной к общему состоянию экологии родной планеты.
Как работает автомобильный каталитический нейтрализатор?
Для работы двигателя внутреннего сгорания важно, чтобы в его цилиндрах происходил стабильный процесс сгорания воздушно-топливной смеси. Во время этого процесса образуются вредные газы, такие как оксид углерода, оксиды азота, углеводороды и другие.
Если в автомобиле нет каталитического нейтрализатора, все эти чрезвычайно вредные газы после выброса в выпускной коллектор из двигателя будут проходить через выхлопную систему и будут попадать непосредственно в воздух, которым мы дышим.
Если транспортное средство имеет каталитический нейтрализатор, выхлопные газы будут проходить от двигателя к глушителю через соты подложки и вступать в реакцию с драгоценными металлами. В результате химической реакции вредные вещества нейтрализуются, и из выхлопной системы в окружающую среду попадает лишь безвредный выхлоп, состоящий в большей степени из углекислого газа.
Из уроков химии мы знаем, что катализатор — это вещество, которое вызывает или ускоряет химическую реакцию, не влияя на нее. Катализаторы участвуют в реакциях, но не являются ни реагентами, ни продуктами каталитической реакции.
Есть две стадии, через которые проходят вредные газы в катализаторе: восстановление и окисление. Как это работает?
Когда рабочая температура катализатора достигает от 500 до 1200 градусов по Фаренгейту или 250-300 градусов по Цельсию, происходят две вещи: восстановление, и сразу после этого реакция окисления. Это звучит немного сложно, но на самом деле это означает, что молекулы вещества одновременно теряют и получают электроны, из-за чего меняется их структура.
Восстановление (поглощение кислорода), которое происходит в катализаторе, направлено на превращение оксида азота в экологически чистый газ.
Как работает автомобильный катализатор на стадии восстановления?
Когда закись азота из выхлопных газов автомобиля попадает в катализатор, платина и родий в нем начинают воздействовать на разложение молекул оксида азота, превращая вредный газ в совершенно безвредный.
Что происходит на стадии окисления?
Вторая стадия, которая происходит в катализаторе, называется реакцией окисления, в которой не сгоревшие углеводороды превращаются в диоксид углерода и воду путем смешивания с кислородом (окисление).
Реакции, которые происходят в катализаторе, изменяют химический состав выхлопных газов, изменяя структуру атомом, из которых они состоят. Когда молекулы вредных газов переходят из двигателя в катализатор, он разделяет их на атомы. Атомы, в свою очередь, рекомбинируют в молекулы в относительно безвредные вещества, такие как диоксид углерода, азот и вода, и выбрасываются в окружающую среду через выхлопную систему.
