Нейтрализатор выхлопных газов – Почему выходит из строя каталитический нейтрализатор — журнал За рулем

Содержание

Системы нейтрализации выхлопных газов

При современном уровне развития техники наиболее эффективным способом снижения токсичности выхлопа является нейтрализация токсичных компонентов отработавших газов с использованием химических реакций окисления и (или) восстановления. С этой целью в выпускную систему двигателя устанавливают специальный термический реактор (каталитический нейтрализатор). Постоянное повышение экологических требований к выбросам вредных веществ заставляет автопроизводителей совершенствовать системы нейтрализации.

Как работает каталитический нейтрализатор

Содержание статьи

Системы нейтрализации бензиновых двигателей

Еще при введении норм Евро-3 в методику испытаний добавили режим холодного пуска: измерения производятся сразу же после запуска двигателя при температуре -7 градусов. При отрицательных температурах смесь нужно сильно обогащать – количество СО и СН при этом в выхлопных газах резко возрастает. А не успевший прогреться до рабочей температуры каталитический нейтрализатор практически бездействует.

Для решения этой проблемы было найдено несколько способов. Первый, сравнительно простой – расположить нейтрализатор не под днищем автомобиля, а поближе к выпускному коллектору. Так появились

катколлекторы, в которых два узла объединены в один. Для более быстрого прогрева их изготавливают не из чугуна, а из тонкой стали. Чтобы уменьшить потери тепла предусматривается теплоизоляция.

Ускорить прогрев нейтрализатора можно и другим способом – добавить в выхлопные газы воздуха с одновременным обогащением топлива. Таким образом «лишняя» горючая смесь, догорая вне цилиндра, повышает температуру отработанных газов, а они, в свою очередь, быстрее нагревают нейтрализатор. В двигателях с непосредственным впрыском того же эффекта добиваются подачей дополнительной порции бензина во время рабочего хода. Есть и третий способ – разогрев нейтрализатора электрическим термоэлементом.

Повысить точность работы системы нейтрализации удалось добавлением

второго датчика кислорода. Первый предназначен для контроля качества смеси – богатая она или бедная. А по показаниям второго контроллер более точно корректирует работу системы топливоподачи. Еще более совершенными являются широкополосные датчики – они способны определять, насколько соотношение воздуха и бензина отличается от стехиометрического.

Произошли изменения и в материале изготовления сот нейтрализатора. Мы привыкли к тому, что их изготавливают из керамики. Но она имеет ряд недостатков – в силу своей хрупкости не переносит тряски и ударов, быстро разрушается некачественным топливом или в случае нарушений в работе ЭСУД. В настоящее время все больше применяются соты из металлической проволоки. Они медленнее прогреваются и имеют меньшую рабочую поверхность, зато легко переносят механические воздействия и высокие температуры. Очень важно также то, что металлические соты создают намного меньшее сопротивление потоку выхлопных газов.

Еще одну проблему пришлось решать для современных двигателей с непосредственным впрыском, которые способны работать на бедных смесях. При этом достигается заметная экономия топлива, однако количество оксидов азота в выхлопных газов также значительно возрастает. Обычный нейтрализатор не в состоянии с ними справиться. Поэтому в выпускную систему дополнительно вводится NO-накопитель. Конструктивно он практически не отличается от обычного нейтрализатора, за исключением веществ, которыми покрываются его соты. Оксиды калия, стронция, циркония, кальция, лантана, бария задерживают оксиды азота. Периодически рабочая смесь обогащается, и накопленные вредные вещества выжигаются, разлагаясь при этом на азот и углекислый газ. Располагается накопитель после нейтрализатора, так как для его работы нужна более низкая температура (около 400 градусов).

Системы нейтрализации дизельных двигателей

Другой подход нужен к дизелям. Здесь приходится бороться с углеводородами, оксидами азота и сажей (твердыми частицами). Сажевые фильтры придуманы давно. В первых конструкциях накопившуюся сажу периодически выжигали при температуре около 600 градусов, кратковременно обогащая смесь. Но при этом увеличивался выброс других вредных веществ. Поэтому в современных конструкциях сажевый фильтр объединили с окислительным нейтрализатором. Одно устройство и оксиды азота разлагает, и сажу сжигает, причем при более низкой температуре (около 250 градусов).

Для очистки выхлопа грузовиков дополнительно применяется технология SCR (Selective Catalitic Reduction). Ее суть – периодический впрыск в нейтрализатор раствора мочевины (AdBlue). Там она превращается в аммиак и вступает в реакцию с оксидами азота. В результате образуются безвредные азот и вода.

Однако возможности ученых и изобретателей не безграничны. Нормы Евро-6, по всей видимости, – предел, достижимый современными ДВС. А дальше придется искать другие экологически чистые источники энергии.

Практические рекомендации

Во время и после работы двигателя корпус нейтрализатора имеет достаточно высокую температуру. В связи с этим, во избежание пожара, не следует парковать автомобиль над легко воспламеняющимися предметами, например сухими листьями, травой, бумагой и т.д.

Следует соблюдать основные правила, направленные на предупреждение ситуации, когда в нейтрализатор может попасть значительное количество несгоревшего топлива. В этом случае возможная вспышка может привести к его разрушению.

Наиболее общие рекомендации таковы:

  • не следует бесполезно крутить двигатель стартером длительное время;
  • нельзя пускать двигатель путем буксировки. Следует использовать метод “прикуривания” от другого автомобиля;
  • запрещается проверять работу цилиндров, отключая свечи зажигания.
  • при перебоях в работе системы зажигания не допускайте работы двигателя с высокой частотой вращения коленвала до устранения неисправности;
  • не заливайте моторное масло сверх максимального уровня. Излишки масла, попав в каталитический нейтрализатор, могут повредить покрытие или полностью разрушить его.

avtonov.info

Каталитическая нейтрализация отработавших газов | Системы снижения токсичности автомобиля

Каталитическое действие нейтрализаторов основано на беспламенном поверхностном окислении токсичных веществ в присутствии катализатора, ускоряющего химическую реакцию. Процесс окисления происходит во время прохождения отработавших газов через слой носителя с нанесенным на него катализатором, причем скорость реакции сгорания зависит oт температуры носителя. Применение каталитических нейтрализаторов позволяет дожигать продукты неполного сгорания СН и СО и разлагать оксиды азота.

В качестве активных компонентов каталитических нейтрализаторов для СИ и СО применяют благородные металлы (до 1-2 г палладия, платины) а также оксиды переходных металлов (меди, кобальта, никеля, ванадия, хромата железа, марганца). Для нейтрализации могут применяться, кроме выше названных элементов, катализаторы на основе меди с добавкой ванадиевого ангидрида и оксида хрома, на основе оксида железа или алюминия, на основе металлических сплавов (нержавеющая сталь, бронза, латунь, легированные стали с хромоникелем).

Общая схема системы очистки отработавших газов бензинового двигателя показана на рисунке:

Рис. Общая схема системы очистки отработавших газов бензинового двигателя

В систему очистки отработавших газов современного двигателя входят:

  • трехкомпонентный каталитический нейтрализатор 1
  • входной 2 и выходной 9 датчики кислорода (лямда зонды)
  • блок управления двигателем 3
  • кабель шины CAN 4
  • блок управления датчиком NOx 5
  • датчик (датчики) оксидов азота NOx 6
  • накопительный нейтрализатор NOx 7
  • датчик температуры 8
  • датчик кислорода 9
  • двигатель 10

Каталитический нейтрализатор представляет собой металлический корпус 6 из жаропрочной нержавеющей стали толщиной около 1,5 мм, внутри которого находится керамический носитель 5. Наибольшее распространение получили гранулированные и блочные (монолитные) носители, которые пронизаны многочисленными мелкими сотами, созда­ющими максимальную поверхность контакта с отработавшими газами. Чтобы обеспечить необходимый массоперенос между отработавшими газами и каталитической поверхностью, площадь последней увеличивают путем нанесения на нее гамма-оксида алюминия с пористой структурой, в виде сферических гранул, которые укладываются в металлический цилиндр 2, закрытый по торцам сетками. Гранулы из оксида алюминия покрываются непосредственно каталитическим материалом. Поверх фольги или гранул алюминия нанесен тонкий слой катализаторов – платины и родия. Задача этих редких металлов – ускорять окисление углеводородов и окиси углерода до угле­кислого газа, а токсичные оксиды азота восстанавливать до азота. Между блоком-носителем и корпусом ставится специальная терморасширяющаяся прокладка.

Рис. Каталитический трехкомпонентный нейтрализатор отработавших газов:
1 – кислородный датчик; 2 –цилиндр; 3 – терморасширительная прокладка; 4 – катализатор; 5 – керамический носитель; 6 – металлический корпус

Недостатком нейтрализаторов является их достаточно большая стоимость из-за применения дорогостоящих редких металлов. В целях их экономии в конструкции нейтрализаторов начали применять нано технологии. Исследования фирмы «Мазда» показали, что частицы редких металлов крупнее 10 нм, напыленные на керамическую основу, дер­жатся на ней не слишком проч­но. При нагреве они начинают скользить по поверхности керамических зерен и сливаются, подобно капелькам ртути в агломераты все боль­ших размеров. При этом неиз­бежно уменьшается площадь поверхности, контактирующая с газами, и эффективность их обезвреживания падает. Однако, если уменьшить размер частиц металла до 5 нм и менее, они прочно застревают в нанопорах керамики и уже не могут срываются. Кроме того, применяя наночастицы пла­тины, удалось уменьшить ее общее количество в нейтрали­заторе на 70…90%.

Альтернативой керамическому моно­литному блоку является металлический каталитический нейтрализатор. Он из­готавливается из гофрированной ме­таллической фольги толщиной 0,05 мм, намотка и пайка которой твердым при­поем осуществляется при высокой тем­пературе. Поверхность фольги покры­вается эффективно действующим ката­лизатором. Благодаря тонким стенкам фольги в тех же габаритах, что и у кера­мического нейтрализатора, может быть размещено большее число каналов. Это приводит к меньшему сопротивлению прохождения отработавших газов.

Нейтрализатор вступает в работу после разогрева до 300°С. Оптимальный рабочий диапазон температур от 400 до 800°С. Чем ближе нейтрализатор к двигателю, тем быстрее разогревается до рабочей темпе­ратуры. Поэтому на смену нейтрализаторам под днищем кузова пришли нейтрализаторы, совмещен­ные с приемной трубой.

В целях уменьшения вибрационных нагрузок со стороны двигателя нейтрализатор присоединяется к выпускному трубопроводу или к приемной трубе через шарнирное соединение или через компенсатор колебаний.

Для работы системы с каталитическим окислительным нейтрализатором при использовании в двигателе обогащенных смесей необходимо к отработавшим газам добавлять воздух. Для этого используются специальные воздушные насосы ими специальные клапанные устройства (виброклапаны или пульсаторы), функционирующие под действием волн разрежения, возникающих в системе выпуска.

Наилучшую очистку отработавших газов дают двухсекционные катали­тические нейтрализаторы, позволяющие после прохождения первой секции уменьшать содержание NOx, а после ввода во вторую секцию дополнительного воздуха – содержание СО и СН.

В последнее время наибольшее распространение нашли трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы, оборудованные системой обратной связи, позволяющие одновременно при восстановлении NOx окис­лять СО и СН.

ustroistvo-avtomobilya.ru

Нейтрализаторы отработавших газов автомобильных двигателей.


Нейтрализаторы отработавших газов




Нейтрализаторы служат для снижения концентрации в отработавших газах токсичных компонентов. Основными токсичными веществами в отработавших газах являются оксид углерода (СО), группа оксидов азота (NOx, основной из них NO2) и углеводороды (CmHn).

Различают термические и каталитические нейтрализаторы.

В термических нейтрализаторах происходит полное восстановление СО в СО2 и догорании СН. Оксид углерода (СО) обладает значительной теплотой сгорания, но горит при температуре выше 700 ˚С.
Для сжигания оксида углерода отработавшие газы подогревают (при необходимости) в термоизолированной камере и подают в нее дополнительную порцию воздуха. Применение дополнительной подачи топлива для подогрева газов и нагнетание воздуха приводят к увеличению расхода топлива до 15 %.

Наиболее распространены каталитические нейтрализаторы. Их действие основано на понижении энергии, выделяющейся при химических процессах окисления токсических веществ, путем применения катализаторов (платины, палладия, родия).

Каталитические нейтрализаторы делятся по типу на окислительные (переводят СО в СО2) и восстановительные (расщепляют NOx на свободный азот и кислород), а также трехкомпонентные (нейтрализуют все три токсина – СО, СН и NOx, т. е. являются окислительно-восстановительными).

Каталитические нейтрализаторы могут быть однокамерными и двухкамерными. Носитель может быть керамический или металлический.

Чаще всего применяют трехкомпонентные нейтрализаторы. Наиболее эффективно они работают в сочетании с λ-зондами, однако и без них способны снизить выбросы токсинов на 50 %.
λ-зонд представляет собой датчик определения количества свободного кислорода в отработавших газах. По полученным от датчика данным электронный микропроцессор определяет коэффициент избытка воздуха α, корректируя после этого количество подаваемого в цилиндры топлива.

Эффективная работа каталитического нейтрализатора соответствует очень узкому диапазону значений коэффициента избытка воздуха (0,98≤α≤1). При отклонении состава горючей смеси от указанных значений эффективность действия катализатора резко падает.
Использование микропроцессора совместно с λ-зондом позволяет поддерживать состав смеси с точностью ±1 %.



Устройство каталитического нейтрализатора

Каталитический нейтрализатор состоит из металлического корпуса (Рис. 7), в котором находится носитель 2, покрытый активным каталитическим слоем.
Носитель может быть насыпной или монолитный, керамический или металлический. Чаще применяют монолитные нейтрализаторы из термостойкой керамики. В их корпусе выполнены каналы квадратного сечения. Поверхности каналов покрыты тонкой пленкой катализатора – платиной, палладием, родием (в соотношении 1:16:1). На один нейтрализатор требуется 1,5…3 г благородных металлов. Платина способствует окислительным процессам, родий – восстановительным.
Слоем благородных металлов покрывают предварительно нанесенный на керамику слой оксида алюминия, который увеличивает активную поверхность катализатора и стимулирует ускорение реакций.

Чтобы повысить сопротивление керамики ударным нагрузкам и компенсировать термическое расширение металлических деталей, между корпусом и перегородками помещают набивку из высоколегированной проволоки. Нормальная работа каталитических нейтрализаторов протекает при температуре 250 ˚С, т. е. после значительного прогрева двигателя. Наиболее эффективно они работают при температуре 400…800 ˚С, т. е. в оптимальном тепловом режиме двигателя. При более высокой температуре происходит спекание промежуточного слоя с катализатором, эффективность работы нейтрализатора снижается, и он преждевременно теряет работоспособность.

Причины выхода из строя катализаторов

В нормальных условиях автомобильный катализатор может выйти из строя после сгорания каталитического слоя — из-за уменьшения его площади катализатор не в состоянии дожигать до конца выхлопные газы и поэтому количество вредных веществ на выходе из глушителя увеличивается.

Наиболее часто катализаторы приходят в негодность из-за неисправности системы смесеобразования или системы зажигания. В этом случае соты забиваются и не дают возможности катализатору окислять смесь.
Повреждение автомобильного катализатора может произойти и из-за плохого качества бензина, в составе которого для искусственного увеличения октанового числа содержится большое количество тетраэтилсвинца. Тетраэтилсвинец покрывает часть каталитического слоя и не дает устройству полноценно выполнять свои функции.
Кроме того, причиной выхода катализатора из строя может быть попадание в камеру сгорания масла или антифриза, либо попадание воды на катализатор. Вредное влияние на долговечность катализаторов оказывает длительная работа двигателя на холостом ходу.

***

Токсичность отработавших газов двигателя



k-a-t.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

Каталитические нейтрализаторы — Техническая библиотека Neftegaz.RU

Нейтрализатор — устройство в выхлопной системе, предназначенное для снижения токсичности отработавших газов посредством восстановления оксидов азота и использования полученного кислорода для дожига угарного газа и недогоревших углеводородов. Основным требованием к успешной работе катализатора является стехиометрическое соотношение топлива и кислорода.

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

Среди них

окись углерода (СО) — ядовитый газ без цвета и запаха;

углеводороды (CH), 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) ­­­­­­- также являются компонентом смога, а также кислотных дождей, оказывают влияние на слизистую человека.

Принцип работы

Каталитический нейтрализатор расположен либо на приемной трубе, либо сразу после нее.

Внутри корпуса каталитического нейтрализатора находится керамическая сотовая конструкция.

Соты нужны для того, чтобы увеличить площадь контакта выхлопных газов с поверхностью, на которую нанесен тонкий слой платиноиридиевого сплава.

Недогоревшие остатки (CO, CH, NO) касаясь поверхности каталитического слоя, окисляются до конца кислородом, присутствующим также в выхлопных газах.

В результате реакции выделяется тепло, разогревающее катализатор и, тем самым, активизируется реакция окисления.

В конечном итоге на выходе из катализатора (исправного) выхлопные газы содержат в основном N2 и СО2.

Катализаторы в дизельных двигателях

Каталитические преобразователи дизельных двигателей плохо справляются с сокращением выбросов NOx.

Одна из причин в том, что дизельные двигатели сами по себе функционируют в более низком температурном режиме, чем бензиновые, а преобразователи работают лучше при нагреве.

Некоторые ведущие эксперты в области «зеленого» автомобилестроения придумали новую выхлопную систему, которая помогает исправить этот недостаток.

Они впрыскивают водный раствор мочевины в выхлопную трубу до того, как газы достигнут преобразователя.

При этом возникает химическая реакция, которая уменьшает количество NOx.

Карбамид, также известный как мочевина — органическое соединение углерода, азота, кислорода и водорода.

Его можно обнаружить в моче млекопитающих и земноводных, что и объясняет такое название.

Мочевина реагирует с NOx с получением азота и водяного пара, снижая количество оксидов азота в выхлопных газах более чем на 90%.

neftegaz.ru

Выпуск отработавших газов: все не так просто, как может показаться

Параметры, определяющие качество

На эффективность подавления шума и безопасность использования всей выхлопной системы влияют в первую очередь такие факторы, как конструкция глушителя, диаметр внутренних труб, надежность и способ крепления элементов системы к шасси. Также чрезвычайно важным является качество швов и уплотнений, используемых в соединениях и деталях системы.

Глушители, поставляемые на вторичный рынок, часто отличаются от оригинальных конструкций, устанавливаемых автопроизводителем при выпуске автомобиля. Даже крупные компании, производящие глушители, упрощают оригинальную конструкцию, если она оказывается слишком, на их взгляд, нетехнологичной. Существуют и такие поставщики запчастей, которые умышленно предельно упрощают заводские конструкции выпускных систем. Снижая собственные затраты, они имеют возможность предложить покупателю очень дешевые, по сравнению с оригинальными конструкциями, продуктовые линейки.

Изменение конструкции глушителя, при сохранении его оригинальных параметров и, главное, характеристик, требует проведения ряда тестов и исследований. Производители, меняющие конструкции без каких-либо согласований и тестов своих изделий, часто реализуют их на рынке, а затем их продукция нарушает нормальную работу всей выхлопной системы автомобиля.

Еще одним важным фактором, определяющим выбор выхлопной системы, является использование соответствующих диаметров труб в глушителе. Ведь можно сконструировать глушитель, используя трубы заниженного, от оригинала, диаметра, и он будет существенно понижать шумовой фон. Но подобное «дросселирование» потока выхлопных газов обязательно отразится на снижении эффективности работы двигателя.

Нельзя не остановиться на проблеме материалов, используемых в глушителях. На выхлопную систему действуют такие вредные внешние факторы, как резкие изменения температуры, например при езде во время дождя. Неблагоприятно влияет на элементы системы выпуска отработавших газов и эксплуатация в зимний период, когда на детали действуют низкие температуры; контакт со снегом, солью вызывает образование очагов коррозии. А если учесть, что и внутренняя поверхность элементов глушителя подвергается воздействию кислых сред, то становится понятно, почему выбор материала глушителя влияет не последним образом на срок его службы.

Глушители, устанавливаемые на автозаводе, как правило, изготовлены из листов и труб, материалом которых являются нержавеющие и жаропрочные стали. Из-за высокой цены этих материалов детали системы выпуска газов, предназначенные для реализации на вторичном рынке, делают из рядовой стали, но обрабатывают с обеих сторон антикоррозионным покрытием, главным образом на основе алюминия. Покрытие наносится слоем 80…120 г/м2, толщина определяет устойчивость поверхности к коррозии. Качество покрытия можно оценить визуально: если слой нанесен тонкий, то поверхности деталей не блестят, а имеют матовый алюминиевый оттенок.

Важна, безусловно, для продления срока службы системы выпуска газов толщина самого металла глушителя, поскольку чем он толще, тем дольше изделие прослужит.

Кроме стали в конструкции глушителя используются материалы, поглощающие или же отражающие звуки. С функциями шумоподавления хорошо справляется стекловолокно. Материал характеризуется отличными характеристиками глушения шума и, по сравнению с другими звукоизолирующими технологиями, не наносит вреда окружающей среде. Стекловолокно не поглощает конденсат, но способствует его испарению из глушителя. Этот материал не меняет своих свойств даже при температуре  +900°С. Технология текстурирования стекловолокна позволяет тщательно заполнить «карманы» глушителя.

Важно помнить, что все элементы системы выпуска отработавших газов следует монтировать в строгом соответствии с предназначенными для них местами на днище кузова.

Выхлопная система должна быть закреплена без напряжений, ее расположение должно обеспечивать возможность свободного смещения под действием изменения окружающей и внутренней температуры. При замене отработавшей свой ресурс выхлопной системы на новую эластичные резиновые элементы также меняются.

Необходимо также добавить, что при установке нового глушителя надо обратить внимание на эстетичный вид и антикоррозионную защиту сварных швов, на кронштейны крепления, расположенные на трубах и резонаторах. Металл креплений должен быть определенной толщины, а сами крепления должны быть приварены сварными швами достаточной длины. Сварка частей системы является важнейшим фактором, влияющим на надежность всей выхлопной системы, которой приходится постоянно воспринимать динамические нагрузки различной силы.

Катализаторы на страже чистоты «выхлопа»

Как известно, назначением выхлопной системы является отвод из двигателя отработавших газов, а также снижение шумового эффекта, возникающего в результате пульсации давления выходящих газов. Однако в современных авто выхлопная система выполняет также важнейшую роль и по очистке отработавших газов. С этой целью в выхлопные системы вводятся такие компоненты, как каталитические нейтрализаторы, кислородные датчики, сажевые фильтры и некоторые другие устройства.

В связи с различием в технологиях очистки вредных выбросов каталитические реакторы, предназначенные для «дизелей», нельзя использовать в бензиновых двигателях, и наоборот. В дизельных двигателях задачей очистных устройств является снижение выбросов окиси углерода, которая образуется при работе на обедненной смеси. Снижение выбросов оксида азота в значительной степени обеспечивает действие используемой в двигателях системы рециркуляции отработавших газов (EGR), а также применение системы селективной каталитической нейтрализации (SCR). Хотя в России данная технология, в связи с целым рядом недостатков, а именно высокой ценой, низкой температурой замерзания одного из главных компонентов данной технологии, всего –11,5°С, повышенными требованиями к качеству дизтоплива, используется достаточно редко.

Задачей каталитического нейтрализатора, больше известного в народе под названием катализатор, является преобразование вредных соединений, образующихся в процессе сгорания топлива в двигателе, в несколько менее вредные для экологии вещества. В двигателях с искровой системой зажигания катализаторы окисляют и снижают вредность трех соединений. NOx, или оксид азота, преобразуется в N2 или нейтральный азот, углеводород CH превращается в H2O, а окись углерода CO становится углекислым газом CO2. Поэтому в бензиновых двигателях каталитический нейтрализатор называют трехкомпонентным.

Химические реакции происходят при рабочей температуре катализатора 350…800°С. Для оптимального осуществления процесса сгорания топлива необходимо сохранение стехиометрического состава горючей смеси. Для такой смеси устанавливается специальный коэффициент избытка воздуха λ = 1. Это значит, что для сгорания 1 кг топлива без образования остаточного кислорода потребуется 14,7 кг воздуха. Кстати, при использовании в качестве топлива пропана соотношение воздух/топливо меняется и будет равно 15,6:1.

В качестве материалов, ускоряющих прохождение реакций в катализаторах,используют металлы – палладий, платину, родий, рутений. Эти материалы напыляются на монолитный блок, находящийся внутри реактора и напоминающий своим внешним строением пчелиные соты.

Конечно, сгорание происходит и при λ < 1 или λ > 1, однако только при λ = 1 уровень выбросов вредных соединений минимальный. Надо сказать, что впрыск точно дозированной смеси могут обеспечить только инжекторные устройства, контролируемые и управляемые бортовым компьютером. Поэтому катализаторы работают в основном в автомобилях с инжекторной системой подачи топлива, а в машинах, где горючую смесь готовит карбюратор, используются очень редко.

Каталитические блоки бывают керамическими и металлическими. Керамическая конструкция характеризуется разделением на квадратные, в сечении, соты, с толщиной стенок между каналами 0,05…0,15 мм. В стальных блоках стенки значительно тоньше, всего 0,03…0,07 мм. Такое строение позволяет стальным блокам пропускать больший поток выхлопных газов. Металлические блоки значительно чаще керамических устанавливают на новые автомобили, они отличаются большим тепловым сопротивлением, поэтому, например, только стальные каталитические решетки используют в двигателях, работающих на газе.

К преимуществам керамических блоков можно отнести более благозвучный для человеческого уха звук, издаваемый ими при работе, чем образующийся при прохождении выхлопных газов через металлические «соты». Однако керамический блок отличается гораздо менее прочной структурой, чем металлический, стойкость его к механическим повреждениям низкая, и очень часто они выходят из строя по причине появления трещин, образовавшихся от ударов. Также керамические блоки хуже металлических переносят перепады температур, поэтому, как писалось выше, «керамику» не применяют в двигателях, работающих на газе.

Эксплуатация катализатора – в жестких рамках

Катализатор относится к устройствам автомобиля, состояние которых водителю достаточно сложно диагностировать самостоятельно. Повреждение каталитического нейтрализатора легко обнаружить в результате проведения анализа выхлопных газов, однако выполнить это можно только на диагностическом стенде. Наиболее важным показателем является процентное содержание окиси углерода СО в «выхлопе». В автомобиле с поврежденным катализатором содержание СО достигает от 1,5 до 4%, тогда как нормально работающий катализатор снижает этот показатель примерно до 0,03%, а часто и до более низкого уровня.

Однако симптомы «утраты трудоспособности» катализатора можно обнаружить в процессе эксплуатации автомобиля. Потеря мощности, проблемы с запуском, шумная работа двигателя – все это может быть признаком того, что катализатор поврежден. Также следует проверить, в каком состоянии находится окончание выхлопной трубы. Если оно сильно закопчено, покрыто сажей, это верный знак того, что выхлопная система, и особенно катализатор, может иметь серьезные дефекты.

Рабочий ресурс современных катализаторов постоянно увеличивается, однако большинство производителей рекомендуют менять катализатор после 120…150 тыс. км пробега. Бывают, конечно, случаи, когда катализаторы выхаживают и по 250 тыс. км, но это относится к разряду исключений.

Для продления «жизни» катализатора необходимо тщательно следить за тем, что попадает в заправочный бак машины. Даже незначительное количество этилированного бензина может необратимо повредить катализатор. Поэтому особенно опасно заправлять автомобиль где-то на трассе, приобретая уже разлитое в канистры горючее.

Кроме того, использование топлива низкого качества, загрязненного, приводит к тому, что за счет высокой температуры выхлопных газов внутренняя часть катализатора может расплавиться. Нормальная работа катализатора происходит примерно при 600°С, а некачественное топливо может повысить температуру до 900°С.

Необходимо также систематически контролировать состояние свечей зажигания. Отсутствие искры в одном из цилиндров будет приводить к стеканию несгоревшего бензина в выхлопную систему, что негативно отразится на состоянии катализатора.

Каталитический нейтрализатор может быть разрушен одним ударом о бордюр или выступающий камень, при движении по пересеченной местности. Следует также опасаться резкого охлаждения катализатора, которое может произойти, например, при пересечении автомобилем глубокой лужи.

Кислородный датчик

Сокращение вредных выбросов в выхлопных газах в значительной степени зависит от кислородного датчика, или лямбда-зонда. Конструкция этих устройств претерпела с годами значительные изменения: если изначально это были обычные датчики, то сегодня это уже микропроцессорные системы.

Очистка выхлопных газов первоначально производилась только с использованием каталитических нейтрализаторов. В их функции входило ускорение химической реакции, в результате которой вредные соединения должны были преобразоваться в менее вредные. В 70-х гг. прошлого века был изобретен кислородный датчик. Соединение этого прибора с катализатором позволило значительно поднять уровень очистки отработанных газов. Лямбда-зонд нагревается быстрее катализатора, а значит, система управления двигателем быстрее начинает получать сигналы об изменениях содержания кислорода в выхлопных газах, которое, как известно, определяет оптимальный для сгорания состав топливно-воздушной смеси.

Важным параметром является температура кислородного датчика: при низкой температуре датчик не функционирует, а при слишком высокой либо при частых значительных температурных перепадах могут возникать поломки датчика, снижается его срок службы.

Чтобы стабилизировать температурный режим работы кислородных датчиков, сделать их независимыми от температуры отработанных газов, современные лямбда-зонды оснащают электрическими подогревателями. Постоянная рабочая температура позволяет получать сигналы от датчика в большем диапазоне режимов работы двигателя, что увеличивает в целом чистоту выхлопных газов автомобиля. Благодаря появлению независимых от окружающей температуры подогреваемых датчиков стали применять монтаж сразу двух кислородных датчиков – до и после катализатора. В этом случае контроль количества кислорода в смеси значительно более точен, а функционирование всей выхлопной системы более надежно. Кроме того, таким образом легко контролировать эффективность работы катализатора.

Один из наиболее известных производителей кислородных датчиков – японская компания Denso. Первые датчики компания выпустила в 1977 г., и за прошедшие годы Denso поставила сотни миллионов своих датчиков производителям автотехники по всему миру. Сегодня высокотехнологичные конструкции Denso доступны покупателям вторичного рынка, причем качество продукции не уступает качеству датчиков, идущих на конвейеры ведущих автостроителей.

Программа выпуска Denso охватывает 277 позиций и 1700 модификаций. Большая их часть – уникальные разработки инженеров компании. Среди таких разработок – датчики циркониево-оксидные, цилиндрического либо плоского исполнения, с подогревом и без такового, титановые датчики, лямбда-зонды для обедненных смесей, линейные A/F и другие.

Не менее известна продукция фирмы NGK. За последние 30 лет компания реализовала более 600 млн кислородных датчиков марки NTK. В течение последнего десятилетия предприятие стало одним из основных поставщиков подобных компонентов, как на вторичном рынке, так и при комплектации новых машин.

Технологии, связанные с производством кислородных датчиков, были освоены компанией NGK еще в 80-х гг. прошлого века, а объемы продаж датчиков NTK увеличивались год от года. До 1999 г. было реализовано 100 млн датчиков, в 2003 г. объем реализации составил 200 млн ед. За следующие четыре года объем возрос вдвое. Сегодня, когда датчики марки NTK уже отметили свое 30-летие, в компании утверждают, что в мире за этот период было продано более 700 млн датчиков.

Увеличению спроса на лямбда-датчики способствуют все более и более жесткие экологические нормы, вводимые в мире. Например, в начале нынешнего века, перед введением OBD II (On-Board-Diagnosis II), требованиями предусматривалась установка одного регулировочного кислородного датчика, но с введением OBD II каждый вновь зарегистрированный автомобиль должен иметь, кроме регулирующего датчика, еще и диагностический. Автомобили с двумя выхлопными трубами должны оборудоваться сегодня не менее чем двумя датчиками каждого вида.

Еще одним фактором, обуславливающим рост продаж датчиков, стало появление двигателей с пониженным расходом топлива, растет число регистрируемых мотоциклов, которые в Европе сегодня оснащаются трехкомпонентными катализаторными нейтрализаторами и кислородными датчиками.

Лямбда-зонды тоже ломаются

Одной из причин значительных объемов продаж кислородных датчиков является то, что поврежденный датчик ремонту не подлежит, а меняется на новый.

Однако лямбда-зонды, изготовленные известными производителями, как правило, не ломаются в течение всего срока эксплуатации транспортного средства, если, конечно, на них не воздействуют внешние причины, например механические удары, приводящие к появлению трещин в керамических элементах либо к обрыву соединения корпуса и кабеля. Загрязнение датчика оседающими на него твердыми частицами, вылетающими вместе с выхлопными газами, приводит к задержке его реагирования на изменения в составе выхлопных газов и, как следствие, вызывает неверные действия электронного модуля, управляющего работой двигателя. Также и влияние влаги, попадающей в места электросоединений, появление коррозии на металлических поверхностях контактов отражаются на качестве сигналов, передаваемых датчиком.

Итак, как мы видим, если учесть при выборе элементов системы выпуска отработавших газов все необходимые для долгой и надежной работы факторы, то можно действительно получить качественно и надежно работающую систему, а достаточно высокая цена ее будет вполне оправданна.

a-kt.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

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о