Автомобільний каталізатор: для чого він призначений, робота і несправності

El каталізатор автомобіля з двигуном внутрішнього згоряння відповідає за зменшення шкідливих газів, що утворюються в результаті спалювання палива. Власне, його повне ім'я каталітичний нейтралізатор і є кілька основних типів залежно від того, для дизеля чи бензину вони призначені.

Ми розповідаємо вам їхню історію, для чого вони призначені, як вони працюють і скільки коштують. На додаток до симптомів, які вказують на наявність несправності в каталітичному нейтралізаторі.

Коротка історія каталізатора

Перший прототип каталітичного нейтралізатора для цих цілей був розроблений у Франції і був вперше запатентований Юджином Гудрі. Цей інженер-механік заснував у США компанію Oxy-Catalyst, яка першою розвинула каталізатори для димоходів і пізніше для навантажувачів, в якому використовувався низькосортний неетилований бензин. Пізніше він розробив каталітичний нейтралізатор для автомобілів, який запатентував у 1956 році.

Після покращень корпорації Engelhard, які досягли кульмінації в 1973, з'явився перший каталізатор, призначений для масового виробництва. До 1975 року майже кожен автомобіль у Сполучених Штатах був встановлений відповідно до правил Агентства з охорони навколишнього середовища.

З тих пір каталізатори покращуються як ефективність, так і ефективність, аж до таких варіантів, як каталізатори селективного відновлення (SCR), які використовують AdBlue. Хоча вони використовуються як доповнення, і не виключають звичайний каталітичний нейтралізатор.

Для чого потрібен каталізатор?

Каталізатор зменшує кількість шкідливих газів, що утворюються в двигуні внутрішнього згоряння. Без нього ми б набагато більше піддавалися впливу таких шкідливих газів:

• З багата суміш (більше палива, ніж повітря) відбувається неповне згоряння, утворюючи:
  • Незгорілі вуглеводні (НС): канцерогенні та подразнюють дихальні шляхи та очі. Що стосується навколишнього середовища, вони можуть створювати кислотні дощі та фотохімічні пари.
  • Чадний газ (CO): у низьких дозах викликає головний біль, задишку та координацію, запаморочення, дратівливість, сплутаність свідомості та прогалини в пам’яті. У великих дозах він спричиняє смерть, навіть не усвідомлюючи цього, тому його називають тихим вбивцею.
• З пісна суміш (більше повітря, ніж палива) утворюються оксиди азоту, які представлені формулою NOx. Вони мають канцерогенні варіанти і викликають подразнення дихальних шляхів і, як наслідок, бронхолегеневі захворювання та проблеми з диханням.

Як працює каталізатор?

Використання матеріалів в каталізаторі

Каталізатор працює завдяки таким металам, як платина, родій, цирконій або паладій, які мають каталітичні властивості. Тобто здатність прискорювати хімічну реакцію. Кожна з них присвячена різному типу шкідливого газу:

• El Платина прискорює окислення незгорілих вуглеводнів з перетворенням їх на вуглекислий газ і воду. Хімічна формула така: CxH2x+2 + [(3x+1)/2] O2 -> xCO2 + (x+1) H2O.
• El родій прискорює відновлення оксидів азоту до азоту і кисню: 2NOx -> xO2 + N2 і окислення оксиду вуглецю до вуглекислого газу: 2CO + O2 -> 2CO2. Їх також використовують цирконій o паладій, які дешевші, але менш ефективні.

Не забудьте про інші матеріали каталізатора. Ці метали розташовані на керамічній структурі кордієрит, що підтримує високі температури вихлопних газів.

Форма каталізатора

Як бачите, каталізатор використовує певні метали у твердому стані для перетворення газів. Що призводить до перешкоди: як змусити газ максимально контактувати з цими матеріалами, не втрачаючи надто великої швидкості. З цієї причини керамічна структура каталізатора має форму матриці з поздовжніми каналами. Система, схожа на водневий автомобільний паливний елемент який, до речі, також використовує платину як каталізатор. Хоча в його випадку розподіл газу набагато тонший, з набагато складнішою структурою.

Ці поздовжні канали дозволяють газам проходити, не зупиняючись надто довго, але вступати в контакт із якомога більшою кількістю стінок. Отже, вони мають більше 70 трубок на см2.

Крім того, сучасні автомобілі часто використовують два або навіть три каталітичні нейтралізатори, щоб максимально усунути шкідливі гази, щоб відповідати нормам Євро 6 (на дату цієї статті) і Євро 7 щодо забруднення навколишнього середовища в 2025 році.

Навколо цієї матриці каталізатора є тепловий екран і металевий шар. Інакше накопичене в ньому тепло може пошкодити автомобіль або поверхні, на яких він припаркований. Без нього легко може спалахнути пожежа.

Робоча температура каталізатора

Щоб метали з каталітичними властивостями працювали з максимальною ефективністю, потрібен звичайний каталізатор вище 500ºC. Ось чому принаймні один з каталітичних нейтралізаторів двигуна зазвичай знаходиться поблизу випускний колектор двигуна, де гази все ще мають дуже високу температуру.

Завдяки цьому, каталізатор попередньо нагрівають і для початку виведення шкідливих газів потрібно менше часу. Якби ми могли побачити, як каталізатор працює через свої захисні шари, ми б це побачили керамічна матриця та метали в ній розжарені.

Знаючи це, ви зрозумієте це холодний двигун виділяє більше шкідливих газів ніж той, який працює вже деякий час. Як не дивно, Toyota мала справу з цією проблемою викидів під час розробки Prius. Вимкнення теплового двигуна на користь електричного приводило до того, що каталітичний нейтралізатор не досягав належної робочої температури у багатьох випадках. Тому їм довелося розробити систему, яка б іншим способом переводила тепло від двигуна внутрішнього згоряння до каталітичного нейтралізатора.

Каталізатор бензинового автомобіля

Ці каталізатори зазвичай мають потрійний шлях. Тобто вони мають три каталізуючі системи, описані вище: платину для видалити незгорілі вуглеводні і родій, цирконій або паладій для видалити NOx у-ель- CO.

Це так тому, що двигуни бензинові виділяє менше NOx ніж дизелі та лише каталізатор може зменшити їх Достатньо. Хоча завдяки прогресу в боротьбі з забрудненням сучасніші автомобілі можуть мати інші типи каталітичних нейтралізаторів.

каталізатор дизельного автомобіля

У дизельних двигунах звичайні каталізатори двосторонні. Тобто дбають лише про видалення незгорілих вуглеводнів у-ель- CO. NOx залишили в руках систем рециркуляції газу, таких як клапан EGR, який повернув їх у камеру згоряння для повного згоряння.

Є також Каталізатор акумулятора NOx, який відіграє важливу роль у системній боротьбі за те, щоб зробити дизельне пальне ще чистішим і відповідати майбутнім обмеженням викидів, які будуть ще суворішими, ніж зараз. Він розташований за каталізатором окислення та сажовим фільтром і має спеціальний шар, який збирає оксиди азоту з вихлопних газів.

У каталітичному нейтралізаторі NOx розрізняють два різні типи роботи: при нормальній роботі (лямбда > 1) NO спочатку окислюється до NO2, а потім з утворенням нітрату (NO3) накопичується в каталітичному нейтралізаторі до лужного оксиду. метал (наприклад, оксид барію).

Те саме, що й сажовий фільтр справжньою проблемою для каталізатора зберігання NOx є регенерація, тобто періодичне спорожнення гідроакумулятора. Для регенерації акумулятора у вихлопних газах повинні бути створені масляні умови (лямбда < 1). За таких умов експлуатації є стільки відновника (окису вуглецю, водню або різних вуглеводнів), що нітратний зв’язок раптово вивільняється, а каталізатор із благородного металу перетворюється на нетоксичний азот (N2). Тривалість заряду становить від 30 до 60 секунд, залежно від точки обслуговування, а регенерація триває від 1 до 2 секунд.

Для виявлення необхідності регенерації потрібно багато датчиків температури та тиску. Каталізатор акумулятор може зменшити викиди NOx до 85%.

Однак сучасні дизельні автомобілі вони також мають a Каталізатор SCR (каталізатор селективного відновлення). Це той, який використовується з добавкою Оголошення синє, що є не чим іншим, як сечовиною, яка розпилюється у вихлопні гази, перш ніж вони досягнуть цього каталізатора. Це ініціює хімічну реакцію, яка розщеплює NOx на N2 і H2O набагато ефективніше, ніж старі системи.

Несправності каталізатора та їх симптоми

Більшість несправності каталітичного нейтралізатора викликані попередньою проблемою в двигуні. Наприклад, надлишок палива у вихлопній системі (занадто багата суміш) через погані свічки запалювання, неправильний час або пошкоджений датчик кисню. Причиною цього є те, що каталітичний нейтралізатор досягає занадто високої температури, що плавить металеві компоненти та руйнує керамічну матрицю.

Також може статися, що масло або антифриз потрапляють у вихлопну систему через пошкоджені прокладки, сальники клапани зіпсований або поршневі кільця потертий. Це призводить до накопичення сажі в каталітичному нейтралізаторі.

L ознаки несправності каталітичного нейтралізатора звук:

• Запах тухлих яєць викликається сіркою в бензині, яка при згорянні перетворюється на сірководень. Оскільки перетворення газів не відбувається через пошкоджений каталізатор, сірководень виходить назовні.
• Втрата потужності, оскільки вихлопну систему частково закриває каталітичний нейтралізатор. Якщо ця перешкода пов’язана з тим, що матеріали плавляться та ламаються, вам доведеться замінити каталітичний нейтралізатор і визначити, яка несправність у двигуні спричинила це. Якщо це лише перешкода через бруд, ви можете спробувати його очистити.
• Тест на викиди не пройшов. Немає потреби про це пояснювати, тому що каталізатор не перетворює шкідливі гази і тест показує, що він не працює. В Іспанії це технічний огляд транспортних засобів (ITV).

• деренчання під машиною, коли вона працює або рухається. Це викликано частинами зламаної керамічної матриці всередині каталізатора, які переміщуються вихлопними газами. Будьте обережні, тому що якщо ці шматки досягнуть глушника, вихлопна система може більше заблокуватися.
• Збільшення споживання. Це не ознака поганого каталізатора, а ознака багатої паливної суміші, яка має тенденцію руйнувати каталітичний нейтралізатор. Тому це симптом, на який варто звернути увагу.
• Світиться лампочка несправності двигуна. Якщо датчики автомобіля виявляють, що перетворення газу відбувається неправильно, блок керування вмикає цю сигнальну лампу. Хоча, оскільки він також служить для багатьох інших несправностей, це симптом, який сам по собі не вказує на несправність каталітичного нейтралізатора. Ви можете підключити автомобіль до OBD Reader, щоб побачити, який код помилки він зареєстрував, щоб дізнатися, у чому полягає конкретна проблема.

Слідкуйте за засміченням вихлопної системи, тому що вони підвищують температуру випускного колектора та інших труб і можуть завдати значно серйознішої шкоди автомобілю.

Хоча несправність двигуна є найпоширенішою причиною несправності каталітичного нейтралізатора, є також моделі, які мають періодичні проблеми з каталітичним нейтралізатором через дефекти конструкції або виробництва.

Ціна каталізатора

Як ви бачили в цій статті, існує кілька типів каталізаторів. Тому їх ціни можуть сильно відрізнятися від однієї моделі до іншої. Однак заміна каталізатора на новий, як правило, необхідна від 600 до 1.000 євро для легкових автомобілів. У будь-якому випадку ця цифра може бути більшою, якщо крім традиційного каталізатора будуть задіяні інші.

Тамбі існує універсальні каталізатори за хорошою ціною сумісний з різними моделями. Хоча ви також повинні переконатися, що він відповідає нормам Євро, які має та є ваш автомобіль затверджено. Тоді ми рекомендуємо, щоб збірку проводив професіонал, оскільки це делікатний елемент.

Зображення – Frankieleon, Riley Kaminer, Duurzaam Bedrijfsleven, Gonzalo Malpartida