При сгорании топлива в ДВС неизбежно образуются токсичные выхлопные газы. Более того, какая-то часть топлива не сгорает вовсе и просто «летит в трубу». Автокатализатор интегрируют в выхлопной контур с целью снизить концентрацию вредных компонентов в выхлопе – это его единственное предназначение. Массовое применение выпускных катализаторов началось в конце 20 века и с тех пор производители постоянно их модернизируют, но достойной альтернативы этому блоку все еще не придумали.
Что такое автомобильный катализатор
Устройство катализатора достаточно простое. Это стальной цилиндр (как правило, из нержавеющей стали) с размещенным внутри сотово-трубчатым наполнителем. Поверхность ячеек покрыта активным каталитическим слоем, который нужен для окисления проходящих через моноблок газов. Активный слой состоит из платины (или ее сплава с иридием), палладия и родия. Сам наполнитель изготавливается из металла или керамики. Поскольку автокатализатор работает при экстремальных температурах, соты отделены от внешнего корпуса слоем термоизоляции.
Где находится катализатор
В 70% случаев катализатор находится сразу после выпускного коллектора – это такой толстый бочонок цилиндрической или эллипсоидной формы. Расположен он в подкапотном пространстве и по диаметру превосходит все остальные элементы выхлопного контура. Такое расположение обусловлено необходимостью – если автокат разместить под днищем, он может повредиться при сильном ударе. Есть еще одна причина, почему автокатализатор ставят близко к выпускному коллектору – для нормальной работы ему нужны высокие температуры. Во многих моделях нейтрализатор и коллектор объединены в общую деталь – каталитический коллектор.
Нужно отметить, что некоторые производители все еще размещают каталитические блоки под днищем – это связано с недостатком свободного места в подкапотном пространстве. На автомобилях до 2000 года выпуска преобладает именно такая схема – под днищем в районе первого ряда сидений. Это результат того, что во время ужесточения экологических норм производители были вынуждены интегрировать нейтрализаторы в уже разработанные системы выхлопа.
Где стоит катализатор на российских авто? Расположение автокатов на машинах российского производства ничем не отличается от зарубежных. Например, на Ладе Приоре он находится сразу за выпускным коллектором, непосредственно на приемной трубе. Увидеть его можно сверху, заглянув за тыльную сторону мотора.
Сколько нейтрализаторов может стоять на автомобиле
Количество автокатов зависит от объема и мощности двигателя, количества цилиндров. Как правило, 4-цилиндровые моторы комплектуются одним катализатором, расположенным за выпускным коллектором. Но если один блок не способен справиться с дожигом выхлопных газов, инженеры ставят в выхлопной тракт еще один, внизу под днищем. Классический пример – Hyundai i30. Существуют модели, в которых два автокатализатора располагаются параллельно (некоторые версии Mazda 3 и Ford Focus 2). Есть модели, в которых стоят по 3-4 блока, но это, скорее, исключение из правила.
Устройство катализатора автомобиля
Типичный автокат состоит из таких компонентов:
- Монолитный корпус из нержавеющей стали. Изолирует внутренние части и защищает их от механических воздействий. Корпус может быть различной формы: цилиндр, эллипс, овал.
- Термостойкий слой из пористого изолирующего материала. Сохраняет требуемую для окисления газов температуру и предотвращает термоудары.
- Сотовый монолит из стали или силикатов с активным слоем. Это ячеистая структура с обилием мелких сот, служащих для увеличения площади контакта каталитического слоя с выхлопными газами.
- Активный слой. Специальное напыление из драгметаллов на ячейках.
- Входной и выходной патрубки. Нужны для крепления автокатализатора в выхлопном контуре.
Существует мнение, будто в состав автомобильного нейтрализатора входит первый кислородный датчик (он же лямбда-зонд). В действительности непосредственно в автокате в нем нет необходимости, как правило, его ставят перед впускным патрубком, хотя в некоторых моделях все же предусмотрены разъемы для вкручивания датчика.
Трехкомпонентный катализатор – что это такое
Такое название автокат получил благодаря способности окислять три ключевых компонента в выхлопных газах:
- Окислы азота (NOx). Собирательное название оксидов азота. При соединении с парами воды образуют азотную кислоту. Ядовиты для человека.
- Угарный газ (СО). Окись углерода, образующаяся в результате неполного сгорания. Бесцветный газ, не имеющий запаха. Смертельно опасен для человека.
- Углеводороды (CHx). Основная причина образования городского смога.
У трехкомпонентного автокатализатора есть три преобразователя, каждый из них ориентирован на нейтрализацию определенного вещества. Существуют также двухкомпонентные версии, обезвреживающие только газы CO и CHx. Такие автокаты можно увидеть на возрастных машинах с бензиновыми силовыми установками, сегодня они уже не выпускаются.
Принцип работы каталитического нейтрализатора
Принцип работы катализатора выхлопных газов достаточно прост, он базируется на определенной последовательности химических реакций. Выхлопные газы из цилиндров выводятся в выпускной коллектор и поступают в автокатализатор. При прохождении через сотовый наполнитель происходит два типа реакции:
- Восстановительная – контактируя с платиной или родием, оксиды азота преобразуются в инертный азот. Реакция сопровождается выделением кислорода.
- Окислительная – угарный газ (окись углерода) окисляется платиной и палладием с получением на выходе воды и обычного углекислого газа.
В результате работы окислительного и восстановительного слоя опасные компоненты превращаются в обычную воду, азот и углекислый газ, которые поступают в глушитель и далее выводятся в атмосферу.
На эффективность процесса существенно влияет температура дожига выхлопных газов. Реакции окисления и восстановления начинаются при достижении отметки в 300°C и достигают максимального эффекта при температуре 400-800°C. Именно поэтому конструкторы стараются максимально приблизить каталитический нейтрализатор к выпускному патрубку. В то же время выход рабочей температуры за пределы 800-1000°C вызывает ускоренное старение наполнителя.
Есть ли разница между бензиновым и дизельным катализатором выхлопной системы
В машинах с дизельными ДВС каталитический комплекс работает по-другому. Из-за разного давления и меньшей температуры здесь используются двухкомпонентные системы. Если в бензиновом ДВС температура газов на выходе приближается 1000°C, то в дизельном, этот показатель не превышает 600°C. При этом в дизельных авто выделяется больше сажи и азотных окислов. В результате производители вынуждены комплектовать дизельные модели селективными каталитическими системами и сажевыми фильтрами. В некоторых моделях эти два компонента объединяются в один узел.
Какой автокат лучше: керамический или металлический
Керамический автокат состоит из силикатного моноблока, внутри которого расположены тысячи параллельных каналов с толщиной стенок 0,05-0,1 мм (включая слой металлов-платиноидов). В поперечном разрезе моноблок выглядит как пчелиные соты. Поверхность сот покрыта специальными активаторами, которые значительно увеличивают их площадь контакта (общая площадь контактной поверхности может достигать 15-20 м²).
Керамический автокат весит меньше металлического и стоит дешевле, поэтому большинство производителей ставит на свои авто именно «керамику». Но у керамического автокатализатора есть ряд серьезных недостатков:
- Чувствительность к высоким температурам. При выходе за пределы 1000°C керамические соты начинают сплавляться, в результате чего существенно падает пропускная способность блока.
- Чувствительность к механическим нагрузкам и термоударам. При сильном ударе керамика может банально рассыпаться. То же самое может произойти, если на раскаленный корпус попадет вода (например, при проезде через глубокую лужу).
- Высокое аэродинамическое сопротивление. Размеры и форма сот снижают скорость прохождения выхлопных газов, что может сказаться на мощности двигателя.
Металлический катализатор глушителя в этом плане надежнее, поскольку внутренний наполнитель состоит из устойчивого к окислению и механическим нагрузкам металла. Соты металлического блока – это, по сути, тонкая фольга (толщина стенок – порядка 0,05 мм). Все это спрессовано в единый носитель. Металлические блоки имеют ряд преимуществ перед керамическими:
- Устойчивость к повышенным температурным нагрузкам. Такие блоки способны выдержать кратковременный нагрев до 1200°C.
- Устойчивость к ударным и вибрационным воздействиям. В отличие от хрупкой керамики металл более упругий и не растрескивается при сильном ударе.
- Срок службы металлического автокатализатора выше.
Основной недостаток автоката с металлическим моноблоком – высокая цена (примерно в 2 раза больше по сравнению с керамикой). Такими модулями обычно комплектуются машины с мощными силовыми установками.
Срок службы каталитического нейтрализатора
В среднем автокатализатор работает порядка 60-80 тыс. км пробега, при аккуратной езде его ресурс может достигать 200 тыс. км пробега. Керамические модели не отличаются особой выносливостью. В наших условиях они страдают от вибраций, температурных перепадов, низкого качества топлива. Большой вред катализатору наносят топливные присадки сомнительного качества и пропуски зажигания. Бывают случаи, когда блок «умирает» уже на рубеже 30-50 тыс. км пробега. Металлические модели служат дольше (в среднем на 2-3 года), но и они со временем изнашиваются и требуют замены.
Почему катализатор быстро выходит из строя
Основные причины ускоренного износа связаны с топливом низкого качества и неверной работой системы зажигания.
- Низкооктановое топливо. Использование бензина с низким октановым числом приводит к более позднему зажиганию. В результате топливная смесь не сгорает целиком в цилиндрах и догорает уже на выпуске. Результат – повышение температуры до 900-1000°C, что неприемлемо для автокатализатора любого типа.
- Некачественные присадки. «Коктейль» из присадок сомнительного качества также может вызвать повышение температуры в коллекторном блоке.
- Пропуски зажигания. Приводят к такому же эффекту – топливо не сгорает полностью и дожигается в коллекторе или оседает в ячейках моноблока.
Поскольку автокатализатор начинает работать при температуре выше 400°C, сразу после старта его эффективность равна нулю. Чтобы он заработал, мотору нужно прогреться, а для этого требуется время. У современных двигателей есть функция быстрого прогрева автоката, но в таких условиях блок управления сильно переобогащает смесь. Она просто не успевает сгореть в цилиндрах и догорает уже на поверхности сот. В итоге газовый катализатор начинает работать раньше, но при этом изнашивается быстрее.
Еще одна причина быстрого износа нейтрализатора – попадание в ячеистый наполнитель моторного масла. Это может произойти по двум причинам:
- Износ маслосъемных колец.
- Неверная работа системы отвода картерных газов.
В обоих случаях пары угоревшего масла оседают в моноблоке и постепенно его забивают.
Основные неисправности каталитического нейтрализатора
- Механическое повреждение. Проблема актуальная для машин, у которых автокат расположен непосредственно под днищем. Один сильный удар может полностью вывести блок из строя. Например, защитный металлический корпус может дать трещину или растрескаются соты. К такому же эффекту может привести термоудар при проезде автомобиля по луже.
- Выгорание активных компонентов из драгметаллов. Со временем напыление на сотах выгорает, химические реакции окисления и восстановления останавливаются. Блок управления видит, что химический состав выхлопа на входе и выходе «банки» не меняется и выдает ошибки типа P0420, P0430, P Внешне такой автокатализатор полностью исправен, но свои функции он уже не выполняет.
- Нагар на ячейках. Остатки несгоревшего топлива оседают в моноблоке, что приводит к снижению пропускной способности автоката. В особо запущенных случаях ячеистый блок просто перестает пропускать выхлопные газы.
- Оплавление сотового наполнителя. При повышении температуры до 1000°C керамические соты начинают плавиться и спекаться в единую массу. Внешне такой блок может выглядеть нормально, но внутри будет каша из силикатов и драгметаллов.
Симптомы неисправности каталитического блока
Существует ряд косвенных признаков, говорящих о том, что автокатализатор неисправен или скоро выйдет из строя. Некоторые признаки могут говорить и о других дефектах двигателя и выхлопного тракта, поэтому при их появлении желательно провести детальную диагностику авто.
- Силовая установка «тупит», машина ускоряется, как будто ей что-то мешает. Ощущения схожи с буксировкой прицепа. Иногда при этом наблюдаются вибрации мотора, а сам автомобиль дергается.
- Загорелся индикатор «Check Engine». Причин может быть множество, поэтому здесь нужна комплексная диагностика.
- Напор газов из глушителя нестабильный. В исправном автомобиле выхлоп пульсирует с одинаковой частотой – это можно проверить, поднеся ладонь к глушителю. Если напор ровный или прерывается – это говорит о том, что с автокатализатором проблемы.
- Запах сероводорода в салоне. Чаще всего появляется в момент старта двигателя. Говорит о том, что автокат на грани полного разрушения.
- Характерный металлический стук или звон из-под днища. Говорит о том, что произошло механическое разрушение бобины. Скорее всего, сотовый наполнитель катализатора глушителя уже рассыпался на мелкие части.
Как проверить состояние блока нейтрализатора
Самый надежный способ – визуальный осмотр сотового наполнителя. В некоторых случаях демонтировать катализатор не обязательно, достаточно выкрутить первый лямбда-зонд и проверить состояние блока эндоскопом. В исправном автокатализаторе соты будут просвечивать насквозь.
Еще один проверенный способ – тест противодавления. Вместо первого зонда вкручивается переходник, к нему крепится обычный манометр, после чего снимаются показатели давления при разных режимах работы силовой установки. Общепринятая норма – 0,3 кгс/см² при 2500-3000 об/мин. Если этот показатель выше (например, 0,5 кгс/см²), способность бобины пропускать газы снижена.
Если у вас есть сканер ELM327, состояние автокатализатора можно проверить без его снятия и разборки. Достаточно подключить сканер к разъему OBD2 и считать напряжение с первого и второго кислородного датчика на прогретом моторе. Самый интересный показатель – напряжение 2-го лямбда-зонда. Он должен быть в диапазоне 0,7-0,9, при этом график должен быть ровным, без волн и скачков. Минус такого метода – он эффективен в ситуациях, когда катализатор находится в состоянии критического износа. Если процесс деградации только начался, нужен визуальный осмотр бобины.
Что будет, если вовремя не отреагировать на износ автоката
В особо тяжелых случаях двигатель может попросту не завестись. Этот признак говорит о том, что сотовый наполнитель полностью забился. Оплавление, спекание сот приводит к снижению мощности силового агрегата, падению максимальной скорости, перебоям в работе мотора.
Наиболее опасно механическое разрушение сотового наполнителя. Если автокатализатор расположен сразу после выпускного коллектора, часть газов может возвращаться обратно в двигатель. При этом в цилиндры могут попасть твердые частицы керамики, вызывая ускоренный износ стенок. Если долго игнорировать проблему, высока вероятность капитального ремонта силового агрегата.
Можно ли продуть или промыть автокатализатор
Чистка катализатора эффективна лишь как профилактика. Ее можно делать, если соты просто забились сажей и не повреждены. Если керамический блок уже начал плавиться или разрушаться, никакая чистка уже не поможет. Чтобы продуть бобину, нужно демонтировать блок, снять верхний налет мелкодисперсной наждачной бумагой и продуть сотовый наполнитель сжатым воздухом.
В автомобильных магазинах можно встретить специальные средства для промывки автокатов. Эффективность этих составов не доказана, хотя их производители утверждают обратное. Используйте эти средства на собственный риск и только в том случае, если катализатор находится в более-менее исправном состоянии.
Прогорел катализатор: что делать?
Вариантов здесь масса. Самый надежный – замена старого блока на новый. Стоимость оригинального нейтрализатора достаточно высока (порядка 70-80 тысяч рублей), поэтому к этому методу прибегают достаточно редко. Существует более дешевая альтернатива – установка универсального автокатализатора. В этом случае оригинальный автокат вырезается, а на его место ставится более дешевый аналог, в котором вместо платины используется золото. Это своеобразный компромисс для тех, кто решил избавиться от старого автоката, но все же хочет сохранить показатели работы силовой установки в пределах действующих экологических норм.
Можно ли полностью вырезать автокатализатор из выхлопного тракта
Большинство владельцев автомобилей именно так и делают. Суть в том, что у каталитического нейтрализатора только одна функция – снижение вредности выхлопа. То есть, на повседневную жизнь этот элемент никакого влияния не оказывает, а абстрактные экологическое нормы мало кого беспокоят. Единственное негативное следствие удаления автоката – у вас может «слететь» гарантия на автомобиль, поэтому если вы решили удалить этот элемент, лучше дождитесь окончания гарантийного периода.
Какие есть варианты удаления автоката
- Установка вместо оригинального блока пламегасителя. Пламегаситель – это стальная гофрированная труба, изолированная минеральной ватой. Вся конструкция заключена в металлический защитный кожух. По сути, это упрощенный резонатор, выравнивающий поток выхлопных газов и снижающий их громкость. Пламегаситель может быть магистральным или коллекторным. Первый тип ставится на машины до 2000 года выпуска, у которых каталитический блок расположен далеко от выпускного коллектора, второй – на модели, у которых автокат размещен сразу за коллектором.
- Установка механической обманки или электронного эмулятора. Чтобы электронный блок управления двигателя воспринимал «правильные» показатели выхлопных газов, перед вторым лямбда-зондом ставится металлическая втулка. Альтернатива обманке – электронный эмулятор. Это блок с микроконтроллером, который впаивается в разрыв контактов второго кислородного датчика, и передает на ЭБУ нужные показатели концентрации CO, CHx и NOx.
- Перепрошивка ЭБУ под сниженные экологические нормы. В этом случае при вырезке автокатализатора второй кислородный датчик полностью удаляется, а блок управления перепрограммируется под норму Евро-2.
Каковы последствия удаления каталитического нейтрализатора
При грамотном подходе негативных последствий после удаления прогоревшего катализатора нет. Наоборот, у этой процедуры есть ряд преимуществ:
- Незначительное повышение мощности двигателя. После удаления блока нейтрализатора противодавление в системе снизится. Результат небольшой – порядка 3% прибавки мощности, так что на практике вы его вряд ли заметите. Большего эффекта можно добиться перепрошивкой ЭБУ – многие производители изначально занижают мощность силового агрегата в угоду современным экологическим стандартам.
- Снижение затрат на обслуживание авто. Установив вместо катализатора пламегаситель, вы забудете обо всех сопутствующих проблемах: снижении пропускной способности, необходимости периодической замены старого блока на новый и регулярной диагностики выхлопной системы.
- Повышение моторесурса силового агрегата. Неисправный автокат негативно влияет на работу силового агрегата. Нет катализатора – нет и связанных с ним проблем.
Почему воруют нейтрализаторы
Потому что в их составе достаточно много драгметаллов. Даже за изношенный катализатор можно выручить порядка 5 000 рублей, при этом, чем мощнее двигатель, тем дороже будет стоить автокат. Вырезать катализатор могут на недобросовестном автосервисе под приводом ремонта выхлопной системы. Для этого достаточно 30 минут.
Что нужно знать про каталитические нейтрализаторы
- Оригинальный катализатор стоит дорого – порядка 1000 долларов.
- Если каталитический блок неисправен, это может привести к капитальному ремонту двигателя.
- На долговечность автокатализатора влияет качество топлива, правильная настройка системы зажигания, наличие в топливе присадок.
- Установку пламегасителя и обманок, перепрошивку ЭБУ лучше делать на проверенном автосервисе с хорошей репутацией.
- Не удаляйте катализатор, если автомобиль находится на гарантии.
- Старый блок можно продать. Обычно прямо на сервисе, где его вам вырезали.
- Неисправность нейтрализатора можно выявить без его демонтажа, но лучше все же снять его и провести визуальный осмотр.
Каталитический нейтрализатор отработавших газов – важная деталь выхлопной системы, влияющая на экологичность выхлопа. В западных странах эксплуатация автомобиля без каталитического блока запрещена, но у нас его можно вполне безопасно удалить.
