Температура выхлопных газов бензинового двигателя в катализаторе

Обновлено: 03.05.2024

Температура выхлопных газов бензинового двигателя в катализаторе

На всех современных автомобилях устанавливаются катализаторы для уменьшения количества вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу с выхлопными газами. Катализатор отработанных газов имеет корпус из нержавеющей стали, к которому сваркой присоединены впускной и выпускной конусы с патрубками и крепежными фланцами, а также теплоотражатели, удерживающие керамическую обшивку. Весь внутренний объем корпуса занят керамическим пористым монолитом, зафиксированным кольцами или сеткой из нержавеющей стали. Структура монолита представляет собой обычный фильтр, но вся
внутренняя и внешняя поверхность пор, контактирующих с газами, покрыта очень тонким молекулярным слоем сплава, который содержит платину, родий и палладий. Пористость монолита имеет большую площадь поверхности, покрытой этим сплавом из очень дорогих металлов, что в основном и определяет высокую цену катализаторов.

В катализаторе происходит реакция, в результате которой потенциально опасный углеводород и окись углерода в выхлопных газах превращаются в безопасные газы и водяной пар.

Двигатель выбрасывает в атмосферу вместе с отработанными газами продукты полного (водяной пар Н2О, азот N2 и т. п.) и неполного (оксид углерода СО, а также CnHm, оксиды азота NOx) сгорания топлива. Общее число компонентов, которые содержатся в этих газах, превышает несколько сотен, и большинство из них вредны для здоровья человека.

Отработанные газы, проникая через пористую поверхность монолита, во- первых, нагревают его, а во-вторых, доокисляются. Из СО получается СО2, то есть нетоксичный углекислый газ, CnHm в несколько этапов переходит в СО2 и Н2О, NOx превращается в молекулярный N2, который содержится в обычном воздухе, и в воду. Словом, в катализаторе происходят довольно сложные химические реакции, благодаря высокой температуре и наличию специального покрытия из дорогих металлов.

Главный позитивный эффект катализатора - полная нейтрализация трех компонентов - СО, CnHm, NOx, - которых в отработанных газах больше, чем других вредных веществ. И достигается он не только благодаря наличию платины, родия и палладия. Важную роль играет температура, выдерживающаяся в границах 300-800° С. Если она снижается до 250° С, химические реакции нейтрализации СО, CnHm, NOx, несмотря на наличие металлов-катализаторов, не произойдут. А при температуре около 900° С начинает плавиться и разрушаться каталитическая пленка.

Бензиновые двигатели

На всех моделях с катализатором система питания топливом замкнутого типа, то есть на основании сигнала от датчика кислорода, установленного в выхлопной системе блок управления постоянно оптимизирует состав топливо-воздушной смеси. В зависимости от содержания кислорода в выхлопных газах датчик кислорода индуцирует напряжение от 0,1 В (высокое содержание кислорода, бедная смесь) до 0,9 В (низкое содержание кислорода, богатая смесь). На основании этих данных блок управления двигателем изменяет время открытия топливных форсунок и изменяет соотношение топлива в топливо-воздушной смеси. Метрическое соотношение топливной смеси, при котором происходит ее полное сгорание и в выхлопных газах отсутствуют вредные вещества, - это 14,7 весовых частей воздуха на 1 часть топлива. Элементы, входящие в катализатор и продукты, выходящие из катализатора.

Катализатор работает эффективно при температурах +300° С - +800° С.

Дизельные двигатели

На автомобилях с дизельными двигателями очистка выхлопных газов производится не регулируемым окислительным катализатором. Уменьшение процентного содержания окислов азота в выхлопных газах дизельного двигателя достигается за счет установки на автомобиле системы повторного сжигания части отработанных газов (EGR). Клапан EGR системы повторного сжигания отработанных газов установлен в колене выхлопной системы и управляется вакуумным регулятором. Клапана EGR на прогретом двигателе направляет часть отработанных газов в камеры сгорания двигателя, в результате чего снижается температура и при этом уменьшается процент окислов азота в выхлопных газах.

Эксплуатация автомобилей с катализатором

Общие сведения

Катализатор - это надежное и простое устройство, которое не нуждается ни в каком обслуживании, но имеются некоторые факты, которые владелец должен знать для максимального срока службы катализатора:

Не используйте этилированный бензин в автомобиле, оборудованном катализатором, так как свинец покроет драгоценные металлы в решетке катализатора, уменьшая эффективность их преобразования и в конечном счете выведет из строя катализатор;
Всегда содержите зажигание и топливную систему в полном порядке;
Если при работе двигателя наблюдаются пропуски зажигания, не эксплуатируйте автомобиль до устранения неисправности;
Если при работе двигателя загорится контрольная лампа управления двигателем, необходимо как можно быстрее обратиться на станцию технического обслуживания. Если имеется повреждение управления двигателем, то кроме увеличения расхода топлива и уменьшения динамических характеристик двигателя, может выйти из строя катализатор;
Не запускайте двигатель методом буксировки;
Не выключайте зажигание на высоких оборотах двигателя;
Не используйте присадки к топливу и моторному маслу, так как присадки могут содержать вещества, способные повредить катализатор;
Не используйте автомобиль, если из выхлопной трубы виден след синего дыма.

После остановки двигателя выхлопная система длительное время продолжает излучать значительное количество тепла, поэтому необходимо избегать парковки автомобиля на траве и сухих листьях.

Помните, что катализатор хрупок, поэтому избегайте ударов при снятии катализатора или выхлопной системы. Катализатор, используемый на хорошо отрегулированном автомобиле должен служить от 100 до 160 тысяч км пробега автомобиля.

Признаки неисправного катализатора

Автомобиль начинает "тупить", ухудшаются динамические характеристики, автомобиль перестает "тянуть", плавают обороты на холостом ходу, катализатор может раскалиться докрасна (катализатор забился, т.е. снижена пропускная способность отработавших газов), в этом случае нужно как можно быстрее обратиться в СТО, чтобы не произошло второго признака;
Характерный звон и дребезжание (соты катализатора рассыпались), в этом случае необходимо немедленно удалять катализатор, так как, рассыпавшиеся соты могут закупорить выхлопную систему.

Удаление катализаторов

В процессе работы двигателя в отработавших газах образуются токсичные вещества. В развитых странах приняты строгие нормы предельной токсичности отработавших газов.

Выполнение этих норм требует использование систем, включающих в себя каталитический нейтрализатор (катализатор) и лямбда-зонд. В катализаторе происходит снижение токсичности отработавших газов (ОГ).

Катализатор имеет внутри корпуса носитель, на поверхность которого наносится покрытие из каталитического материала (Pt, Rh, Pd), который чувствителен к содержанию свинца в топливе (поэтому должен применяться только неэтилированный бензин). В качестве носителя применяется металлическая или монолитная керамическая основа.

Преимущества керамических катализаторов: низкая тепловая инерционность, максимальное использование каталитической поверхности, долговечность. Недостатком является большее сопротивление потоку отработавших газов, чем у металлических катализаторов.

В автомобилях отвечающих экологическим нормам EURO-4 контроль за токсичностью отработавших газов как правило осуществляется с помощью двух лямбда-зондов в линии : первый (регулировочный) установлен до катализатора, второй (диагностический) после катализатора. Второй лямбда-зонд нужен для контроля качества работы катализатора. Поэтому регулировочный и диагностический лямбда-зонды имеют разные показатели температуры, концентрации ОГ и режимы работы. Ресурс работы лямбда-зонда составляет около 160 тысяч км. но, при работе двигателя на этилированном бензине лямбда-зонд быстро выходит из строя.

Нарушения в работе двигателя, например, пропуски воспламенения, работа на некачественном топливе, неисправные лямбда-зонды и т.д. , могут приводить к увеличению температуры катализатора и его разрушению ("соты" катализатора могут оплавиться и забиться). Если произошел удар по катализатору (автомобиль наехал на препятствие) , то его керамическое наполнение может разрушиться и забить выпускной тракт. Катализаторы не подлежат ремонту и , есть два способа решения проблемы:

Первый - это установка нового катализатора. Новый катализатор стоит довольно дорого и , что обидно на нашем топливе работать долго не будет.
Второй - установка пламегасителя. Установка пламегасителя стоит дешевле и срок его эксплуатации намного больше. Но, если удалить катализатор на автомобиле с двумя лямбда-зондами, диагностический лямбда-зонд начнёт давать команды блоку управления двигателя на обеднение топливо-воздушной смеси потому, что отработавшие газы попадают на него не проходя через катализатор. Очень часто на сервисах после удаления катализатора лямбда-зонды отключают (обрезают провода).Тогда двигатель начинает работать по аварийной программе. При работе двигателя в этих режимах происходит потеря мощности, увеличивается расход топлива, возникают пропуски воспламенения топлива, резко возрастает температура отработавших газов, может возникнуть детонация. Все это приводит к выходу из строя свечей зажигания, клапанов, прогоранию резонатора и глушителя, и в конечном счете к поломке двигателя.

Для того, чтобы двигатель работал нормально, после удаления катализатора необходима коррекция допустимых параметров лямбда-зонда.

KIA Rio › Бортжурнал › Температура работы катализатора

Дорогие друзья, в данной статье я не "открываю Америку" и не подливаю масло в огонь о спорах причин выхода из строя катколлектора (далее — кат), выбора моторных масел и так далее. Ниже представлено только моё личное мнение, если буду не прав, то исправьте и дополните!

Итак, в сети всё больше говорят о катализаторе. А точнее, о катах на наших авто! Споры есть и будут о том, как можно убить катализатор, и убивает ли он ДВС! Лично моё мнение, что кат умирает после того, как нарушен режим работы ДВС, а не наоборот! Это следствие, а не причина. Но это лишь моё мнение, никому не навязываю.

Я очень трепетно отношусь к техническому состоянию любой техники, дабы я технарь, "гайки у меня всегда затянуты", масло меняется часто (7000 — 8000 км максимум), бензин только одного производителя (проверенного в моём регионе годами) и на одной заправке.

Я всё больше становлюсь сторонником того, что кат не убивает ДВС, а ДВС умирает по каким либо причинам и кат в дальнейшем "страдает" от этого. Кат умирает от повышенной температуры (в основном, на мой взгляд), но откуда берётся "жара", уже нужно искать.

По моим наблюдениям, причиной выхода из строя ката служит следующее (информация вся взята мною из блогов пользователей на drive2):

1. Расход (жор) масла в ДВС. Всем понятно, что при попадании в кат моторного масла, ничего хорошего из этого не выйдет. Кат забьётся, и как пирожок в печке спечётся. Почему так может быть? Тут вариантов много, но я бы выделил: перегрев ДВС (залягут кольца и так далее), неправильный выбор масла, либо масло оказалось подделкой. Я беру масло из бочки у ОД Shell Helix 5w-30 extra. Да, ресурс масла не велик, но для моего пробега между заменой (7-8т км) достаточно. По мере пробега щуп всегда на максимуме. Даже ОД мне заявили, что в исправном GAMMA ДВС и при правильно выбранном масле жор будет нулевым! Может и есть расход в 20-30 мл, но на щупе НИКАК не сказывается. Всегда на максимуме и точка.
Далее, возможно, что залегли кольца, что опять же приведёт к "жору" и спеканию ката. Исходя из этой причины, умерший кат — следствие, а не причина.

2. В камере сгорания топливо сгорает не полностью. Тут, собственно, всё понятно. Всё по аналогии с маслом: перегрев. По моим наблюдениям, такое происходит из-за некачественных (старых, бракованных, неподходящих) свечей, умерших катушках, смещения угла зажигания (привет прошивкам) при нашем качестве готовых нефтепродуктов. Вывод: умерший кат — следствие, а не причина.

3. Некачественный бензин, низкооктановый бензин и детонация. Топливо догарает в кате, кат перегревается, плавится и выходит из строя. Возможны задиры из-за детонации, масложорство и исход ясен. Вывод: умерший кат — следствие, а не причина. Исход и вывод, как в пункте 1 и 2.

4. Высокооктановый бензин и очень агрессивная езда. Думаю, что можно объединить. Возможно ли, что это будет причиной? Думаю, что да. Температура в кате неумолимо растет (ниже будут показатели), порог в 9хх градусов может быть преодолён. А дальше разрушение ката.

5. Долгий прогрев! Такая теория тоже есть, но я не совсем понимаю, с чем это связано.

6. Дефект производителя. Но на сколько это часто встречается?

Но как можно контролировать "здоровье" ката при том, что мы уверены в ДВС и его "здоровье" до того, как мы заправились, сменили масло, сменили свечи или помыли двигатель.

Можно сделать так:

1. Приобрести эндоскоп. Открутить лямбду и проверить соты. Это визуальный осмотр.
2. Контролировать уровень масла. Если нет жора, то значит это уже не может быть причиной.
3. Качество топлива можно проверить косвенно, если знать температуру выхлопных газов в катализаторе.
4. Да и про правильно выбранные свечи забывать не стоит.

В ближайшее время проверю эндоскопом обязательно. Лежит уже давно, руки никак не доходят. Щуп проверяется раз в 3 — 5 дней (привет опыт эксплуатации уаз хантер). Теперь привычка.

А вот температуру в кате я начал замерять недавно и было очень интересно наблюдать за нагревом ката на разных оборотах, простое и так далее:

Температура воздуха сегодня на момент теста (20.08.17) составляла 27-28 градусов в тени. Для теста я использовал "свежий" OBD сканер ELM 327 v1.5 из Китая и прекрасную программку для него на телефоне.

Вот мои наблюдения:

Кат прогревается моментально! Всё благодаря его расположению в коллекторе. За то время, как я завел авто и подключил настроенную прогу на телефоне к уже вставленному в разьем OBD сканеру (минута — полторы), температура была 330 градусов:

На более менее прогретом ДВС температура продолжила расти уже не так быстро и я покатился на первой передаче на отметке в 370 градусов:

Далее, езда не спеша на 1 — 3 (обороты не более 2000) передаче при выезде со двора:

Ну что, поехали по городу…езда строго спокойная, обороты 2000 — 2500, передачи 1 — 4 с учётом светофоров.

Температура при 2000 оборотах и на четвёртой передаче максимально составила 740 градусов:

При 2500 оборотах уже 765 градусов:

При остановке на светофорах (10 — 20 секунд) температура ката падает быстро и стоит на отметке в 620 градусов:

Далее, более агрессивная езда, быстрый набор оборотов, но не более 3000 оборотов, передачи те же 1 — 4 (выходной день, пробки, светофоры).

При переключении на 3000 оборотах и езде в этом же диапазоне, температура стремительно возрастает:

Не стал дальше проводить тест, видно, что температура в кате моментально меняется в зависимости от режима езды. Кстати, на трассе на 5 — 6 передаче и скорости в 70 — 90 км в час, кат имеет температуру не менее 850 градусов. Вот так.

Очевидно, что кат надо располагать дальше, чтобы не был такой горячий, но экология требует. Из этого видно, что даже одной заправки плохим бензином достаточно, чтобы получить перегрев ката. Особенно на трассе. Как ни странно.

Думаю, что свести к минимуму отмазки ОД от ремонта можно лишь обслуживая авто у того же ОД. Масло их, свечи их. При условии, что бензин будет хорошим, деваться им некуда… Мой ОД при использовании их расходников (естественно я не говорю о салонном фильтре, например) делает скидку на некоторые вещи, становится даже дешевле у них произвести работы ТО-1,5 у ОД. Решать Вам, деньги ВАШИ.

Каталитический нейтрализатор: чудовище под днищем

Каталитические нейтрализаторы начали применять еще в прошлом веке для снижения токсичности отработавших газов автомобильного двигателя с искровым зажиганием.

Керамические соты каталитического нейтрализатора

Каталитический нейтрализатор работает без расхода активного вещества. В современных автомобилях с нормами токсичности Евро-4 и Евро-5 каталитические нейтрализаторы располагают максимально близко к выпускным отверстиям и крепят шпильками или болтами через прокладку к головке блока цилиндров.

Каталитический нейтрализатор (катколлектор)

Столь тесное соседство массивного и горячего каталитического нейтрализатора с двигателем затрудняет компоновку моторного отсека и приводит к повышению температуры в подкапотном пространстве. Но зато прогрев активной зоны катколлектора после пуска двигателя происходит быстрее. Ведь только прогретый катализатор способен эффективно очищать отработавшие газы. Каталитические реакции эффективно идут только при температуре свыше 300 градусов Цельсия.

Каталитический нейтрализатор автомобиля Лада Приора

Для правильной работы системы перед каталитическим блоком и сразу за ним устанавливают кислородные датчики (лямбда-зонды). Стоящий до нейтрализатора датчик называют управляющим, а установленный после — диагностическим.

В мировой практике используется и другое расположение каталитического нейтрализатора. Такая схема с расположением бочонка каталитического нейтрализатора под днищем автомобиля появилась на заре применения этого способа снижения токсичности отработавших газов и до сих пор используется, например, на автомобилях фирмы Renault при нормах Евро-4 и даже Евро-5.

Каталитический нейтрализатор

Система выпуска отработавших газов Lada 4x4

Каталитический нейтрализатор считается надежным элементом конструкции современного автомобиля, и производители не предусматривают регламента по его замене. То есть, по их мнению, срок службы катколлектора или элемента под днищем автомобиля должен быть равен сроку службы всего автомобиля. Тем не менее практика показала, что каталитические нейтрализаторы далеко не всегда служат безупречно.

Что может случиться с ней трализатором?

Первой неисправностью активного элемента катколлектора является его оплавление, проявляющееся в виде спекания сот и приводящее к затрудненному проходу отработавших газов. Обычно это происходит после того, как превышен порог температуры газов в 900 градусов.

Каталитический нейтрализатор

Второй возможный сценарий повреждения катколлектора — это разрушение керамики. Иными словами, она начинает крошиться.

Каталитический нейтрализатор

И третий — это просто забитый продуктами неполного сгорания топлива и масла нейтрализатор, не дающий двигателю «дышать».

Каталитический нейтрализатор

Ряд производителей используют вместо керамической основы металлическую пористую структуру. В народе такое решение считают более прочным.

Каталитический нейтрализатор

Гораздо коварнее дефект, при котором частицы керамики начинают выкрашиваться с поверхности сот. Причиной разрушения керамики чаще всего является некачественное топливо, которое догорает на такте выпуска. Причем крошение начинается в самой горячей зоне, на кромках сот, расположенных ближе к двигателю.

При работе двигателя на разных режимах может происходить заброс части отработавших газов обратно в цилиндры двигателя. Керамическая пыль, являющаяся абразивом и попавшая с потоком газов в цилиндр, быстро выведет из строя поршневую группу и приведет к задирам на стенках цилиндров.

Впрочем, опасно это явление далеко не для всех двигателей. Мы даже не будем говорить про модели, у которых нейтрализатор вопреки общемировым тенденциям закреплен под днищем автомобиля, а потому вредоносным частицам пришлось бы преодолеть почти метр «против течения». Некоторые производители благодаря применению верных конструктивных решений избежали этих проблем или сумели вовремя их устранить.

Как дела с гарантией?

На фоне такого отношения к потребителю резко негативное отношение вызывает позиция, занятая концерном Kia. В сервисной книжке автомобилей этой марки до начала 2016 года красовалась надпись, что гарантийные обязательства на каталитический нейтрализатор простираются вплоть до 1(!) тысячи километров. Грубо говоря, на две заправки топливом, а потом «плохой русский бензин» может повредить каталитический нейтрализатор, но фирма за это уже не отвечает. Правда, с 2016 года гарантия на каталитический нейтрализатор была продлена до 150 тыс. км.

По мнению автора, гарантия на каталитический нейтрализатор должна быть продолжительностью не меньше, чем на автомобиль.

Теперь поподробнее рассмотрим, что следует и чего не следует делать владельцу автомобиля, чтобы нейтрализатор прослужил долго и счастливо.

Причины выхода из строя каталитического нейтрализатора:

Плохое качество топлива — чаще всего с низким октановым числом. Система управления двигателем переходит на позднее зажигание. Это вызывает догорание смеси на выпуске и рост температуры отработавших газов.
Неправильная работа системы зажигания (пропуски зажигания). Не сгоревшее в одном цилиндре топливо тут же поджигается и горит в нейтрализаторе.
Механическое повреждение каталитического нейтрализатора. Повышенная вибрация силового агрегата и удары по катализатору приводят к крошению керамического блока.
Термоудары. Мгновенное охлаждение раскаленного нейтрализатора при преодолении лужи, к примеру, может вызвать трещины керамического элемента.
Неправильный состав топливовоздушной смеси, вызванный, например, неисправностью датчика кислорода. Тот же эффект вызовут негерметичные, льющие форсунки.
Добавление присадок в бензин. Коктейли от непроверенных производителей или нарушение концентрации могут повышать температуру сгорания на выпуске.
Самые новые конструкции двигателей с минимальной токсичностью запрограммированы на быстрый прогрев нейтрализатора. В условиях холодов для ускорения прогрева вначале блоки управления двигателем очень переобогащают смесь, которая догорает на поверхности нейтрализатора.
В истории существовали откровенные дефекты конструкции нейтрализатора. Например, Suzuki проводила отзывную кампанию по сплошной замене нейтрализаторов на автомобилях SX4.

Из личного опыта

Вторая половина девяностых. Я работал менеджером по автопарку в коммерческой фирме. Шеф вызывает и говорит: Карину (Toyota Carina Е) продавать будем. Езжай на мойку, и чтоб двигатель блестел, как…

Toyota Carina Е

В общем, погорело и перестало. Вернулся к машине, открыл капот, вскрыл крышку распределителя, а там болото. Влагу вытер, просушил и добрался-таки до офиса. А теперь ответьте на вопрос: где, по-вашему, горело топливо?

А если все-таки конец?

Вышедший из строя каталитический нейтрализатор на негарантийной машине заменять оригинальным сможет и захочет далеко не каждый. Дорого это. Какие варианты развития событий?

Просто выбить начинку из нейтрализатора. Это требует перепрошивки блока управления, чтобы он «закрыл глаза» на сигнал со второго кислородного датчика, либо установки механической или электронной обманки. Механическая представляет собой втулку, в которой закреплен кусочек каталитического нейтрализатора, а электронная просто имитирует правильный сигнал датчика кислорода.
Выбить начинку и установить вместо нее пламягаситель. Он представляет собой несколько камер с отверстиями, служащими для снижения температуры и давления газов. Это несколько уменьшает шум и облегчает режим работы других элементов системы выпуска отработавших газов. «Мозги» автомобиля предстоит обмануть, как описано выше.
Установить вместо керамического блока универсальный ремонтный каталитический нейтрализатор. Чаще всего на металлической, а не керамической основе. Степень очистки будет немного ниже, но «вредителями» вы себя чувствовать не будете.

Расскажите, а как происходило ваше общение с «чудовищем под днищем» — каталитическим нейтрализатором: работает, вырезан, заменен?

С «историями болезней» автомобилей прошлых поколений можно познакомиться, пройдя по ссылке.

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

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/м 2 , 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.

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. NO_x, 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.

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.

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.

Устройство и принцип работы каталитического нейтрализатора

Конструкция и функции каталитического нейтрализатора

Нейтрализатор является частью системы выхлопа. Он располагается сразу за выпускным коллектором двигателя. Катализатор состоит из:

Окислы азота NOx – компонент смога, причина кислотных дождей, ядовиты для человека.
Угарный газ СО – смертельно опасен для человека при концентрации в воздухе от 0,1%.
Углеводороды CH – компонент смога, отдельные соединения канцерогены.

Принцип действия катализатора

На практике трехкомпонентный каталитический нейтрализатор имеет следующий принцип действия:

Выхлопные газы из двигателя попадают внутрь керамических блоков, где проникают в ячейки, полностью заполняя их.
Металлы-катализаторы палладий и платина провоцируют реакцию окисления, в результате которой несгоревшие углеводороды СН преобразуются в водяной пар, а угарный газ СО в углекислый.
Восстановительный металл-катализатор родий преобразует NOx (оксид азота) в обычный безвредный азот.
В атмосферу выпускаются очищенные отработавшие газы.

Если в автомобиле установлен дизельный двигатель, то возле катализатора всегда находится сажевый фильтр. Иногда эти два элемента могут быть совмещены в единую конструкцию.

Рабочая температура катализатора играет решающую роль в эффективности процесса нейтрализации токсичных компонентов. Реальное преобразование начинается только после достижения 300°С. Идеальной, с точки зрения эффективности и срока службы, считается температура от 400 до 800°С. В диапазоне температур от 800 до 1000°С наблюдается ускоренное старение нейтрализатора. Длительная работа при температуре свыше 1000°С оказывает губительное воздействие на катализатор. Альтернативой керамике, выдерживающей высокие температуры, является металлическая матрица из гофрированной фольги. Катализаторами в такой конструкции выступают платина и палладий.

Срок службы катализатора

Еще одной распространенной причиной неисправности керамического катализатора являются механические повреждения (трещины), возникающие при механических воздействиях. Они провоцируют быстрое разрушение блоков.

При возникновении неисправностей работа каталитического нейтрализатора ухудшается, что фиксируется при помощи второго лямбда-зонда. В этом случае электронный блок управления сообщит о неисправности, выдав на приборной панели ошибку «CHECK ENGINE». Также признаками выхода из строя являются дребезжание, увеличение расхода топлива и ухудшение динамики. В этом случае его меняют на новый (оригинального производства или универсальный). Почистить или восстановить катализаторы невозможно, а поскольку это устройство имеет высокую цену, многие автомобилисты предпочитают просто удалить его.

Можно ли удалить катализатор

При удалении катализатора его очень часто заменяют на пламегаситель. Последний выравнивает поток выхлопных газов. Его установка рекомендуется для устранения неприятных шумов, которые возникают при удалении катализатора. При этом, если вы выбрали именно удаление, лучше полностью снять устройство и не прибегать к рекомендациям некоторых автомобилистов пробить в нем отверстие. Подобная процедура улучшит ситуацию только на время.

В автомобилях, соответствующих экологическим стандартам Евро-3, помимо удаления катализатора необходима перепрошивка электронного блока управления. Ее обновляют до версии, в которой отсутствует каталитический нейтрализатор. Также можно установить эмулятор сигнала кислородного датчика, который избавит от необходимости перепрошивать ЭБУ.

Наилучшим решением при поломке каталитического нейтрализатора будет его замена на оригинальную деталь в специализированном сервисе. Таким образом будет исключено вмешательство в конструкцию автомобиля, а его экологический класс будет соответствовать заявленному производителем.

Ошибка Р0420 эффективность катализатора. Почему все сразу бегут удалять катализатор? Не спешите паниковать.

Сегодня продолжаем статьи из цикла диагностики автомобиля. Сегодня рассмотрим такую избитую тему как катализатор (каталитический нейтрализатор) на бензиновом двигатели. Сажевые фильтры дизельных автомобилей рассматривать не будем. В интернете очень много статей на данную тему, но не во всех статьях можно найти корректную информацию. В этой статье постараюсь максимально раскрыть эту тему. Что такое катализатор. Какие неисправности его могут быть. Как их определить и чем грозит неисправный катализатор. Можно ли ездить с неисправным катализатором. Почему появляется ошибка Р0420.

Многим знакома ситуация, что у Вас появилась ошибка Р0420(Эффективность катализатора(нейтрализатора) ниже порога) и все специалисты кричат в голос Вам нужно удалять катализатор!? Правы ли эти мастера?

В составе выхлопных газов автомобиля содержится довольно много токсичных веществ. Для предотвращения их попадания в атмосферу используется специальное устройство, получившее название каталитический нейтрализатор или просто катализатор. Его установка стала следствием борьбы за экологию и более строгими Евронормами по выбросам. Состав и работа практически всех катализаторов одинаковая.

Выхлопные газы попадают в катализатор где заполняют керамические блоки. Металлы-катализаторы палладий и платина провоцируют реакцию окисления, в результате которой несгоревшие углеводороды СН преобразуются в водяной пар, а угарный газ СО в углекислый. Восстановительный металл-катализатор родий преобразует NOx (оксид азота) в обычный безвредный азот. В атмосферу выбрасывается уже очищенные отработанные газы.

Ключевым моментом эффективности катализатор служит его способность к накоплению кислорода. Избыточный кислород, участвующий в процессе горения, будет накапливаться в нейтрализаторе до определенного момента насыщения. Если имеется дефицит кислорода, то он высвобождается в нейтрализаторе, поддерживая реакцию окисления, насколько это возможно. В течении времени катализатор теряет свои свойства по накоплению кислорода. Простыми словами катализатор теряет свои химические свойства, при этом он будет в прекрасном состоянии физически, чистые соты и отличная проходимость.

Какие же виды неисправностей бывают у катализатора?

1) Он потерял свои "химические" свойства. Сам катализатор(керамика с сотами) в отличном состоянии, соты чистые, проходимость отличная, но в нём больше не происходят химические процессы и он уже не может накапливать нужное количество кислорода. Вот в этом случаи мы и увидим ошибку Р0420, есть и другие причины, о них ниже. Дело вот в чём. Диагностикой катализатора занимается ЭБУ по показаниям датчика кислорода(лямбда-зонда). В автомобиле с катализатором(если одна выхлопная магистраль) установлено два датчика кислорода, первый перед катализатором управляющий, второй диагностирующий катализатор. Скажу кратко и простыми словами. ЭБУ "оценивает и сверяет" сигнал первого и второго датчика, а также время отклика второго. В разных ЭБУ точнее современных и старых немного разные алгоритмы, но принцип один это анализ сигнала второго датчика кислорода относительно первого. Либо анализ сигнала второго датчика относительно других параметров. Если сигнал второго датчика будет повторять первый, то через несколько циклов диагностики появится ошибка Р0420. Чтобы полностью описать процесс диагностики катализатора ЭБУ в разных системах нужно писать отдельную статью, если Вам это интересно то напишите, сяду и сделаю статью. И так, если у Вас катализатор потерял свою эффективность, то не бегайте с круглыми глазами и не спешите его удалять если он физически целый. Со временем он конечно может начать разрушаться, но это может занять годы и тысячи километров. У знакомого на Форде так умер катализатор на 220 тыс. км и он его не стал трогать, сейчас пробег 350 тыс. км и катализатор стоит целый в идеальном состоянии, но функцию свою не выполняет. Решением этой проблемы служит замена катализатора, либо просто удалить, поставить обманку или перевести(прошить) систему на Евро-2. Только удалять нужно правильно, либо вместо катализатора врезать трубу таким же диаметром как основная, либо пламегаситель.

Выявить эту неисправность достаточно просто. Посмотреть сигнал второго и первого датчика кислорода в разных режимах и на разном топливе, если сигнал повторяется то катализатор умер "химически", чтобы душа была спокойна можно его осмотреть с помощью видеоэндоскопа. Катализатор можно попробовать "прожечь" для его восстановления, например если он собрал много сажи, об этом ниже. Если он физически целый, то можно ездить дальше. Почему я написал на разном топливе? Потому как ошибка Р0420 может появиться из-за некачественного бензина. Изъездите подозрительный бензин и заправьтесь на другой заправке и уже будет видно.

2) Физическое разрушение. Катализатор разрушился,"сплавился" . Тут уже дело сложнее. При такой неисправности ошибку Р0420 Вы можете и не увидеть, а вот потерю динамики автомобиля заметите.

Читайте также: