Особенности эксплуатации автомобильного катализатора

Автомобильный катализатор — это что за устройство , как оно функционирует и по каким симптомам можно узнать о его неисправности? Подобный вопрос возникает у многих владельцев, решивших самостоятельно обслуживать автомобиль. Следует учитывать, что цена нового узла составляет несколько десятков тысяч рублей. Грамотная эксплуатация двигателя увеличивает срок службы нейтрализатора отработавших газов.

Катализатор автомобильный.

Общая информация про катализатор в автомобиле

Устройство предназначено для дожигания окиси углерода и остатков топлива до компонентов, безвредных для окружающей среды. Первые образцы механизма появились в 60-е гг. прошлого столетия. Установка на серийные машины (как с карбюраторными моторами, так и с оснащенными системой впрыска топлива) началась спустя 20 лет. С 2000-х гг. катализатор является обязательным компонентом выхлопных систем для новых автомобилей.

Расположение

Нейтрализатор находится в выхлопной системе до первичного глушителя (резонатора) шума отработавших газов. Для обеспечения экологических нормативов от Евро-4 узел перенесли ближе к выпускному коллектору (на части двигателей катализатор интегрирован в коллектор).

Конструкция устройства

Каталитический нейтрализатор состоит из:

• внешнего кожуха из жаропрочной нержавеющей стали;
• входного и отводного патрубков (привариваются или соединяются с выхлопной трубой фланцами);
• монтажной оболочки, герметично соединенной с патрубками;
• пористой керамической вставки с адсорбирующим напылением (оксид алюминия и редкоземельные материалы платиновой группы или золото), установленной внутри монтажной оболочки;
• защитной прокладки между корпусами (для защиты от вибрации и компенсации разницы температурных деформаций);
• дополнительных элементов (например, монтажной скобы для крепления к днищу автомобиля).

Внутреннее устройство и принцип работы автомобильного катализатора.

Принцип работы

При сгорании топлива образуются экологически безвредные компоненты и одновременно выбрасываются токсичные газы:

• частицы топлива (углеводородные цепочки вида CHx) и оксиды азота NOx, формирующие облако смога;
• окись углерода CO, не имеющая запаха и являющаяся ядовитым веществом.

При попадании примесей в нейтрализатор происходит ряд химических реакций, катализатором которых является нагретый слой активного вещества (платины, родия или палладия). В результате распада ядовитых газов образуются азот и кислород (последний используется для дожигания паров топлива и окисления окиси углерода).

Катализатор сокращает количество вредных выбросов в атмосферу.

Преимущества эксплуатации

Основные преимущества нейтрализаторов отработавших газов:

• снижение вредных выбросов в атмосферу;
• уменьшение расхода топлива за счет автоматической регулировки состава смеси;
• выбрасываемые в воздух отработавшие газы не имеют запаха бензина.

Основные типы

Нейтрализаторы классифицируют в зависимости от количества дожигаемых компонентов выхлопных газов. Ранние образцы использовались на карбюраторных машинах и позволяли устранять только окись углерода. Последующие двухкомпонентные узлы соответствовали нормативам вплоть до Евро-2. Позднее в требованиях появился пункт, касающийся окислов азота, что потребовало доработки катализаторов.

Двухступенчатый

Нейтрализатор позволяет дожигать окись углерода и остатки топлива (углеводороды CHx) с образованием воды и углекислого газа. Изделие работает при температуре до +400°С и не обеспечивает разложение соединений азота. Изредка встречается на машинах, выпущенных в начале 2000-х гг. Большинство нейтрализаторов выработало ресурс и удалено владельцами.

Трехкомпонентный

Отличается возможностью переработки окислов азота. Для обеспечения реакций требуется прогрев керамической вставки до +600°С. Используется на бензиновых или дизельных силовых агрегатах, работающих на обедненных смесях (для снижения расхода горючего и уменьшения вредных выбросов).

Разновидности по материалу изготовления

Автомобильные каталитические нейтрализаторы разделяют на категории по конструкции наполнителя:

• стандартные керамические, рассчитанные на максимальную температуру газов до +850°С;
• металлические, отличающиеся повышенной прочностью;
• спортивные, рассчитанные на двигатели с повышенной мощностью и создающие пониженное сопротивление потоку.

Керамические

Внутри нейтрализатора установлена керамическая вставка с сотами, поверхность покрыта сплавом платины и родия либо платины и палладия. Конструкция обеспечивает повышенную поверхность соприкосновения газов с активными материалами.

Керамический катализатор относится к стандартным моделям.

За счет применения керамической основы (магниево-алюминиевого силиката) удалось снизить себестоимость производства, но узел имеет ресурс в пределах 100-150 тыс. км. При использовании топлива соответствующего качества и регулярном техническом обслуживании нейтрализаторы выдерживают до 300 тыс. км и более.

Недостатками изделий является низкая механическая прочность керамической вставки, которая разрушается от вибраций и температурных расширений. На материал оказывает негативное влияние моторное масло, которое выбрасывается из двигателя (например, при износе маслосъемных колпачков на стержнях клапанов).

Металлические

В таких нейтрализаторах вместо керамики использована гофрированная фольга толщиной до 0,05 мм, прикрепленная к кожуху тугоплавким припоем. Конструкция выдерживает длительный нагрев до +1100 °С и не восприимчива к ударным нагрузкам. На поверхности фольги имеется адсорбирующий слой из окиси алюминия с покрытием из благородных металлов, обеспечивающих окислительные и восстановительные реакции.

Спортивные

Катализатор для спортивных машин отличается высокой пропускной способностью.

Катализаторы для гражданских машин создают сопротивление потоку выхлопных газов. На спортивных двигателях используют узлы с повышенной пропускной способностью за счет увеличения габаритов сот. Для обеспечения дожигания на поверхности нанесен увеличенный по толщине слой активного вещества.

Преимуществами изделий являются повышенная температурная стойкость и способность выдерживать ударные и вибрационные нагрузки. Нейтрализаторы могут использоваться в качестве ремонтных (может потребоваться перепрограммирование блока управления).

Особенности каталитического нейтрализатора дизельного двигателя

Двигатели с воспламенением от сжатия (как атмосферные, так и снабженные наддувом) отличаются сниженной термической нагрузкой. В отработавших газах присутствуют частички сажи и окислы азота. Поток выхлопа не в состоянии прогреть нейтрализатор до рабочей температуры, необходимой для разложения частиц NOx.

Для компенсации недостатка применяют систему рециркуляции газов EGR, но ужесточившиеся требования не позволяют уложить выхлоп в нормативы.

В конструкцию нейтрализатора входит специальный фильтр Diesel Particulare Filter, улавливающий частицы сажи. Нагар периодически выжигается путем подачи дополнительного топлива, которое догорает в полости фильтра (процесс регенерации).

Сажевый фильтр внутри автомобильного катализатора.

Приблизительный срок службы устройства

Период эксплуатации нейтрализатора зависит от качества изготовления наполнителя и используемого топлива.

На территории ЕС автомобили не требуют установки нового катализатора при пробегах больше 300 тыс. км.

Распространенные причины выхода из строя автомобильного катализатора

Нейтрализатор выходит из строя по следующим причинам:

• разрушение или оплавление керамики;
• засорение сот нагаром или посторонними частицами.

Разрушение

Под воздействием высоких температур и вибраций керамическая вставка начинает крошиться с образованием мелкой пыли и обломков. Частицы забивают соты и забрасываются в камеры сгорания потоками газов в момент перекрытия клапанов. Детонация двигателя негативно воздействуют на нейтрализатор, ударные волны разбивают перемычки и быстро выводят узел из строя.

Разрушение катализатора вследствие выгорания.

Выплавление и выгорание

На состояние катализатора влияет процесс сгорания топлива. При попадании горючего температура в полости нейтрализатора превышает +1000°С, что приводит к оплавлению керамики и засорению сот. Проблема возникает при использовании бензина низкого качества, пропусках зажигания и при неправильной регулировке механизма газораспределения.

Образование нагара

В процессе эксплуатации на поверхности сот оседает нагар (например, от частиц моторного масла), который ухудшает условия дожигания вредных компонентов. Датчики кислорода передают в блок управления ошибочную информацию, что приводит к обеднению или обогащению смеси. Попадающее в нейтрализатор топливо сгорает и разрушает керамические соты, ускоряя выход узла из строя.

Появление инородных частиц

Инородные тела не могут попасть в герметичный корпус нейтрализатора, но при разрушении сот образуются мелкие фрагменты керамики. Обломки попадают в каналы и перекрывают проходное сечение. Из-за нарушения газообмена падает мощность мотора и растет расход топлива, которое частично сгорает в катализаторе и необратимо разрушает узел.

Особенности самостоятельной диагностики автомобильного катализатора

Владелец автомобиля может самостоятельно оценить состояние нейтрализатора и креплений узла к трубопроводам выхлопной системы.

Своевременная диагностика позволяет определить критически поврежденные катализаторы.

Для выполнения работ потребуется набор гаечных ключей и головок. Поскольку болты крепления обгорают под воздействием высоких температур, то понадобится специальная жидкость для отмачивания резьбы (например, WD-40).

Визуальный осмотр

Для осмотра необходимо вывернуть датчики кислорода и осветить внутреннее пространство светодиодным фонариком. Методика позволяет обнаружить разрушение керамики, но оценить состояние поверхности сот невозможно. Не допускается температурная деформация металлического корпуса (наблюдается при перегреве узла из-за сгорания попавшего внутрь топлива).

Температурный тест

Адаптер ELM327 для температурной диагностики катализатора.

Для его проведения понадобится адаптер ELM327, который подключают к диагностическому разъему. Устройство может собирать информацию от датчиков и передавать ее на сопряженный смартфон с установленным программным обеспечением Car Scanner ELM OBD2. Затем необходимо запустить двигатель и зайти в раздел контроля катализатора.

При нормальных условиях работы максимальная температура внутри нейтрализатора составит около +660°С (внутри устройства предусмотрен чувствительный элемент, непрерывно контролирующий степень нагрева).

Тест на разрушение сот

Программа Car Scanner ELM OBD2 позволяет оценить состояние керамического элемента по сигналам от вторичного датчика кислорода. Для исправного нейтрализатора значение составляет 0. По мере износа параметр увеличивается до 1,0 (сигнал о выходе узла из строя, включающий контрольный индикатор Check Engine). При нормальных условиях эксплуатации нижний порог сигнала от сенсора лежит в пределах от 0,05 до 0,2 (зависит от режима движения, температуры и влажности воздуха, качества заправленного топлива).

Проверка давления

Для оценки проходимости сот необходимо:

1. Отвернуть первичный датчик кислорода (находится перед корпусом нейтрализатора).
2. Установить резьбовую втулку с термостойким шлангом, соединенным с манометром.
3. Запустить двигатель и довести обороты до 2,5-3,0 тыс. в минуту.
4. Через 10-15 секунд заглушить мотор. Нормой считается давление в пределах 0,3-0,35 кг/см², рост параметра до 0,5 кг/см² и выше указывает на частичное засорение сотовой вставки нейтрализатора.

Ослабление болтов

Для быстрого тестирования в гаражных условиях необходимо ослабить болты крепления нейтрализатора к коллектору, а затем запустить двигатель. Если пуск происходит без затруднений, то следует детально осмотреть катализатор.

При тестировании возможно появление ошибок от датчиков кислорода из-за подтягивания атмосферного воздуха через образовавшиеся щели.

Действия при возникновении неполадок нейтрализатора

При разрушении наполнителя возможно включение предупредительного индикатора Check Engine, расположенного в комбинации приборов. Необходимо проверить состояние датчиков концентрации кислорода и соединительных жгутов. Если обнаруживается повреждение или выход из строя нейтрализатора, то владелец автомобиля может поменять узел или удалить керамическую вставку с перепрограммированием блока управления (необходим софт, не учитывающий корректировку состава смеси по сигналам от датчиков концентрации кислорода).

Нюансы замены

Перед снятием или заменой катализатора своими силами следует учесть, что вмешательство приводит к снятию автомобиля с гарантийного обслуживания. Корпус нейтрализатора аккуратно разрезают абразивным кругом, а затем удаляют керамический наполнитель. Материал можно сдать: иногда цена отходов компенсирует стоимость ремонта выхлопной системы. В полость устанавливают металлический пламегаситель, а затем заваривают корпус дуговой сваркой в среде защитного газа.

Пламегаситель в автомобиле вместо катализатора.

Ремонт

Изношенный катализатор не подлежит восстановлению. Владелец машины может:

• установить оригинальный нейтрализатор или коллектор (цена запасных частей достигает 100 тыс. руб.);
• использовать универсальный катализатор (обладает пониженной в 3-4 раза ценой, но не всегда соответствует требованиям завода-изготовителя двигателя);
• полностью отказаться от нейтрализатора (с последующим перепрограммированием блока управления).

Тонкости удаления катализатора из выхлопной системы

После удаления нейтрализатора необходимо установить вторичный датчик кислорода с обманкой (перфорированной емкостью, заполненной керамической крошкой с активным напылением). Поток газов проходит через наполнитель, имитируя нормальную работу нейтрализатора. Если производится перепрограммирование блока управления мотором, то обманка не требуется. После снятия катализатора выхлоп соответствует нормативам Евро-2 и ниже, что может создать проблемы при официальном прохождении технического осмотра в ряде стран Европы, но не в России.

Дополнительным недостатком выхлопной системы без нейтрализатора является повышенная температура потока газов, что приводит к ускоренному выходу из строя резонатора и глушителя.

Промывка автомобильного катализатора своими руками

Удаление загрязнений позволяет продлить ресурс нейтрализатора только в случае обработки исправного узла. Если сотовый наполнитель оплавился или имеет механические повреждения, то восстановить работоспособность невозможно. Существуют методики химической и механической очистки (без демонтажа и со снятием изделия соответственно). Работы выполняют самостоятельно или в условиях сервиса.

Профилактическая

Раствор для промывки катализатора.

Профилактическая или химическая чистка подразумевает заправку в топливный бак специального реагента (например, раствора Hi-Gear HG3270). Пропорции смеси указаны на заводской этикетке. После пуска мотора жидкость попадает в цилиндры и выбрасывается с потоком выхлопных газов в нейтрализатор.

Активные компоненты растворяют налет на поверхности наполнителя и выбрасывают частицы в атмосферу.

Механическая

Данный процесс требует снятия автомобильного катализатора. Для удаления грязи применяют поток сжатого воздуха, наждачную бумагу с мелким зерном и растворитель (например, жидкость для промывки карбюраторов). Корпус нейтрализатора заполняют моющим препаратом, а затем прочищают потоком горячей воды и сжатым до 7-9 бар воздухом. Нагар с торцевых кромок наполнителя удаляют наждачной бумагой. Технология не позволяет полностью очистить внутренние поверхности сот. При выполнении работ следует контролировать давление воздуха (из-за риска разрушения керамики).

Отрицательные стороны автомобильного катализатора

Основным недостатком каталитического нейтрализатора является ограниченный срок службы, который сокращается при использовании топлива с присадками на основе свинца. По мере оплавления сот уменьшается проходное сечение каналов, что приводит к снижению мощности двигателя и росту расхода горючего. Дополнительной проблемой является разрушение наполнителя. Мелкодисперсная керамическая пыль может попасть в цилиндры в момент перекрытия клапанов.