Автомобильные катализаторы

Строение автомобильного нейтрализатора

Структура автомобильного нейтрализатора напоминает небольшой цилиндр. Основной корпус изделия изготовлен из плотного листа металла, который предотвращает возможность перегрева устройства и сильных механических повреждений. Каталитический конвертер также имеет несколько патрубков на разных концах корпуса, соединяющих устройство с одной стороны с двигателем, а с другой стороны с глушителем.

Внутри прочного устройства находится основная часть, которая и отвечает, собственно, за качественное очищение отработанных газов. Внутренняя составляющая изделия имеет форму пластины или матрицы, поверхность которой разбита на равные каналы, напоминающие своим строением шахматную доску

Важной особенностью является уникальное напыление, располагающееся на каналах. Уникальность заключается в составе из ценных металлов, обеспечивающих быстроту и качественность очищения выхлопа

Последовательная деятельность всех компонентов нейтрализатора направлена на:

• Преобразование окиси азота и угарного газа в азот и углекислый газ.
• Снижение процентного содержания, не перегоревшего углеводорода в составе выхлопа.

Стоит отметить, что качественный катализатор стоит достаточно дорого, особенно, если речь идёт об импортном изделии. Это обусловлено наличием большого количества дорогостоящих металлов в составе каталитического слоя, что способствует более качественной очистке отработанных двигателем газов. Именно каталитический слой представляет особую ценность не только во время работы устройства, но и после выхода его из строя.

На сегодняшний день существует скупка катализаторов в Москве, благодаря чему можно выручить приличные средства за непригодную деталь. Что может быть лучше, чем материальная выгода от сломанной запчасти? Пожалуй, только внушительная сумма. Стоимость одного килограмма каталитического конвертера отечественного производства на скупке составляет порядка 5-ти тыс. рублей. Ещё более приятным нюансом станет стоимость импортного изделия – до 30-ти тыс. рублей.

История создания

В 60-х годах в правительстве всех развитых стран мира обратили внимание на уровень экологии и озаботились количеством выбросов из выхлопных труб многочисленных автомобилей. А нужно сказать, что закон тогда уровни выбросов никак не регулировал

В 1970 году были приняты самые первые стандарты, которые довели до сведения руководства автомобильных концернов. В этих стандартах был представлен список указаний по содержанию и количеству в выхлопных токсичных газах особо вредных веществ.

Данный стандарт указывал на то, чтобы в новых автомобилях обязательно использовали катализатор, что такое устройство позволит значительно снизить объемы угарного газа и продуктов сгорания углеводородов.

С 1975 года катализаторами стали оснащать все производимые автомобили. Эта деталь стала обязательной.

Причины и признаки неисправности

Рабочий ресурс автомобильного каталитического нейтрализатора, как уже отмечалось выше, примерно 150 тысяч километров. В процессе эксплуатации деталь постепенно выгорает, и чем хуже топливо, тем происходит это быстрее. Дело в том, что искусственные присадки в плохом бензине способствуют повышенному нагреванию топлива, и соты катализатора оплавляются и забиваются.

Выработавший свой ресурс катализатор подлежит замене

Неисправность катализатора фиксирует лямбда-зонд, и на приборной панели выскакивает ошибка «CHECK ENGINE» (Проверить двигатель). При низкой эффективности работы катализатора вследствие его засорения на панели может высветиться ошибка «Р0420». Кроме того, симптомами выхода из строя детали являются:

1. Дребезжание и вибрация под днищем автомобиля. Если при разгоне или перегазовке слышен лязг, значит, детали внутри корпуса катализатора осыпались, или деталь сдвинулась с места.
2. Снижение динамики двигателя. Автомобиль медленно разгоняется. Как будто его удерживают сзади. Это говорит о том, что соты частично забиты.
3. Временное отсутствие тяги на высоких оборотах.
4. Трудности с запуском двигателя. При полной поломке катализатора автомобиль глохнет сразу после запуска.
5. Сизый оттенок выхлопов с едким, удушливым запахом – этот признак говорит о значительном разрушении или оплавлении сот.
6. Повышение расхода топлива. Этот признак неоднозначен и может свидетельствовать о других проблемах. К примеру, расход бензина увеличивается, если забиты топливные форсунки.

Все эти признаки свидетельствуют о том, что узел пока работает, но соты частично оплавлены и пропускная способность их снижена. Если продолжить эксплуатацию автомобиля в этой ситуации, мотор может перестать заводиться.

Особенности добычи палладия

Для извлечения палладия из автомобильного катализатора можно применять техники, описанные выше. Но в таком случае полученный металл включает в себя множество примесей, что снижает его ценность. Наиболее действенным способом добычи палладия из автомобильных деталей считается электродуговое нагревание (гальванический метод).

Однако предпочтительнее использовать несколько иной подход. Он предполагает нагревание исходного компонента до 500 градусов с последующим фторированием. Эта технология позволяет получить металл с минимальным содержанием разнообразных примесей. Результатом данного процесса становится фтористый палладий, который необходимо остудить до 100 градусов. Для выделения чистого металла из раствора потребуется минеральная кислота.

Краткая справка по применяемым в катализаторах драгметаллов

Платина – благородный металл серебристо-белого цвета. Название платине дали испанские завоеватели Южной Америки. В связи со сходством этого металла с серебром, но очень сильной тугоплавкостью им пренебрегали и даже топили в море, отделяя от россыпи золото, вследствие этого платина с испанского языка в буквальном смысле означает пренебрежительное к серебру слово «серебришко».

Началом применения платины в катализаторах послужило открытие в 1821 немецким химиком И.В. Деберейнером способности платиновой руды протеканию и ускорению ряда химических реакций, при этом сам драгметалл не претерпевал никаких изменений.

Металл с такими характеристиками является королем бриллиантов и самоцветов, находится в одном ряду по ценности с такими металлами как серебро, золото и платина.
Родий – металл, получаемый путём переработки платины, при этом для получения 1 кг родия необходимо ее несколько тонн.

Применение родия в массовом количестве направлено в основном в автомобильной отрасли. Около 97% материала-сырья уходит на производство катализаторов — узлов выхлопной системы. Именно родий, являющийся катализатором по своей природе, способен перерабатывать выходящие из цилиндров двигателя токсичные газы.

Палладий – переходный металл серебристо-белого цвета с гранецентрированной кубической решёткой, в чистом виде довольно мягкий металл.

Палладий часто применяется как катализатор, в основном, в процессе гидрогенизации жиров и крекинге нефти и в настоящее время активно используется в производстве автомобильных катализаторов.

Отказ катализатора (каталитический нейтрализатор) — почему катализаторы выходят из строя?

Автомобильный каталитический нейтрализатор подвергается очень тяжелым рабочим условиям. Выхлопная система вибрирует во время работы, и при движении по неровной поверхности возникает дополнительная вибрация.

Катализатор подвергается очень высоким тепловым перегрузкам. Выхлопные газы двигателя достигают температуры до 600 градусов по Цельсию (в зависимости от скорости и долговечности вождения), а с другой стороны, на его корпус влияет температура наружного воздуха (минус зимой). Кроме того, из-за расположения под автомобилем он подвержен механическим повреждениям и коррозии.

Катализатор обладает определенной прочностью. Каталитически активное покрытие стареет в процессе эксплуатации. Трудно определить, когда это произойдет. Тем не менее можно предположить, что он колеблется от 180 до 200 тысяч. км пробега.

Однако существует ряд факторов, которые могут значительно сократить технический срок службы катализатора.

И чаще всего они являются причиной его отказа и, следовательно, необходимости замены. Например:

• Въезд на машине в глубокую лужу. Катализатор нагревают до температуры нескольких сотен градусов по Цельсию через выхлопные газы. Попадание воды вызывает ее ударное охлаждение и усадку металлического корпуса. Это, в свою очередь, сжимает вставку внутри катализатора и измельчает ее.
• Отказ системы зажигания, вызывающий выпадение зажигания. В зависимости от конструкции и возраста автомобиля это может быть связано с повреждением высоковольтных проводов, купола устройства зажигания, распределительного пальца или отдельных катушек зажигания. Несгоревшие остатки топлива попадают на катализатор и вызывают его разрушение.
• Неправильно установленный момент зажигания — слишком длительная задержка зажигания приводит к повышению температуры в катализаторе примерно до 1000 ° C, что приводит к его разрушению.
• Старение двигателя, связанное с износом поршневых колец, вызывает сгорание моторного масла и попадание его остатков в катализатор. Порошок, образующийся после сгорания моторного масла, закупоривает каналы катализатора.
• Частая / подавляющая езда по городу — значительно сокращает срок службы катализатора.
• Неправильно отрегулированная газовая установка — также вызывает ускоренный износ этого элемента
• Механические повреждения — столкновение днища автомобиля с выступающим элементом может привести к вмятине корпуса и повреждению внутренней вставки.

Что говорит о необходимости замены нейтрализатора

Существующие сегодня модели нейтрализаторов по большей части имеют запас прочности на прохождение от 100 до 120 тысяч км., но может возникнуть неожиданная потребность в замене и несколько раньше.

Явным признаком окончания срока эксплуатации данного устройства будет выгорание каталитического напыления на соты. В современных моделях автомобилей о данной проблеме сразу же сообщает бортовая система – загорается сообщение об ошибке. В том случае если транспортное средство не новое и не имеет бортового компьютера, о возникновении проблемы данного рода можно судить по следующим признакам:

• на повышенных оборотах может временно, а иногда и постоянно пропадать тяга;
• очень плохо заводится машина, требуется долго работать стартером;
• неожиданно при полном вдавливании педали обороты перестают подниматься выше четырёх тысяч, а иногда и меньше, оборотов, при этом автомобиль требует гораздо больше топлива.

Все перечисленные признаки сигнализируют о возникновении проблемы, система ещё работает, но пришло время её замены. Эти проблемы возникают в результате частичного оплавления или разрушения сот и снижения пропускной способности для выхлопных газов. Если проигнорировать данный факт, в скором времени можно столкнуться с ситуацией, когда мотор начинает заводиться с большими проблемами, и даже если заведётся, то очень быстро глохнет – катализатор полностью в нерабочем состоянии. Подтверждением неисправности именно нейтрализатора является тот факт, что из выхлопной трубы перестаёт идти газ при включенном моторе. Наличие газов нужно проверять рукой, поднесённой к отверстию.

Ещё одним сигналом о разрушившемся катализаторе будет грохот под автомобилем. Наиболее явно он слышен во время запуска мотора. Это происходит потому, что устройство уже разрушено, и части керамической начинки под воздействием напоров газов хаотично бьются о кожух.

Разновидности автомобильных катализаторов

Все катализаторы выхлопной системы автомобиля подразделяются на следующие виды:

• Двусторонние В таком нейтрализаторе окисляется угарный газ до углекислого, а также топливо, которое не сгорело или не догорело, до воды и углекислого газа благодаря реакции горения. Обычно подобные нейтрализаторы двустороннего типа устанавливаются на машины с дизельными моторами.
• Трехсторонние Такой нейтрализатор был разработан еще в 1981 году. Главная его цель – уменьшить количество вредных веществ, которые попадают в окружающую среду. Нейтрализатор трехстороннего типа решает сразу несколько задач. Например, окисляет угарный газ в углекислый, а также углеводороды, которые не сгорели, в воду и углекислый газ. Также он способен перевести окиси азота в кислород и азот.

  Рекомендуем

  «Белый дым из выхлопной трубы: стоит ли волноваться» Подробнее Нейтрализаторы подразделяются на типы в зависимости от материала, из которого сделан картридж. Выделяют такие их виды:

• Керамические В данной модели установлена конструкция, напоминающая соты. Элемент нейтрализатора, сделанный из керамики, защищен платино-иридиевым сплавом. Какие минусы есть у керамического агрегата? Многие автовладельцы считают, что такое устройство слишком хрупкое. Например, соты испортятся, если во время езды произойдет удар нейтрализатора. Кроме того, если вы проедетесь на прогретом автомобиле по луже, то водяные капельки попадут на раскаленный нейтрализатор, и он придет в негодность. Внутри устройства скапливается керамическая пыль. Она проникает не только в камеру сгорания, но иногда и в цилиндры мотора.

  Главное достоинство нейтрализатора, сделанного из керамики, – бюджетность.

• Металлические Конструкция таких устройств достаточно прочная и надежная. Металлический нейтрализатор не боится механических нагрузок. Сделанные из металла, по форме напоминающие спирали соты более упругие. Но даже у такого надежного металлического агрегата есть свои минусы:

• Нельзя использовать низкокачественное либо этилированное топливо.
• Масла и антифриз могут попасть в камеру сгорания.
• Можно использовать технические жидкости для промывки систем только от надежного изготовителя.
• К поломке может привести переобогащенная топливная смесь.
• Длительная работа двигателя на холостом ходу также может привести к неисправности.

Спортивные Это металлические изделия с повышенной пропускной способностью по сравнению с обычными нейтрализаторами из металла или керамики. Спортивные катализаторы делают авто на 7–20 % мощнее, конечно, в том случае, если на транспортном средстве монтирована прямоточная система выхлопа. Спортивные нейтрализаторы соответствуют экологическим требованиям Евро 4 и 5. Такие модели обладают повышенной надежностью. Однако если вы собираетесь приобрести такой катализатор автомобиля, цена будет достаточно высокой.

Как определить, что катализатор нуждается в замене

Как правило, катализатор считается вышедшим из строя, если его каталитический слой сгорел в процессе эксплуатации. В автомобилях с современной бортовой системой при поломке нейтрализатора загорается ошибка. Если же автомобиль не новый, то определить приближающийся выход из строя нейтрализатора можно по следующим признакам:

• Тяга на больших оборотах временно или постоянно пропадает.
• Автомобиль стал хуже заводиться «на горячую». По утрам, при этом, мотор долго не заводится.
• Начали пропадать обороты. Например, когда вы давите на газ, а тахометр еле-еле доходит до 2 – 4 тысяч оборотов, но выше стрелка не идет. При этом автомобиль начал потреблять больше топлива.

Эти признаки свидетельствуют о том, что катализатор находится в «полурабочем» состоянии, то есть еще работает, но уже пора менять. А если нейтрализатор вовсе «приказал долго жить», то вы заметите, что машина начала слишком долго заводиться, но даже если мотор и начинает работать, но почти сразу он глохнет. Либо автомобиль и вовсе не заводится. Убедиться что причина в этом случае именно в катализаторе довольно просто: нужно завести мотор и подойти к выхлопной трубе, если выхлопные газы не идут (вы их не чувствуете рукой), значит пришло время менять составную часть выхлопной системы.

Как понять, что он вышел из строя?

В результате оплавления ячеек или разрушения керамики, крошка забивает следующие по ходу движения выхлопных газов «блинчики». Двигателю становится тяжело дышать, он не может выдуть выхлоп.

Из этого вытекают первые признаки выхода из строя катализатора:

1. Двигатель теряет мощность. Многие водители жалуются, что машина перестает ехать, пропадает динамика;
2. На приборной панели выпадает ошибка «Check Engine». При сканировании блока управления мотором это ошибка по второй лямбде;
3. Некоторые отмечают, что при поломке частично или полностью пропадает выхлоп их выхлопной трубы;
4. Увеличивается расход топлива.

Основные симптомы забитого катализатора

Чтобы предотвратить поломку, важно регулярно проводить диагностику автомобиля. Кроме того, существуют конкретные признаки износа катализатора, которые помогут выявить проблему на ранних стадиях:

1. Двигатель заводится с трудом и глохнет после запуска.

1. На приборной панели горит индикатор Check Engine, или, как его еще называют, «чек» двигателя.

1. Выхлопные газы еле-еле выходят из трубы. Этот признак говорит о том, что катализатор серьезно забился.

1. Автомобиль теряет в мощности и динамике, слабо откликается при нажатии на газ, при этом увеличивается расход топлива и моторного масла.

1. Во время холодного пуска двигателя появляется едкий запах, которого раньше не было. Обычно этот признак свидетельствует о разрушении катализатора.

1. При разгоне или перегазовке слышен неприятный металлический звук.

Что делать, если катализатор вышел из строя?

Если признаки сломанного катализатора налицо, использование такой машины чревато негативными последствиями. Лучше заранее решить проблему, пока она не повлекла за собой другие. Существует несколько способов:

1. Попытаться промыть или прочистить устройство. Это может помочь только в случае несильного засорения. Если катализатор оплавлен или разрушен, либо его соты полностью закупорены, этим способом решить проблему не получится.

1. Заменить устройство на новое. Тут есть два нюанса: оригинальная деталь будет стоить очень дорого, а дешевый универсальный катализатор довольно сложно правильно подобрать.

1. Установить пламегаситель вместо катализатора. Правда, для корректной работы электронного блока управления его придется либо перепрошить, либо использовать так называемые обманки.

Попробовали прочистить катализатор, но все симптомы указывают на то, что проблема не решена? Значит, единственный выход — демонтировать устройство, чтобы заменить на новое или установить пламегаситель. Но есть и хорошая новость — неисправную деталь можно выгодно продать.

Устройство и принцип работы катализатора

Устройство типового автомобильного катализатора Автокатализатор имеет довольно простое устройство.

1. Стальной корпус с термоизолирующим слоем находится позади выпускного коллектора.
2. Внутренний наполнитель – сотовая (сотово-трубчатая) структура, покрытая внутри активным слоем (в качестве каталитического вещества может использоваться платина, платиново-иридиевый сплав, родий, палладий). Сотовая структура позволяет повысить площадь контакта выхлопных газов с активным веществом, а значит, более эффективно провести химические реакции.
3. Материал наполнителя – керамика или металл, в зависимости от конструкции и стоимости катализатора.

Принцип работы по своей сути простой, и подробно описан на видео, ниже.

• Драгоценные металлы, нанесенные на внутреннюю поверхность сот катализатора, активируют процессы окисления.
• Оксид азота NO разлагается на составляющие атомы: азот N и кислород O. Атомы азота соединяются между собой, образуя устойчивый азот N2. Кислород присоединяется к угарному газу CO и образует углекислоту CO2.
• Захватывая остаточный кислород из выхлопных газов, катализатор расщепляет углеводороды CH, после чего углерод C соединяется с двумя молекулами кислорода, образуя всё тот же CO2, а оставшийся водород присоединяется к кислороду и получается вода H2O.
• Остаточный кислород фиксирует лямбда-зонд на выходе из катализатора, и это дает бортовому компьютеру информацию о работе устройства.

В идеальных условиях автокатализатор ничего не накапливает внутри: все поступающие в него вещества покидают сотовую структуру. Однако добиться идеальных условий практически невозможно, значит, каталитический нейтрализатор со временем «деградирует» и хуже справляется со своей задачей.

Конструкция катализатора

Внутренняя часть автомобильного компонента заполнена особой конструкцией, выполненной из керамики или металла. Внешне она напоминает пчелиные соты. Верхняя часть катализатора покрыта тонким слоем драгоценного металла.

Наличие такого напыления обеспечивает снижение уровня вредных выбросов. Это достигается за счет того, что выхлопные газы, контактируя с драгметаллами и другими веществами, вступают с ними в химическую реакцию. Для напыления внутренней части автокомпонента используют сочетание:

• платины,
• родия,
• палладия.

Каждый из этих металлов оценивается довольно высоко. Поэтому автомобильные катализаторы привлекают многих людей, которые занимаются извлечением драгоценных материалов с целью их дальнейшей перепродажи.

Добычи указанных металлов – это довольно сложный процесс, требующий наличия соответствующих навыков и различных дорогостоящих веществ.

Существует несколько технологий, посредством которых можно извлекать драгметаллы. Они подбираются исходя из конечных целей работы.

Некоторые из указанных технологий, а также их результаты приведены в таблице.

Выбор в пользу конкретной технологии обусловлен в основном возможностями человека, который получает платину из катализатора

Также важно понимать, что в процессе аффинажа существуют неизбежные потери извлекаемых материалов. В частности, подобные недостатки отмечаются у техники выщелачивания, которая требует многократных промывок компонентов химической реакции

Особенности самостоятельной диагностики автомобильного катализатора

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

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.

… о диагностике катализатора

Методика не подходит для двигателей, оснащенных нейтрализатором, совмещенным с выпускным коллектором (разъединить детали можно только абразивным инструментом).

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

Зачем вырезают катализатор на автомобиле

Подобное удаление имеет негативные последствия в виде увеличения загрязнения окружающей среды.

Выполняется оно обычно по двум причинам – экономии на покупке новой детали, взамен пришедшей в негодность (изделие дорогое по описанным выше причинам) и мощностного тюнинга автомобиля.

Снижение сопротивления на выхлопе позволит мотору раскручиваться более уверенно. К тому не секрет, что экологичность и экономичность пока не могут существовать одновременно. На обслуживание хорошего катализатора требуется значительное количество дополнительного топлива, не несущего полезной нагрузки.