Из чего состоит каталитический нейтрализатор

Немного истории

Впервые катализаторы были использованы в 70-е годы прошлого века, хотя разработка устройства была произведена на 20 лет раньше.

В течение долгих лет применения катализаторы совершенствовались и сегодня представляют собой качественные устройства, выполненные из лучших источников сырья.

Причиной появления катализаторов стала острая проблема загрязнения воздуха, что сделало установку узлов обязательным для всех производителей.

Создателем катализатора является Юджину Хоудри — талантливый инженер, который принялся за разработку «очистителя» после ознакомления со сводками об уровне смога на улицах своего города.

Как уже упоминалось, данные устройства стали монтироваться на авто лишь в 70-х годах. И это притом, что первый каталитический нейтрализатор был создан в 1953 году.

Но попытка оказалась провальной, ведь очистку нельзя было реализовать из-за большого объема свинца в американском бензине.

Как следствие, выпуск нейтрализаторов не имел значения. Применение столь вредного для атмосферы топлива было запрещено лишь в конце 20-го века после разработки специального дополнения к спец закону «О чистом воздухе».

Со временем катализатор Хоудри был переработан группой инженеров под легковой транспорт (под руководством Карл Д. Кита).

Новый тип катализатора получил название каталитического конвертера с 3-мя путями.

Решение о внедрении устройства стало переломным моментом в экологии и позволило снизить негативную нагрузку на окружающую среду.

Нужен ли вообще катализатор в автомобиле: мнения автолюбителей

Существует два противоположных мнения о том, нужен ли катализатор. Часть автовладельцев уверены, что без нейтрализатора не обойтись, ведь он помогает очистить отработанные газы. Другие считают, что необходимо эксплуатировать автомобили без катализатора, ведь его использование негативно сказывается на «здоровье» «железного коня».

1. «Когда на машине установлен катализатор, мощность авто снижается. Если каты выбиты, тоже могут появиться проблемы, поэтому стоит хорошо подумать, прежде чем менять нейтрализатор. В некоторых случаях без удаления катов не обойтись».
2. «Когда нейтрализатор удален, выхлоп неприятно пахнет. Понятно, что не серой и протухшим мясом, но сгоревшим топливом, как от КамАЗа. Конечно, запах не распространяется дальше выхлопа. Но при этом звук у авто становится громким. Глушитель начинает бубнить. Строго говоря, без катализатора, конечно, можно обойтись, но с ним все-таки лучше».
3. «Заметила на панели проборов горящий индикатор. Сразу же поехала в автосервис. Механик выяснил, что проблема в катализаторе. Предложили решение: выбить катализатор, при этом сказали, что авто станет более громким и быстрым. Решила удалить нейтрализатор. А сейчас жалею, потому что так ездить вредно для окружающей среды».
4. «Собрались катализатор выбивать? Тогда надо найти опытного мастера. Иначе выхлоп будет резонансно звучать, а это уже не очень красиво. Грамотный автомеханик может выбить катализатор либо установить пламегаситель. Мне кажется, что это оптимальное решение».
5. «Интересная история случилась на моем Volkswagen Passat с атмосферным мотором. На приборной панели загорелся индикатор «Check Engine», после диагностики мастер сообщил, что лямбда-зонд неисправен. Установили новую деталь, спустя 14 дней история повторяется. Объяснить, по какой причине лябмда-зонд ломается, никто не может. Цена на запчасть не маленькая — 16 000 руб».
6. «Отправился в специализированный сервис, где устанавливают впускные системы. Специалист объяснил: из-за того что катализатор забит, происходит сильный нагрев коллектора (от мотора до нейтрализатора). В результате лямбда-зонд ломается. Как только выбили катализатор, эта проблема исчезла. Единственное, что мне не нравится, когда завожу мотор, появляется сильный запах выхлопа. Но нужно учесть, что пробег у моего авто уже 340 000 километров, и мотор не перебирали».

Извлечение палладия

С целью отделения палладия можно воспользоваться химическими методами, что применяются и к платине. Но в таком случае очень редко в конечном итоге получается чистый металл без каких-либо примесей. С целью добычи подобного вещества иногда используются также гальванический метод или электродуговое нагревание.

Самым же действенным способом, используя который можно получить максимально чистый палладий, является повышение температуры металла до 500 градусов и одновременное его фторирование. В результате проведения такого процесса получается фтористый палладий, при охлаждении до температуры около 100 градусов его расщепляют с использованием минеральной кислоты.

Когда же действительно нужно удалять катализатор?

Катализатор действительно нужно удалять в случае его механического разрушения. Или если владелец автомобиля, понимая все, что изложено выше, хочет сделать это в любом случае, независимо от его состояния.

Вопреки распространенному заблуждению, появление ошибки P0420 не означает, что катализатор нужно удалять. Катализатор, утративший эффективность не обязательно разрушен. Он вполне может оставаться целым и не мешать машине ехать. В свою очередь, самый верный способ продиагностировать катализатор на предмет разрушения – это заглянуть непосредственно внутрь него. Ошибки, указывающей на забитость, не существует, а потеря мощности может произойти и вследствие многих других неисправностей, не относящихся к системе выпуска. 

Промышленное извлечение драгоценных металлов

Выгодно заниматься извлечение вещества – катализатора можно только в промышленном случае, когда одно и то же количество реактива способно отделить драгоценный металл ни с одного, а сразу с нескольких сотен катализаторов. Этим пользуются и специальные пункты по скупке металлолома и автомобильных комплектующих. Например, они скупают автомобильные аккумуляторы, ради последующего извлечения из них свинца, который затем выгодно продается производителям аккумуляторных батарей.

Точно также они поступают и с катализаторами. Поэтому выгодней всего просто продать катализатор скупщику и получить от этой операции гораздо больше финансовой выгоды, чем от попыток самостоятельно извлечь металлы.

Состав катализатора

Снаружи катализатор покрыт нержавеющей сталью, под которым скрывается богатый внутренний мир из двух керамических блоков. Эти блоки состоят из нескольких тысяч каналов. По некоторым данным, на 1 квадратный сантиметр приходится 60 микроканалов, которые забиваются со временем.

Но самое интересное содержимое катализатора – это сплав из драгоценных металлов: платины, палладия и родия, которые частично сохраняются даже в забитом катализаторе. Такой сплав покрывает керамические блоки с торцов. Извлечь его самостоятельно невозможно, если не обладать знаниями и специальным оборудованием.

Использование драгоценных металлов в катализаторе объясняется химией. Взаимодействуя с оксидами азота, монооксидами углерода и другими вредными элементами, такой сплав из платины, палладия и родия нейтрализует их и превращает в безопасные газы. Другим их достоинством является неподверженность коррозии.

Минус катализатора в том, что для работы ему нужны высокие температуры, минимум 300 градусов по Цельсию. Первые минуты, пока двигатель не прогрелся, автомобиль является источником загрязнения.

В остальном считается, что катализатор справляется с очищением почти 99% всех токсичных газов при условии поддержания его рабочей температуры.

На сегодняшний день автомобильная индустрия не придумала лучшей технологии для минимизации вредного воздействия, кроме электромобилей, которые когда-нибудь займут лидирующие позиции по продажам.

Но пока что с конвейера выпускают машины с недолговечными каталитическими нейтрализаторами, и автомобилистам приходится решать проблемы, которые они приносят.

Внешняя оболочка состоит из нержавеющего металла, но всё самое интересное скрывается внутри. Два керамических блока, состоящие из тысяч каналов, являются основой катализатора. Только представьте: 60 микроканалов на 1 квадратный сантиметр. С торцов блоки покрыты драгоценными металлами. Первый блок  с платиной  и родием, а второй – платиной и палладием. Наличие драгметаллов объясняет высокую стоимость катализатора.

Удаление катализатора и неприятный запах

Благодаря своим свойствам начинка катализатора нейтрализует резкий запах выхлопа 

После удаления каталитического нейтрализатора отработавшие газы выходят из выхлопной системы «так, как есть». Во-первых, высокая концентрация оксида углерода. Во-вторых, более высокая температура, чем положено. В-третьих, прочие вонючие примеси, которые догорают и разлагаются в рабочем катализаторе. Это ещё не будем трогать качество нашего отечественного топлива…

По совокупности всех этих факторов из выхлопной трубы начинает доноситься настолько резкий и неприятный запах, что многие этот минус отмечают на форумах, как самый главный. У некоторых вонь проникает в салон, причём, не только во время прогрева двигателя, но и при движении. Избавиться от этого резкого запаха никак невозможно. Перебить его тоже ничем нельзя. Кстати, едущим позади вас в плотном потоке и с включённой печкой — вообще не позавидуешь.

Выбросы автомобилей в атмосферу

Незаменимые в быту и хозяйственной деятельности человека автомобили представляют наибольшую опасность для среды обитания человека. Вредное воздействие продуктов сгорания автомобильных двигателей имеет глобальные и локальные последствия:

• Глобальные. Толщина и площадь озонового слоя, защищающего Землю от космических излучений, за последние десятилетия катастрофически уменьшилась, что в перспективе создает опасность для существования человечества.
• Локальные. В мире есть еще немало территорий с чистой экологией. Но это никак не касается городов, где уже сегодня дышать чистым воздухом практически невозможно.

Как в этих процессах участвуют наши автомобили? Самым непосредственным образом! Их доля в загрязнении окружающей среды составляет не менее 70%. Всего за один год эксплуатации среднестатистический автомобиль выбрасывает в атмосферу:

• 135 кг окиси углерода;
• 25 кг оксидов азота;
• 20 кг углеводородов;
• 4 кг двуокиси серы;
• 1,2 кг твердых частиц;
• до 10 кг бензопропилена.

Всего получается не менее 12 миллионов тонн веществ, которые уничтожают не только среду обитания человека, но и разрушают защитный озоновый слой планеты. С каждым годом количество автомобилей увеличивается, что в перспективе не сулит ничего хорошего.

В связи с этим на международном уровне приняты стандарты качества топлива и количества вредных веществ, попадающих в атмосферу в процессе его сгорания в автомобильном двигателе. С 2005 года в странах Евросоюза установлен экологический стандарт Евро-5 для всех производимых транспортных средств. В России переход на стандарт Евро-4 осуществлен в 2019 году.

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.

Как и чем промывать и получится это сделать?

Выкручиваем датчики кислорода, осматриваем первый и последний «блинчик» на предмет целостности ячеек. Если видно, что они целые, просто забиты нагаром, то можно попробовать его прочистить.

Для этих целей хорошо подойдет специальное средство для очистки поршней от нагара или очиститель дросселя, или карбюратора.

1. Снимаем его;
2. Берем для промывки садовый распрыскиватель. Подойдет любая емкость с узким носиком и способная разбрызгивать средство под давлением;
3. Заливаем в нее жидкость для очистки;
4. Закрываем выходной патрубок, чтобы жидкость не выливалась из катколлектора. Впрыскиваем очиститель внутрь;
5. Даем ему время «настоятся», сливаем в чистую ёмкость.
6. Промываем катализатор дистиллированной водой, чтобы смыть остатки чистящего средства, она может загореться в коллекторы или взорваться.

Результат должен порадовать, если каталитический нейтрализатор целый без оплавленных ячеек, то промывка может помочь.

Второй способ – хлопотный

Рассказывали, что некоторые боролись с оплавлением сот необычным методом

В данном случае важно, чтобы его наполнитель был целым, не наблюдалось разрушения керамики

Снимаем его с выхлопной системы. Аккуратно вырезаем верхнюю его крышку, чтобы получить доступ к содержимому катализатора. Вынимаем «блинчики». Обрезным кругом по керамике отрезаем внешние части оплавленных ячеек. Можно отрезать небольшими частями, контролировать целостность сот.

Убедились, что удалили оплавленные ячейки катализатора, собираем конструкцию до кучи. Укладываем «блинчики» в том же порядке, как и были, завариваем верхнюю крышку. Устанавливаем все на место.

В некоторых случаях данная процедура помогала избавиться от ошибки при выходе из строя катализатора. Но данный способ ремонта трудозатратный. Не все могут самостоятельно пользоваться сварочным аппаратом, не у всех он есть вообще.

Устройство катализатора и его разновидности

Существуют три вида катализаторов, разделяющихся по принципу работы:

• Фильтрующий (катализатор дожигания)
• Химический
• Магнитно-стрикционный (МСК)

Катализатор дожигания, в свою очередь, делится на два типа:

– Керамический катализатор

– Металлический катализатор

Внутренняя структура катализатора представляет собой соты, выполненные из керамики или металла. По функциональности они идентичны, но катализатор из металла более надежен, тогда как керамические соты довольно хрупки. Стоит металлический катализатор дороже керамического.

На соты наносится тонкий слой платино-иридиевого сплава, который и обеспечивает окисление выхлопных газов. Платина и иридий – дорогие металлы, отсюда такая высокая стоимость катализатора.

Сам катализатор помещается в корпус из нержавеющей стали.

Двусторонние

Устройство катализатора выхлопных газов двустороннего типа позволяет выполнять сразу несколько задач:

1. Запустить процесс окисления угарного газа в углекислый;
2. Окислить несгоревшие углеводороды (частично сгоревшее или несгоревшее топливо) в воду и углекислый газ благодаря реакции горения.

Такие катализаторы чаще всего применяются для дизельных двигателей.

Трехсторонние

Трехсторонний катализатор авто появился еще в 1981 году в целях снизить объемы вредных веществ, попадающих в атмосферу. Этот тип нейтрализатора позволяет выполнять более обширный спектр задач, а именно:

1. Превращать окиси азота в кислород и азот.
2. Окислять угарный газ в углекислый газ.
3. Окислять несгоревшие углеводороды в воду и углекислый газ.

Также существуют дизельные катализаторы и нейтрализаторы для моторов, работающих на бедных смесях.

Помимо этого катализаторы отличают по материалу, из которого изготавливается картридж устройства. Исходя из этого, выделяют:

Керамические нейтрализаторы

Это стандартные модели оснащенные конструкцией в виде сот. Сам керамический элемент в этом случае покрыт платиноиридиевым сплавом.

Если говорить о недостатках таких моделей, то практически все автолюбители выделяют хрупкость керамического устройства, которое достаточно ударить об камень, чтобы соты рассыпались. Также изделие может повредиться если на прогретом авто заехать в лужу, капли воды попавшие на раскаленный нейтрализатор приведут к его поломке.

Помимо этого соты могут распасться в случае неполадок в системе зажигания машины. Например, если топливо воспламеняется не сразу после запуска двигателя, а с небольшой задержкой. В этом случае несгоревшее топливо будет собираться в резервуаре выпускного тракта (то есть в катализаторе) и как только скопившийся бензин взорвется, все соты разрушатся.

Также в таких катализаторах накапливается керамическая пыль, которая попадает в камеру сгорания, а в некоторых случаях даже в цилиндры двигателя.

Единственное преимущество керамического нейтрализатора – это его низкая стоимость.

Металлические нейтрализаторы

Конструкция этого типа отличается повышенной надежностью и прочностью, благодаря чему такой катализатор может выдерживать механические нагрузки на протяжении довольно долгого времени. Соты, установленные в изделии, отличаются своей упругостью, добиться этого удалось благодаря их спиралевидной форме и металлу.

Однако, несмотря на надежность такого нейтрализатора, он также как и керамический «боится»:

• Некачественного или этилированного топлива.
• Масел или антифриза, которые попадают в камеру сгорания.
• Некачественных технических жидкостей для промывки систем, купленных «с рук» или от непроверенного производителя.
• Переобогащенных топливных смесей.
• Долгой работы на холостом ходу.

Спортивные

Такие катализаторы также выполнены из металла, однако их пропускная способность намного выше стандартных металлических и керамических изделий. Благодаря этому нейтрализаторы этого типа придают автомобилю дополнительную мощность (от 7% до 20%). Правда, такого результата можно достигнуть только при условии, что в машине установлена прямоточная система выхлопа. При этом катализаторы отвечают экологическим требованиям Евро 4 и 5.

Спортивные модели самые надежные, но их стоимость самая большая.

Исходя из такого большого количества недостатков стандартных моделей, и появились теории о том, что нейтрализаторы приносят больше вреда для самого автомобиля, нежели пользы для экологии. Однако избежать большинства неприятностей можно, если своевременно менять изделие. К слову, катализатор автомобильный ремонт не предполагает, поэтому вышедший из строя элемент необходимо менять.

Что делать с катализатором?

Каталитический конвертер (или катализатор) — это устройство для очистки выхлопных газов автомобиля. Он размещён в системе выпуска и производится из драгоценных металлов — платины, палладия и родия. Вступая в химическую реакцию с выхлопными газами, соты в катализаторе очищают выбросы и делают автомобиль экологичным. Эти фильтры между двигателем и выхлопной системой выходят из строя на каждом автомобиле без исключения, и время от времени перед владельцем встаёт вопрос, производить удаление катализатора или менять его на новый. Забегая вперёд, стоит отметить, что последний вариант предпочитает меньшинство водителей.

Чаще всего катализатор забивается и выходит из строя на пробеге в 100–150 тысяч километров. Однако в случае с городскими автомобилями, часто стоящими в пробках, водители сталкиваются с этой поломкой гораздо чаще — после 60–70 тысяч километров пробега. Характерные симптомы неисправного катализатора — знак «Проверьте двигатель» (Check engine) на панели приборов и отсутствие реакции на педаль газа.

Причина удаления катализатора вместо его замены — стоимость запчасти. Даже на 10-летний Volkswagen Polo купить оригинал менее чем за 15 тысяч рублей практически невозможно. Цены растут вместе с моделью автомобиля. Например, для десятилетнего Audi A8 цена одного катализатора (не нового, но в отличном состоянии) составит около 32 тысяч рублей. Часто владельцы автомобилей выбирают более простой путь — не менять, а выбить его из выхлопной системы. Удаление детали делает автомобиль менее экологичным, зато экономит владельцу машины пару десятков тысяч рублей. И в ряде случаев эту услугу в автосервисах проводят бесплатно. Но желание помочь водителям здесь ни при чём — автосервис и так заработает на переработке катализатора и его отправке в утиль.

Позиция официальных дилеров на этот счёт однозначна: деталь нужно менять. Но есть и особенности. На некоторых иномарках гарантия на катализатор составляет всего от одной до пяти тысяч километров пробега. Кроме того, отдельные японские и корейские производители отказывают клиентам в гарантийном ремонте не только катализатора, но и двигателя. Причина проста: если катализатор вышел из строя, а водитель вовремя не обратился в дилерский центр, с гарантии слетает вся машина целиком, любые ремонты (после поломки катализатора в некоторых случаях может потребоваться и ремонт двигателя) проводятся за деньги. Автомобильный журналист и эксперт Юлий Леонтьев поясняет, что все детали внутри автомобиля взаимосвязаны.

Извлечение платины и родия

Один из самых распространенных способов отделения родия и платины из сотовой конструкции – ее выщелачивание с использованием специальных окисляющих смесей в жидком состоянии. Однако данный метод отличается целым рядом недостатков. В первую очередь это то, что кроме драгоценных веществ, в катализаторах также есть окиси алюминия, которые предотвращают полное изъятие платины.

Такая процедура для положительного результата подразумевает многократное выщелачивание и последующую промывку устройства для полного извлечения драгоценной смеси, поэтому требует дополнительных материальных затрат. Кроме того, даже в таком случае не всегда получается извлечь всю платину.

Более современным способом является такой, что основа на переводе металла в растворимое состояние.

Осуществляться это будет путем предварительного смачивания детали в соляной кислоте. Данный процесс проводится при нагревании для циркуляции смеси паров и газа.

К преимуществам такого метода относится простота в реализации и возможность получить максимально возможное для каждой конкретной модели катализатора количество драгоценного металла. А благодаря использованию современных окислителей есть возможность много раз проводить обмывание частиц вещества при помощи такого раствора.

Можно ли извлечь металлы из катализатора в домашних условиях

Самостоятельная добыча драгметаллов из автокатализатора – сложная процедура, требующая практических навыков и знаний. Существует несколько технологий извлечения ценных элементов:

1. Выщелачивание с помощью окислителей.
2. Использование «царской водки».
3. Разогрев металла с последующим фторированием.
4. Гальванический метод.

Применение этих способов целесообразно лишь в том случае, если вы работаете с крупной партией катализаторов. В противном случае, стоимость продажи металлов не окупят расходы на их получение. Гораздо проще и удобнее сдать отработанные детали в пункт приема металлоконструкций, где всю работу за вас сделают профессиональные сотрудники – вам останется только дождаться оценки драгметаллов и получить вознаграждение.

Причины и признаки неисправности

Теоретически катализатор должен работать вечно. Благородные металлы не окисляются и не расходуются в химических реакциях каталитического типа. Но реальность выглядит значительно хуже. Тонкие приборы оказываются бессильны перед нарушениями температурного режима и механическими ударами.

Почти все проблемы бывают связаны с нарушением работы систем питания и зажигания двигателя, а также с применением некачественного топлива. Всё это приводит к повышению температуры нейтрализатора, оплавлению и выкрашиванию его сотовой структуры с последующим закупориванием пути свободного прохода выхлопных газов.

При этом катализатор способен нанести страшный ответный удар двигателю. Его близкое расположение к зоне выпускных клапанов привело к опаснейшему эффекту – раскрошенная керамика может попадать в цилиндры.

Это не является парадоксом, дело в том, что импульсный характер движения газов на выпуске приводит к хаотическому перемещению частиц по коллектору и всасыванию их в двигатель перепадами давления.

Результат известен многим мотористам – царапины и задиры на поверхностях, которым это полностью противопоказано. Двигатель отправляется в капитальный ремонт.

Общим признаком неисправности станет потеря мощности двигателя, его неспособность развить большие обороты. В конце концов он просто перестанет запускаться. Это легко себе представить интуитивно, вообразив, что некто коварно заткнул выхлопную трубу. Результат абсолютно идентичен.

Как проверить

Симптомы слишком характерны, чтобы вызывать сложности с диагностикой забитого катализатора.

Изменившийся звук выхлопа, сдавленное шипение в выпускной системе, иногда вообще крайне слабая реакция руки, подведённой к срезу выхлопной трубы. Обычно к тому же зажигается лампочка контроля состояния двигателя, ЭСУД заметит нештатные показания датчиков.

Окончательный диагноз будет поставлен после снятия катализатора с автомобиля. Запечённые, заполненные отложениями и раскрошенные соты невозможно не заметить.

Как почистить

В тех случаях, когда соты ещё не повреждены, но пропускная способность нейтрализатора уже снижена смолянистыми отложениями, его можно промыть.

Для этого лучше всего использовать жидкость, обычно применяемую для очистки карбюраторов или топливных форсунок. Только потребуется её значительно больше.

Катализатор заливается промывочной жидкостью, после чего ей предоставляется время на растворение загрязнений, затем её сливают, внутренности детали промываются горячей водой и просушиваются (продуваются).

Обычно процедура требует неоднократного повторения. Существуют также специально предназначенные для подобных промывок составы.