Каталитический нейтрализатор или каталитический конвертер – это устройство в выхлопной системе, предназначенное для снижения токсичности отработавших газов. По причине изрядной длины названий часто используется сокращенное наименование – «катализатор».
Лавинообразный рост автомобильного парка уже во второй половине 60-х годов прошлого века заставил правительства развитых стран всерьез задуматься о воздействии выхлопа на атмосферу. Особенно это касалось больших городов. Например, в 1970 году в Токио регулировщики уже работали в респираторах, так как дышать в перенаселенной японской столице было нечем.
Главным виновником такого положения дел был тетраэтилсвинец, добавлявшийся в бензин и повышавший октановое число. С 1972 года в США начался процесс постепенного отказа от этилированного бензина. И в первую очередь этим объясняется существенное снижение отдачи американских моторов тех лет.
Тем не менее даже после отказа от тетраэтилсвинца в выхлопе типичного автомобиля оставалось предостаточно вредных веществ: оксидов азота, углеводородов и угарного газа. Чтобы избавиться от них, придумали каталитический нейтрализатор.
Катализатор состоит из блока-носителя, теплоизоляции и корпуса. Блок-носитель представляет собой «кирпич» из керамики или, реже, металлического сплава. Носитель имеет ячеистую структуру из вытянутых в продольном направлении сот. Это сделано для максимизации площади контакта носителя с отработавшими газами. Иногда вместо сот используют скопление мелких керамических бусин. От корпуса блок-носитель отделен слоем теплоизоляции, так как рабочая температура катализатора составляет около 300 градусов по Цельсию.
Как легко догадаться из названия каталитического нейтрализатора, принцип его работы основан на использовании веществ, ускоряющих реакцию распада или преобразования вредных соединений. Такие вещества в химии называют катализаторами. В случае с автомобильным нейтрализатором веществами-катализаторами, как правило, служат платина, родий и палладий, тончайшим слоем нанесенные на соты блока-носителя. То есть фактически нейтрализатор состоит из трех последовательных блоков – каждый со своим катализатором.
Родий является восстановительным катализатором, выделяя из оксидов (NOx) безвредный азот. С реакции восстановления и начинается работа нейтрализатора. Платина и палладий относятся к окислительным катализаторам. С участием оставшегося в выхлопе кислорода они способствуют превращению несгоревших углеводородов (СН) в водяной пар, а угарного газа (СО) в углекислый газ (СО2).
Третьим этапом работы после восстановления и окисления является контроль потока выхлопных газов для управления системой впрыска топлива. Для контроля используется информация, собираемая с двух датчиков кислорода, или лямбда-зондов, так как соотношение воздуха и топлива принято обозначать греческой буквой ?. Один расположен перед нейтрализатором, а другой – сразу после. На основе показаний зондов блок управления двигателем уменьшает или увеличивает количество подаваемого с топливом воздуха, чтобы двигатель работал на соотношении, близком к стехиометрической точке (для воздуха с бензином это соотношение равно 14,7:1).
Именно чувствительность нейтрализаторов к отклонениям от стехиометрической пропорции топливовоздушной смеси и стала причиной повсеместного утверждения электронного впрыска, поскольку никакая механика и никакие карбюраторы не способны обеспечить действительно равномерную подачу топлива.
По той же причине двигатели с непосредственным впрыском, умеющие работать на существенно обедненной смеси, имеют только ту часть конвертера, которая восстанавливает азот, а для нейтрализации соединений углерода предусмотрены системы рециркуляции отработавших газов. В этом случае топливовоздушная смесь «разбавляется» отработавшими газами, чем снижается температура горения в камере сгорания, а значит, образование вредных компонентов выхлопа идет менее активно.
С достоинствами все понятно, теперь о недостатках. Каталитический конвертер работает исключительно при высокой температуре. Когда вы только заводите машину, устройство почти не работает. Проблема решается смещением нейтрализатора ближе к двигателю. В этом случае он нагревается быстрее, но это одновременно сокращает срок службы конвертера.
Большинство автопроизводителей размещает катализатор под передним пассажирским сиденьем – в зоне условного компромисса между производительностью и долговечностью.
Кроме того, нейтрализатор увеличивает обратное давление выхлопа, от чего двигатель теряет немного мощности. В наши дни потери удалось сократить до 2-3 л.с., но четверть века назад при мощных высокооборотистых моторах речь могла идти о полутора десятках.
Отказ каталитического нейтрализатора может произойти по нескольким причинам. Во-первых, из-за механического воздействия: керамика – материал хрупкий, и сильным ударом о препятствие можно разрушить сотовую структуру конвертера. Во-вторых, как уже отмечалось, нейтрализатор весьма чувствителен к составу выхлопа. Неисправности системы впрыска, не замененные вовремя кислородные датчики или свечи зажигания, избыток масла в выхлопе или использование несовместимых с каталитическим нейтрализатором присадок приводят к образованию пленки на поверхности блока-носителя, которая «запекается», подобно лаку, начисто блокируя вещества-катализаторы.
Типичные симптомы неисправности каталитического конвертера:
- снижение мощности мотора (ухудшение разгонной динамики);
- повышенный расход топлива;
- затрудненный пуск двигателя;
- резкий запах сероводорода из выхлопной трубы;
- дребезжание как следствие разрушения сотовой поверхности.
К сожалению, ремонт вышедшего из строя катализатора невозможен, поможет только полная замена узла.
Текст: Серик Туленов