Катализатор в автомобиле назначение

Устройство и принцип работы катализатора. Часть первая:

— Катализатор – это очень простой элемент выхлопной системы, но от него зависит многое. Сегодня мы поможем вам узнать, какие вредные вещества формируются при работе автомобильного двигателя. Вы также получите информацию о том, как каталитический преобразователь уменьшает количество вредных выбросов.

— Каждый современный автомобиль (не учитывая электрокаров, конечно) является серьезным источником загрязнения. В особенности эта проблема актуальна для жителей мегаполисов, так как именно в таких населенных пунктах количество автомобильных выхлопных газов порой очень высоко. Для того чтобы хоть как-то препятствовать этой проблеме правительства различных стран ограничивают уровень загрязнения, создаваемого автомобилями. В последние годы многие компании, которые выпускают транспортные средства, серьезно модернизировали двигатели и выхлопные системы своих моделей, чтобы соответствовать определенным нормам. Одним из достаточно серьезных шагов на этом пути стало производство катализатора или каталитического преобразователя. Что такое катализатор в автомобиле и как он работает? Как мы уже упоминали выше, его работа заключается в том, чтобы вовремя преобразовать вредные вещества, содержащиеся в выхлопных газах, в менее вредные продукты. Причем катализатор должен сделать это ещё до того, как выхлопные газы окажутся за пределами машины. Ликбез по вредным выбросам Для того чтобы максимально уменьшить содержание вредных веществ в выхлопных газах, производители «научили» двигатели автомобилей следить за количеством расходуемого топлива. Электронный блок управления двигателем контролирует оптимальную пропорцию топливо-воздушной смеси. Для этого используется такая характеристика, как стоихиометрический коэффициент. В теории, при таком соотношении топливо должно сгореть с применением определенного количества кислорода.

— К примеру, стоихиометрический коэффициент бензина составляет примерно 14,7 к 1. А это значит, что для сожжения 1 единицы бензина необходимо сжечь 14,7 единицы воздуха. В реальных условиях сгорание смеси топлива имеет некоторые отличия от оптимальной пропорции. Порой смесь становится обедненной (при повышении коэффициента), а иногда – слишком богатой (при падении данного показателя). Автомобильный двигатель вырабатывает такие вредные продукты: N2 (газообразный азот). Воздух на нашей планете на 78% состоит именно из этого вещества, причем большая его часть попадает в силовой агрегат авто. H2O (водяной пар). Продукт сгорания, формирующийся при соединении кислорода и водорода. СО2 (диоксид углерода). Это также продукт сгорания, который появляется в результате соединения углерода с кислородом. По сути, перечисленные вещества не представляют опасность для нашего здоровья, однако ученые утверждают, что углекислый газ приводит к ухудшению ситуации с глобальным потеплением. Поскольку процесс горения далеко не всегда соответствует планам разработчиков двигателей, определенный объем вредных веществ, все же, попадает в выхлопную систему. Именно для этого и существует катализатор. Каталитический преобразователь предназначен для сокращения количества следующих веществ: СО (окись углерода) – вредный бесцветный газ, не имеющий запаха; летучие органические соединения или углеводороды – ключевая составляющая смога, который формируется в результате неполного сгорания бензина; NO и NO2 (оксиды азота) – ещё одна составляющая смога и так называемых кислотных дождей. Далее мы поможем вам понять, как работает катализатор в автомобиле.

— Принцип работы катализатора Ещё со школьного курса химии многие люди знают, что катализатор – это вещество, применяемое для вызова или повышения скорости химической реакции. При этом каталитический преобразователь не становится продуктом реакции. Катализаторы принимают участие в реакциях, но их нельзя назвать реактивами или продуктами химической реакции. К примеру, в организме каждого человека есть ферменты, которые необходимы для осуществления большого количества биохимических реакций.

— Что такое катализатор вы уже знаете. Рассмотрим подробнее их устройство. Сегодня существуют два основных типа катализаторов: окислительные и восстанавливающие. Они имеют керамическую структуру, которую покрывает катализатор из металла. Суть состоит в формировании структуры, которая сможет подставить под выхлопные газы максимально возможную площадь каталитического преобразователя. При этом задействуется минимальное количество катализатора, поскольку стоимость применяемых материалов является очень высокой.

— Интересно, что в некоторых устройствах применяют даже золото. По сравнению со всеми иными вариантами золото оказалось самым дешевым. Оно может увеличить уровень окисления на 40%, без чего невозможно сократить объем вредных веществ. Многие современные автомобили имеют системы выпуска с тремя катализаторами. Каждый из них отвечает за уменьшение количества выбросов определенного вещества.

— Сначала выхлопные газы попадают в восстанавливающий катализатор. В нём применяются родий и платина, которые сокращают количество молекул NO и NO2. В момент их контакта с молекулами каталитического преобразователя происходит отделение атома азота, в результате чего высвобождается O2, то есть кислород. Затем происходит связывание атомов азота, в результате чего появляется N2.

Источник

Что такое катализатор на автомобиле

Высокое содержание вредных примесей в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания способно нанести существенный вред окружающей среде. Для решения этой проблемы используют катализаторы. В этом материале мы расскажем о том, что такое катализатор на автомобиле, какие существуют его модификации и в чем заключаются основные их отличия.

Зачем нужен катализатор

Основное назначение катализатора на автомобиле — это сокращение содержания в выхлопных газах окисей углерода (СО) и азота (NO и NO2), а также соединений углеводородной группы (CH). Это реализуется с помощью более полного сжигания топлива или с помощью изменения физических и химических свойств применяемого топлива.

Принцип действия катализатора

В Европе количество вредных примесей, которые выбрасываются автомобилем, регламентируется стандартами «European emission standards», которые предусматривают следующие допустимые значения для автомобилей с количеством пассажиров менее 8 и весом менее 3.5 тонн (категория M1):

Для того чтобы количество вредных выбросов не превышало допустимые нормы производители автомобилей обычно применяют керамические катализаторы. Но, также существуют и альтернативные варианты:

Все эти модификации имеют различный принцип действия, обеспечивая достаточно эффективную очистку отработанных газов. При этом катализатор не оказывает значительного негативного влияния на мощность двигателя и другие технические характеристики автомобиля.

Керамические катализаторы

Данное устройство использует механический способ снижения концентрации вредных веществ. Катализатор имеет сотовую конструкцию, поверхность которой покрыта сплавом платины и иридия. Именно такое покрытие из дорогих металлов совместно с увеличенной площадью соприкосновения выхлопных газов и катализатора обеспечивают удаление вредных компонентов до установленных норм.

Где находится катализатор в автомобиле

Керамический катализатор работает по следующему принципу:

Производители заявляют эксплуатационный ресурс в 100 тысяч километров. Но, учитывая качество отечественного топлива, в большинстве случаев катализатор способен прослужить 70-80 тысяч километров, после чего потребуется его замена.

Как выглядит катализатор

Кроме некачественного топлива ресурс керамического катализатора может снижаться и по другим причинам. В частности такие катализаторы чувствительны к:

Устройства такого типа устанавливаются на большинство поступающих на наш рынок автомобилей.

Читайте также: Что такое лямбда зонд и как он связан с катализатором.

Видео о автомобильных катализаторах

Читайте также: Что такое ЭБУ в автомобиле и зачем он нужен.

Химические катализаторы

Химические катализаторы или анамегаторы это большая группа катализаторов, которые можно отнести к разряду присадок. Данные катализаторы добавляются в топливо и позволяют изменить его структуру и свойства. Благодаря этому снижается токсичность выхлопных газов, обеспечивается более высокая степень сгорания, минимизируется возможность возникновения нежелательных детонационных процессов.

Принцип действия катализатора основан на изменении ориентации молекулы углеводородов, что позволяет улучшить условия для реакции окисления кислородом. Благодаря этому появляется возможность обеспечить более полное его сгорание. В результате небольших изменений химического состава топлива повышается мощность двигателя, а концентрация токсичных веществ в выхлопных газах падает.

Производители предлагают различные анамегаторы. При выборе учитывайте то, что эффективность применения будет зависеть от правильной концентрации катализатора в топливе, поэтому руководствуйтесь требованиями и рекомендациями производителей.

Применение химических катализаторов так же способно увеличить расход топлива, примерно на 10%, что и считается главным его недостатком.

Магнитно-стрикционные катализаторы

Приборы данного типа считают наиболее перспективным видом катализаторов. Они позволяют улучшить характеристики топлива без корректировки его химического состояния. Принцип действия предполагает изменение ориентации углеводородной молекулы, все эти операции происходят под воздействием магнитного поля. То есть, изменению подвергается именно физические свойства горючего.

Катализаторы данного типа относятся к устройствам предварительной подготовки топлива. Благодаря правильной ориентации молекулы она получает способность соединяться с большим количеством кислорода. В результате топливо сгорает более полно, обеспечивая повышение мощности и снижение токсичности. Существует возможность снизить содержание вредных компонентов в 3-4 раза.

К преимуществам этого катализатора относят простую технологию его установки, которая занимает не более 20 минут времени. Монтируется прибор непосредственно перед карбюратором или инжектором, а для дизельных установок практикуется установка перед каждой форсункой и ТНВД.

Применение катализаторов любого типа позволит сократить количество выбросов токсичных веществ в окружающую атмосферу. Для обеспечения эффективности их работы, доверяйте установку профессионалам, именно ошибки при самостоятельном использовании снижают срок эксплуатации и качество очистки.

Источник

Что такое катализатор и как это работает

На протяжении многих лет авто производители создают много усовершенствований в автомобильных двигателях и топливных системах, чтобы идти в ногу со временем и, безусловно, с законами, направленными на улучшение экологической ситуации на фоне выбросов автомобилей. Одно из кардинальных таких усовершенствований произошло в 1975 году с интересным устройством под названием катализатор. По сути работа катализатора заключается в преобразовании вредных веществ в менее вредные выбросы, прежде чем они покинут выхлопную систему автомобиля.
howcarworks.ru/sites/defa…_203815.jpg?itok=kxrMp1JZ

Катализатор — это удивительно простое устройство, однако, оно оказывает невероятно большое влияние на экологию нашей планеты. В этой статье Вы узнаете, какие загрязняющие вещества производятся двигателем, что такое катализатор и как катализатор работает, имея дело с каждым из этих загрязняющих веществ, чтобы помочь уменьшить выбросы из транспортных средств.

Какие загрязнения производит автомобиль?

В целях сокращения выбросов, современные автомобильные двигатели тщательно контролируют количество сгораемого в нём топлива. Они пытаются сохранить соотношение воздух-топливо очень близким к стехиометрической точке, которая является идеальным соотношением воздуха к топливу. Теоретически, при таком соотношении, всё топливо будет сожжено, используя весь кислород из поглощаемого воздуха. Для бензина стехиометрическая точка составляет около 14.7:1 — это означает, что на каждый литр бензина будет сожжено 14,7 граммов воздуха. Смесь топлива на самом деле колеблется от идеального соотношения совсем немного во время работы двигателя. Иногда смесь может быть бедной (соотношение воздух-топливо выше, чем 14,7), а в других случаях смесь может быть обогащённой (соотношение воздух-топливо ниже, чем 14,7).

Основными веществами в выхлопных газах двигателя автомобиля являются:

Азот (N2) — воздух на 78 процентов состоит из газообразного азота, и большая часть этого азота проходит прямо через двигателя автомобиля и выходит, не вступив ни с чем в химическую реакцию.
Углекислый газ (CO2) — это один из продуктов сгорания бензина.
Водяной пар (H2O) — и ещё один продукт сгорания.
Эти выбросы, в основном, доброкачественные и не вредят атмосфере и экологии, хотя выбросы углекислого газа, как полагают, способствуют глобальному потеплению. Поскольку процесс сгорания никогда не совершенен, также в автомобильных двигателях производятся некоторые меньшие количества более вредных выбросов. Катализаторы предназначены как раз для снижения содержания именно этих выбросов, а, точнее, трёх самых объёмных и самых вредных:

Окиси углерода (СО) — это ядовитый газ без цвета и запаха.
Углеводородов (HC) и летучих органических соединений (ЛОС) — они являются одними из основных компонентов видимого нами дыма, который выходит при работе двигателя из выхлопной трубы автомобиля и производятся в основном из испарившегося, несгоревшего топлива.
Оксидов азота (NO и NO2, вместе называемые NOx) — они являются также «соавторами» белого дыма, а ещё оксиды азота нередко провоцируют кислотные дожди, которые вызывают раздражение слизистых оболочек человека.
Кстати, знаете ли Вы, что, согласно исследованиям, даже новые модели двигателей газонокосилок выбрасывают в воздух в 93 ​​раза больше образующих смог выхлопов, нежели новые модели автомобилей в случае аналогично производимой работы? Это не удивительно, ведь законов, регулирующих выхлопы газонокосилок, не существует ни в России, ни во многих других странах. Тем не менее, введение таких законов только в США (именно там проводилось исследование) может снизить выбросы на эквивалент до 800 000 автомобилей в день, и это впечатляющие цифры.

Как работает катализатор?

Понятие «катализатор» пришло к нам ещё из химии школьной программы, давайте вспомним — катализатор представляет собой вещество, которое вызывает ускорение химической реакции, и при этом сам катализатор в этой реакции не участвует. Точнее, катализаторы прямо участвуют в реакции и влияют на время её течения, но не являются ни реагентом, ни продуктом реакции, которую они катализируют. В человеческом организме ферменты являются по аналогии естественным катализатором, отвечающим за многие необходимые биохимические реакции.

Вообще, каталитический нейтрализатор состоит из двух различных типов катализаторов в своей работе: катализатора восстановления и катализатора окисления. Оба типа состоят из керамической структуры, покрытой металлическим каталитиком, обычно платиной, родием и/или палладием. Идея заключается в том, чтобы создать структуру, которая предоставляет максимальную площадь поверхности катализатора в потоке выхлопных газов, а также свести к минимуму требуемое количество катализатора, поскольку материалы для него чрезвычайно дороги. Некоторые из новейших преобразователей даже начали использовать золото, смешанное с более традиционными катализаторами. Золото, кстати, стоит даже дешевле, чем другие перечисленные материалы, но может привести к увеличению окисления.

Большинство современных автомобилей оснащено трёхкомпонентными каталитическими нейтрализаторами. Это означает, что они помогают уменьшить количество выбросов трёх самых вредных веществ, перечисленных немного выше в содержимом выхлопов.

Катализатор восстановления является первым этапом каталитического нейтрализатора. Он использует платину и родий, чтобы помочь уменьшить выбросы NOx (оксидов азота). Когда молекулы NO или NO2 вступают в контакт с катализатором, то последний расщепляет его на два компонента, отщепляя атом азота из молекулы и освобождая кислород в известной нам формуле O2. Атомы азота, в свою очередь, вступают в связь с другими атомами азота, которые также производятся катализатором, образуя химический элемент N2 (абсолютно безвредная молекула азота). В виде химической формулы это можно проиллюстрировать таким образом:

2NO => N2 + О2 или 2NO2 => N2 + 2*O2
Катализатор окисления является вторым этапом каталитического нейтрализатора. Он уменьшает количество несгоревших углеводородов и окиси углерода при окислении их в катализаторе за счёт платины и палладия. Этот катализатор способствует реакции СО и углеводородов с кислородом в выхлопных газах. Например:

Как работает катализатор?

Есть два основных типа конструкций, используемых в каталитических нейтрализаторах — сотовые и керамические. Большинство автомобилей сегодня используют сотовую структуру.

Третий этап работы катализатора заключается в системе управления, которая контролирует поток выхлопных газов и использует эту информацию для управления системой впрыска топлива в двигатель. Существует кислородный датчик, установленный выше по потоку до катализатора (то есть он ближе к двигателю, чем катализатор). Этот датчик сообщает бортовому компьютеру двигателя, сколько кислорода содержится в выхлопе. Компьютер может увеличить или уменьшить количество кислорода в выхлопных газах, регулируя соотношение воздух-топливо, поступаемое в цилиндры двигателя. Эта схема управления позволяет компьютеру двигателя убедиться, что двигатель работает на близкой к стехиометрической точке, а также что в выхлопе остаётся достаточное количество кислорода, чтобы окисление катализатора позволяло сжигать несгоревшие углеводороды и окись углерода.

Каталитический нейтрализатор делает большую работу по снижению загрязнения, но он всё ещё может быть значительно улучшен. Тем не менее, одним из самых больших его недостатков является то, что он работает только при достаточно высокой температуре. Когда Вы только начинаете прогревать свой автомобиль в холодную или тёплую погоду, каталитический нейтрализатор практически ничего не делает, чтобы уменьшить загрязнение в выхлопных газах.

Есть простое решение этой проблемы, которое состоит в перемещении катализатора ближе к двигателю. Это означает, что более горячие выхлопные газы достигнут катализатора, и он нагреется быстрее, но это также может уменьшить срок службы нейтрализатора, подвергая его воздействию очень высоких температур. Большинство автопроизводителей позиционируют каталитический преобразователь под передним пассажирским сиденьем — достаточно далеко от двигателя, чтобы поддерживать температуру такого уровня, который не будет вредить ему.
howcarworks.ru/sites/defa…04221_0.jpg?itok=glWtuO0U

Также хорошим способом для сокращения выбросов является предварительный нагрев каталитического нейтрализатора. Самый простой способ для достижения такой цели заключается в использовании электрических нагревателей сопротивления. К сожалению, 12-вольтовые электрические системы на большинстве автомобилей не обеспечивают достаточно энергии или мощности для нагрева каталитического нейтрализатора достаточно быстро. Большинство людей не будут ждать несколько минут, пока каталитический нейтрализатор нагреется. А вот гибридные автомобили, которые имеют в наличии большие высоковольтные блоки батарей, могут обеспечить достаточно энергии, чтобы разогреть каталитический нейтрализатор очень быстро.

Катализаторы в дизельном двигателе работают гораздо хуже в сокращении выбросов NOx. Одной из причин этого является то, что дизельные двигатели имеют более низкую рабочую температуру, чем бензиновые двигатели, и катализатор в целом в дизельном двигателе работает хуже, поскольку он меньше нагревается. Некоторые из ведущих экспертов экологических авто придумали новую систему, которая помогает бороться с этим. Они используют мочевину в решении этой проблемы: прежде чем оксиды азота уходят в катализатор, их принудительно испаряют и смешивают с выхлопом и затем создают химическую реакцию, которая приведёт к сокращению выбросов NOx. Мочевина, также известная как карбамид, представляет собой органическое соединение, изготовленное ​​из углерода, азота, кислорода и водорода. Мочевина содержится в моче млекопитающих и земноводных. Мочевина реагирует с NOx, производя в результате реакции азот и водяной пар и утилизируя более 90 процентов оксидов азота в выхлопных газах.

Источник

Назначение каталитического нейтрализатора в автомобиле

Как известно, Закон сохранения, если перефразировать, гласит о том, что если в одном месте что-то прибывает, то в другом убывает. Именно так и обстоят дела с пользой и побочными последствиями использования многочисленного парка транспортных средств, эксплуатируемых в современном обществе.

Основная часть автомобилей в большинстве стран мира оснащена классическими силовыми установками — двигателем внутреннего сгорания (ДВС) и дизельным агрегатом. Доля транспортных средств оснащенных электрическими моторами еще крайне мала и не оказывает на общую картину существенного влияния.

ДВС и дизель в результате своей работы выделяют вредные выхлопы, содержащие оксиды азота, угарный газ и несгоревшие углеводороды. Это все токсические вещества, которые разрушают атмосферу Земли.

Для того, чтобы сохранить экологию планеты, был создан специальный фильтр — каталитический нейтрализатор (другие названия: каталитический преобразователь или просто катализатор).

Разберем подробнее, каково же основное назначение катализатора, и какие конструктивные особенности данного агрегата.

Так за что отвечает катализатор в автомобиле? Главная задача каталитического нейтрализатора (КН) как раз и заключается в обезвреживании упомянутых выше вредных составляющих выхлопов транспортного средства. Причем на автомобиль может быть установлено сразу несколько трехкомпонентных катализаторов, способных обезвреживать сразу несколько типов токсинов.

Задача катализатора осуществить разложение вредных компонентов еще до их попадания в земную атмосферу. Именно функциональное предназначение и обуславливает монтаж фильтра в выхлопную систему авто. Причем монтаж осуществляется сразу за выходным коллектором ДВС, что необходимо для качественной очистки.

Устройство катализатора и принцип работы

Конструкция каталитического преобразователя обусловлена его функциональными задачами и местом расположения. Учитывая, что монтируется агрегат в выхлопную систему под днищем авто, конструктивно катализатор представлен, в большинстве случаев, утолщенным бочонком, врезаемым в выхлопную трубу.

Внешний корпус, формирующий «бочонок» — это прочная стальная труба, задача которой предохранить внутренние компоненты фильтра от разрушения во время езды. Также корпус (иногда называемый кожухом) снабжен входным и выходным патрубками, через которые горячие отработанные газы поступают из двигателя и после преобразования попадают в выхлопную трубу и далее выводятся в атмосферу.

Внутренние элементы катализаторы — это особый наполнитель, монолит. Изготавливается из керамики или металла. Материал изготовления монолита формирует два основных класса КН: керамические и металлические катализаторы.

Керамический наполнитель — это мелкие, разной длины полые сотообразные ячейки. В случае применения металлического наполнителя используются стальные листы, которые волнообразным образом спирально сворачиваются внутри корпуса.

И в первом и во втором случаях такая конструктивная особенность монолита не случайна. Так в объеме, ограниченным внешним кожухом, достигается максимальная площадь поверхности наполнителя. На поверхности монолита напыляется специальный состав, содержащий ценные металлы (платина, палладий, родий).

Данные металлы являются катализаторами, способными ускорять реакцию разложения при соприкосновении с горячими выхлопными газами. Необходимым условием успешной работы фильтра является температура поступающих отработанных газов (от 400°С и выше). Этим объясняется монтаж КН сразу за выхлопным коллектором.

В современных автомобилях, как правило, еще на конвейерной сборке, в ТС монтируется катализатор с монолитом из трех ценных металлов, такие катализаторы называют трехкомпонентными. Это необходимо для универсальной очистки выхлопов.

Так, в частности родий и платина уменьшают количество азота (во время реакции атом азот отделяется от молекулы двуокиси азота). В результате освобождается кислород. Высвободившийся атом азота соединяется с другим атомом, превращаясь в безопасный газообразный азот.

Кроме того, платина и палладий сжигают (окисляют) объем несгоревшего топлива и окиси углерода. Эти же металлы связывают оксид углерода и несгоревший кислород, превращая их в углекислый газ.

Результатом работы такого тройного каталитического преобразователя является превращение токсичных выхлопов в углекислый газ, азот и обычную воду.

Цена на керамические модификации фильтра значительно меньше стоимости металлических изделий. Но такие КН обладают существенным недостатком — хрупкость материала наполнителя. Ячейки-соты из керамики могут достаточно легко повредиться, если на корпус будет сильное внешнее воздействие (попадание камня по время езды) или соприкосновение с холодной водой.

Помимо этого на срок службы катализатора, измеряемый 120-150 тыс. км автопробега, влияет еще несколько важных аспектов, а именно:

Все эти и еще ряд иных причин приводят к преждевременной поломке КН. Чтобы понять это, следует различать основные признаки, указывающие на то, что преобразователь находится в нерабочем состоянии. Что скоро предстоит вырезание катализатора из выхлопной системы авто.

Определить забитый катализатор можно по таким симптомам:

Все эти признаки указывают на частичное разрушение внутреннего наполнителя катализатора или забитость его сквозных ячеек. Как результат, проход по выхлопной системе авто отработанных газов затруднен, что тут же сказывается на работе всей силовой установки ТС.

В таком случае необходимо осуществить вырезание катализатора и замену его на новый фильтр. Проводить такую процедуру лучше не самостоятельно, а в нашей специализированной компании. Наши специалисты проведут комплексную диагностику отработанного катализатора. Учитывая, что в состав катализатора бу входят ценные металлы, стоимость даже отработанного фильтра будет существенной. Конечная цена забитого катализатора зависит от общего состояния, целостности монолита, его чистоты. Так же размер вознаграждения зависит от страны производителя КН (зарубежные изделия содержат больше ценных металлов, потому дороже) и текущих котировок на бирже.

Источник