Каталитический нейтрализатор: принцип работы, причины и диагностика неисправностей

О чем речь? Каталитический нейтрализатор — элемент системы выпуска выхлопных газов. Предназначен для очистки от вредных примесей тяжелых металлов. Устанавливается на все современные автомобили.

Что может случиться? Заявленный срок службы катализатора производителями не совпадает с реальным периодом эксплуатации автомобиля. Он нередко выходит из строя: соты оплавляются, забиваются или осыпаются. В таком случае нужна замена нейтрализатора.

Назначение и устройство каталитического нейтрализатора

Катализатор — это нейтрализатор каталитических газов и вредных веществ в выхлопе. Установленный в выпускной системе автомобиля, он обеспечивает протекание химических реакций, в ходе которых токсичные компоненты преобразуются в менее вредные соединения.

После этого очищенный выхлоп поступает в атмосферу. Таким образом, прохождение газов через катализатор снижает их негативное воздействие на окружающую среду.

Каталитический нейтрализатор начинает функционировать только при нагреве до 300 °C, поэтому сразу после старта двигателя процесс очистки не запускается.

Каталитический нейтрализатор отработанных газов функционирует без потребления активного вещества. В современных автомобилях, соответствующих экологическим стандартам Евро-4 и Евро-5, они устанавливаются как можно ближе к выпускным отверстиям и фиксируются шпильками или болтами через прокладку непосредственно к головке блока цилиндров.

Близкое расположение тяжелого и горячего каталитического нейтрализатора рядом с двигателем усложняет компоновку моторного отсека и увеличивает температуру под капотом.

Однако благодаря этому активная зона катколлектора быстрее прогревается после запуска мотора, что повышает эффективность каталитического нейтрализатор. Только разогретый, он может очищать выхлопные газы, поскольку реакции начинают активно протекать лишь при температуре выше 300 градусов Цельсия.

Для корректной работы каталитического нейтрализатора перед блоком и сразу после него размещают кислородные датчики (лямбда-зонды). Расположенный перед нейтрализатором датчик называется управляющим, а тот, который установлен после него, — диагностическим.

В международной практике применяется и альтернативная схема размещения. Это вариант, когда корпус нейтрализатора находится под днищем автомобиля, появился на ранних этапах использования технологии снижения токсичности выхлопных газов и продолжает применяться, например, на автомобилях компании Renault, соответствующих нормам Евро-4 и даже Евро-5.

Основной элемент составляют керамические или металлические соты. На их стенки в зависимости от модели наносят тонкий слой палладия и родия либо иридия. Эти металлы отличаются высокой химической активностью. Когда выхлопные газы контактируют с этим покрытием, они вступают в химическую реакцию. В результате некоторые продукты сгорания топлива связываются и преобразуются.

Современные катализаторы состоят из трех компонентов:

• Первый компонент связывает оксиды азота.
• Второй — устраняет остатки несгоревшего топлива, главным образом окись углерода.
• Третья составляющая — это датчик каталитического нейтрализатора, который анализирует состав газов на выходе, передавая данные в бортовой компьютер.

Каталитический нейтрализатор: что это в машине? Это устройство рассматривается как надежный компонент современной автомобильной конструкции, и производители не включают его замену в регламент обслуживания.

Читайте также!

Лямбда-зонд: задачи и устройство

Подробнее

По их замыслу, срок службы катколлектора или аналогичного элемента под днищем авто должен соответствовать общему сроку его эксплуатации. Однако на практике выяснилось, что они не всегда работают идеально.

Типы неисправностей каталитического нейтрализатора

Одной из первых проблем с активным компонентом катколлектора становится его оплавление. Оно выражается в спекании сот и приводит к затруднению прохождения выхлопных газов. Как правило, это случается, когда температура газов превышает отметку в 900 градусов.

Вторая вероятная причина выхода из строя катколлектора заключается в разрушении керамического наполнителя, то есть его постепенном крошении.

Третья проблема — засорение катализатора продуктами неполного сгорания топлива и масла, что мешает нормальной работе двигателя.

Некоторые производители применяют вместо керамических сот металлическую пористую основу, которую многие автовладельцы считают более долговечной.

Более опасен дефект, связанный с тем, что частицы керамики начинают отслаиваться от стенок сот. Чаще всего причиной разрушения материала служит низкокачественное топливо, которое сгорает уже на этапе выпуска. Крошение обычно начинается в наиболее нагретых зонах, особенно на краях сот, ближайших к двигателю.

Ошибкой каталитического нейтрализатора является то, что во время работы двигателя на различных режимах возможна обратная подача части отработанных газов в цилиндры. Попав туда вместе с потоком газов, керамическая пыль, обладающая абразивными свойствами, способна быстро повредить поршневую группу и вызвать появление задиров на стенках цилиндров.

Однако такое явление представляет опасность не для всех типов двигателей. Мы даже не станем рассматривать те модели автомобилей, где катализатор традиционно располагается под днищем, ведь там опасным частицам пришлось бы пройти почти метр против потока газа.

Читайте также!

Дым из выхлопной трубы: диагностика по цвету

Подробнее

Определенные производители, применяя правильные конструкторские решения, смогли избежать подобных проблем или своевременно их решить.

Основные причины поломки каталитического нейтрализатора

Теоретически катализатор не нуждается в регулярном обслуживании (кроме случаев, когда требуется заливка раствора мочевины в отдельный бачок, что обычно делается во время плановых техосмотров) и рассчитан на весь период эксплуатации автомобиля. Однако эта хрупкая система весьма восприимчива к условиям вождения, качеству топлива и состоянию двигателя.

Проблемы в связанных системах могут быстро вывести из строя и сам катализатор.

К примеру, попытки завести машину «с толкача», утечки топлива из неисправных форсунок, дефекты свечей зажигания, катушек или высоковольтных проводов, ведущие к пропускам зажигания в цилиндрах, могут способствовать скоплению несгоревшего топлива в катализаторе.

Когда оно все-таки воспламеняется, это приводит к перегреву каталитического нейтрализатора, что порой вызывает оплавление сот и полную или частичную потерю его работоспособности.

Конечно, современная электронная система управления следит за этими параметрами и прекращает подачу топлива в критических ситуациях. Однако стопроцентную защиту обеспечить невозможно.

Также электроника не сможет предотвратить попадание в катализатор остатков масла из сильно изношенных деталей цилиндро-поршневой группы или вредных примесей, таких как свинец, если водитель использует некачественное топливо на сомнительных автозаправочных станциях или добавляет в бак разные присадки.

Не стоит забывать и о естественном износе катализатора. Независимо от того, насколько бережно эксплуатируется машина, со временем покрытие из редкоземельных металлов на сотах истощается, а сами они постепенно забиваются продуктами износа двигателя.

Поэтому рано или поздно система очистки выхлопных газов потребует внимания. В зону повышенного риска попадают автомобили с большим пробегом, превышающим 100 000 км.

Как определить неисправность каталитического нейтрализатора

Выявить проблему можно по нескольким характерным признакам.

• На приборной панели загорается индикатор «Check Engine». Эта лампа сигнализирует о любых ошибках в работе двигателя. В данном случае это может произойти из-за нестандартных показаний датчика кислорода (лямбда-зонда). Чтобы точно установить причину неисправности, потребуется провести диагностику с помощью сканера.
• Уменьшение мощности двигателя. Если катализатор выходит из строя, автомобиль может начать работать неровно, дергаться и медленнее разгоняться. Это связано с ухудшением пропускной способности каталитического нейтрализатора из-за частичного разрушения сот: они спекаются и перекрывают проход для выхлопных газов, вследствие чего двигатель испытывает трудности с дыханием.
• Шум под днищем автомобиля. Обычно он возникает на повышенных оборотах, реже — сразу после запуска двигателя. Причина заключается в частичном разрушении керамической структуры сот. Отделившиеся фрагменты начинают ударяться о стенки катализатора под действием потока газов и центробежных сил.
• Ослабленный или неравномерный выброс газов из глушителя. Если катализатор исправен, то, поднеся руку к выхлопной трубе, можно почувствовать легкую пульсацию, которая возникает из-за последовательной работы выпускных клапанов. Если же поток газов равномерный или слабый, возможно, проблема связана с поврежденными сотами катализатора.

Каталитический нейтрализатор редко ломается внезапно и без предупреждения. Обычно перед полным выходом из строя появляются незначительные признаки, перечисленные ранее.

Менять или удалять неисправный каталитический нейтрализатор

Риск серьезных последствий, вызванных разрушением каталитического нейтрализатора, заставляет некоторых владельцев автомобилей, уже не находящихся на гарантии, задуматься об устранении этой проблемы раз и навсегда — путем удаления каталитического нейтрализатора.

Такое мнение активно поддерживают автомобильные форумы и автосервисы, заинтересованные в предоставлении подобных услуг. Часто аргументом в пользу этого выступает утверждение, что устройства были навязаны защитниками экологии, и без них автомобиль станет мощнее и будет потреблять меньше топлива.

Владельцев также отпугивает высокая цена возможного ремонта: из-за содержания редких металлов в его составе замена каталитического нейтрализатора даже на бюджетных моделях часто обходится дороже 50 000 рублей.

Однако помимо этического (влияние на загрязнение воздуха) и правового (невозможность легального прохождения техосмотра без катализатора) аспектов важно понимать принцип работы катализатора в автомобиле.

Замена автомобильного катализатора обычным отрезком трубы невозможна из-за особенностей электронной системы автомобиля. После удаления необходимо будет установить устройства, имитирующие работу лямбда-зондов, или произвести перепрограммирование блока управления двигателем.

Надежность работы автомобиля после такой процедуры будет зависеть исключительно от уровня мастерства специалиста, что делает эту операцию своего рода лотереей. Поэтому, если нет признаков разрушения нейтрализатора, лучше воздержаться от его удаления.

Помимо этого, выпускная система рассчитана на поддержание определенных параметров давления и температуры отработанных газов. Отсутствие штатного узла может привести к прогоранию труб и увеличению шума. Поэтому вместо катализатора зачастую устанавливают простые «пламегасители» с огнестойким наполнителем, таким как базальтовая вата.

Каждому автомобилю потребуется подобрать и приварить индивидуальное устройство.

Существует и компромиссный вариант, доступный как по сложности установки, так и по цене. В продаже встречаются универсальные (или ремонтные) катализаторы, изготовленные из недорогих материалов и не учитывающие индивидуальные особенности конкретных моделей автомобилей.

Эффективность таких нейтрализаторов вызывает сомнения. Мастерам часто приходится прилагать усилия, чтобы адаптировать неоригинальное изделие. Тем не менее это выглядит более рациональным решением, чем полное отсутствие фильтра.

Часто задаваемые вопросы о каталитическом нейтрализаторе

Где находится каталитический нейтрализатор?

Местоположение, а также конструкция и число каталитических нейтрализаторов в автомобиле зависят от его модели.

Например, в бюджетном седане или старом кроссовере это может быть одно устройство возле моторного щита или под днищем вблизи переднего ряда сидений, тогда как в современном спортивном автомобиле с мощным V-образным двигателем может быть установлено несколько нейтрализаторов, включая те, что расположены прямо в моторном отсеке.

Распространяется ли автомобильная гарантия на каталитический нейтрализатор?

На этом фоне особенно негативно воспринимается подход, избранный концерном Kia.

В сервисных книжках автомобилей этой марки до 2016 года было указано, что гарантия на каталитический нейтрализатор распространяется всего на 1000 километров пробега. Проще говоря, на две-три заправки бензином. После этого «низкокачественный российский бензин» способен повредить катализатор, но компания за это уже не несет ответственности.

Впрочем, начиная с 2016 года гарантию на каталитический нейтрализатор увеличили до 150 тысяч километров.

Что представляет собой каталитический нейтрализатор с мочевиной для дизельных двигателей?

Зачем нужен каталитический нейтрализатор для дизельных двигателей? Главная сложность в том, что выхлопные газы таких моторов имеют сравнительно низкую температуру, из-за чего окислительно-восстановительные реакции проходят менее интенсивно. Это особенно сказывается на эффективности удаления оксидов азота из выхлопа.

Частичное решение проблемы заключается в установке нейтрализатора как можно ближе к выпускному коллектору, где температура газов еще достаточно высока, хотя это не всегда осуществимо.

Поэтому для дизельных двигателей используются другие методы: в трубу, сразу за выпускным коллектором, впрыскивается водный раствор аммиака (мочевины). При температуре около 250–300 °C она активно взаимодействует с оксидами азота, превращая их в безвредный азот и воду.

Тем не менее в дизельных двигателях тоже применяется каталитический нейтрализатор, аналогичный описанному ранее, и именно в нем мочевина вступает в реакцию с оксидами азота. Однако здесь используются только два катализатора — платина и палладий, а необходимость в родии, применяемом для восстановления оксидов азота, отсутствует, поскольку его функцию выполняет мочевина.

Читайте также!

Посторонние звуки под капотом

Подробнее

Значительный минус — потребность в регулярном пополнении запаса мочевины, которая непрерывно расходуется, и чем больше мощность двигателя, тем выше ее потребление. Однако даже в крупных внедорожниках стандартного 20-литрового бака мочевины хватает примерно на один межсервисный пробег (15–20 тысяч км), поэтому дозаправка требуется нечасто.

Стоит упомянуть, что в дизельных двигателях наряду с нейтрализатором применяется и сажевый фильтр, который задерживает твердые частицы.

Подводя итог, можно сделать вывод, что все нынешние системы экологической безопасности, скорее всего, разработаны для извлечения дополнительной выгоды от потребителей. Катализаторы выхлопных газов действительно были полезны в эпоху широко распространенных карбюраторных двигателей с богатой топливной смесью и нестабильной стехиометрией из-за отсутствия адекватной обратной связи.

В современных двигателях нейтрализатор фактически ухудшает характеристики автомобилей, ведь нынешние моторы точно настраивают топливную смесь до десятых долей процента, оснащены широкополосными лямбда-зондами и высокоэффективными форсунками. В таких машинах катализатор нужен лишь для получения сертификата соответствия стандартам Евро, требования которых постоянно ужесточаются.

Изображение в шапке статьи: yandex.net