Что такое катализатор в автомобиле? – виды и принцип действия

0
27020

Решение экологических вопросов в последнее время становится все более актуальным. Это связано не столько с усугублением возникающих проблем охраны окружающей среды, сколько с требованиями, которые диктуют специальные организации ЕС.

 

Одним из аспектов деятельности экологических организаций является контроль над токсичностью отработавших газов автомобилей. Эта проблема актуальна не только в Европе, но и в странах СНГ.

Методом минимизации токсичности выхлопных газов является применение на автомобилях устройств, именуемых катализаторами. Они призваны получить выхлопы с определенным содержанием СО, СН, NO, не превышающим установленных ЕС норм.

В настоящее время катализаторы можно подразделить на три вида: керамический катализатор, химический катализатор, магнитно-стрикционный катализатор.

Рассмотрим каждый из них с выделением некоторых характеристик.

 

Керамический катализатор в машине

Керамический катализаторКерамический катализатор дожигания (ККД) представляет собой керамическую сотовую конструкцию. Соты необходимы для того, чтобы увеличить площадь контакта выхлопных газов с поверхностью, на которую нанесен тонкий слой платиноиридиевого сплава. В состав данного напыления входят такие дорогие металлы как платина, палладий и радий. Недогоревшие остатки (CO, CH, NO), касаясь поверхности каталитического слоя, окисляются кислородом, присутствующим в выхлопных газах. В результате реакции выделяется тепло, разогревающее катализатор, и активизируется реакция окисления. В конечном итоге выхлопные газы имеют необходимую концентрацию СО2. Именно углекислый газ на выходе является следствием наличия катализатора в выхлопной системе.

Большинство иномарок сейчас комплектуются керамическими катализаторами дожигания сразу при сборке. Для завезенных ранее на территорию России бывших в употреблении автомобилей, а также для произведенных на территории СНГ можно приобрести импортные или отечественные ККД. Из поставляемых в страны СНГ катализаторов наиболее распространены устройства фирмы “Bosal”.

Однако наличие прибора данного типа при эксплуатации машины в России доставляет автовладельцу много проблем. Это можно объяснить несколькими факторами.

Во-первых, к нам в страну далеко не всегда прибывают только новые иномарки с минимальным пробегом. Срок же службы катализатора при правильной эксплуатации (имеется в виду использование качественных нефтепродуктов) сопоставим с 100-120 тыс. км пробега автомобиля, после чего рекомендуется замена ККД, что вполне естественно. Катализатор имеет фильтрующие свойства, а фильтры, как известно, нужно менять. Дальнейшее использование устройства вполне допустимо, что и делается у нас, однако нужно четко представлять, что в таком случае в выхлопной системе присутствует элемент далеко не со стопроцентной пропускной способностью. К этому сроку на стенках сот уже осела сажа и продукты недогоревшего масла, которые существенно препятствуют выходу выхлопных газов.

Во-вторых, заправляетесь вы на наших российских заправках. Не секрет, что до сих пор качество бензина на некоторых АЗС не вполне удовлетворительное, а ведь одним из основополагающих условий нормальной работы катализатора является качественный бензин. Для керамических сот с напылением некачественное топливо смертельно. Ведь в результате его попадания в устройство, соты оплавляются, залипают, и проходимость выхлопных газов практически прекращается. По сути, происходит то же самое, что и при забивании сот сажей и продуктами недогоревшего масла, только гораздо быстрее. Таким образом, некачественный бензин – основная опасность для катализатора.

Очень обидно бывает за владельцев автомобилей, которые даже не наездили 70-80 тыс. км, а катализаторы в их машинах уже испорчены. Естественно, у человека не возникает никакого желания покупать новые дорогостоящие детали, не имея никакой уверенности в том, что, поставив их и покатавшись непродолжительное время, он не столкнется с необходимостью повторной замены.

К третьей проблеме использования керамического катализатора дожигания по праву нужно отнести отечественные дороги. Как ни крути, а керамические соты – достаточно хрупкий материал, который при сильном ударе может треснуть и расколоться. В результате удара соты отходят от стенок прибора, начинают дребезжать и перемещаться внутри корпуса, из-за чего окончательно рассыпаются, разлетаясь по всей выхлопной системе.

Если в катализаторе накопился бензин, то машина долго не заводится. И когда, наконец, двигатель удалось запустить, внутри происходит мини-взрыв, который приводит к разрушению керамического катализатора дожигания. По этой причине нельзя, чтобы автомобиль “подъедал” масло.

 

Принцип действия катализатора

 

Что касается неисправностей ККД, то их существует две разновидности. Первая состоит в том, что от времени катализатор “забивается” и у него уменьшается пропускная способность выхлопных газов. Признаком этого является ощущение того, что машина не “тянет”, происходит ухудшение динамики разгона и снижение мощности автомобиля, иногда плавает стрелка оборотов на холостом ходу. Вторая – более критичная. Она проявляется в том, что катализатор уже разрушился, и вас беспокоит звук, дребезжание рассыпавшихся керамических сот или гудение “пустой бочки”.

Недостатками катализаторов дожигания являются снижение оборотов и мощности двигателя, увеличение расхода топлива на 15 %. Чтобы избежать этого, некоторые автовладельцы “пробивают” блок ККД насквозь, а показания токсичности опять превышают норму.

 

Химический автомобильный катализатор

Химические автомобильные катализаторыВторой тип катализаторов – химические, попросту говоря, присадки. Их сейчас существует бесчисленное количество разных марок, и призваны они улучшить некоторые эксплуатационные свойства топлив, масел, увеличить износостойкость узлов и агрегатов автомобилей. Разработанные присадки для улучшения процесса сгорания топлива (анамегаторы топлива) изменяют его химический состав, повышают полноту сгорания, снижают явление детонации и токсичность выхлопов.

Детонационное сгорание проходит две стадии. На первой происходит предпламенное (холоднопламенное) окисление, во время которого в рабочей смеси образуется значительная часть перекисей в процессе впуска в камеру сгорания топлива от соприкосновения с нагретыми деталями. На второй – горячий взрыв (видимое горение). После воспламенения рабочей смеси образование перекисей происходит более интенсивно; они концентрируются в ее несгоревшей части, суммируясь с образовавшимися на первом этапе, и по достижении критической концентрации распадаются со взрывом и выделением большого количества тепла.

Для нормального горения бензина концентрация перекисных соединений не должна превышать определенных показателей. Анамегатор, как и ТЭС, препятствует образованию гидропероксидов. Тетраэтилсвинец работает как антидетонатор только на первой стадии детонационного горения.

Введение этиловой жидкости приводит к повышению токсичности выхлопа, снижению мощности двигателя (повышению расхода топлива), увеличивает нагароотложения и, следовательно, количество абразива в цилиндро-поршневой группе.

Анамегатор ориентирует молекулы углеводорода таким образом, что они гораздо легче входят в реакцию окисления. В результате горение происходит с большей энергоотдачей, повышается мощность двигателя (снижается расход топлива), создаются препятствия нагарообразованию, из камеры сгорания удаляются продукты распада тетраэтилсвинца.

Антидетонационное действие анамегатора и тетраэтилсвинца суммируются. Повышение мощности происходит за счет более полного сгорания углеводородов топлива. Это снижает количество несгоревших продуктов в выхлопных газах, которые являются источником токсичности.

Мощность и расход топлива – две связанные между собой величины. Если вы на своем автомобиле до применения анамегаторов ездили со скоростью, скажем, 70 км/ч, а после применения, почувствовав прибавку мощности, стали ездить быстрее, то экономии вы можете не обнаружить. Сэкономленное топливо, образно говоря, “ушло” на повышение скорости движения, то есть на выполнение дополнительной работы. Но если скорость и другие факторы останутся неизменными, то экономия будет очевидной.

Действие анамегаторов в топливе изменяется в зависимости от их концентрации. Если в бензине необходимо предотвращать образование гидропероксидов для обеспечения детонационной стойкости, то в дизельном топливе их наличие повышает способность к самовоспламенению. Неодинаковая концентрация по-разному ориентирует молекулы углеводородов, придавая им различные свойства. Поэтому очень важно соблюдать рекомендованные пропорции.

Во фракционном составе дизельного топлива углеводороды более тяжелые, чем у бензина. Энергоотдача такого топлива выше. Поскольку анамегаторы высвобождают энергию из изначально заложенного большего количества сконцентрированной энергии, то и отдача их будет выше.

К недостаткам химического катализатора можно отнести, в первую очередь, постоянную необходимость его замены. К тому же при неправильной концентрации анамегатора с топливом может возникать коррозия металла топливного бака и других агрегатов. По той же причине может возрасти расход топлива до 10 %. Наиболее усовершенствованные анамегаторы – Т-4, Т-6.

 

Магнито-стрикционный (МСК) катализатор

Магнито-стрикционный катализаторТретий тип катализаторов – магнито-стрикционные (МСК), которые в настоящее время являются самыми современными и лежат в основе автотехнологии будущего. Самому этому методу уже около 40 лет. Экспериментальные разработки велись еще в 70-х годах, но не нашли широкого применения из-за несовершенства стабилизации процесса. Суть метода заключается в магнитно-стрикционной обработке молекулы углерода, присутствующей в любом ГСМ. При этом химический состав топлива не изменяется, а меняются только его физические свойства. “Правильно” сориентированная молекула способна свободной парой присоединить большее количество кислорода, что, естественно, отражается на полноте и теплоемкости горения. Сам катализатор представляет собой устройство предварительной обработки топлива. Он устанавливается в топливную систему автомобиля в зависимости от вида топлива. На бензиновые, карбюраторные и инжекторные двигатели МСК устанавливают перед карбюратором (инжектором), просто отсоединив топливный шланг и вставив устройство между ними. На дизельные автомобили, у которых объем цилиндров превышает 1 800 см3, прибор рекомендуется устанавливать перед каждой форсункой плюс еще один перед насосом высокого давления (НВД).

За счет наиболее полного сгорания смеси в двигателе его мощность увеличивается, следствием чего является снижение расхода топлива. Экологические показатели при этом улучшаются в 3-4 раза. Также уменьшаются нагароотложения на рабочих поверхностях двигателя, что приводит к существенному продлению срока его эксплуатации, более бесшумной и бездетонационной работе (что ощущается сразу после установки), повышению пробега между заменой масла.

Установка данных катализаторов занимает от 5 до 20 минут. Предварительно проводится диагностика топливной системы. У карбюраторных двигателей корректируется зажигание, у инжекторных – лямбда-зоны, а у дизельных – винт холостых оборотов.

Магнито-стрикционные автомобильные катализаторы производятся во многих странах: Венгрии, Польше, Китае, Великобритании, России и др.

НЕТ КОММЕНТАРИЕВ

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ