КАТАЛІЗАТОР - Автоклуб протигазВи хоч раз пробували бігати в протигазі? А ваш автомобіль – це робить кожен день! Всім відомо, що в автомобілі є така «Європейська» деталь як каталізатор. Вона покликана зменшити шкідливі викиди в атмосферу і зменшити потужність вашого улюбленого автомобіля на 5 – 10 сил. Але, часто ніхто не замислюється, що ж робить ця «банку з сотами» … і на кой вона взагалі потрібна??? Про це і не тільки, читайте в продовженні статті.

Щоб вирішити проблему бездумного забруднення навколишнього середовища, уряди країн приймають закони, що встановлюють межі викиду шкідливих речовин, в які повинні вписуватися експлуатовані машини. Для відповідності цим законам виробники автомобілів постійно працюють над двигунами і паливними системами. Для подальшого зменшення шкідливих викидів були винайдені каталізатори, які входять в контакт з відпрацьованими газами і сильно зменшують шкідливі вихлопи.

Шкідливі вихлопи автомобіля

Для зменшення шкідливих вихлопів сучасні машини ретельно контролюють кількість сгораемого палива. Для цього співвідношення палива і повітря підтримується на максимально ідеальному розрахунковому рівні. Теоретично це співвідношення означає, що відбувається згорання всього палива і кисню (повітря). Для бензину стехиометрическое співвідношення – 14.7:1. Паливна суміш лише трохи відхиляється від цього ідеального співвідношення під час їзди. Іноді суміш буває бідною (співвідношення повітря-паливо більше 14.7) або багатою (співвідношення повітря-паливо менше 14.7).

Головні складові вихлопу автомобіля:

Азот (N2) – повітря на 78% складається з азоту, і велика частина його проходить через двигун.

Оксид вуглецю (CO2) – це один з продуктів роботи двигуна. Вуглець в паливі зв’язується з киснем в повітрі.

Пари води (H2O) – ще один продукт згоряння. Водень в паливі зв’язується з киснем в повітрі.

Ці частини вихлопу практично нешкідливі (хоча оксид вуглецю вносить внесок в глобальне потепління). Але процес згоряння не буває ідеальним і призводить до малих викидах більш шкідливих і небезпечних газів:

Окис вуглецю (CO) або чадний газ – отруйний газ без кольору і запаху.

Гідрокарбонати і летючі органічні речовини (VOC) – виходять через не прогорілого повністю палива

Сонячне світло руйнує ці сполуки, і виходять окису – продукти фотохімічного розкладання вихлопних газів, які входять в реакцію з оксидом азоту і утворюють шар озону (O3), головного компонента смогу.

Окис азоту (NO і NO2, звані разом NOx) – вносять внесок у зміг і кислотні дощі, а також викликають подразнення слизової людини.
Три вище згадані шкідливі складові вихлопу повинні зменшуватися в кількості при проходженні через каталізатор.

Більшість сучасних машин оснащене трикомпонентними каталізаторами.
“Три компоненти” відносяться до трьох шкідливим вихлопам, які треба нейтралізувати – чадний газ СО, вуглеводні VOC і окис NOx. Саме завдяки трьом компонентам відбуваються необхідні хімічні реакції – окислення монооксиду вуглецю (СО) і незгорілих вуглеводнів (СН), а також скорочення кількості окису азоту (NOx). У трикомпонентного каталізаторі платина і паладій викликають окислення СО і СН, а родій зменшує викиди NOx. Каталізатор представляє стільникову структуру з кераміки. Це дозволяє максимально збільшити ефективну площу контакту каталітичного покриття з вихлопними газами – до величин близько 20 тис. м2. Причому вага благородних металів, нанесених на підкладку на цій величезній площі, складає всього 2-3 грами! Кераміка зроблена досить вогнетривкої – витримує температуру до 800-850 градусів. Але все одно при несправності системи живлення і тривалій роботі на багатій робочої суміші моноліт може не витримати і оплавитися – і тоді каталізатор вийде з ладу. Саме тому так проблематично виглядає використання каталізаторів з керамічним носієм на карбюраторних двигунах.

Трикомпонентний каталітичний нейтралізатор

А-каталізатор зменшення шкідливих вихлопів, В-каталізатор окислення (згоряння) шкідливих речовин, С-керамічна стільникова структура

Більшість каталізаторів використовують стільникову структуру.

Керамічна стільникова структура каталізатора
Перша частина каталізатора використовує платину і родій для зменшення вихлопу NOx. При контакті з молекулами NO або NO2 каталізатор відриваємо азот N із з’єднання, тим самим, звільняючи азот O2. Атоми азоту утворюють з’єднання азоту N2. Формула процесу:

2NO => N2 + O2 або 2NO2 => N2 + 2O2

Окислюючий каталізатор – другий етап очищення. Він зменшує викиди незгорілих вуглеводнів і моноксиду вуглецю шляхом спалювання їх (окисленням) в платиновому і палладиевом каталізаторі. Цей каталізатор прискорює реакцію CO та вуглеводнів з незгорілим киснем у вихлопному газі. Формула:

2CO + O2 => 2CO2

Але звідки береться цей кисень?

Контрольна система – це третій етап. Вона контролює склад вихідних газів і використовує цю інформацію для контролю уприскування. Перед каталізатором встановлений кисневий датчик або лямбда-зонд. Цей датчик повідомляє блоку управління двигуном, скільки кисню в вихлопному газі. Сам блок управління може збільшувати або зменшувати кількість кисню в паливній суміші. Ця контрольна схема дозволяє комп’ютеру встановлювати близьке до «ідеального» співвідношення палива до повітря, а так само забезпечувати достатню кількість кисню у вихлопі, щоб окислялись гідрокарбонати і CO.

Інші способи …

Каталізатор істотно зменшує шкідливі вихлопи автомобіля, але його можна ще далі вдосконалювати. Великий недолік каталізатора – високий температурний режим роботи. Коли Ви запускаєте холодний автомобіль, спочатку каталізатор взагалі не працює, і всі шкідливі викиди виходять в навколишнє середовище.

Просте рішення цієї проблеми – розмістити каталізатор ближче до двигуна. Це дозволить йому прогріватися швидше, але також зменшує термін експлуатації через роботу при підвищених температурах. Зараз, на багатьох нових автомобілях, які сходять з конвеєра, каталізатори встановлені безпосередньо близько до «епіцентру вибуху» і тим самим покращують прогрів елементів, але зменшують термін їх служби.

Вже сьогодні, з’явився каталізатор, який може не очистити не згоріли гази від шкідливих домішок а виключити їх за рахунок повного згоряння палива. Тобто, дожиг відбувається безпосередньо в моторі, що істотно зменшує навантаження на стандартний каталізатор. Але на сьогоднішній день, це тільки розробки …

Попередній прогрів каталізатора – хороший спосіб вивести його раніше на робочий температурний режим. Найпростіший спосіб-електричний нагрівальний елемент. На жаль, 12 Вольт автомобільної мережі недостатньо для швидкого прогрівання каталізатора. Крім того, більшість водіїв не будуть чекати кілька хвилин на прогрів каталізатора до запуску машини. Сьогодні тільки гібридні машини розташовують достатнім напругою для швидкого прогрівання каталізатора.

Пробивати чи ні? ..

Крім того, варіанти з пробивкой каталізатора, видаленням кераміки або вварка шматка труби замість каталізатора чреваті швидким виходом з ладу наступних частин випускної системи. Робоча температура каталізатора становить порядку 800 – 850 градусів С. Це призводить до того, що, за його відсутності, високотемпературний потік газів потрапляє в наступні елементи випускної системи. Тим самим їм доводиться працювати в позаштатному температурному режимі, що природно значно скорочує їх термін служби. На автомобілях кінця 80 початку 90 років були передбачені як катализаторную, так і безкаталізаторние варіанти випускної системи. На місці каталізатора знаходиться елемент випускної системи, іменований в різних джерелах полум’ягасником, першим резонатором або першим глушником. Особливо це добре видно на прикладі автомобілів Мерседес і БМВ, де є дана деталь. Але якщо, все ж хочеться додати сил вашому автомобілю, то тут вже, необхідно вдатися до установки «павука» і спортивної вихлопної системи. Але в такому випадку, вам необхідно забути про комфорт … т.к. звук буде просто приголомшливий, як на вулиці так і в салоні.

Якщо все ж зважилися вирізати каталізатор, то варто знати. Що, більшість каталізатор є пасивними елементами, тобто вони ніяк не регулюються і не керовані, а працювати починають тільки при досягненні певної температури, то можлива їх заміна на пламегасители. При цьому, якщо лямбда-зонд розташовується до каталізатора, то це і не позначиться на роботі бортової електроніки. Якщо ж лямбда-зонд розташовується після каталізатора або ще гірше їх два, то в цьому випадку переклад на безкаталізаторний варіант роботи можливий тільки при відключенні звернення бортового комп’ютера автомобіля до лямбда-зонду. Це можливо тільки в умовах фірмового сервісу. Та й далеко не кожен сервіс ризикує сунутися в бортові програми.

Джерело: drugasmuga.com