5.1. Катализатор
Катализатор
 |
1 – корпус; 2 – уплотнение; 3 – соты катализатора |
Элементы, входящие в катализатор и продукты, выходящие из катализатора
 |
На всех автомобилях устанавливаются катализаторы для уменьшения количества вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу с выхлопными газами.
Катализатор отработанных газов имеет корпус из нержавеющей стали, к которому сваркой присоединены впускной и выпускной конусы с патрубками и крепежными фланцами, а также теплоотражатели, удерживающие керамическую обшивку. Весь внутренний объем корпуса занят керамическим пористым монолитом, зафиксированным кольцами или сеткой из нержавеющей стали. Структура монолита представляет собой обычный фильтр, но вся внутренняя и внешняя поверхность пор, контактирующих с газами, покрыта очень тонким молекулярным слоем сплава, который содержит платину, родий и палладий. Пористый монолит имеет большую площадь поверхности, покрытой этим сплавом из очень дорогих металлов, что в основном и определяет высокую цену катализаторов.
В катализаторе происходит реакция, в результате которой потенциально опасный углеводород и окись углерода в выхлопных газах превращаются в безопасные газы и водяной пар.
Двигатель выбрасывает в атмосферу вместе с отработанными газами продукты полного (водяной пар Н2О, азот N2 и т.п.) и неполного (оксид углерода СО, а также CnHm, оксиды азота NOX ) сгорания топлива. Общее число компонентов, которые содержатся в этих газах, превышает несколько сотен, и большинство из них вредны для здоровья человека.
Отработанные газы, проникая через пористую поверхность монолита, во-первых, нагревают его, а во-вторых, доокисляются. Из СО получается СО2, то есть нетоксичный углекислый газ, CnHm в несколько этапов переходит в СО2 и Н2О, NOХ превращается в молекулярный N2, который содержится в обычном воздухе, и в воду. Словом, в катализаторе происходят довольно сложные химические реакции, благодаря высокой температуре и наличию специального покрытия из дорогих металлов.
Главный позитивный эффект катализатора – полная нейтрализация трех компонентов – СО, CnHm, NOХ , – которых в отработанных газах больше, чем других вредных веществ. И достигается он не только благодаря наличию платины, родия и палладия. Важную роль играет температура, выдерживающаяся в границах 300–800° С. Если она снижается до 250° С, химические реакции нейтрализации СО, CnHm, NOХ , несмотря на наличие металлов-катализаторов, не произойдут. А при температуре около 900° С начинает плавиться и разрушаться каталитическая пленка.
Бензиновые двигатели
На всех моделях с катализатором система питания топливом замкнутого типа, то есть на основании сигнала от датчика кислорода, установленного в выхлопной системе, блок управления постоянно оптимизирует состав топливо-воздушной смеси. В зависимости от содержания кислорода в выхлопных газах датчик кислорода индуцирует напряжение от 0,1 В (высокое содержание кислорода, бедная смесь) до 0,9 В (низкое содержание кислорода, богатая смесь). На основании этих данных блок управления двигателем изменяет время открытия топливных форсунок и изменяет соотношение топлива в топливо-воздушной смеси. Метрическое соотношение топливной смеси, при котором происходит ее полное сгорание и в выхлопных газах отсутствуют вредные вещества – это 14,7 весовых частей воздуха на 1 часть топлива.
Катализатор работает эффективно при температурах +300° С до +800° С.
Дизельные двигатели
На автомобилях с дизельными двигателями очистка выхлопных газов производится нерегулируемым окислительным катализатором.
Уменьшение процентного содержания окислов азота в выхлопных газах дизельного двигателя достигается за счет установки на автомобиле системы повторного сжигания части отработанных газов (EGR). Клапан EGR системы повторного сжигания отработанных газов установлен в колене выхлопной системы и управляется вакуумным регулятором. Клапана EGR на прогретом двигателе направляет часть отработанных газов в камеры сгорания двигателя, в результате чего снижается температура и при этом уменьшается процент окислов азота в выхлопных газах.
Эксплуатация автомобилей с катализатором
Катализатор – это надежное и простое устройство, которое не нуждается ни в каком обслуживании, но имеются некоторые факты, которые владелец должен знать для максимального срока службы катализатора.
Не используйте этилированный бензин в автомобиле, оборудованном катализатором, так как свинец покроет драгоценные металлы в решетке катализатора, уменьшая эффективность их преобразования и в конечном счете выведет из строя катализатор.
Всегда содержите зажигание и топливную систему в полном порядке.
Если при работе двигателя наблюдаются пропуски зажигания, не эксплуатируйте автомобиль до устранения неисправности.
Если при работе двигателя загорится контрольная лампа управления двигателем, необходимо как можно быстрее обратиться на станцию технического обслуживания. Если имеется повреждение управления двигателем, то кроме увеличения расхода топлива и уменьшения динамических характеристик двигателя, может выйти из строя катализатор.
Не запускайте двигатель методом буксировки.
Не выключайте зажигание на высоких оборотах двигателя.
Не используйте присадки к топливу и моторному маслу, так как присадки могут содержать вещества, способные повредить катализатор.
Не используйте автомобиль, если из выхлопной трубы виден след синего дыма.
После остановки двигателя выхлопная система длительное время продолжает излучать значительное количество тепла, поэтому необходимо избегать парковки автомобиля на траве и сухих листьях. Помните, что катализатор хрупок, поэтому избегайте ударов при снятии катализатора или выхлопной системы.
Катализатор, используемый на хорошо отрегулированном автомобиле, должен служить от 100 до 160 тысяч км пробега автомобиля.