Принцип работы катализатора выхлопных газов: Каталитический нейтрализатор: устройство и принцип работы

Содержание

Принцип работы катализатора выхлопных газов двигателя автомобиля

Выхлопная система каждого современного автомобиля оборудована каталитическим нейтрализатором автомобильных выхлопов. Обусловлено это все возрастающими требованиями по соответствию транспортных средств экологическим требованиям.

Уже более ста лет огромный парт автомобилей, оснащенных двигателем внутреннего сгорания (ДВС) или дизелем, отравляют окружающую среду. Именно для предотвращения такого пагубного влияния на состояние атмосферы и были созданы в 70-х годах прошлого столетия катализаторы.

В основе функционирования данных автодеталей заложен способность ряда ценных металлов ускорять химическую реакцию доокисления отработанных газов. В качестве ценных металлов, ускорителей протекания реакции разложения выступают палладий, платина, родий или иридий. Также в последнее время все чаще используется и традиционное золото.

Какой же принцип работы катализатора выхлопных газов? Разберем суть работы и конструкцию каталитического фильтра подробнее.

Устройство катализатора

Конструкция катализатора содержит следующие основные компоненты:

  • внешний стальной корпус, являющийся защитной оболочкой, предохраняющей внутренние компоненты от внешних воздействий;
  • входной и выходной патрубки во внешнем корпусе;
  • два датчика (лямбда-зонды), монтируемые в патрубки для контроля очистки выхлопных газов;
  • внутренний наполнитель (монолит), представленный матрицей из очень мелких сквозных ячеек, напоминающих в разрезе пчелиные соты. На поверхности ячеек напыляется особый слой, с содержанием ценных металлов;
  • теплоизолирующий слой, размещающийся между внешним корпусом и наполнителем.

Устанавливается катализатор под днищем автомобиля сразу за выходным коллекторов, откуда из камер сгорания двигателя поступают еще горячие отработанные газы.

Принцип функционирования катализатора

Выхлопные газы, покинув камеры сгорания, через выхлопной коллектор попадают в выхлопную систему авто. Пройдя через входной парубок, выхлопы заполняют ячейки монолита и соприкасаются с каталитическим слоем.

Рабочая температура, при которой газы доокисляются, составляет от 350 до 750°С. Входя в соприкосновение с поверхностью ячеек монолита, тяжелые элементы выхлопов расщепляются на безопасные компоненты — водяной пар и углекислый газ.

Важен указанный рабочий температурный интервал. Материалом изготовления монолита выступает либо огнеупорная керамика, либо металлические листы. И если вторые более стойкие к повышенным температурам, то вот керамика более хрупкая.

Помимо внешнего воздействия, которое может привести к разрушению керамических ячеек, сквозные туннели ячеек могут оплавиться, если температура отработанных газов превысит отметку в 800ׄ°С.

Выход катализатора из строя

К вышеуказанным причинам (разрушение и оплавление) следует добавить еще одну, выводящую каталитический нейтрализатор из строя.

Закупорка или засорение ячеек. Это происходит, как правило, из-за заправки бака низкокачественным топливом. Остатки несгоревших углеводородов постепенно скапливаются в туннелях монолита и засоряют их, препятствуя прохождению выхлопных газов.

Из-за забитого катализатора начинаются проблемы в работе всей силовой установки автомобиля. Падает динамика набора скорости, существенно возрастает расход топлива и масла, двигатель начинает все чаще глохнут на холостом ходу. В салоне ощущается металлический запах. 

Утилизация катализатора

Если катализатор забился или разрушился, его необходимо удалить из выхлопной системы и утилизировать. Проводить подобную процедуру оптимально в нашей компании, специализирующейся именно на таких операциях.

Мы не только выгодно для вас оценим отработанный катализатор, но и предложим на выбор два варианта. Можно заменить катализатор бу на новый оригинальный агрегат. А можно осуществить

установку пламегасителя вместо катализатора.

В первом случае выхлопы будут очищаться, а во втором — нет. Выбор за владельцем авто, но следует знать, что без катализатора на автомобиле невозможно будет въехать в ряд европейских стран.

Нейтрализатор отработанных газов. Устройство и принцип действия

Назначение

Нейтрализатор отработанных газов предназначен для нейтрализации вредных веществ, находящихся в отработанных газах выпускной системы.

Принцип работы

Постоянные усилия разработчиков по улучшению процессов сгорания, оптимизации управления системами двигателя достигли определённой точки, при которой требовались новые методы и способы для уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу многочисленными автомобилями. Разработаны и применяются т.н. нейтрализаторы отработанных газов, которые устанавливаются в выпускной системе. В настоящее время используются нейтрализаторы нескольких типов:

  • каталитические;
  • термические;
  • накопительные;
  • и др.

В каталитических процесс нейтрализации интенсифицируется за счёт применения катализаторов, а в термических — за счёт высокой температуры с добавлением воздуха к отработанным газам.

Каталитические нейтрализаторы

Каталитические нейтрализаторы называют окислительными, т.к. они предназначены для окисления СО и СН, находящихся в отработанных газах. За короткое время, пока газы проходят через нейтрализатор, все реакции должны завершиться при температуре 250 — 800 град.

При температуре менее 250 град, эффективность нейтрализатора мала, а при температуре выше 1 000 гр. происходит «спекание» мелких кристаллов платины и разрушение активной поверхности, т.е. дезактивация нейтрализатора.

Рис. Окислительный нейтрализатор

На рисунке представлена конструкция каталитического нейтрализатора. 1 — керамическая пористая основа с нанесённым покрытием из платины и родия, 2 — изоляционные и теплоотводящие компоненты, 3 — датчик содержания кислорода в отработанных газах. Дезактивация катализатора особенно велика в первые 20 тыс.км. Особенно быстро дезактивация наступает при использовании этилированного бензина. Повторим, что рабочая температура в нейтрализаторе 400-700 гр., поэтому для быстрого прогрева и эффективной работы нейтрализатор располагают ближе к выпускному коллектору. Такое расположение является положительным фактором при холодном пуске и прогреве двигателя — нейтрализатор быстрее начинает работать, но при этом повышается его эксплуатационная температура, а это может способствовать дезактивации катализатора.

Блок-носитель каталитического нейтрализатора делают из керамики сотовой структуры, гофрированной фольги из нержавеющей стали или в виде сферических гранул из оксида алюминия, которые укладывают в металлический цилиндр, закрытый по торцам сетками. На поверхность носителя наносится каталитический материал и помещают внутрь корпуса из нержавеющей жаропрочной стали. Между блоком-носителем и корпусом ставится терморасширяющаяся прокладка. Для уменьшения вибрационных нагрузок нейтрализатор присоединяется шарнирными соединениями или компенсаторами колебаний.

Рис. Эффективная зона работы нейтрализатора

На рисунке показана зона эффективной работы нейтрализатора. Заштрихованная область — зона «стехиометрической» смеси, по оси абсцисс (В) отображено отношение «воздух-топливо», по оси ординат (А)-эффективность работы нейтрализатора.

В зоне «богатых» смесей — от 10 до 14,6 преобладают высокие концентрации оксида азота(NОх) и низкие СО и СН. Нейтрализаторы, преобразующие СО, СН, N0, называют трёхкомпонентными или бифункциональными. Для нейтрализации смеси оксида азота, получающегося в процессе сгорания смеси, используются реакции его восстановления до азота N2 и аммиака Nh4. В материалах, служащих катализатором при нейтрализации вредных веществ, используются платина, палладий, родий и др.

Трёхкомпонентные нейтрализаторы являются окислительными и восстановительными. В связи с тем, что состав вредных веществ резко меняется в зависимости от «обогащения» или «обеднения» топливовоздушной смеси, необходимо поддерживать работу двигателя в районе «стехиометрической» смеси.

Для выполнения такой задачи используется электронное управление работой двигателя с системой обратной связи (замкнутая система). Датчики, обеспечивающие работу обратной связи, называются: лямбда зондами (отношение «воздух-топливо») и устанавливаются до и после нейтрализатора, а также термометры газов в зоне процессов нейтрализации и окисления вредных веществ.

Термические нейтрализаторы

Термические нейтрализаторы представляют собой камеру, в которой при высокой температуре окисляются СО и СН. При работе двигателя на обогащенной смеси, требуется подача воздуха перед нейтрализатором. При работе на обеднённой смеси температура будет не высокой и требуется дополнительный прогрев нейтрализатора. Термический нейтрализатор начинает работать при температуре 600 гр, что существенно выше, чем у каталитических нейтрализаторов. Кроме этих требований, нужны более прочные и жаростойкие материалы, стойкость к высокой коррозионной агрессивности. Не получили широкого распространения.

Ранее отмечалось, что нейтрализатор не работает на режимах прогрева двигателя, т.к. температура в нём не достаточно высока, кроме того, двигатель в это время работает на обогащенных смесях и в отработанных газах нет достаточного количества кислорода, необходимого для окисления СН в нейтрализаторе.

Для ускоренного прогрева нейтрализатора уменьшается угол опережения зажиганием, или электрическим подогревом нейтрализатора путём сжигания перед ним топлива в горелке, или подачи воздуха в, поток отработанных газов с помощью специального насоса.

Рис. Методы подогрева нейтрализатора: 1 — топливная форсунка, 2 — нейтрализатор, 3 — свеча для поджигания смеси, 4 — воздушный насос

В некоторых системах используют «стартовый» нейтрализатор, который устанавливается перед или параллельно основному При параллельном расположении весь поток отработанных газов направляется в стартовый нейтрализатор, который быстро прогревается и начинает эффективно работать.

После прогрева двигателя поворотом заслонки поток газов направляется в основной нейтрализатор. На рисунке приведена одна из схем построения системы с параллельным и основным нейтрализаторами.

Рис. Система со стартовым нейтрализатором: 1 — двигатель, 2 — стартовый нейтрализатор, 3 — глушитель, 4 — основной нейтрализатор, 5 — кислородный датчик (лямбда-зонд), 6 — заслонка

При очистке отработанных газах дизельных двигателей внимание уделяется сокращению содержания твёрдых частиц и оксидов азота (NOx). Приведём краткое описание некоторых способов очистки ОГ, применяемых в дизельных двигателях.

Фильтр твёрдых частиц используется для сбора и их дальнейшей регенерации. Используется с окислительным нейтрализатором. Перед и после нейтрализатора и фильтра твёрдых частиц устанавливаются датчики давления и температуры, по которым косвенным способом определяется загрязнение элементов. Далее ЭБУ двигателем переводит работу двигателя на разные режимы для запуска системы регенерации твёрдых частиц.

Накопительный нейтрализатор NOx

Накопительный нейтрализатор NOx собирает на своей поверхности оксиды азота, а затем конвертирует их в азот (N2). При холодном пуске отработанные газы нагреваются для сокращения количества NOx. ЭБУ двигателем периодически обогащает, а затем обедняет рабочую смесь и, тем самым, создаёт условия для разложения оксидов азота.

Расположение

После выпускного коллектора сразу в подкапотном пространстве или под днищем автомобиля. Обычно снизу дополнительно защищен металлической сетчатой пластиной.

Неисправности

Засоряется от некачественных (или несгоревших) топлив и масел. Разрушается при уларах. Обычно двигатель не запускается при правильности всех параметров, т.к. отработанным газам некуда выходить — выпускная система забита.

Методика проверки

Если возникли подозрения на неисправность нейтрализатора, необходимо проверить давление газов перед нейтрализатором. Холостой ход — не более 0,9 bar и режим нагрузок (примерно 3000 оборотов) не более 2,5 bar. Если нет измерительного манометра — просто выкрутить кислородный датчик для выпуска отработанных газов. Если двигатель запустился, значит нейтрализатор «забит». Признаком неисправности нейтрализатора служат раскалённые газы, идущие из выпускной системы; перегрев двигателя и «хлопки» во впускной коллектор.

Ремонт

Нейтрализатор отработанных газов ремонту не подлежит. Пробивать отверстие в нейтрализаторе нельзя, можно разрезать и удалить все внутренности, что не приветствуется по причине нарушения экологических норм выброса отравляющих веществ. Лучше заменить на новый, как обычный сменный элемент со своим сроком службы (примерно 150 тыс.км.).

Принцип работы катализатора

Катализатор — как правильно работать?


Катализатор, также известный как каталитический нейтрализатор, является важной частью выхлопной системы, установленной практически на всех современных транспортных средствах. Его основная задача — уменьшить количество вредных соединений, которые могут попасть в атмосферу. В первую очередь это: окись углерода (СО), углеводороды (СН) и оксиды азота (NOx).

Как это работает?

Работа реактора основана на химической реакции соединений, содержащихся в выхлопных газах, с катализатором, которые представляют собой редкие металлы (включая иридий и платину), заключенные в металлическую банку.

В бензиновых двигателях так называемые трехходовые катализаторы, известные как TWC (Трехсторонний катализатор). Их название происходит от одновременной реакции с тремя группами вредных соединений: эти катализаторы восстанавливают как оксиды азота, так и окисляют углеводороды и оксид углерода.

Иная ситуация в дизельных двигателях. Как и в бензиновых установках, реакторы окисляют соединения СН и СО, но они не уменьшают вредные оксиды азота одновременно.

Последние уменьшаются за счет рециркуляции выхлопных газов в самом двигателе. Так называемый твердые (сажа) частицы, которые могут быть уменьшены путем перезарядки.

Когда это работает?

бортовые мини погрузчики Bawoo

Катализатор не работает сразу после запуска двигателя: минимальная температура, при которой он начинает уменьшать количество вредных веществ в выхлопных газах, составляет около 300 градусов по Цельсию (катализаторы размещаются как можно ближе к выпускному коллектору для быстрого нагрева).

В свою очередь, фактическая рабочая температура составляет около 800 градусов Цельсия. В последних моделях автомобилей используются два катализатора: первый работает в так называемых холодный старт, второй при нормальной работе двигателя.

Что ломается?

Средний катализатор сохраняет свои свойства до 100 000 километров пробега (в некоторых случаях долговечность каталитического вклада может быть намного выше). Небрежность в результате отсутствия технических проверок и механических повреждений способствуют значительному сокращению срока его службы.

В первом случае это o масло или охлаждающая жидкость, попавшие в выпускную систему, в другом — быстрое охлаждение катализатора (например, после вождения в глубокую лужу на проезжей части) или его повреждение, например, в результате внезапного столкновения с высокой бордюром.

В дизельных двигателях проблема с катализатором также может быть связана с отсутствием его проходимости.

Почему? Установки, работающие на дизельном топливе, выделяют большее количество твердых частиц, что увеличивает вероятность засорения конвертера. Для оценки проходимости катализатора, измерение так называемого противодавление выхлопных газов при работающем двигателе на холостых оборотах.

Катализатор и LPG

В правильно функционирующей газовой установке смесь пропан-бутан не оказывает неправильного воздействия на каталитическую систему. Проблема может заключаться в установках СНГ самого старого поколения без электронного регулирования состава газовоздушной смеси.

В этих установках используется смеситель (так называемое сопло Вентури), и состав выхлопных газов зависит от его регулирующих свойств, что во многих случаях неуместно. Как следствие, это приводит к быстрому снижению каталитических свойств и повреждению самого реактора.

Причины неисправности катализатора автомобиля

17.09.2020

С середины ХХ века мировая общественность постоянно ужесточает меры борьбы с выбросами в атмосферу, характерными при работе двигателей внутреннего сгорания. Из-за этого все современные транспортные средства (кроме электротехнических) оснащаются каталитическими нейтрализаторами. Автовладельцы называют их также катализаторами, катколлекторами, конвертерами и т. д. Устройства устанавливаются в выхлопную систему автомобиля и крепятся на выходное отверстие «штанов» (приемной трубы), соединенной с блоком цилиндров.

Чем выше требования по токсичности к данной транспортной единице (Евро-3,4,5), тем ближе размещают катализатор к двигателю. Это связано с принципом работы устройства – эффективное течение каталитических реакций возможно лишь при высоких температурах (обычно 300-800 0С). Только в этом случае КПД узла может достигать 98%. Поэтому, когда происходит холодный запуск двигателя, требуемая очистка выхлопа начинается лишь спустя некоторое время, необходимое на его прогрев.

Устройство, функциональность и принцип работы очистителей выхлопа

Выхлопные газы автомобиля с остатками не догоревшего топлива содержат различные токсичные вещества. Каталитические преобразователи не позволяет им попасть в атмосферу, так как способствуют дожиганию и окислению этих составляющих. Фактически в них используются компоненты, ускоряющие или вызывающие определенные реакции, но не расходуемые при этом. Их нельзя классифицировать ни как реагенты, ни как продукты течения наблюдаемых процессов, они лишь помогают сжечь и нейтрализовать газы в выхлопной смеси до экологически допустимых показателей.

Катализаторы принято устанавливать на выходе двигателей внутреннего сгорания, использующих в качестве топлива бензин, солярку или газ, хотя для последнего варианта есть свои оговорки. В них осуществляется нейтрализация трех основных компонентов:

·        окислов азота NOx, вызывающих смог и кислотные дожди;

·        угарного газа CO, затрудняющего дыхание;

·        углеводородов CH, являющихся сильными канцерогенами.

Это отражается на конструкции устройств. Трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы независимо от используемых материалов создаются по единому принципу. В тугоплавком металлическом корпусе размещается пористая ячеистая подложка из сот либо бусин. Ее исходным материалом бывает металл или керамика. На их поверхность наносится палладиевое (реже платиновое или золотое), родиевое и иридиевое напыление, имеющее высокую химическую активность. Для автомобилей на дизельном топливе в катализаторы на выходе могут еще встраиваться сажевые фильтры (или они устанавливаются, как отдельные элементы выхлопной системы).

При попадании выхлопных газов в ячеистые блоки катализатора, и при их дальнейшем движении, там выполняется поэтапное преобразование вредных веществ в безопасные. Благодаря золоту, платине или палладию происходит окисление несгоревших углеводородов до водяного пара, а угарного газа до углекислого. Потом, от взаимодействия с родием восстанавливаются азотные оксиды, и становятся обычным безвредным азотом. На выходе из устройства состав газов контролируется датчиком-анализатором, управляющим через бортовой компьютер интенсивностью их подачи из камеры сгорания.

Типовые проблемы, их причины и вероятность устранения

Средний срок службы каталитического преобразователя составляет 120-150 тыс. км. пробега, но при строгом соблюдении правил эксплуатации устройство может свободно проработать и 200 тыс. км. Более долговечны модели с металлической решеткой, так как керамика боится механических воздействий и ударов, но степень очистки у них хуже. Существует несколько причин для преждевременного выхода катализаторов из строя:

• Некачественное топливо. Чем ниже его октановое число, тем дольше горит смесь на выпуске и выше температура выхлопа.

• Проблемы с зажиганием. Не сгоревшая в одном из цилиндров топливная смесь будет догорать в катколлекторе.

• Возникновение механических повреждений решетки. К ним приводят как внешние воздействия, так и вибрация тракта выхлопа при нарушении крепежей.

• Термические удары. Металл и керамика трескаются при неожиданных взаимодействиях разогретого устройства с водой или снегом (резкий заезд в лужу или сугроб).

• Присадки и незамерзающие добавки в топливе, а также посторонние жидкости в выхлопной системе и камере сгорания. Часто они меняют температуру и длительность горения смеси.

• Ускоренный прогрев в холодных условиях. Он связан с конструктивными особенностями управляющей системы некоторых иномарок.

Также остается актуальным и обычный заводской брак. В итоге соты катализатора могут забиться сажей, оплавиться или посыпаться. В первом случае поможет обычный прожиг (выполняют многие СТО), в остальных устройство придется менять. Точно классифицировать проблему можно диагностикой, но существуют и определенные признаки. Загорается индикатор ошибки двигателя, падает его мощность, появляются рывки и троение, становятся нехарактерными показания датчика и лямбда-зонда, появляется шум в системе при наборе оборотов.

Преимущества обращения в компанию «Ремонт-лидер»

Оригинальный каталитический нейтрализатор – одна из наиболее дорогих частей в автомобиле. Поэтому менять его после истечения гарантийного срока достаточно накладно. Нередко автовладельцы устанавливают вместо него пламегаситель с обманкой кислородного датчика и перепрошивают ЭБУ. Но это приводит к снятию авто с гарантии, резкому увеличению СО (вплоть до непрохождения техосмотра) и снижению ресурса мотора. На станциях московского сервиса Ремонт-лидер вам предложат с максимальными скидками несколько вариантов решения возникшей проблемы:

• Установку оригинальной универсальной детали, подходящей для любого автомобиля. Ее вам подберут из доступных по стоимости, но качественных аналогов проверенных фирм-производителей.

• Замену блока с сотами. Это достаточно трудоемкая операция, но значительно дешевле нового устройства и прослужит такая система 70-90 тыс. км.

• Удаление из корпуса детали ячеистой начинки или ее замена пламегасящим устройством. Специалисты сервиса оказывают и такую услугу, хоть она крайне не рекомендована.


Автомобильный катализатор. Устройство

Содержание:

  1. Какие бывают катализаторы
  2. Причины вызывающие поломку катализатора
  3. Выявляем неисправности катализатора

Автомобильный катализатор, или каталитический конвертер, один из элементов системы выхлопа понижающий токсичность выхлопных газов. Достигается это химической реакцией направленной на составные элементы отработанной топливной смеси: оксид азота, угарный газ, углеводород.

Расположение катализатора на автомобиле.

Катализатор – действующее вещество, способное вызвать, ускорить преобразование, без включения в сам процесс. Подобнее влияние способны оказывать: хром, родий, золото палладий, никель, медь. С использованием этих свойств и строится действие катализатора, ускоряется процесс преобразования вредных элементов.

Катализатор может быть установлен после приемной трубы системы выхлопа или непосредственно на трубу. Второй способ повышает эффективность прибора, так как для его работы нужна температура выше трехсот градусов, в то же время слишком высокая температура сокращает срок службы каталитического нейтрализатора.

Вещества, входящие в состав выхлопа системы двигателя внутреннего сгорания:

  • вода;
  • азот;
  • углекислый газ, вреден не он, а его избыток.

Перечисленные составляющие выхлопного газа безвредны, но кроме них есть еще и элементы, считающиеся опасными для человека, окружающей среды:

  • углеводород, оксид азота – входит в состав смога;
  • окись углерода – ядовитое вещество, газ незаметен глазом, не имеющий запаха.

Принцип работы катализатора в схеме.

Катализаторы, которые сегодня используются в автомобилестроении, трехкомпонентные. В них три преобразователя, по одному на каждый токсичный компонент смеси.Внешне катализатор выглядит, как стальной корпус, внутри которого помещается конструкция, напоминающая либо соты, либо бусины, выполненные из керамики.

Сотовые ячейки изготавливаются из керамики или металла с напылением химического элемента, выступающего в качестве ускорителя реакции. Сейчас в качестве катализатора стали активно использовать золото, его стоимость меньше, чем палладия, платины или родия, применяемых до этого.

Прибор, внутри которого керамические бусины, имеет более низкую стоимость, но проигрывает в хрупкости конструкции, выводится из строя незначительным механическим воздействием.

Катализатор, в качестве действующего вещества, может использовать вещества, которые выполняют окислительную функцию или восстанавливающую.

Восстанавливающий нейтрализатор действует на состав отработанных газов так, что бы максимально сократить количество оксида азота, выбрасываемого в атмосферу, создается такой эффект платиновым или родиевым покрытием. Происходит химическая реакция: оксид, двуоксид азота, соединяясь с катализирующим элементом, расщепляется на атомы азота и кислорода, в результате получаем кислород и газообразный азот, не приносящий вреда среде.

Окислительный каталитический конвертер, используя палладий и платину, дожигает несгоревшее топливо, насколько это возможно, в результате образуется углекислый газ, выпускаемый в окружающую среду. В процессе сжигания происходят реакции, дающие кроме углекислого газа воду и азот.

Причины, ведущие к поломке каталитического преобразователя.

Керамические нейтрализаторы отличаются хрупкостью конструкции, вывести из рабочего состояния прибор может:

  • Механическое повреждение, спровоцированное ударом, например, о выступающий камень на дороге;
  • Разница температур, вызванная попаданием холодной жидкости с дорожного покрытия на работающий катализатор;
  • Некорректно работающая система зажигания. В случае, когда при запуске двигателя топливная смесь не воспламеняется, ГМС попадает из приемной трубы в емкость катализатора, при последующем запуске системы, попавшее горючее детонирует внутри катализатора, что приведет к разрушению внутренней структуры преобразователя.

Причиной поломки всех видов прибора могут быть:

  • плохой бензин, содержащий примеси;
  • проникновение в нейтрализатор масла по причине изношенных колпачков;
  • при проникновении внутрь катализатора жидких смесей очищающих топливную систему;
  • переобогащенная ТВС;
  • простой на «холостом» ходу.

Как узнать, что нейтрализатор пришел в негодность

  1. Резко ухудшается динамика транспортного средства, плавающие обороты на холостом ходу, в процессе эксплуатации автомобиль «не вытягивает», визуально можно увидеть покраснение корпуса катализатора, это случается при забивке сот, утраты пропускной способности прибора;
  2. В некоторых случаях можно услышать звон или позвякивание (осыпание внутренней конструкции прибора).

При проведении диагностики и при выявлении необходимости замены стоит учесть, что отремонтировать вышедшую из строя деталь выхлопной системы отремонтировать нельзя, только полная замена такой же катализатор, или аналогичный универсальный преобразователь.

При желании можно произвести замену катализатора на пламегаситель.

Где находится катализатор в автомобиле. Место размещения.

Автомобильный катализатор выхлопных газов – это один из компонентов выхлопной системы, который стали монтировать с начала 70-х годов прошлого столетия. Примерно тогда начали разрабатывать первые нормы по содержанию и химическому составу вредных компонентов выхлопных газов, выпускаемых двигателями внутреннего сгорания.

Содержание

Место размещения катализатора

Ищем катализатор

Кислородные датчики

Место размещения катализатора

Так как работа катализатора возможна только в условиях высокой температуры, такой элемент всегда монтируется сразу после выпускного коллектора либо встраивается непосредственно в коллектор. Катализатор обязательно дополняется лямбда-зондом, работающим по принципу анализа содержания кислорода в выхлопе. Датчики необходимы для анализа работы каталитического конвертера и трансляции сведений бортовому компьютеру. Они же сообщают, что есть какие-то нарушения в работе элемента.

Стандартный автомобильный нейтрализатор рассчитан на срок эксплуатации не более 150 тыс. км пробега, но этот параметр может меняться в любую из сторон. Чтобы верно определить работоспособность компонента, можно выполнить диагностику катализатора своими силами или в автомастерской, где имеется специализированное оборудование.

Катализатор – это узел выхлопной системы автомобиля, эффективность работы которого оказывает самое непосредственное влияние на чистоту отработанных газов, а также степень загрязненности окружающей среды. Если несколько признаков неисправности, которые считаются первыми:

  • Утрата динамики и мощности автомобиля;
  • Возникновение дребезжащего звука в районе выхлопа;
  • Появление сигнала Check Engine;
  • Появление неприятных запахов снаружи и их проникновение в салон авто.

Если обнаружена поломка, то катализатор требуется вырезать, а на его место установить новое устройство либо какое-то альтернативное.

Отработанные катализаторы сдаются в специализированные приемные пункты, так как хранение и выброс токсичных устройств приносит большой вред экологии.

Ищем катализатор в машине

Если водитель намерен справиться с проблемой самостоятельно, то требуется точно знать место размещения катализатора в автомобиле, а также способы его демонтажа.

Блок размещен в начале крепления глушителя, где выходят раскаленные газы и недогоревшие топливные частицы. Это очищается и дожигается в автокатализаторе: металлическая колба, внутри которой имеется сотовая структура со стенками, покрытыми драгметаллами – родием, платиной и палладием, обеспечивающие необходимые реакции.

В любом автомобиле классический конвертер размещен непосредственно за выпускным коллектором, где осуществляется сбор газов с четырех цилиндров, а далее они направляются в блок катализатора и вступают в реакцию с каталитическим слоем металлов. Нейтрализатор визуально имеет вид металлического бачка, размеры которого немного больше, чем остальных компонентов.

Ранее компонент крепили непосредственно под днищем авто, а не в пространстве под капотом, что создавало некоторые неудобства на неровных дорогах, так как устройство часто просто отрывалось. Новый катализатор – это довольно дорогостоящий компонент, поэтому большинство производителей монтируют его рядом с выпускным коллектором. Такое размещение считается более практичным.

Если просто открыть капот автомобиля, то можно не сразу определить, есть там катализатор или нет. На многих иномарках его закрывает металлическая защита, поэтому оценить состояние устройства можно только на смотровой яме либо подъемнике.

Кислородные датчики

Лямбда-зонды являются важными спутниками катализатора, так как они отвечают за проверку качества очистки газов. Однако будет ошибкой считать, что датчики вкручиваются непосредственно в нейтрализатор, так как это две самостоятельные единицы. У лямбда-зонда есть вполне конкретные задачи:

  • Отслеживание содержания кислорода на входе в блок катализатора и на выходе из него;
  • Определение расхода и обмена топливной подачи, чтобы избежать переливов;
  • Подача сигналов о том, что катализатор неисправен.

Примерно полвека каталитический конвертер является одним из важных компонентов автомобилей, которые работают на топливе различных видов. Однако новые устройства очень дорогие, что заставляет автовладельцев находить какие-то альтернативные способы замены блока. Часто его просто удаляют полностью, ездят без него, что является источником экологической  катастрофы. Каждый самостоятельно должен решать вопросы утилизации катализаторов, так как их можно просто выбросить либо сдать в специализированные пункты приемы.

Что содержится в катализаторе что содержится в катализаторе

В чем заключается работа катализатора?

Термин «катализатор» пришёл из химии. Означает вещество, ускоряющее реакцию, не являющееся продуктом реакции. Бывает двух типов: катализатор восстановления, катализатор окисления.
В современных автомобилях используется трёхкомпонентный каталитический преобразователь, уменьшающий количество выбросов 3‐х самых вредных веществ, озвученных ранее.Первая стадия очистки — катализатор восстановления, снижает количество оксидов азота.Вторая стадия — катализатор окисления, снижает уровень несгоревших вредных веществ.Третью стадию выполняет компьютер, контролирующий поток выхлопов и использующая данные для эффективного управления впрыском топлива. Кислородный датчик, установленный ближе к двигателю, передает бортовому компьютеру объем кислорода в выхлопе. Который регулирует пропорцию воздуха к топливу, попадающего в двигатель. Такая модель позволяет удостовериться, что работа двигателя максимально эффективна, и в выхлопной системе остаётся достаточно кислорода для окисления не сгоревших веществ.
Каталитический нейтрализатор работает эффективно, но не достиг идеала. Самый большой недостатком: работа только при высокой температуре. В момент прогрева каталитический преобразователь практически бесполезен. Можно переместить бочку катализатора выше к двигателю, но газы будут более горячими, что приведет к перегреву, а это уменьшит срок работы нейтрализатора. Большинство производителей размещают каталитический преобразователь в районе правого переднего колеса — на достаточном расстоянии от двигателя, с возможностью поддержания необходимой безвредной температуры.

Для сокращения выбросов можно использовать предварительный нагрев каталитического нейтрализатора. Самое элементарное — использовать электрические нагреватели сопротивлений. Но большинство автомобилей (12-вольтные) не нагревают катализатор до необходимой температуры за короткое время. Гибридные автомобили (высоковольтные) справляются с этой задачей очень быстро. Дизельный двигатель работает при низкой температуре, вследствие чего катализатор не продуктивен. В связи с этим, ведущие проектировщики эко-автомобилей изобрели систему, использующую мочевину (карбамид). Мочевина реагируя с оксидом азота, выделяет азот и водяной пар, обезвреживая более 90% оксидов из выхлопа.

%rtb-4%

Как определить, что катализатор нуждается в замене

Как правило, катализатор считается вышедшим из строя, если его каталитический слой сгорел в процессе эксплуатации. В автомобилях с современной бортовой системой при поломке нейтрализатора загорается ошибка. Если же автомобиль не новый, то определить приближающийся выход из строя нейтрализатора можно по следующим признакам:

  • Тяга на больших оборотах временно или постоянно пропадает.
  • Автомобиль стал хуже заводиться «на горячую». По утрам, при этом, мотор долго не заводится.
  • Начали пропадать обороты. Например, когда вы давите на газ, а тахометр еле-еле доходит до 2 – 4 тысяч оборотов, но выше стрелка не идет. При этом автомобиль начал потреблять больше топлива.

Эти признаки свидетельствуют о том, что катализатор находится в «полурабочем» состоянии, то есть еще работает, но уже пора менять. А если нейтрализатор вовсе «приказал долго жить», то вы заметите, что машина начала слишком долго заводиться, но даже если мотор и начинает работать, но почти сразу он глохнет. Либо автомобиль и вовсе не заводится. Убедиться что причина в этом случае именно в катализаторе довольно просто: нужно завести мотор и подойти к выхлопной трубе, если выхлопные газы не идут (вы их не чувствуете рукой), значит пришло время менять составную часть выхлопной системы.

Как понять, что он вышел из строя?

В результате оплавления ячеек или разрушения керамики, крошка забивает следующие по ходу движения выхлопных газов «блинчики». Двигателю становится тяжело дышать, он не может выдуть выхлоп.

Из этого вытекают первые признаки выхода из строя катализатора:

  1. Двигатель теряет мощность. Многие водители жалуются, что машина перестает ехать, пропадает динамика;
  2. На приборной панели выпадает ошибка «Check Engine». При сканировании блока управления мотором это ошибка по второй лямбде;
  3. Некоторые отмечают, что при поломке частично или полностью пропадает выхлоп их выхлопной трубы;
  4. Увеличивается расход топлива.

Основные симптомы забитого катализатора

Чтобы предотвратить поломку, важно регулярно проводить диагностику автомобиля. Кроме того, существуют конкретные признаки износа катализатора, которые помогут выявить проблему на ранних стадиях:

  1. Двигатель заводится с трудом и глохнет после запуска.
  1. На приборной панели горит индикатор Check Engine, или, как его еще называют, «чек» двигателя.
  1. Выхлопные газы еле-еле выходят из трубы. Этот признак говорит о том, что катализатор серьезно забился.
  1. Автомобиль теряет в мощности и динамике, слабо откликается при нажатии на газ, при этом увеличивается расход топлива и моторного масла.
  1. Во время холодного пуска двигателя появляется едкий запах, которого раньше не было. Обычно этот признак свидетельствует о разрушении катализатора.
  1. При разгоне или перегазовке слышен неприятный металлический звук.

Что делать, если катализатор вышел из строя?

Если признаки сломанного катализатора налицо, использование такой машины чревато негативными последствиями. Лучше заранее решить проблему, пока она не повлекла за собой другие. Существует несколько способов:

  1. Попытаться промыть или прочистить устройство. Это может помочь только в случае несильного засорения. Если катализатор оплавлен или разрушен, либо его соты полностью закупорены, этим способом решить проблему не получится.
  1. Заменить устройство на новое. Тут есть два нюанса: оригинальная деталь будет стоить очень дорого, а дешевый универсальный катализатор довольно сложно правильно подобрать.
  1. Установить пламегаситель вместо катализатора. Правда, для корректной работы электронного блока управления его придется либо перепрошить, либо использовать так называемые обманки.

Попробовали прочистить катализатор, но все симптомы указывают на то, что проблема не решена? Значит, единственный выход — демонтировать устройство, чтобы заменить на новое или установить пламегаситель. Но есть и хорошая новость — неисправную деталь можно выгодно продать.

Принцип работы катализатора и схема устройства

Работа автомобильного катализатора основана на применении веществ, ускоряющих горение нереализованного топлива в цилиндрах, тем самым, снижая до минимума выделение вредных веществ в атмосферу.

Огромное количество машин использует двигатель внутреннего сгорания, выхлоп которых представляет токсичные газы: оксид азота, монооксид углерода и несгорающие компоненты топлива. В целях сохранения экологически чистого воздуха в окружающей среде ученые разработали устройство, способное за 0,1 секунды выделить в токсичном газе вредные вещества и нейтрализовать их, не создавая при этом разрушительных воздействий двигателю. Катализатор (или каталитический конвертор, или нейтрализатор) переработав токсичные газы выделяет пары воды и кислород, углекислый газ.

Чтобы понять, как работает катализатор, необходимо увидеть его структуру внутри корпуса. Если разрезать верхнюю часть корпуса катализатора, то под нержавеющей крышкой конструкция представит собой два керамических блока, каждая из которых состоит из большого количества каналов (от 1000 до 3000).

С торцов блоки покрыты драгоценным металлом. Платина и родий на первом блоке, платина и палладий на втором, при этом первый является восстанавливающим, уменьшающим выбросы оксида азота, а второй окислительный. Окислительный катализатор (блок) уменьшает количество несгоревшего топлива и окиси углерода. Процесс происходит при высоких температурах, достигающих 750 градусов по шкале Цельсия.

Совместное использование драгметаллов обеспечивают реагирование с токсичными газами и производить на выходе из глушителя автомобиля безопасные продукты горения. Используемые драгметаллы (платина, родий, палладий) не подаются коррозии, но по ценовой политике – это самые дорогие материалы, используемые в катализаторах. В среднем, производителям катализаторов драгметаллы обходятся за 1 кг в 50000 долларов, но цена окупается прежде всего получением экологически чистых газов на выхлопе.

Чтобы максимально увеличить поверхность контакта металла с газами и была разработана система микроканалов, которые обеспечивают общую площадь металлов примерно равную площади футбольного поля.

Отработанный газ из цилиндров устремляется с огромной скоростью в каталитический нейтрализатор и в первую очередь проходит через соты (каналы) первого блока (восстанавливающий) платиново-родиевым покрытием. Молекулы платины, родия и оксида азота вступают в химическую реакцию. Эти металлы притягивают к себе молекулы кислорода, а свободные атомы азота взаимодействуют между собой. Результат – оксид азота превращается в кислород и азот, которые вместе составляют 99% того газа чем мы дышим.

Далее газы поступают во второй блок (окислительный), через тысячи микроканалов, покрытых платиной и палладием. Эти драгметаллы притягивают кислород. Высокие температуры заставляют объединяться монооксиду углерода с еще одной молекулой кислорода и, в результате наступает преобразование токсичного газа в углекислый газ – газ, из которого состоит обычная питьевая газировка.

Помимо этого, еще есть молекулы негорючих веществ. Экстремально высокие температуры заставляют их рекомбинировать с молекулами кислорода. В результате, еще вырабатывается больше углекислого газа и вода.

Схема химических реакций, протекающих в блоках выглядят следующим образом:

  • CH+O2 -> CO2+H2O;
  • NO+CO -> N2+CO2;
  • CO+O2 -> CO2;
  • NO+H2 -> N2+H2O.

Таким образом, реализация в катализаторах ускорителей в виде драгметаллов позволяет получить химические реакции, нейтрализующие токсичные, вредные вещества CO, CHx и NOx с получением на выходе безвредной воды H2O, азота N2 и углекислого газа CO2.

Почему нейтрализатор может выйти из строя

Каталитическое устройство имеет довольно длительный срок службы, и если разрушение происходит в короткие сроки после начала эксплуатации автомобиля, то у транспортного средства имеются скрытые проблемы с системами питания и зажигания. Перед заменой данного устройства обязательно требуется полная диагностика этих систем.

В том случае, если некорректно работают эти системы, как минимум в одном из цилиндров не происходит полного сгорания топлива, и катализатор вынужден работать в усиленном режиме, дожигая его.

Очень крупные неприятности могут вызвать высоковольтные провода или катушки и свечи зажигания. При нарушении в работе форсунок может переливаться топливо, что тоже влечёт за собой выход из строя катализатора. Если происходит залегание или износ колец и колпачков цилиндропоршневой системы, переливаться и догорать начинает ещё и моторное масло.

Как уже говорилось ранее, керамическая начинка может быть очень легко повреждена при механическом воздействии. Во избежание данной ситуации не помешает установить дополнительную защиту на днище авто.

Разрушение керамического содержимого катализатора чревато попаданием крошек в цилиндры двигателя, где они повреждают стенки и могут даже привести к поломке двигателя. Чтобы не произошло ничего подобного, необходимо следить за состоянием своего транспортного средства и вовремя производить необходимый ремонт.

Причины и признаки неисправности

Рабочий ресурс автомобильного каталитического нейтрализатора, как уже отмечалось выше, примерно 150 тысяч километров. В процессе эксплуатации деталь постепенно выгорает, и чем хуже топливо, тем происходит это быстрее. Дело в том, что искусственные присадки в плохом бензине способствуют повышенному нагреванию топлива, и соты катализатора оплавляются и забиваются.

Выработавший свой ресурс катализатор подлежит замене

Неисправность катализатора фиксирует лямбда-зонд, и на приборной панели выскакивает ошибка «CHECK ENGINE» (Проверить двигатель). При низкой эффективности работы катализатора вследствие его засорения на панели может высветиться ошибка «Р0420». Кроме того, симптомами выхода из строя детали являются:

  1. Дребезжание и вибрация под днищем автомобиля. Если при разгоне или перегазовке слышен лязг, значит, детали внутри корпуса катализатора осыпались, или деталь сдвинулась с места.
  2. Снижение динамики двигателя. Автомобиль медленно разгоняется. Как будто его удерживают сзади. Это говорит о том, что соты частично забиты.
  3. Временное отсутствие тяги на высоких оборотах.
  4. Трудности с запуском двигателя. При полной поломке катализатора автомобиль глохнет сразу после запуска.
  5. Сизый оттенок выхлопов с едким, удушливым запахом – этот признак говорит о значительном разрушении или оплавлении сот.
  6. Повышение расхода топлива. Этот признак неоднозначен и может свидетельствовать о других проблемах. К примеру, расход бензина увеличивается, если забиты топливные форсунки.

Все эти признаки свидетельствуют о том, что узел пока работает, но соты частично оплавлены и пропускная способность их снижена. Если продолжить эксплуатацию автомобиля в этой ситуации, мотор может перестать заводиться.

Что говорит о необходимости замены нейтрализатора

Существующие сегодня модели нейтрализаторов по большей части имеют запас прочности на прохождение от 100 до 120 тысяч км., но может возникнуть неожиданная потребность в замене и несколько раньше.

Явным признаком окончания срока эксплуатации данного устройства будет выгорание каталитического напыления на соты. В современных моделях автомобилей о данной проблеме сразу же сообщает бортовая система – загорается сообщение об ошибке. В том случае если транспортное средство не новое и не имеет бортового компьютера, о возникновении проблемы данного рода можно судить по следующим признакам:

  • на повышенных оборотах может временно, а иногда и постоянно пропадать тяга;
  • очень плохо заводится машина, требуется долго работать стартером;
  • неожиданно при полном вдавливании педали обороты перестают подниматься выше четырёх тысяч, а иногда и меньше, оборотов, при этом автомобиль требует гораздо больше топлива.

Все перечисленные признаки сигнализируют о возникновении проблемы, система ещё работает, но пришло время её замены. Эти проблемы возникают в результате частичного оплавления или разрушения сот и снижения пропускной способности для выхлопных газов. Если проигнорировать данный факт, в скором времени можно столкнуться с ситуацией, когда мотор начинает заводиться с большими проблемами, и даже если заведётся, то очень быстро глохнет – катализатор полностью в нерабочем состоянии. Подтверждением неисправности именно нейтрализатора является тот факт, что из выхлопной трубы перестаёт идти газ при включенном моторе. Наличие газов нужно проверять рукой, поднесённой к отверстию.

Ещё одним сигналом о разрушившемся катализаторе будет грохот под автомобилем. Наиболее явно он слышен во время запуска мотора. Это происходит потому, что устройство уже разрушено, и части керамической начинки под воздействием напоров газов хаотично бьются о кожух.

Что такое катализатор

Катализатор – это необходимый компонент системы отвода продуктов сгорания топливно-воздушной смеси в автомобиле. Функционирование элемента базируется на химической реакции нейтрализации тяжелых частиц и опасных газов. У таких автомобилей выхлопные газы не увеличивают показатели смога в городе.

Отыскать этот элемент можно в магистрали выхлопной системы. Он размещается как можно ближе к впускному коллектору. Это делается потому, что реакция осуществляется только при высокой температуре. Эффективность функционирования устройства обеспечивается тем, что на выходе из двигателя газы имеют наибольшую температуру.

Диагностика автомобильного катализатора

Определить неисправность можно по нескольким признакам:

  • На панели приборов загорелась лампочка “Check Engine”. Она включается при любых ошибках мотора. В нашем случае, как результат нехарактерных показателей датчика, лямбда-зонд. Точно определить, что причина в катализаторе может диагностика сканером.
  • Снижение мощности двигателя. При неисправном катализаторе машина начинает троить, дергаться, хуже разгоняется. Причина в снижении пропускной способности каталитического нейтрализатора, связанной с частичным разрушением сот: они запекаются, забивают проход для выхлопных газов. В итоге мотор «задыхается».
  • Грохот под днищем. Обычно проявляется на высоких оборотах, изредка сразу после запуска. Причина в частичном разрушении керамической конструкции сот. Отпавшие частицы начинают биться о стенки катализатора под воздействием потока газов и центробежных сил.
  • Недостаточно сильный или ровный напор газов из глушителя. При исправном нейтрализаторе, поднеся руку к выхлопной трубе, можно ощутить слабую пульсацию, она возникает вследствие поочередной работы выпускных клапанов. Если поток ровный или ослабленный, вероятно проблема в разрушенных сотах катализатора.

Каталитический нейтрализатор не выходит из строя резко и неожиданно. Обычно перед отказом начинаются мелкие проблемы из списка выше.

Катализатор в разборе

Как работает автомобильный каталитический нейтрализатор?

Для работы двигателя внутреннего сгорания важно, чтобы в его цилиндрах происходил стабильный процесс сгорания воздушно-топливной смеси. Во время этого процесса образуются вредные газы, такие как оксид углерода, оксиды азота, углеводороды и другие

Если в автомобиле нет каталитического нейтрализатора, все эти чрезвычайно вредные газы после выброса в выпускной коллектор из двигателя будут проходить через выхлопную систему и будут попадать непосредственно в воздух, которым мы дышим.

Если транспортное средство имеет каталитический нейтрализатор, выхлопные газы будут проходить от двигателя к глушителю через соты подложки и вступать в реакцию с драгоценными металлами. В результате химической реакции вредные вещества нейтрализуются, и из выхлопной системы в окружающую среду попадает лишь безвредный выхлоп, состоящий в большей степени из углекислого газа.

Из уроков химии мы знаем, что катализатор — это вещество, которое вызывает или ускоряет химическую реакцию, не влияя на нее. Катализаторы участвуют в реакциях, но не являются ни реагентами, ни продуктами каталитической реакции.

Есть две стадии, через которые проходят вредные газы в катализаторе: восстановление и окисление. Как это работает?

Когда рабочая температура катализатора достигает от 500 до 1200 градусов по Фаренгейту или 250-300 градусов по Цельсию, происходят две вещи: восстановление, и сразу после этого реакция окисления. Это звучит немного сложно, но на самом деле это означает, что молекулы вещества одновременно теряют и получают электроны, из-за чего меняется их структура.

Восстановление (поглощение кислорода), которое происходит в катализаторе, направлено на превращение оксида азота в экологически чистый газ.

Как работает автомобильный катализатор на стадии восстановления?

Когда закись азота из выхлопных газов автомобиля попадает в катализатор, платина и родий в нем начинают воздействовать на разложение молекул оксида азота, превращая вредный газ в совершенно безвредный.

Что происходит на стадии окисления?

Вторая стадия, которая происходит в катализаторе, называется реакцией окисления, в которой не сгоревшие углеводороды превращаются в диоксид углерода и воду путем смешивания с кислородом (окисление).

Реакции, которые происходят в катализаторе, изменяют химический состав выхлопных газов, изменяя структуру атомом, из которых они состоят. Когда молекулы вредных газов переходят из двигателя в катализатор, он разделяет их на атомы. Атомы, в свою очередь, рекомбинируют в молекулы в относительно безвредные вещества, такие как диоксид углерода, азот и вода, и выбрасываются в окружающую среду через выхлопную систему.

Основными типами каталитических нейтрализаторов, используемых в бензиновых двигателях, являются два: двухсторонний и трехходовой.

Двусторонний

Двустенный (двухсторонний) катализатор одновременно выполняет две задачи: окисляет окись углерода до двуокиси углерода и окисляет углеводороды (не сгоревшее или частично сгоревшее топливо) до двуокиси углерода и воды.

Этот тип автомобильного катализатора использовался в дизельных и бензиновых двигателях для снижения вредных выбросов углеводородов и окиси углерода до 1981 года, но поскольку он не мог преобразовывать оксиды азота, после 81 года его заменили трехкомпонентными катализаторами.

Трехходовой окислительно-восстановительный каталитический нейтрализатор

Этот тип автомобильного катализатора, как выяснилось, был представлен в 1981 году, и сегодня его устанавливают на все современные автомобили. Трехходовой катализатор выполняет три задачи одновременно:

  • восстанавливает оксид азота до азота и кислорода;
  • окисляет окись углерода до двуокиси углерода;
  • окисляет не сгоревшие углеводороды до углекислого газа и воды.

Поскольку этот тип каталитического нейтрализатора выполняет обе стадии катализа — восстановление и окисление, он выполняет свою задачу с эффективностью до 98%. Это означает, что если ваш автомобиль оснащен таким каталитическим нейтрализатором, он не будет загрязнять окружающую среду вредными выбросами.

Как почистить катализатор?

Засорившийся с течением времени катализатор рекомендуется быстро и тщательно прочистить. В противном случае двигатель начнет «задыхаться», его мощность упадет, а расход топлива, наоборот, вырастет. На необходимость заняться очисткой нейтрализатора указывают признаки:

  • упавшая мощность мотора и медленный разгон;
  • возникают проблемы с запуском двигателя;
  • мотор самопроизвольно отключается на ходу;
  • двигатель нестабильно работает на холостом ходу;
  • цвет выхлопа изменился, стал более выраженным.

Визуально на необходимость прочистки нейтрализатора указывает его загрязненность продуктами горения, смолами, маслом и прочими посторонними включениями. Есть два способа его очистки:

  • Механическая. Для такой прочистки применяется наждачная бумага. Нужно демонтировать нейтрализатор, взять кусочек наждачки и счистить налет с металлических или керамических сот, аккуратно надавливая на них. Оставшиеся после процедуры частицы грязи, масла и сажи удаляются из нейтрализатора сжатым воздухом, подаваемым под давлением.
  • Жидкостная. Используется специальная промывка, которую можно купить в магазине автодеталей. Если такой возможности нет, можно использовать этанол или жидкость для очистки карбюратора. Порядок работ – демонтаж катализатора и его погружение в тару. Далее соты обильно поливаются промывкой, а через 20-30 минут – струей горячей воды.

В конце жидкостной очистки нужно тщательно просушить нейтрализатор с помощью сжатого воздуха. Если чистота детали вас не удовлетворит, процедура повторяется еще раз с самого начала.

В случае с механической очисткой важно проявить аккуратность и не давить наждачкой на соты слишком сильно. Керамические детали могут треснуть, раскрошиться и от небольшого давления

Срок службы катализатора

Разрушение керамического блока катализатора

Средний ресурс катализатора составляет 100 тыс. километров пробега, но при правильной эксплуатации он может исправно функционировать и до 200 тыс. километров. Основные причины раннего износа – неисправность двигателя и качество топлива (топливовоздушной смеси). При наличии обедненной смеси происходит перегрев, а при слишком богатой возникает засорение пористого блока остатками несгоревшего топлива, что препятствует протеканию необходимых химических процессов. Это приводит к тому, что срок службы каталитического нейтрализатора существенно снижается.

Еще одной распространенной причиной неисправности керамического катализатора являются механические повреждения (трещины), возникающие при механических воздействиях. Они провоцируют быстрое разрушение блоков.

При возникновении неисправностей работа каталитического нейтрализатора ухудшается, что фиксируется при помощи второго лямбда-зонда. В этом случае электронный блок управления сообщит о неисправности, выдав на приборной панели ошибку «CHECK ENGINE». Также признаками выхода из строя являются дребезжание, увеличение расхода топлива и ухудшение динамики. В этом случае его меняют на новый (оригинального производства или универсальный). Почистить или восстановить катализаторы невозможно, а поскольку это устройство имеет высокую цену, многие автомобилисты предпочитают просто удалить его.

Что ценного в катализаторе и как обманывают при его скупке

Внутренняя часть каталитического нейтрализатора имеет особую конструкцию, состоящую из металла или керамики. Визуально этот элемент напоминает собой соты из пчелиного улья. Наружное покрытие каталитического нейтрализатора содержит тонкий слой драгоценных металлов.

Именно благодаря такому напылению удается снизить уровень вредных выбросов. Выхлопные газы после реакции с драгметаллами становятся менее опасными. Для изготовления катализаторов применяются:

  • платина;
  • родий;
  • палладий.

Все они имеют высокую цену, из-за того, что их крайне мало на планете. Например, платины ежегодно добывается не более 10 тысяч килограммов, и около 70 процентов этого объема уходит на производство католических нейтрализаторов.

Вид катализатора снаружи

По этой причине многих людей привлекают такие детали как источник извлечения драгоценных металлов и получения высоких доходов.

Как обманывают при приеме катализаторов

Бизнес по скупке отработанных каталитических нейтрализаторов развивается стремительными темпами. Не все знают, что ценного в катализаторе авто и после удаления просто выбрасывают их в мусор, хотя его можно продать и выручить за это немалые средства.

Основной обман во время скупки катализаторов заключается в намеренном занижении их стоимости для получения сверхприбыли. Покупатель отработанных деталей заявляет, что в них содержится минимальное количество драгоценных металлов.

Это распространенная практика, поскольку достоверной информации о точном содержании драгметаллов внутри катализатора и их истинной ценности после завершения срока эксплуатации нет. Здесь все зависит исключительно от ситуации на рынке – спроса и предложения.

На скупках цену на катализаторы, как правило, занижают

Как не нужно проводить процедуру

Некоторые народные умельцы, с целью экономии времени, применяют «варварский» способ восстановления работоспособности катализатора. Они просто пробивают в детали отверстия, чтобы вернуть мощность работы двигателю.

Такой способ прочистки полностью выводит катализатор из строя. Уровень шума при движении автомобиля повышается, загрязнение выхлопов становится максимальным. Стоит помнить, что эксплуатация автомобиля с неработающим катализатором приводит к различным проблемам с двигателем.

Видео: принцип работы катализатора

В России нет чётких требований к содержанию токсичных веществ в выхлопных газах автомобиля, поэтому вопрос с необходимостью каталитического нейтрализатора в двигателе каждый автовладелец может решать самостоятельно. Многие водители вынуждены удалять эту деталь со своих машин, поскольку качество бензина в нашей стране оставляет желать лучшего. В результате загрязнение воздуха выхлопными газами, особенно в мегаполисах, становится критичным и серьёзно вредит людям.

Главная →

Устройство → Топливная и выхлопная системы →

Устройство катализатора и его разновидности

Существуют три вида катализаторов, разделяющихся по принципу работы:

  • Фильтрующий (катализатор дожигания)
  • Химический
  • Магнитно-стрикционный (МСК)

Катализатор дожигания, в свою очередь, делится на два типа:

– Керамический катализатор

– Металлический катализатор

Внутренняя структура катализатора представляет собой соты, выполненные из керамики или металла. По функциональности они идентичны, но катализатор из металла более надежен, тогда как керамические соты довольно хрупки. Стоит металлический катализатор дороже керамического.

На соты наносится тонкий слой платино-иридиевого сплава, который и обеспечивает окисление выхлопных газов. Платина и иридий – дорогие металлы, отсюда такая высокая стоимость катализатора.

Сам катализатор помещается в корпус из нержавеющей стали.

Двусторонние

Устройство катализатора выхлопных газов двустороннего типа позволяет выполнять сразу несколько задач:

  1. Запустить процесс окисления угарного газа в углекислый;
  2. Окислить несгоревшие углеводороды (частично сгоревшее или несгоревшее топливо) в воду и углекислый газ благодаря реакции горения.

Такие катализаторы чаще всего применяются для дизельных двигателей.

Трехсторонние

Трехсторонний катализатор авто появился еще в 1981 году в целях снизить объемы вредных веществ, попадающих в атмосферу. Этот тип нейтрализатора позволяет выполнять более обширный спектр задач, а именно:

  1. Превращать окиси азота в кислород и азот.
  2. Окислять угарный газ в углекислый газ.
  3. Окислять несгоревшие углеводороды в воду и углекислый газ.

Также существуют дизельные катализаторы и нейтрализаторы для моторов, работающих на бедных смесях.

Помимо этого катализаторы отличают по материалу, из которого изготавливается картридж устройства. Исходя из этого, выделяют:

Керамические нейтрализаторы

Это стандартные модели оснащенные конструкцией в виде сот. Сам керамический элемент в этом случае покрыт платиноиридиевым сплавом.

Если говорить о недостатках таких моделей, то практически все автолюбители выделяют хрупкость керамического устройства, которое достаточно ударить об камень, чтобы соты рассыпались. Также изделие может повредиться если на прогретом авто заехать в лужу, капли воды попавшие на раскаленный нейтрализатор приведут к его поломке.

Помимо этого соты могут распасться в случае неполадок в системе зажигания машины. Например, если топливо воспламеняется не сразу после запуска двигателя, а с небольшой задержкой. В этом случае несгоревшее топливо будет собираться в резервуаре выпускного тракта (то есть в катализаторе) и как только скопившийся бензин взорвется, все соты разрушатся.

Также в таких катализаторах накапливается керамическая пыль, которая попадает в камеру сгорания, а в некоторых случаях даже в цилиндры двигателя.

Единственное преимущество керамического нейтрализатора – это его низкая стоимость.

Металлические нейтрализаторы

Конструкция этого типа отличается повышенной надежностью и прочностью, благодаря чему такой катализатор может выдерживать механические нагрузки на протяжении довольно долгого времени. Соты, установленные в изделии, отличаются своей упругостью, добиться этого удалось благодаря их спиралевидной форме и металлу.

Однако, несмотря на надежность такого нейтрализатора, он также как и керамический «боится»:

  • Некачественного или этилированного топлива.
  • Масел или антифриза, которые попадают в камеру сгорания.
  • Некачественных технических жидкостей для промывки систем, купленных «с рук» или от непроверенного производителя.
  • Переобогащенных топливных смесей.
  • Долгой работы на холостом ходу.

Спортивные

Такие катализаторы также выполнены из металла, однако их пропускная способность намного выше стандартных металлических и керамических изделий. Благодаря этому нейтрализаторы этого типа придают автомобилю дополнительную мощность (от 7% до 20%). Правда, такого результата можно достигнуть только при условии, что в машине установлена прямоточная система выхлопа. При этом катализаторы отвечают экологическим требованиям Евро 4 и 5.

Спортивные модели самые надежные, но их стоимость самая большая.

Исходя из такого большого количества недостатков стандартных моделей, и появились теории о том, что нейтрализаторы приносят больше вреда для самого автомобиля, нежели пользы для экологии. Однако избежать большинства неприятностей можно, если своевременно менять изделие. К слову, катализатор автомобильный ремонт не предполагает, поэтому вышедший из строя элемент необходимо менять.

Причины неисправности катализатора автомобиля

Компании, производящие нейтрализаторы, утверждают, что их можно использовать на протяжении 100 000–150 000 км пробега. Однако в реальности этот агрегат может выйти из строя гораздо раньше, особенно если вы живете в мегаполисе и постоянно стоите в пробках.

Почему нейтрализатор может прийти в негодность? Дело в том, что устройство катализатора автомобиля представляет собой фильтр. А фильтр нужно регулярно менять.

Срок службы агрегата станет меньше, если система зажигания неисправна. Такая проблема обычно выявляется на автомобилях марки Ford и ВАЗ. Если зажигание выставлено неверно, будут случаться пропуски. В результате топливная смесь сгорит лишь частично. Образуется огромное количество сажи, которая скапливается в нейтрализаторе. Оптимальное решение — провести его чистку. Но это не поможет, если оплавилась бобина.

Поломка данного агрегата может произойти, если вы используете низкокачественное топливо. Оно станет не полностью сгорать. Процесс догорания будет происходить в коллекторе, и непосредственно в нейтрализаторе. Микрочастички забьют фильтр, и через него не сможет проходить воздух.

Не стоит рассчитывать на долгий срок службы изделия, если вы используете катализатор в автомобиле низкого качества либо поддельный агрегат. Если вы устанавливаете неоригинальную запчасть, возникает риск того, что диаметр ячеек будет недостаточный. В результате нейтрализатор сразу же забьется и выйдет из строя. Обычно такое можно наблюдать на авто американского производства. Ведь используемое в Америке топливо гораздо более качественное. Поэтому и продуктов горения там останется меньше, по этой причине катализаторы в американских автомобилях делают с небольшими сотами.

Нейтрализатор может засориться отходами горения. Случается это обычно, когда мотор начинает потреблять слишком много масла. Ведь во время его сгорания образуется разъедающий дым черного цвета. В итоге нейтрализатор испытывает на себе пагубное воздействие не только отходов горения, но и масла.

Как работают каталитические нейтрализаторы?

Как работают каталитические нейтрализаторы? — Объясните этот материал Реклама

Почерневшие здания и удушье улицы — если это ваш опыт когда вы открываете входную дверь утром, вы, вероятно, живете в большом таких городов, как Лос-Анджелес, Лондон, Париж или Пекин. Автомобили, автобусы и грузовики стали отличным подарком миру, потому что они помогают нам передвигаться себя (и вещи, которые нам нужны) быстро и эффективно.Но их загрязнение двигателя портит места, где мы живем и вредит нашему здоровью. К счастью, сейчас большинство автомобилей оснащены устройства для снижения загрязнения, называемые каталитическими преобразователи (иногда называемые «кошками» или «кошками-минусами»), которые превращают вредные химические вещества в выхлопных газах автомобилей превращаются в безвредные газы, такие как пар. Давайте подробнее рассмотрим эти блестящие гаджеты и то, как они Работа!

Иллюстрация: основная концепция каталитического нейтрализатора: он находится между двигателем автомобиля и выхлопной трубой, всасывает грязный воздух и удаляет из него значительное количество загрязнений с помощью химических катализаторов.

Почему двигатели загрязняют окружающую среду

Автомобильные двигатели, работающие на бензине или дизельном топливе, которые сделаны из нефти. Большая часть нашей нефти образуется, когда останки крошечных морских существ гниют, нагреваются и сдавливаются слои пород морского дна. Нефть состоит из углеводородов (молекулы, построенные из атомов углерода и водорода) потому что живые организмы в основном тоже состоят из этих атомов.

Теоретически, если вы сжигаете любое углеводородное топливо с кислородом воздуха, вы выделяете много энергии и не производят ничего, кроме углекислого газа и воды, которые чисты и относительно безвредны.Однако на практике бензин представляет собой смесь около 150 различных химикатов, не только углеводородов, но и добавок, и горит не так чисто, как хотелось бы. Это означает, что вы обычно получаете загрязнение воздуха как побочный продукт. Загрязняющие газы, выделяемые двигателями автомобилей, включают ядовитый газ, называемый окисью углерода, а также ЛОС (летучие органические соединения) и оксиды азота, вызывающие смог (вид удушающего, облачного загрязнения транспортных средств, которое мы все знаем и ненавидим).

Фото: Колонны Парфенона в Афинах, Греция, почернели из-за загрязнения автомобилями.Афины — один из самых загрязненных дорожным движением городов мира. Фото Майкла М. Редди предоставлено Геологическая служба США.

Рекламные ссылки

Что такое каталитический нейтрализатор?

Загрязняющие газы состоят из вредных молекул, но эти молекулы состоят из относительно безвредных атомов. Итак, если бы мы могли найти способ расщепление молекул после того, как они покидают двигатель автомобиля и до их выбрасывают в воздух, мы могли бы решить проблему загрязнение — или часть его, во всяком случае.Это работа, которую выполняет каталитический нейтрализатор.

Эти гаджеты намного проще, чем кажутся. Катализатор это просто химическое вещество, которое ускоряет химическую реакцию без самого себя меняется в процессе. Это немного похоже на тренера по легкой атлетике, который стоит рядом с дорожкой и кричит бегунам, чтобы они шли быстрее. тренер никуда не бежит; он просто стоит там, машет руками, и заставляет бегунов ускоряться. В каталитическом нейтрализаторе работа катализатора заключается в ускорении удаления загрязнения.Катализатор изготовлен из платины или аналогичного платиноподобного металла. таких как палладий или родий.

Катализатор представляет собой большую металлическую коробку, привинченную к днищу автомобиля, из которой выходят две трубы. Один из них («вход» преобразователя) подключен к двигателю и вводит горячие загрязненные пары из цилиндров двигателя (где горит топливо и вырабатывается мощность). Вторая труба («выход» преобразователя) соединена с выхлопной трубой (выхлопной). Когда газы от выхлопных газов двигателя обдувают катализатор, на его поверхности происходят химические реакции, в результате которых загрязняющие газы распадаются на части и превращаются в другие газы, достаточно безопасные для безвредного выброса в воздух.

Фото: Экспериментальный новый каталитический нейтрализатор предназначен для уменьшения загрязняющего воздействия несгоревшего топлива, оксидов азота и твердых частиц. Изображение предоставлено Окриджской национальной лабораторией. опубликовано на Flickr по лицензии Creative Commons (CC BY 2.0).

Очень важно отметить, что каталитические нейтрализаторы требуют от вас использовать неэтилированный бензин, так как свинец в обычном топливе «отравляет» катализатор и препятствует тому, чтобы он поглощал загрязняющие вещества с выхлопными газами. газы.

Что происходит внутри преобразователя?

Фото: Инженеры постоянно пытаются повысить производительность каталитических нейтрализаторов, например, путем разработки катализаторов, которые работают более эффективно при более низкие температуры. Это пример катализатора низкотемпературного окисления, изготовленного из оксида олова и платины. Фотография CPL Bryant V предоставлена ​​Исследовательским центром НАСА в Лэнгли (NASA-LaRC).

Внутри преобразователя газы проходят через плотные соты конструкция из керамики с покрытием с катализаторами.Сотовая структура означает, что газы касаются большая площадь катализатора сразу, поэтому они преобразуются быстрее и эффективно.

Как правило, в одном каталитический нейтрализатор:

  • Один из них борется с загрязнением оксидом азота с помощью химический процесс, называемый восстановлением (удаление кислорода). Это расщепляет оксиды азота на азот и кислородные газы (которые безвредны, потому что они уже существуют в воздухе вокруг нас).
  • Другой катализатор работает в противоположном химическом процессе, называемом окислением (добавление кислород) и превращает монооксид углерода в диоксид углерода.Другая реакция окисления превращает несгоревшие углеводороды в выхлопных газах в углекислый газ и воду.

По сути, одновременно происходят три разные химические реакции. Вот почему мы говорим о трехкомпонентных каталитических нейтрализаторах. (Некоторые, менее эффективные преобразователи выполняют только две вторые реакции (окисления), поэтому они называются двухкомпонентными каталитическими нейтрализаторами.) После того, как катализатор сделал свое дело, из выхлопной трубы выходит в основном азот, кислород, углекислый газ и вода (в виде пар).

Насколько эффективны каталитические нейтрализаторы?

Cats существенно сокращают выбросы, а трехходовые преобразователи дают значительные дополнительные преимущества по сравнению с двухходовыми преобразователями:

Диаграмма: Эффективность каталитических нейтрализаторов. Цифры показывают загрязняющие вещества в граммах на километр на 80 000 километров. Диаграмма, составленная «Объясните, что Stuff.com» с использованием данных для легковых автомобилей, работающих на бензине, из Агентства по охране окружающей среды США (1990 г.), приведенных в таблице 3.2 (стр. 75) «Загрязнение воздуха от автомобилей: стандарты и технологии для контроля выбросов», Faiz et al, Всемирный банк, 1996 г.

Каталитические нейтрализаторы

в основном предназначены для снижения непосредственного локального загрязнения воздуха — грязного воздуха там, где вы едете, — и эта диаграмма, безусловно, предполагает, что они эффективны. Тем не менее, люди иногда задаются вопросом, действительно ли они такие зеленые, как кажутся. Важно помнить, что они сокращают выбросы , а не устраняют их полностью.

Одна проблема заключается в том, что они действительно работают только при высоких температурах (более 300°C/600°F или около того), когда двигатель успел прогреться.Ранним типам каталитических нейтрализаторов обычно требовалось около 10–15 минут для прогрева, поэтому они были совершенно неэффективны в течение первых нескольких километров / миль пути (или любой части очень короткого путешествия). Современные преобразователи прогреваются всего за 2–3 минуты; даже в этом случае в это время все еще могут происходить значительные выбросы.

Таблица

: Каталитические нейтрализаторы становятся эффективными только при высоких рабочих температурах. На этой диаграмме показана эффективность типичного устройства при преобразовании монооксида углерода в диапазоне различных температур.Оксиды азота конвертируются с несколько большей эффективностью, а углеводороды — с несколько меньшей эффективностью. При высоких температурах монооксид углерода преобразуется с наименьшей эффективностью из трех.

Другой вопрос, увеличивают ли они выбросы парниковых газов. Мы думаем об углекислом газе как о безопасном газе, потому что он не токсичен в повседневных концентрациях. Тем не менее, это не совсем безвредно, потому что теперь мы знаем, что это основная причина глобального потепления и изменения климата. Некоторые люди считают, что каталитические нейтрализаторы усугубляют изменение климата, потому что они превращают монооксид углерода в диоксид углерода.На самом деле, угарный газ, производимый вашим автомобилем, в конечном итоге сам по себе превращается в углекислый газ в атмосфере, поэтому каталитический нейтрализатор не имеет значения в этом отношении: он просто уменьшает количество угарного газа, выбрасываемого автомобилем на улицу во время движения. улучшение качества местного воздуха.

Но когда дело доходит до изменения климата, автоинженеры и экологи уже давно указывают на еще одну серьезную проблему. Хотя кошки превращают большую часть оксидов азота в азот и кислород, в процессе они также производят небольшое количество закиси азота (N2O) — парникового газа, который более чем в 300 раз сильнее углекислого газа.Проблема в том, что при таком количестве автомобилей на дорогах даже небольшое количество закиси азота создает серьезную проблему. Еще в 2000 г. Межправительственная группа экспертов по изменению климата отметила: «Внедрение каталитических нейтрализаторов в качестве меры по борьбе с загрязнением в большинстве промышленно развитых стран приводит к значительному увеличению Выбросы N2O от автомобилей с бензиновым двигателем». К счастью, новые каталитические нейтрализаторы производят гораздо меньше закиси азота, чем старые. Тем не менее, несмотря на то, что каталитические нейтрализаторы, безусловно, помогли нам справиться с краткосрочным загрязнением воздуха, опасения, что, когда дело доходит до долгосрочного изменения климата, они могут усугубить ситуацию.

Как работает каталитический нейтрализатор

До того, как были разработаны каталитические нейтрализаторы, выхлопные газы автомобильного двигателя выбрасывались прямо в выхлопную трубу. выхлопную трубу и в атмосферу. Каталитический нейтрализатор находится между двигателем и выхлопной трубой, но он не работает как простой фильтр: он изменяет химический состав выхлопных газов, перестраивая атомов, из которых они сделаны:

  1. Молекулы загрязняющих газов прокачиваются из двигателя мимо сотового катализатора, выполненного из платины, палладия или родия.
  2. Катализатор расщепляет молекулы на атомы.
  3. Затем атомы рекомбинируются в молекулы относительно безвредных веществ, таких как углекислый газ, азот и вода, которые безопасно выдуваются через выхлоп.

Работают ли каталитические нейтрализаторы для дизельных двигателей?

Лишь небольшая часть выбросов дизельного двигателя (около одного процента) представляет собой загрязнение. Этот один процент состоит в основном из оксидов азота (около 50 процентов) и твердых частиц с относительно небольшими количествами окиси углерода, углеводородов и двуокиси серы.

Диаграмма: Грязные дизеля? Нарисовано с использованием данных из книги «Выбросы загрязняющих веществ от автомобилей с дизельными двигателями и системы доочистки выхлопных газов» Ибрагима Аслана Решитоглу и др., «Чистые технологии и политика в отношении окружающей среды», январь 2015 г., том 17, выпуск 1, а сами данные цитируются из книги «Выбросы дизельных двигателей и их контроль» М. Хайр и В. Маевский. Общество автомобильных инженеров, Inc., Уоррендейл, Пенсильвания: 2006.

Дизельные двигатели могут и используют каталитические нейтрализаторы, но есть несколько важных отличий. от того, как они работают в бензиновых двигателях.

  • Вместо трехкомпонентных катализаторов в дизелях используются двухкомпонентные катализаторы окисления. (которые справляются только с угарным газом и углеводородами) и специально разработанные для работы с дизельными выхлопами, которые значительно холоднее бензиновых выхлопов.
  • Так как у них нет восстановительных катализаторов, дизельные двигатели производят гораздо более высокие выбросы оксидов азота из выхлопных газов, чем бензиновые двигатели. (Существуют различные другие механизмы, которые дизели могут использовать для борьбы с выбросами NOx, но мы не будем здесь вдаваться в подробности.)
  • Каталитические нейтрализаторы на дизельных двигателях помогают снизить выбросы твердых частиц (в основном сажи), хотя и незначительно; в частности, они борются с одним типом твердых частиц, известным как растворимая органическая фракция SOF, состоящая из углеводородов, связанных с сажей. Дизельные сажевые фильтры (DPF) должны использоваться, чтобы существенно снизить выбросы сажи двигателем.
  • Автомобили в стороне, дизельные двигатели, как правило, приводят в движение более крупные транспортные средства, чем бензиновые двигатели (например, огромные строительные машины). со значительно большей мощностью выхлопа.Вместо одного каталитического нейтрализатора, установленного между двигатель и выхлопная труба, они могут иметь несколько отдельных блоков, установленных параллельно, чтобы справиться с более крупным выхлопом объем газа (как на диаграмме ниже).

Художественное произведение: большие дизельные двигатели могут производить гораздо больший объем выхлопных газов, поэтому им, возможно, придется использовать несколько каталитических нейтрализаторов «параллельно». В этой конструкции Caterpillar 1990-х годов огромный преобразователь (серого цвета) имеет диаметр около 1 м (3,3 фута). Выхлопной газ поступает слева (1), равномерно разделяется на потоки узлом распределения потока (2, синий), проходит через один из семи отдельных блоков каталитического нейтрализатора (3, красный), глушится системой шумоглушителя (4 , зеленый), и выходит, несколько очищенный, через выхлопную трубу (5).Изображение из патента США 5 578 277: Модульный каталитический нейтрализатор и глушитель для двигателя внутреннего сгорания, автор Скотт Т. Уайт и др., Caterpillar, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Кто изобрел каталитический нейтрализатор?

» Мне нравится, когда что-то происходит, и это то, что делают инженеры — они берут фундаментальную науку и заставляют вещи происходить.. »

Джон Дж. Муни, пионер каталитического нейтрализатора

Кого мы благодарим за то, что улицы и города стали чище и безопаснее? Французский инженер-химик Юджин Гудри (1892–1962) запатентовал то, что, кажется, было самым первым каталитического нейтрализатора в США, подав заявку на изобретение 5 мая 1950 года и получив свою (Патент США 2 674 521: Каталитический нейтрализатор для выхлопных газов) четыре года спустя, 6 апреля 1954 г.Houdry ранее изобрел каталитический крекинг , промышленный процесс, в котором многие крупные сложные органические химические вещества в нефти разделяются на десятки полезных продуктов, включая бензин. После этого он экспериментировал с производством различных видов автомобильного топлива и сделал их чище.

Хотя он осознавал растущую проблему загрязнения воздуха, его идеи намного опередили свое время: каталитические нейтрализаторы были «отравлены» свинцовыми присадками, используемыми в бензине для улучшения характеристик.К счастью, в 1970-х люди начали осознавать опасность свинца, токсичного тяжелого металла. В 1973 году Агентство по охране окружающей среды США (EPA) выпустило отчет, демонстрирующий, как свинец вредит здоровью людей, что положило начало медленному процессу удаления свинца из бензина. Первые практические каталитические нейтрализаторы появились вскоре после этого, в середине 1970-х годов, и с тех пор используются в автомобилях.

Иллюстрация: оригинальный каталитический нейтрализатор Юджина Хоудри из его патента 1950 года.По сути, это набор концентрических металлических трубок (синего цвета), через которые проходят выхлопные газы. Чистый воздух всасывается через вентиляционные отверстия (желтые) с помощью трубки Вентури (оранжевые). Как и в случае с современной кошкой, Ходри объясняет, что «осажденный мелкодисперсный металлический катализатор предпочтительно представляет собой платину», хотя можно использовать и другие подобные металлы; в отличие от современного кота, катализатор (зеленый) расположен не в виде сот, а смонтирован в виде шестнадцати отдельных колец (красных) с промежутками вдоль трубы, каждое из которых работает параллельно.Изображение из патента США 2,674,521: Каталитический нейтрализатор выхлопных газов, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Houdry изобрел основной катализатор окисления для борьбы с угарным газом. Усовершенствованные трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы, которые также могли бороться с оксидами азота, были разработаны в начале 1970-х гг. Карл Кейт (1920–1988), Джон Муни (1929–2020) и инженеры-химики в Engelhard Corporation. Помимо удаления большего количества загрязняющих веществ, они начинают очищать выхлопные газы намного быстрее, чем более ранние нейтрализаторы, поэтому они более эффективны при коротких поездках.

Иллюстрация: в улучшенном дизайне Карла Кейта и Джона Муни есть два отдельных каталитических нейтрализатора. Загрязненные газы вытекают из двигателя (красный, 10) и выпускного коллектора (оранжевый, 11) через первый каталитический нейтрализатор (зеленый, 13), а затем второй (25), на некотором расстоянии, перед выходом через выхлопную трубу (серый). , 26). Иллюстрация из патента США 3,896,616: процесс и устройство, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Рекламные ссылки

Узнать больше

На этом сайте

Книги

  • Каталитический контроль загрязнения воздуха: коммерческая технология Рональда М.Хек, Роберт Дж. Фаррауто, Суреш Т. Гулати. John Wiley & Sons, 2016. Тщательно исчерпывающее руководство по теме, которая начинается с базовой химии катализа, а затем переходит к преобразователям бензиновых и дизельных двигателей, стационарным источникам и таким темам, как контроль озона в самолетах и ​​очистка атмосферного воздуха.
  • Загрязнение воздуха от автомобилей: стандарты и технологии контроля выбросов Асифа Файза, Кристофера С. Уивера и Майкла П. Уолша. Публикации Всемирного банка, 1996 г.Интересный технический отчет с акцентом на то, как на практике контролируются выбросы в наиболее развитых и загрязненных городах мира. Включает множество полезных рисунков и таблиц, а также сравнение эффективности законодательства о выбросах в разных странах. Вы также можете загрузить его в формате PDF с исследовательского сайта Всемирного банка.
  • Автомобильные каталитические нейтрализаторы от Кэтлин С. Тейлор. Спрингер, 1984/2012. Несколько устарело, но все еще полезно для справочной информации.

Новостные статьи

  • Воры по всей стране пробираются под автомобили, выкрадывая каталитические нейтрализаторы, Хироко Табучи, The New York Times, 21 февраля 2021 г.Драгоценные металлы по-прежнему делают каталитические нейтрализаторы привлекательной целью для воров.
  • Джон Дж. Муни, изобретатель каталитического нейтрализатора, умер в возрасте 90 лет, Сэм Робертс, The New York Times, 25 июня 2020 г. Оглядываясь назад на жизнь инженер, который первым изобрел трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы.
  • Изобретатель заявляет о более чистом двигателе: BBC News, 22 января 2010 г. Шотландский изобретатель утверждает, что разработал двигатель с охлаждением, который практически не производит твердых частиц (сажи).
  • По мере того, как платина растет, каталитический нейтрализатор становится горячим, Мэтью Феникс. Wired, 17 февраля 2008 г. Почему воры думают, что из-за стремительного роста цен на платину стоит воровать каталитические нейтрализаторы
  • Автомобильные конвертеры сокращают смог, но усугубляют глобальное потепление, Мэтью Уолд. The New York Times, 29 мая 1998 г. Агентство по охране окружающей среды выпускает отчет, в котором освещаются проблемы, связанные с оксидом азота.
  • Каталитические нейтрализаторы действительно «зеленые»?: The Guardian, Notes and Queries. Читатели высказывают свое мнение о том, действительно ли кошки помогают планете.
  • Каталитический нейтрализатор
  • : большое «если» 1975 года Роберта В. Ирвина. The New York Times, 13 октября 1974 г. Эта статья из архива показывает, как автомобильная промышленность серьезно относилась к эффективности каталитических нейтрализаторов, когда они были впервые представлены в середине 1970-х годов.

Патенты

  • Патент США 2,674,521: Каталитический нейтрализатор для выхлопных газов, автор Юджин Хоудри, 6 апреля 1954 г. В этом легко читаемом патенте Хоудри объясняет, почему он разработал каталитические нейтрализаторы, и различные технические проблемы, которые ему приходилось решать в процессе (например, решение газы, образующиеся при самых различных условиях вождения).
  • Патент США 3 896 616: Процесс и устройство Карла Д. Кейта и Джона Дж. Муни, 29 июля 1975 г. Еще один очень удобный для чтения патент описывает улучшенный трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, используемый в большинстве современных автомобилей.
  • Патент США 4 672 809: Каталитический нейтрализатор для дизельного двигателя, Ричард К. Корнелисон и Уильям Б. Реталлик, WR Grace and Co, 16 июня 1987 г. Описывает некоторые проблемы, связанные с работой каталитического нейтрализатора с выбросами дизельного двигателя.
  • Патент США 5 578 277: Модульный каталитический нейтрализатор и глушитель для двигателя внутреннего сгорания Скотта Т.Уайт и др., Caterpillar, 26 ноября 1996 г. В этом патенте объясняется, как несколько каталитических блоков работают вместе над выбросами выхлопной трубы очень большого дизельного двигателя.

Практические предметы

  • Тестирование и ремонт каталитических нейтрализаторов Морт Шульц, Popular Mechanics, декабрь 1985 г. Датированная, но все же очень интересная статья, в которой объясняются различные типы каталитических нейтрализаторов и исследуются причины их выхода из строя.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2007, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней своим друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2007/2020) Катализаторы. Получено с https://www.explainthatstuff.com/catalyticconverters.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте…

Как работают каталитические нейтрализаторы?

Как работают каталитические нейтрализаторы? — Объясните этот материал Реклама

Почерневшие здания и удушье улицы — если это ваш опыт когда вы открываете входную дверь утром, вы, вероятно, живете в большом таких городов, как Лос-Анджелес, Лондон, Париж или Пекин.Автомобили, автобусы и грузовики стали отличным подарком миру, потому что они помогают нам передвигаться себя (и вещи, которые нам нужны) быстро и эффективно. Но их загрязнение двигателя портит места, где мы живем и вредит нашему здоровью. К счастью, сейчас большинство автомобилей оснащены устройства для снижения загрязнения, называемые каталитическими преобразователи (иногда называемые «кошками» или «кошками-минусами»), которые превращают вредные химические вещества в выхлопных газах автомобилей превращаются в безвредные газы, такие как пар. Давайте подробнее рассмотрим эти блестящие гаджеты и то, как они Работа!

Иллюстрация: основная концепция каталитического нейтрализатора: он находится между двигателем автомобиля и выхлопной трубой, всасывает грязный воздух и удаляет из него значительное количество загрязнений с помощью химических катализаторов.

Почему двигатели загрязняют окружающую среду

Автомобильные двигатели, работающие на бензине или дизельном топливе, которые сделаны из нефти. Большая часть нашей нефти образуется, когда останки крошечных морских существ гниют, нагреваются и сдавливаются слои пород морского дна. Нефть состоит из углеводородов (молекулы, построенные из атомов углерода и водорода) потому что живые организмы в основном тоже состоят из этих атомов.

Теоретически, если вы сжигаете любое углеводородное топливо с кислородом воздуха, вы выделяете много энергии и не производят ничего, кроме углекислого газа и воды, которые чисты и относительно безвредны.Однако на практике бензин представляет собой смесь около 150 различных химикатов, не только углеводородов, но и добавок, и горит не так чисто, как хотелось бы. Это означает, что вы обычно получаете загрязнение воздуха как побочный продукт. Загрязняющие газы, выделяемые двигателями автомобилей, включают ядовитый газ, называемый окисью углерода, а также ЛОС (летучие органические соединения) и оксиды азота, вызывающие смог (вид удушающего, облачного загрязнения транспортных средств, которое мы все знаем и ненавидим).

Фото: Колонны Парфенона в Афинах, Греция, почернели из-за загрязнения автомобилями.Афины — один из самых загрязненных дорожным движением городов мира. Фото Майкла М. Редди предоставлено Геологическая служба США.

Рекламные ссылки

Что такое каталитический нейтрализатор?

Загрязняющие газы состоят из вредных молекул, но эти молекулы состоят из относительно безвредных атомов. Итак, если бы мы могли найти способ расщепление молекул после того, как они покидают двигатель автомобиля и до их выбрасывают в воздух, мы могли бы решить проблему загрязнение — или часть его, во всяком случае.Это работа, которую выполняет каталитический нейтрализатор.

Эти гаджеты намного проще, чем кажутся. Катализатор это просто химическое вещество, которое ускоряет химическую реакцию без самого себя меняется в процессе. Это немного похоже на тренера по легкой атлетике, который стоит рядом с дорожкой и кричит бегунам, чтобы они шли быстрее. тренер никуда не бежит; он просто стоит там, машет руками, и заставляет бегунов ускоряться. В каталитическом нейтрализаторе работа катализатора заключается в ускорении удаления загрязнения.Катализатор изготовлен из платины или аналогичного платиноподобного металла. таких как палладий или родий.

Катализатор представляет собой большую металлическую коробку, привинченную к днищу автомобиля, из которой выходят две трубы. Один из них («вход» преобразователя) подключен к двигателю и вводит горячие загрязненные пары из цилиндров двигателя (где горит топливо и вырабатывается мощность). Вторая труба («выход» преобразователя) соединена с выхлопной трубой (выхлопной). Когда газы от выхлопных газов двигателя обдувают катализатор, на его поверхности происходят химические реакции, в результате которых загрязняющие газы распадаются на части и превращаются в другие газы, достаточно безопасные для безвредного выброса в воздух.

Фото: Экспериментальный новый каталитический нейтрализатор предназначен для уменьшения загрязняющего воздействия несгоревшего топлива, оксидов азота и твердых частиц. Изображение предоставлено Окриджской национальной лабораторией. опубликовано на Flickr по лицензии Creative Commons (CC BY 2.0).

Очень важно отметить, что каталитические нейтрализаторы требуют от вас использовать неэтилированный бензин, так как свинец в обычном топливе «отравляет» катализатор и препятствует тому, чтобы он поглощал загрязняющие вещества с выхлопными газами. газы.

Что происходит внутри преобразователя?

Фото: Инженеры постоянно пытаются повысить производительность каталитических нейтрализаторов, например, путем разработки катализаторов, которые работают более эффективно при более низкие температуры. Это пример катализатора низкотемпературного окисления, изготовленного из оксида олова и платины. Фотография CPL Bryant V предоставлена ​​Исследовательским центром НАСА в Лэнгли (NASA-LaRC).

Внутри преобразователя газы проходят через плотные соты конструкция из керамики с покрытием с катализаторами.Сотовая структура означает, что газы касаются большая площадь катализатора сразу, поэтому они преобразуются быстрее и эффективно.

Как правило, в одном каталитический нейтрализатор:

  • Один из них борется с загрязнением оксидом азота с помощью химический процесс, называемый восстановлением (удаление кислорода). Это расщепляет оксиды азота на азот и кислородные газы (которые безвредны, потому что они уже существуют в воздухе вокруг нас).
  • Другой катализатор работает в противоположном химическом процессе, называемом окислением (добавление кислород) и превращает монооксид углерода в диоксид углерода.Другая реакция окисления превращает несгоревшие углеводороды в выхлопных газах в углекислый газ и воду.

По сути, одновременно происходят три разные химические реакции. Вот почему мы говорим о трехкомпонентных каталитических нейтрализаторах. (Некоторые, менее эффективные преобразователи выполняют только две вторые реакции (окисления), поэтому они называются двухкомпонентными каталитическими нейтрализаторами.) После того, как катализатор сделал свое дело, из выхлопной трубы выходит в основном азот, кислород, углекислый газ и вода (в виде пар).

Насколько эффективны каталитические нейтрализаторы?

Cats существенно сокращают выбросы, а трехходовые преобразователи дают значительные дополнительные преимущества по сравнению с двухходовыми преобразователями:

Диаграмма: Эффективность каталитических нейтрализаторов. Цифры показывают загрязняющие вещества в граммах на километр на 80 000 километров. Диаграмма, составленная «Объясните, что Stuff.com» с использованием данных для легковых автомобилей, работающих на бензине, из Агентства по охране окружающей среды США (1990 г.), приведенных в таблице 3.2 (стр. 75) «Загрязнение воздуха от автомобилей: стандарты и технологии для контроля выбросов», Faiz et al, Всемирный банк, 1996 г.

Каталитические нейтрализаторы

в основном предназначены для снижения непосредственного локального загрязнения воздуха — грязного воздуха там, где вы едете, — и эта диаграмма, безусловно, предполагает, что они эффективны. Тем не менее, люди иногда задаются вопросом, действительно ли они такие зеленые, как кажутся. Важно помнить, что они сокращают выбросы , а не устраняют их полностью.

Одна проблема заключается в том, что они действительно работают только при высоких температурах (более 300°C/600°F или около того), когда двигатель успел прогреться.Ранним типам каталитических нейтрализаторов обычно требовалось около 10–15 минут для прогрева, поэтому они были совершенно неэффективны в течение первых нескольких километров / миль пути (или любой части очень короткого путешествия). Современные преобразователи прогреваются всего за 2–3 минуты; даже в этом случае в это время все еще могут происходить значительные выбросы.

Таблица

: Каталитические нейтрализаторы становятся эффективными только при высоких рабочих температурах. На этой диаграмме показана эффективность типичного устройства при преобразовании монооксида углерода в диапазоне различных температур.Оксиды азота конвертируются с несколько большей эффективностью, а углеводороды — с несколько меньшей эффективностью. При высоких температурах монооксид углерода преобразуется с наименьшей эффективностью из трех.

Другой вопрос, увеличивают ли они выбросы парниковых газов. Мы думаем об углекислом газе как о безопасном газе, потому что он не токсичен в повседневных концентрациях. Тем не менее, это не совсем безвредно, потому что теперь мы знаем, что это основная причина глобального потепления и изменения климата. Некоторые люди считают, что каталитические нейтрализаторы усугубляют изменение климата, потому что они превращают монооксид углерода в диоксид углерода.На самом деле, угарный газ, производимый вашим автомобилем, в конечном итоге сам по себе превращается в углекислый газ в атмосфере, поэтому каталитический нейтрализатор не имеет значения в этом отношении: он просто уменьшает количество угарного газа, выбрасываемого автомобилем на улицу во время движения. улучшение качества местного воздуха.

Но когда дело доходит до изменения климата, автоинженеры и экологи уже давно указывают на еще одну серьезную проблему. Хотя кошки превращают большую часть оксидов азота в азот и кислород, в процессе они также производят небольшое количество закиси азота (N2O) — парникового газа, который более чем в 300 раз сильнее углекислого газа.Проблема в том, что при таком количестве автомобилей на дорогах даже небольшое количество закиси азота создает серьезную проблему. Еще в 2000 г. Межправительственная группа экспертов по изменению климата отметила: «Внедрение каталитических нейтрализаторов в качестве меры по борьбе с загрязнением в большинстве промышленно развитых стран приводит к значительному увеличению Выбросы N2O от автомобилей с бензиновым двигателем». К счастью, новые каталитические нейтрализаторы производят гораздо меньше закиси азота, чем старые. Тем не менее, несмотря на то, что каталитические нейтрализаторы, безусловно, помогли нам справиться с краткосрочным загрязнением воздуха, опасения, что, когда дело доходит до долгосрочного изменения климата, они могут усугубить ситуацию.

Как работает каталитический нейтрализатор

До того, как были разработаны каталитические нейтрализаторы, выхлопные газы автомобильного двигателя выбрасывались прямо в выхлопную трубу. выхлопную трубу и в атмосферу. Каталитический нейтрализатор находится между двигателем и выхлопной трубой, но он не работает как простой фильтр: он изменяет химический состав выхлопных газов, перестраивая атомов, из которых они сделаны:

  1. Молекулы загрязняющих газов прокачиваются из двигателя мимо сотового катализатора, выполненного из платины, палладия или родия.
  2. Катализатор расщепляет молекулы на атомы.
  3. Затем атомы рекомбинируются в молекулы относительно безвредных веществ, таких как углекислый газ, азот и вода, которые безопасно выдуваются через выхлоп.

Работают ли каталитические нейтрализаторы для дизельных двигателей?

Лишь небольшая часть выбросов дизельного двигателя (около одного процента) представляет собой загрязнение. Этот один процент состоит в основном из оксидов азота (около 50 процентов) и твердых частиц с относительно небольшими количествами окиси углерода, углеводородов и двуокиси серы.

Диаграмма: Грязные дизеля? Нарисовано с использованием данных из книги «Выбросы загрязняющих веществ от автомобилей с дизельными двигателями и системы доочистки выхлопных газов» Ибрагима Аслана Решитоглу и др., «Чистые технологии и политика в отношении окружающей среды», январь 2015 г., том 17, выпуск 1, а сами данные цитируются из книги «Выбросы дизельных двигателей и их контроль» М. Хайр и В. Маевский. Общество автомобильных инженеров, Inc., Уоррендейл, Пенсильвания: 2006.

Дизельные двигатели могут и используют каталитические нейтрализаторы, но есть несколько важных отличий. от того, как они работают в бензиновых двигателях.

  • Вместо трехкомпонентных катализаторов в дизелях используются двухкомпонентные катализаторы окисления. (которые справляются только с угарным газом и углеводородами) и специально разработанные для работы с дизельными выхлопами, которые значительно холоднее бензиновых выхлопов.
  • Так как у них нет восстановительных катализаторов, дизельные двигатели производят гораздо более высокие выбросы оксидов азота из выхлопных газов, чем бензиновые двигатели. (Существуют различные другие механизмы, которые дизели могут использовать для борьбы с выбросами NOx, но мы не будем здесь вдаваться в подробности.)
  • Каталитические нейтрализаторы на дизельных двигателях помогают снизить выбросы твердых частиц (в основном сажи), хотя и незначительно; в частности, они борются с одним типом твердых частиц, известным как растворимая органическая фракция SOF, состоящая из углеводородов, связанных с сажей. Дизельные сажевые фильтры (DPF) должны использоваться, чтобы существенно снизить выбросы сажи двигателем.
  • Автомобили в стороне, дизельные двигатели, как правило, приводят в движение более крупные транспортные средства, чем бензиновые двигатели (например, огромные строительные машины). со значительно большей мощностью выхлопа.Вместо одного каталитического нейтрализатора, установленного между двигатель и выхлопная труба, они могут иметь несколько отдельных блоков, установленных параллельно, чтобы справиться с более крупным выхлопом объем газа (как на диаграмме ниже).

Художественное произведение: большие дизельные двигатели могут производить гораздо больший объем выхлопных газов, поэтому им, возможно, придется использовать несколько каталитических нейтрализаторов «параллельно». В этой конструкции Caterpillar 1990-х годов огромный преобразователь (серого цвета) имеет диаметр около 1 м (3,3 фута). Выхлопной газ поступает слева (1), равномерно разделяется на потоки узлом распределения потока (2, синий), проходит через один из семи отдельных блоков каталитического нейтрализатора (3, красный), глушится системой шумоглушителя (4 , зеленый), и выходит, несколько очищенный, через выхлопную трубу (5).Изображение из патента США 5 578 277: Модульный каталитический нейтрализатор и глушитель для двигателя внутреннего сгорания, автор Скотт Т. Уайт и др., Caterpillar, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Кто изобрел каталитический нейтрализатор?

» Мне нравится, когда что-то происходит, и это то, что делают инженеры — они берут фундаментальную науку и заставляют вещи происходить.. »

Джон Дж. Муни, пионер каталитического нейтрализатора

Кого мы благодарим за то, что улицы и города стали чище и безопаснее? Французский инженер-химик Юджин Гудри (1892–1962) запатентовал то, что, кажется, было самым первым каталитического нейтрализатора в США, подав заявку на изобретение 5 мая 1950 года и получив свою (Патент США 2 674 521: Каталитический нейтрализатор для выхлопных газов) четыре года спустя, 6 апреля 1954 г.Houdry ранее изобрел каталитический крекинг , промышленный процесс, в котором многие крупные сложные органические химические вещества в нефти разделяются на десятки полезных продуктов, включая бензин. После этого он экспериментировал с производством различных видов автомобильного топлива и сделал их чище.

Хотя он осознавал растущую проблему загрязнения воздуха, его идеи намного опередили свое время: каталитические нейтрализаторы были «отравлены» свинцовыми присадками, используемыми в бензине для улучшения характеристик.К счастью, в 1970-х люди начали осознавать опасность свинца, токсичного тяжелого металла. В 1973 году Агентство по охране окружающей среды США (EPA) выпустило отчет, демонстрирующий, как свинец вредит здоровью людей, что положило начало медленному процессу удаления свинца из бензина. Первые практические каталитические нейтрализаторы появились вскоре после этого, в середине 1970-х годов, и с тех пор используются в автомобилях.

Иллюстрация: оригинальный каталитический нейтрализатор Юджина Хоудри из его патента 1950 года.По сути, это набор концентрических металлических трубок (синего цвета), через которые проходят выхлопные газы. Чистый воздух всасывается через вентиляционные отверстия (желтые) с помощью трубки Вентури (оранжевые). Как и в случае с современной кошкой, Ходри объясняет, что «осажденный мелкодисперсный металлический катализатор предпочтительно представляет собой платину», хотя можно использовать и другие подобные металлы; в отличие от современного кота, катализатор (зеленый) расположен не в виде сот, а смонтирован в виде шестнадцати отдельных колец (красных) с промежутками вдоль трубы, каждое из которых работает параллельно.Изображение из патента США 2,674,521: Каталитический нейтрализатор выхлопных газов, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Houdry изобрел основной катализатор окисления для борьбы с угарным газом. Усовершенствованные трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы, которые также могли бороться с оксидами азота, были разработаны в начале 1970-х гг. Карл Кейт (1920–1988), Джон Муни (1929–2020) и инженеры-химики в Engelhard Corporation. Помимо удаления большего количества загрязняющих веществ, они начинают очищать выхлопные газы намного быстрее, чем более ранние нейтрализаторы, поэтому они более эффективны при коротких поездках.

Иллюстрация: в улучшенном дизайне Карла Кейта и Джона Муни есть два отдельных каталитических нейтрализатора. Загрязненные газы вытекают из двигателя (красный, 10) и выпускного коллектора (оранжевый, 11) через первый каталитический нейтрализатор (зеленый, 13), а затем второй (25), на некотором расстоянии, перед выходом через выхлопную трубу (серый). , 26). Иллюстрация из патента США 3,896,616: процесс и устройство, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Рекламные ссылки

Узнать больше

На этом сайте

Книги

  • Каталитический контроль загрязнения воздуха: коммерческая технология Рональда М.Хек, Роберт Дж. Фаррауто, Суреш Т. Гулати. John Wiley & Sons, 2016. Тщательно исчерпывающее руководство по теме, которая начинается с базовой химии катализа, а затем переходит к преобразователям бензиновых и дизельных двигателей, стационарным источникам и таким темам, как контроль озона в самолетах и ​​очистка атмосферного воздуха.
  • Загрязнение воздуха от автомобилей: стандарты и технологии контроля выбросов Асифа Файза, Кристофера С. Уивера и Майкла П. Уолша. Публикации Всемирного банка, 1996 г.Интересный технический отчет с акцентом на то, как на практике контролируются выбросы в наиболее развитых и загрязненных городах мира. Включает множество полезных рисунков и таблиц, а также сравнение эффективности законодательства о выбросах в разных странах. Вы также можете загрузить его в формате PDF с исследовательского сайта Всемирного банка.
  • Автомобильные каталитические нейтрализаторы от Кэтлин С. Тейлор. Спрингер, 1984/2012. Несколько устарело, но все еще полезно для справочной информации.

Новостные статьи

  • Воры по всей стране пробираются под автомобили, выкрадывая каталитические нейтрализаторы, Хироко Табучи, The New York Times, 21 февраля 2021 г.Драгоценные металлы по-прежнему делают каталитические нейтрализаторы привлекательной целью для воров.
  • Джон Дж. Муни, изобретатель каталитического нейтрализатора, умер в возрасте 90 лет, Сэм Робертс, The New York Times, 25 июня 2020 г. Оглядываясь назад на жизнь инженер, который первым изобрел трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы.
  • Изобретатель заявляет о более чистом двигателе: BBC News, 22 января 2010 г. Шотландский изобретатель утверждает, что разработал двигатель с охлаждением, который практически не производит твердых частиц (сажи).
  • По мере того, как платина растет, каталитический нейтрализатор становится горячим, Мэтью Феникс. Wired, 17 февраля 2008 г. Почему воры думают, что из-за стремительного роста цен на платину стоит воровать каталитические нейтрализаторы
  • Автомобильные конвертеры сокращают смог, но усугубляют глобальное потепление, Мэтью Уолд. The New York Times, 29 мая 1998 г. Агентство по охране окружающей среды выпускает отчет, в котором освещаются проблемы, связанные с оксидом азота.
  • Каталитические нейтрализаторы действительно «зеленые»?: The Guardian, Notes and Queries. Читатели высказывают свое мнение о том, действительно ли кошки помогают планете.
  • Каталитический нейтрализатор
  • : большое «если» 1975 года Роберта В. Ирвина. The New York Times, 13 октября 1974 г. Эта статья из архива показывает, как автомобильная промышленность серьезно относилась к эффективности каталитических нейтрализаторов, когда они были впервые представлены в середине 1970-х годов.

Патенты

  • Патент США 2,674,521: Каталитический нейтрализатор для выхлопных газов, автор Юджин Хоудри, 6 апреля 1954 г. В этом легко читаемом патенте Хоудри объясняет, почему он разработал каталитические нейтрализаторы, и различные технические проблемы, которые ему приходилось решать в процессе (например, решение газы, образующиеся при самых различных условиях вождения).
  • Патент США 3 896 616: Процесс и устройство Карла Д. Кейта и Джона Дж. Муни, 29 июля 1975 г. Еще один очень удобный для чтения патент описывает улучшенный трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, используемый в большинстве современных автомобилей.
  • Патент США 4 672 809: Каталитический нейтрализатор для дизельного двигателя, Ричард К. Корнелисон и Уильям Б. Реталлик, WR Grace and Co, 16 июня 1987 г. Описывает некоторые проблемы, связанные с работой каталитического нейтрализатора с выбросами дизельного двигателя.
  • Патент США 5 578 277: Модульный каталитический нейтрализатор и глушитель для двигателя внутреннего сгорания Скотта Т.Уайт и др., Caterpillar, 26 ноября 1996 г. В этом патенте объясняется, как несколько каталитических блоков работают вместе над выбросами выхлопной трубы очень большого дизельного двигателя.

Практические предметы

  • Тестирование и ремонт каталитических нейтрализаторов Морт Шульц, Popular Mechanics, декабрь 1985 г. Датированная, но все же очень интересная статья, в которой объясняются различные типы каталитических нейтрализаторов и исследуются причины их выхода из строя.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2007, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней своим друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2007/2020) Катализаторы. Получено с https://www.explainthatstuff.com/catalyticconverters.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте…

Что такое каталитический нейтрализатор в автомобилях и как он работает?

Что такое каталитический нейтрализатор?

Каталитический нейтрализатор или Cat-Con представляет собой механическое устройство. Снижает вредные выбросы, образующиеся в выхлопной системе двигателя. Это важное устройство, так как оно работает с вредными газами, которые двигатель создает при сгорании топлива.Основной целью каталитического нейтрализатора является снижение выбросов выхлопных газов.

Выхлопная система двигателя

Cat-Con уменьшает количество вредных выхлопных газов за счет химических реакций. Он вступает в реакцию с вредными загрязняющими веществами в выхлопных газах и превращает их в менее вредные газы. Катализатор состоит из специального катализатора. Он сделан из платины и палладия, которые осуществляют химические реакции.

Конструкция каталитического нейтрализатора:

Корпус каталитического нейтрализатора состоит из сотового заполнителя изнутри.Он покрыт драгоценными металлами, такими как платина и родий. Эти металлы вступают в реакцию с выхлопными газами двигателя. Они уменьшают токсическое содержание газов и превращают их в углекислый газ и воду.

Конструкция каталитического нейтрализатора

Сначала он вступает в реакцию с окисью углерода, образующейся при сгорании бензина. Он также вступает в реакцию с углеводородами, образующимися в результате несгоревшего топлива и других выбросов оксидов азота. Таким образом, кат-кон преобразует эти газы в менее вредные побочные продукты, такие как углекислый газ, водяной пар и выбросы азота.

Типы каталитических нейтрализаторов:

Существует три разных типа кошачьих минусов. Первый тип представляет собой катализатор окисления. Он уменьшает количество вредных загрязняющих веществ, таких как окись углерода (CO) и топливные углеводороды (HC) в выхлопных газах. При этом часто используется впрыск вторичного воздуха. Однако катализатор окисления уменьшает только часть загрязняющих веществ.

Двуспальная кровать:

Второй тип представляет собой каталитический нейтрализатор с двойным слоем, который предлагает больше совершенства.Он работает в два этапа. Есть два элемента, которые расположены друг за другом. Первый этап помогает уменьшить количество выбросов оксидов азота. Вторая ступень реагирует с углеводородами, образовавшимися из несгоревшего топлива и монооксида углерода. Производители также предусматривают впрыск вторичного воздуха в катконе двухступенчатого типа.

Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор:

Последний тип — трехкомпонентный каталитический нейтрализатор. Трехкомпонентный катализатор помогает преобразовать вредные газы, выхлопные из двигателя, в безвредные газы.Выхлопные газы двигателя содержат опасные вещества, наносящие вред окружающей среде. К ним относятся оксиды азота, углеводороды и окись углерода. Трехкомпонентный катализатор превращает их в менее вредные углекислый газ, воду и азот.

Каталитический нейтрализатор Сотовая структура (Изображение предоставлено компанией Eastern Catalytic)

Трехкомпонентный нейтрализатор — это единственное устройство, которое уменьшает количество всех трех загрязняющих веществ за один раз. Он работает наиболее экономично. Таким образом, большинство производителей используют в своих автомобилях трехходовые двигатели, которые должны соответствовать строгим стандартам выбросов.

Работа трехкомпонентного каталитического нейтрализатора:

Кроме того, трехкомпонентный каталитический нейтрализатор использует два катализатора; а именно катализатор восстановления и катализатор окисления. Катализатор окисления изготовлен из палладия и платины, а катализатор восстановления — из родия и платины. Тем не менее, оба они имеют керамическую сотовую структуру. Кроме того, он размещен в глушителе в виде компактного узла, который надевается на выхлопную трубу. В основном автомобильная промышленность использует трехсторонний Cat-con.Это связано с тем, что транспортные средства должны пройти множество правил по контролю за выбросами.

Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор

Таким образом, каталитический нейтрализатор играет важную роль в снижении количества создаваемого загрязнения. Это также снижает вредные выбросы и газы, образующиеся в двигателе и выхлопных системах всех автомобилей по всему миру.

Кроме того, для получения дополнительной информации о кошачьих минусах, пожалуйста, нажмите здесь:

Посмотрите на трехсторонний Cat-Con в действии здесь:

Читать Подробнее: Что такое MPFi/GDi в двигателях?>>

Катализатор окисления дизельного топлива

Катализатор окисления дизельного топлива

Вт.Эдди Маевски

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Катализаторы окисления дизельных двигателей способствуют химическому окислению CO и HC, а также органической фракции (OF) твердых частиц дизельного топлива. Они также окисляют диоксид серы, который присутствует в выхлопных газах дизельных двигателей при сгорании серосодержащих топлив. Окисление SO 2 приводит к образованию сульфатных частиц и может значительно увеличить общие выбросы твердых частиц, несмотря на уменьшение органической фракции.В современных дизельных системах дополнительной обработки важной функцией DOC является увеличение содержания NO 2 в выхлопных газах, чтобы поддерживать работу катализаторов SCR и дизельных сажевых фильтров.

Каталитические реакции

Катализатор окисления дизельных двигателей (DOC) получил свое название благодаря своей способности способствовать окислению компонентов выхлопных газов кислородом, который присутствует в больших количествах в выхлопных газах дизельных двигателей. При пропускании через катализатор окисления окись углерода (CO), газовая фаза углеводороды (HC), органическая фракция твердых частиц дизельного топлива (OF), а также нерегулируемые выбросы, такие как альдегиды или ПАУ, могут окисляться до безвредные продукты, и поэтому их можно контролировать с помощью DOC.В современных дизельных системах дополнительной обработки важной функцией DOC является окисление оксида азота (NO) до диоксида азота (NO 2 ) — газа, необходимого для поддержания работы дизельных сажевых фильтров и катализаторов SCR, используемых для снижения содержания NOx. . Подробное обсуждение реакций DOC, кинетики реакций и других аспектов технологии можно найти в литературе [3829] .

Механизм реакции на дизельном катализаторе окисления объясняется наличием на поверхности носителя катализатора активных каталитических центров, обладающих способностью адсорбировать кислород.В целом реакция каталитического окисления включает следующие три стадии:

  1. кислород связан с каталитическим центром,
  2. реагентов, таких как CO и углеводороды, диффундируют на поверхность и реагируют со связанным кислородом, а
  3. продукты реакции, такие как CO 2 и водяной пар, десорбируются из каталитического центра и диффундируют в основную часть выхлопных газов.

Окисление углеводородов и CO в дизельных выбросах можно описать следующими химическими реакциями:

[Углеводороды] + O 2 = CO 2 + H 2 O(1)

C n H 2m + (n + m/2)O 2 = nCO 2 + mH 2 O(1a)

2CO + O 2 = 2CO 2 (2)

Углеводороды окисляются с образованием углекислого газа и водяного пара, что описывается реакцией (1) или — в более строгом стехиометрическом смысле — реакцией (1а).Фактически реакции (1) и (1а) представляют собой два процесса: окисление УВ газовой фазы, а также окисление соединений OF. Реакция (2) описывает окисление монооксида углерода в диоксид углерода. Поскольку двуокись углерода и водяной пар считаются безвредными, вышеуказанные реакции приносят очевидную пользу в плане выбросов. Окисление углеводородов также приводит к уменьшению запаха дизельного топлива.

Однако катализатор окисления будет способствовать окислению всех соединений восстановительного характера; некоторые из реакций окисления могут давать нежелательные продукты и, по сути, быть контрпродуктивными для целей катализатора.Окисление диоксида серы до триоксида серы с последующим образованием серной кислоты (H 2 SO 4 ), описываемое реакциями (3) и (4), является, пожалуй, наиболее важным из этих процессов.

2SO 2 + O 2 = 2SO 3 (3)

SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 (4)

Когда выхлопные газы выбрасываются из выхлопной трубы и смешиваются с воздухом либо в окружающей среде, либо в смесительном туннеле, который используется для отбора проб твердых частиц, их температура снижается.В таких условиях газообразный H 2 SO 4 соединяется с молекулами воды и зарождается, образуя (жидкие) частицы, состоящие из гидратированной серной кислоты. Этот материал, называемый сульфатными частицами, способствует общему выбросу твердых частиц двигателем. Каталитическое образование сульфатов, особенно в сочетании с дизельным топливом с высоким содержанием серы, может значительно увеличить общие выбросы ТЧ и, таким образом, стать недопустимым для применения катализатора.

Окисление NO до NO 2 имеет важное значение для работы современных систем контроля выбросов дизельных двигателей, где DOC является вспомогательным катализатором, поддерживающим работу других типов катализаторов, расположенных после катализатора окисления, для которых требуется повышенное содержание NO . 2 /NO соотношение.

2НО + О 2 = 2НО 2 (5)

Диоксид азота необходим для повышения производительности некоторых типов катализаторов SCR, а также для обеспечения пассивной регенерации сажевых фильтров (DPF). DOC, используемые в приложениях DPF/SCR, обычно оптимизированы для производства большого количества NO 2 .

Повышенное соотношение NO 2 / NO с катализаторами окисления, хотя и необходимо для работы дизельных систем дополнительной обработки, также было источником споров.Среди двух компонентов выбросов NOx NO 2 демонстрирует более высокую токсичность, чем NO. В некоторых применениях увеличение выбросов NO 2 может усугубить проблемы с качеством воздуха. Этот потенциальный неблагоприятный эффект DOC был впервые обнаружен в подземных шахтах [159] . Эта проблема также может играть роль в «уличных каньонах» с высокой интенсивностью движения, даже несмотря на то, что термодинамическое равновесие реакции (5) может быть достигнуто быстрее в присутствии солнечного света, а NO может быстро окисляться озоном.

###

Каталитические нейтрализаторы | Типы каталитических нейтрализаторов

Двусторонний

Двухкомпонентный (или «окислительный») каталитический нейтрализатор одновременно выполняет две задачи:

  • Окисление монооксида углерода до диоксида углерода: 2CO + O2 → 2CO2
  • Окисление углеводородов (несгоревшего и частично сгоревшего топлива) до углекислого газа и воды: Cxh3x+2 + [(3x+1)/2] O2 → xCO2 + (x+1)h3O (реакция горения)

Этот тип каталитического нейтрализатора широко используется в дизельных двигателях для снижения выбросов углеводородов и угарного газа.Они также использовались в бензиновых двигателях автомобилей для американского и канадского рынка до 1981 года. Из-за их неспособности контролировать оксиды азота они были заменены трехходовыми преобразователями.

Трехсторонний

С 1981 года «трехкомпонентные» (окислительно-восстановительные) каталитические нейтрализаторы используются в системах контроля выбросов транспортных средств в США и Канаде; многие другие страны также приняли строгие нормы выбросов транспортных средств, которые фактически требуют трехходовых преобразователей на автомобилях с бензиновым двигателем.Катализаторы восстановления и окисления обычно находятся в общем корпусе, однако в некоторых случаях они могут размещаться отдельно. Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор одновременно выполняет три задачи:

  • Восстановление оксидов азота до азота и кислорода: 2NOx → xO2 + N2
  • Окисление монооксида углерода до диоксида углерода: 2CO + O2 → 2CO2
  • Окисление несгоревших углеводородов (HC) до углекислого газа и воды: Cxh3x+2 + [(3x+1)/2]O2 → xCO2 + (x+1)h3O.

Эти три реакции протекают наиболее эффективно, когда в каталитический нейтрализатор поступают выхлопные газы двигателя, работающего немного выше стехиометрического уровня.Эта точка составляет от 14,6 до 14,8 частей воздуха на 1 часть топлива по весу для бензина. Соотношение для автомобильного газа (или сжиженного нефтяного газа (СНГ)), природного газа и этанола немного отличается, что требует изменения настроек топливной системы при использовании этих видов топлива. Как правило, двигатели, оснащенные трехкомпонентными каталитическими нейтрализаторами, оснащены компьютеризированной системой впрыска топлива с обратной связью с использованием одного или нескольких кислородных датчиков, хотя на раннем этапе внедрения трехкомпонентных нейтрализаторов использовались карбюраторы, оборудованные для контроля смеси с обратной связью.

Трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы эффективны, когда двигатель работает в узком диапазоне соотношений воздух-топливо, близких к стехиометрическому, так что выхлопные газы колеблются между богатыми (избыток топлива) и обедненными (избыток кислорода) состояниями. Однако эффективность преобразования падает очень быстро, когда двигатель работает за пределами этого диапазона соотношений воздух-топливо. При работе двигателя на обедненной смеси возникает избыток кислорода, и снижение выбросов NOx нежелательно. В богатых условиях избыточное топливо потребляет весь доступный кислород до катализатора, поэтому для функции окисления доступен только накопленный кислород.Замкнутые системы управления необходимы из-за противоречащих друг другу требований к эффективному сокращению выбросов NOx и окислению углеводородов. Система управления должна предотвращать полное окисление катализатора восстановления NOx, но при этом пополнять запас кислорода, чтобы поддерживать его функцию катализатора окисления.

Трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы могут накапливать кислород из потока выхлопных газов, как правило, когда соотношение воздух-топливо становится обедненным. Когда из выхлопного потока поступает недостаточно кислорода, накопленный кислород высвобождается и расходуется.Недостаток кислорода возникает либо тогда, когда кислород, полученный в результате восстановления NOx, недоступен, либо когда определенные маневры, такие как резкое ускорение, обогащают смесь сверх способности преобразователя подавать кислород.

В трехкомпонентном катализаторе могут происходить нежелательные реакции, такие как образование пахучего сероводорода и аммиака. Формирование каждого из них может быть ограничено модификациями моющего покрытия и используемых драгоценных металлов. Полностью исключить эти побочные продукты сложно.Топливо без серы или с низким содержанием серы устраняет или снижает содержание сероводорода.

Например, когда требуется контролировать выбросы сероводорода, в моющее покрытие добавляют никель или марганец. Оба вещества блокируют поглощение серы мочалкой. Сероводород образуется, когда грунтовка поглощает серу во время низкотемпературной части рабочего цикла, которая затем высвобождается во время высокотемпературной части цикла, и сера соединяется с УВ.

Дизельные двигатели

Для воспламенения от сжатия (т.например, дизельные двигатели), наиболее часто используемым каталитическим нейтрализатором является дизельный окислительный катализатор (DOC). Этот катализатор использует O2 (кислород) в потоке выхлопных газов для преобразования CO (окиси углерода) в CO2 (двуокись углерода) и HC (углеводороды) в h3O (воду) и CO2. Эти преобразователи часто работают с КПД 90 процентов, практически устраняя запах дизельного топлива и помогая уменьшить количество видимых твердых частиц (сажи). Эти катализаторы не активны для восстановления NOx, потому что любой присутствующий восстановитель будет сначала реагировать с высокой концентрацией O2 в дизельных выхлопных газах.

Сокращение выбросов NOx от двигателей с воспламенением от сжатия ранее решалось путем добавления отработавших газов к поступающему воздушному заряду, известному как рециркуляция отработавших газов (EGR). В 2010 году большинство производителей дизельных двигателей малой грузоподъемности в США добавили в свои автомобили каталитические системы, чтобы соответствовать новым федеральным требованиям по выбросам. Для каталитического снижения выбросов NOx в условиях бедных выхлопных газов были разработаны два метода: селективное каталитическое восстановление (SCR) и ловушка обедненных NOx или адсорбер NOx.Вместо адсорберов NOx, содержащих драгоценные металлы, большинство производителей выбрали системы СКВ на основе неблагородных металлов, в которых для восстановления NOx до азота используется такой реагент, как аммиак. Аммиак подается в каталитическую систему путем впрыска мочевины в выхлоп, которая затем подвергается термическому разложению и гидролизу до аммиака. Одним из товарных знаков раствора мочевины, также называемым Diesel Emission Fluid (DEF), является AdBlue.

Дизельный выхлоп содержит относительно большое количество твердых частиц (сажи), состоящих в основном из элементарного углерода.Каталитические нейтрализаторы не могут очистить элементарный углерод, хотя они удаляют до 90 процентов растворимой органической фракции, поэтому твердые частицы очищаются сажеуловителем или дизельным сажевым фильтром (DPF). Исторически сложилось так, что DPF состоит из подложки из кордиерита или карбида кремния с геометрией, которая направляет поток выхлопных газов через стенки подложки, оставляя захваченные частицы сажи. Современные сажевые фильтры могут быть изготовлены из различных редких металлов, которые обеспечивают превосходную производительность (при больших затратах).По мере увеличения количества сажи, попавшей на сажевый фильтр, увеличивается и противодавление в выхлопной системе. Периодические регенерации (высокие температуры) необходимы для инициирования сгорания захваченной сажи и, таким образом, снижения противодавления выхлопных газов. Количество сажи, загруженной в DPF перед регенерацией, также может быть ограничено, чтобы предотвратить повреждение ловушки экстремальными экзотермическими эффектами во время регенерации. В США все дорожные автомобили легкой, средней и большой грузоподъемности, работающие на дизельном топливе и построенные после 1 января 2007 г., должны соответствовать ограничениям на выбросы твердых частиц, что означает, что они должны быть оснащены двухкомпонентным каталитическим нейтрализатором и дизельный сажевый фильтр.Обратите внимание, что это относится только к дизельному двигателю, используемому в автомобиле. Если двигатель был изготовлен до 1 января 2007 г., автомобиль не обязан иметь систему DPF. Это привело к тому, что в конце 2006 года производители двигателей увеличили запасы, чтобы они могли продолжать продавать автомобили без DPF и в 2007 году.

Двигатели с искровым зажиганием, работающие на обедненной смеси

Для двигателей с искровым зажиганием, работающих на бедной смеси, катализатор окисления используется так же, как и в дизельном двигателе.Выбросы двигателей с искровым зажиганием, работающих на обедненной смеси, очень похожи на выбросы дизельных двигателей с воспламенением от сжатия.

Конструкция, типы, работа и ее преимущества

Во всем мире на дорогах ездят миллиарды разных автомобилей, которые загрязняют воздух. Так что это главная проблема в каждом городе. Чтобы решить эту проблему, вот устройство, а именно каталитический нейтрализатор после стольких модификаций топливных систем и двигателей автомобилей. Это устройство используется для уменьшения вредных загрязняющих веществ до менее вредных выбросов перед выходом из выхлопной системы автомобиля.

Основными выбросами автомобильных двигателей являются N2, CO2 и h3O, поэтому этот преобразователь сократит все эти выбросы. В этой статье обсуждается обзор каталитического нейтрализатора и его работы.

Что такое каталитический нейтрализатор?

Каталитический нейтрализатор (Cat-Con) является неотъемлемой частью выхлопной системы автомобилей. Он берет очень опасные загрязнители, такие как окись углерода, и химически преобразует их в менее опасные загрязнители, такие как двуокись углерода. Вредные соединения в основном включают газообразный азот, окись углерода, углеводороды, оксиды азота и т. д.Устройство каталитического нейтрализатора в автомобилях снизит общие вредные выбросы.

Каталитический нейтрализатор

История каталитического нейтрализатора ; первый каталитический нейтрализатор был разработан такими инженерами, как Карл Д. Кейт и Джон Дж. Муни из корпорации Engelhard в 1973 году. образование CO и NiO2.

В 1975 году был введен первый нейтрализатор из-за требования правительства на выхлопные газы.Таким образом, это устройство считалось необходимым для соблюдения правил без снижения производительности автомобиля.

Строительство

Конструкция каталитического нейтрализатора включает сотовое ядро, покрытое различными металлами, такими как родий и платина. Основная причина использования этих металлов в том, что они очень быстро реагируют с выхлопными газами двигателя.

Они уменьшают содержание токсичных веществ в газах и превращают их в CO2 и H3O.Вначале он реагирует на угарный газ, образующийся при сгорании бензина, а также на углеводороды, образующиеся при несгорании топлива и других выбросах NIO2. Так вот, этот преобразователь будет преобразовывать эти вредные выбросы в менее вредные.

Конструкция каталитического нейтрализатора

Для эффективной работы каталитического нейтрализатора требуется температура 400 °C или 752 °F. Таким образом, они располагаются рядом с двигателем автомобиля, в противном случае один или несколько крошечных каталитических нейтрализаторов типа предкатушек располагаются сразу за выпускным коллектором.

В каталитическом нейтрализаторе катализатор обычно изготавливается из платины или родственного металла, такого как палладий/родий. Газы будут поступать через керамические соты, расположенные в кошачьем домике. Здесь соты выложены металлом, чтобы уменьшить выбросы. Катализаторы, доступные в автомобилях, в основном бывают двух типов, такие как катализаторы восстановления и катализаторы окисления.

Основной функцией восстановительного катализатора является помощь в уменьшении загрязнения оксидом азота за счет удаления кислорода.Они делятся на два отдельных газа, таких как азот и кислород. Катализаторы окисления в основном используются для преобразования газов с монооксида углерода (СО) на диоксид углерода (СО2) с обратным методом включения кислорода.

Кислородный датчик расположен рядом с нейтрализатором, чтобы информировать ECU (электронный блок управления) о том, сколько O2 обнаружено в выхлопных газах. Таким образом, это помогает автомобильному транспортному средству работать более эффективно, позволяя двигателю автомобиля снабжать преобразователь кислородом, достаточным для завершения процесса окисления.

Типы каталитических нейтрализаторов

Каталитические нейтрализаторы

доступны в различных типах, таких как катализатор окисления, катализатор с двойным слоем и трехкомпонентный.

Катализатор окисления

Каталитический нейтрализатор первого типа представляет собой катализатор окисления. Этот тип катализатора уменьшает количество вредных загрязняющих веществ, таких как CO (окись углерода) и HC (топливный углеводород) в выхлопных газах. В то же время, он часто использует неполноценный впрыск воздуха. Но этот тип катализатора просто уменьшает часть загрязняющих веществ.

Двухслойный катализатор

Это второй тип катализатора, обеспечивающий большее совершенство. Этот тип катализатора в основном работает в два этапа, где первый этап способствует уменьшению количества выбросов NiO2. Вторая фаза реагирует через углеводороды, которые образуются из несгоревшего монооксида углерода и топлива. В два этапа производители предусмотрят нагнетание вторичного воздуха.

Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор

Это последний тип нейтрализатора, который помогает преобразовать опасные газы в безвредные, образующиеся в двигателе автомобиля.

Автомобильный двигатель выбрасывает различные газы, в том числе опасные вещества, наносящие вред атмосфере, такие как NiO2, CO, CO2 и т. д. Они преобразуют их в основном в менее вредные CO2, азот и воду.

Это устройство просто снижает содержание всех 3 загрязняющих веществ и работает более экономично. Таким образом, большинство дизайнеров используют этот тип нейтрализатора в своих автомобилях, что требует от них соответствия жестким значениям выбросов.

Что делает каталитический нейтрализатор?

Они в основном отвечают за сокращение количества вредных соединений до менее похожих на воду O2, CO2, Ni и h3O.Это можно сделать с помощью химической процедуры, которая быстро восстанавливает составы до того, как они исчезнут из автомобиля.

Эти преобразователи включают катализаторы, преобразующие вредные соединения. Как правило, обычный метод занимает слишком много времени. Катализаторы в преобразователе сделают процедуру очень быстрой и восстановят различные соединения за очень короткое время. В современных автомобилях в основном используются трехступенчатые преобразователи.

В каталитических нейтрализаторах обе стадии, такие как первая и вторая, в основном включают катализаторы восстановления и окисления.Как правило, катализатор восстановления происходит из платины и радия, тогда как катализатор окисления происходит из платины и палладия. Как вы можете видеть, платина в основном используется в различных областях через каталитические нейтрализаторы, которые уменьшают вредные соединения.

Последняя фаза включает в себя двигатель с кислородным датчиком, который определяет, сколько кислорода находится в выхлопной системе. Здесь впрыск топлива в основном зависит от этой процедуры, когда двигатели увеличивают / уменьшают то, сколько топлива вливается в газовые камеры.

Например, если кислорода в настоящее время меньше, а конвертеру требуется больше времени, тогда низкое количество топлива будет подаваться до тех пор, пока уровень кислорода не станет выше. Это уравновешивает полные загрязняющие вещества, которые образуются из выхлопной системы. Существует также двухфазный каталитический нейтрализатор, который работает по-другому. В первичной фазе особенно снижено содержание NiO2, тогда как во вторичной фазе снижено содержание CO и углеводородов.

Симптомы неисправности каталитического нейтрализатора

Признаки забитого каталитического нейтрализатора в основном включают следующее.

  • Снижение эффективности использования топлива
  • Проверка контрольной лампы
  • Автомобиль пахнет тухлыми яйцами
  • Проблемы с двигателем
  • Меньше ускорения
  • Тест на выбросы не пройден
  • Лампа двигателя будет включена
  • Дребезжание в двигателе
  • Получение меньшего количества миль за каждый галлон
  • Автомобиль дергается вперед
  • Потеря топлива при разгоне
  • В двигателе будут пропуски зажигания

Замена неисправного каталитического нейтрализатора является основным ремонтом в автомобилях, который связан с контрольной лампой проверки двигателя.Как правило, эта замена преобразователя в основном занимает несколько часов, а также является дорогостоящей в зависимости от автомобилей. Когда каталитический нейтрализатор повреждается, это приводит к снижению производительности, увеличению расхода топлива и потенциальному внутреннему повреждению.

Как очистить каталитический нейтрализатор?

Каталитический нейтрализатор можно очистить двумя способами: без очистки и без очистки, но перед очисткой этого нейтрализатора необходимо учитывать следующие моменты.

  • Конвертер упакован полностью или нет
  • Необходимо проверить ослабление деталей
  • Очистите катализатор
  • Расход масла

Необходимое оборудование для очистки каталитического нейтрализатора; ручные перчатки, защитные очки для глаз, ванна, обезжириватель, масло, домкрат, гаечные ключи, мойка высокого давления, ключ кислородного датчика, магазинные полотенца и т. д.

Очистка каталитического нейтрализатора без его снятия

  • Этот преобразователь в основном работает как очиститель для очистки всего. Если вы считаете, что это расширенная задача по очистке преобразователя без его отсоединения.
  • Во-первых, проверки безопасности очень важны, если вы хотите очистить преобразователь, не отсоединяя его от автомобиля, и если вы считаете, что все в порядке, вы можете попробовать следующие методы.
  • Убедитесь, что очиститель лучше или нет
  • Оставайтесь до тех пор, пока в баке гидротрансформатора не появится нужное количество топлива
  • Очиститель следует добавить в бак преобразователя
  • Катайся на машине
  • Заполнить бак преобразователя, когда он почти пустой

Очистите каталитический нейтрализатор, сняв его

Они используются в качестве чистящего средства, чтобы все очистить.Если очиститель для этого преобразователя не работает должным образом, тогда другой метод очистки будет командовать, удаляя и замачивая его.

  • Дайте машине остыть и поднимите ее
  • Место преобразователя
  • Устранить кислородный датчик
  • Отсоединить преобразователь
  • Очистить преобразователь
  • Замочить
  • Постирать и высушить
  • Снова переустановите его и отправляйтесь на тест-драйв
Кража каталитического нейтрализатора

Этот нейтрализатор представляет собой особый тип фильтра, который используется в выхлопной системе автомобилей и снижает опасные выбросы.Такой преобразователь крепится болтами под автомобилем и подвержен воровству, так как включает в себя различные дорогие металлы. Таким образом, с каждым днем ​​число грабежей конвертеров увеличивается, а вернуть устройства обратно очень дорого. Следующие шаги могут помочь вам защитить свой автомобиль от кражи каталитического нейтрализатора.

  • Грабители в основном сосредотачиваются на каталитических нейтрализаторах, поскольку они содержат ценные металлы
  • Эти устройства находятся в опасности, так как их легко украсть.
  • Их возвращение обходится дорого.
  • Следующие методы используются для защиты от кражи преобразователя
  • Необходимо загрузить номер автомобиля в конвертер.
  • Автомобиль должен быть припаркован в зонах освещения.
  • Починить противоугонное устройство.
Замок каталитического нейтрализатора

Они в основном используются в автомобилях для предотвращения опасных выбросов из выхлопных систем путем превращения загрязняющих веществ в безопасные газы. Уровень кражи этих устройств очень высок, поскольку они включают в себя дорогие металлы, такие как палладий, платина, родий и т. д.

Таким образом, чтобы принять соответствующие меры в случае кражи нейтрализатора, существуют различные замки каталитического нейтрализатора от разных производителей. Это один из видов защитного устройства, используемого для защиты преобразователя. Конструкция этого защитного устройства может быть выполнена с использованием нержавеющей стали морского класса, чтобы предотвратить кражу каталитических компонентов в транспортных средствах.

Как правило, блокировка каталитического нейтрализатора используется в дорогих транспортных средствах, таких как фургоны, пикапы, Toyota Prius.и Хонда Джаз.

Как выбрать каталитический нейтрализатор?

Устройство каталитического нейтрализатора контролирует выбросы, связанные с выхлопной системой автомобиля. Во многих странах ежегодная проверка на выбросы необходима для обновления регистрации вашего автомобиля. Если ваш автомобиль не прошел ежегодный техосмотр на выбросы, значит, есть шанс заменить блок каталитического нейтрализатора.

Выбор правильного каталитического нейтрализатора может быть затруднен для вашего автомобиля.Итак, чтобы упростить задачу, при замене каталитического нейтрализатора на вашем автомобиле необходимо следовать следующим пунктам.

  • Проверить модель, год изготовления и модель
  • Распознавание уровня выбросов для вашего автомобиля
  • Распознавание точной марки преобразователя
  • Выберите конфигурацию для установки
  • Проверить датчик кислорода

Преимущества и недостатки

Преимущества каталитического нейтрализатора в основном включают следующее.Если мы удалим каталитический нейтрализатор, то есть некоторые преимущества, такие как следующие.

  • Каталитические нейтрализаторы снижают выбросы углеводородов на 87 %, оксида углерода на 85 % и закиси азота на 62 % в течение ожидаемого срока службы автомобиля.
  • Каталитический нейтрализатор является важным устройством в автомобилях, работающих на газе. Если автомобиль производит выбросы, ему требуется этот преобразователь.
  • Снижает вредные выбросы автомобилей
  • После удаления каталитического нейтрализатора мощность некоторых автомобилей будет увеличена.В результате мы можем производить больше лошадиных сил без него.
  • Этот преобразователь должен очень много работать, чтобы получить такую ​​же энергию. Если мы удалим это, это снизит нагрузку, и вы сможете добиться лучшего расхода топлива.
  • Звуки выхлопа можно удалить после его удаления.
  • Производительность двигателя может быть улучшена

К недостаткам каталитического нейтрализатора r в основном относятся следующие.

  • В некоторых странах, таких как США, удаление каталитического нейтрализатора является незаконным без объяснения причин, в противном случае для его удаления необходимо выполнить определенную процедуру.В противном случае вы получите несколько штрафов.
  • Код неисправности может быть активирован в вашем автомобиле при отсоединении каталитического нейтрализатора.
  • В атмосферу могут попадать вредные газы, поэтому они могут повлиять на ваше здоровье.
  • Катализатор снижает расход топлива. Если мы удалим это, вам придется платить за топливо.
  • Отсоединение этого преобразователя может привести к потере крутящего момента на низких оборотах во время движения автомобиля.
  • Во время движения может возникать шум
  • Без каталитического нейтрализатора можно использовать больше бензина
  • Визуальный осмотр может быть не пройден для автомобилей

Итак, это обзор каталитического нейтрализатора, который используется в выхлопных системах автомобилей, электрических генераторов, горнодобывающего оборудования, вилочных погрузчиков, автобусов, грузовиков, локомотивов, кораблей и мотоциклов.Они также используются в некоторых дровяных печах для управления выбросами. Вот вопрос к вам, что такое каталитический нейтрализатор высокого потока?

Основные аспекты и обзор технологий для новичков в этой области

Химия 2021,3645

6.

Hydrogen Council. Увеличение масштабов использования водорода: устойчивый путь к глобальному энергетическому переходу. Доступно онлайн: www.

hydrocouncil.com (по состоянию на 16 мая 2021 г.).

7.

Десантес, Ж.; Молина, С.; Новелла, Р.; Лопес-Хуарес, М. Сравнительное воздействие на глобальное потепление и выбросы NOX обычных

и водородных автомобильных силовых установок. Преобразование энергии. Управление 2020, 221, 113137. [CrossRef]

8.

Датье А.К.; Votsmeier, M. Возможности и проблемы в разработке передовых материалов для катализаторов контроля выбросов.

Нац. Матер. 2020, 1–11. [CrossRef]

9.

Лазкар А.; Мао-Чанг, Л. Исследование рабочих температур автомобильных каталитических нейтрализаторов с использованием слипшихся изотопов в

выхлопных газах CO2.В материалах тезисов конференции Генеральной Ассамблеи EGU, Вена, Австрия, 4–13 апреля 2018 г.

10.

Zeng, F.; Финке, Дж.; Олсен, Д.; Уайт, А .; Хон, К.Л. Моделирование работы трехкомпонентного каталитического нейтрализатора со смесями выхлопных газов

двигателей, работающих на природном газе. хим. англ. Дж. 2018, 352, 389–404. [CrossRef]

11.

Avneet Kahlon, TT Каталитические нейтрализаторы. В LibreTexts по химии. Доступно в Интернете: https://chem.libretexts.org/Bookshelves/

Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)

/Kinetics/07%3A_Case_Studies-_Kinetics/7.01%3A_Catalytic_Converters (по состоянию на 16 мая 2021 г.).

12.

Браун, Т.Е.; ЛеМэй, Его Превосходительство; Берстен, BE; Мерфи, К.; Вудворд, П.; Stoltzfus, ME Каталитические нейтрализаторы. В химии: Центральный

Наука; Pearson: London, UK, 2018.

13.

Clark, J. The Collision Theory of Reaction Rates 2003. Доступно в Интернете: https://www.chemguide.co.uk/physical/basicrates/

Introduction.html (по состоянию на 16 мая 2021 г.).

14.

Милтон, Б.E. Справочник по загрязнению воздуха двигателями внутреннего сгорания. В технологиях управления в двигателях с искровым зажиганием;

Elsevier: Амстердам, Нидерланды, 1998. [CrossRef]

15. Куммер, Дж. Катализаторы для контроля выбросов автомобилей. прог. Энергетическое сгорание. науч. 1980,6, 177–199. [CrossRef]

16.

Шелеф, М.; Маккейб, Р. Двадцать пять лет после внедрения автомобильных катализаторов: что дальше? Катал. Сегодня

2000

,62, 35–50.

[Перекрестная ссылка]

17.

Белтон, Д.Н.; Тейлор, К.С. Контроль выбросов выхлопных газов автомобилей с помощью катализаторов. Курс. мнение Твердотельный материал. науч.

1999

,4, 97–102.

[CrossRef]

18.

Берч, Р. Знания и ноу-хау в области контроля выбросов для мобильных приложений. Катал. преподобный наук. англ.

2004

,46, 271–334.

[CrossRef]

19.

Farrauto, R.J.; Диба, М .; Alerasool, S. Бензиновый автомобильный катализ и его историческое путешествие к более чистому воздуху.Нац. Катал.

2019

,2,

603–613. [CrossRef]

20.

Дойчманн, О.; Грюнвальд, Ж.-Д. Abgasnachbehandlung in mobilen Systemen: Stand der Technik, Herausforderungen und

Perspektiven. хим. Инж. Тех. 2013, 85, 595–617. [CrossRef]

21.

Венкатешварлу, К.; Кумар, Р.А.; Кришна, Р .; Сринивасан, М. Моделирование и изготовление каталитического нейтрализатора для снижения выбросов

. Матер. Сегодня: Тез. 2019, 33, 1093–1099.[CrossRef]

22.

Браун, Дж.; Хаубер, Т .; Тёббен, Х .; Заке, П.; Чаттерджи, Д.; Дойчманн, О .; Варнатц, Дж. Влияние физических и химических параметров

на степень конверсии каталитического нейтрализатора: исследование численного моделирования. В Proceedings of the SAE 2000

World Congress, Cobo Center, Detroit, MI, USA, 6–9 марта 2000 г. [CrossRef]

23.

Haldar, S.K. Руководство по исследованию. в платино-никелевых-хромовых месторождениях; Эльзевир: Амстердам, Нидерланды, 2017.[CrossRef]

24.

Вандервир, Р.Т.; Чандлер, Дж. М. Разработка каталитического нейтрализатора для окисления выхлопных углеводородов. Тех. САЕ.

Пап. сер. 1959. [CrossRef]

25.

Калам, Массачусетс; Масюки, HH; Редзуан, М .; Малия, TMI; Фуад, Массачусетс; Мохиба, М .; Халим, К.Х.; Исхак, А .; Хайр, М.; Шахрир, А .;

и др. Разработка и испытание нового каталитического нейтрализатора для двигателя, работающего на природном газе. Садхана акад. проц. англ. науч.

2009

,34,

467–481.[CrossRef]

26. Majewski, W.A. DieselNet Technology Guide 2000. In Emission Control Catalysts; 2002 г.; Доступно в Интернете: https://dieselnet.com/

tech/catalysts.php (по состоянию на 16 мая 2021 г.).

27.

Сэмюэлс Г.; Роуз, А .; Дэвид, Г.; Хукер, Дж.Н. Энергосбережение на транспорте. Доп. Энергетическая система Технол.

1982

, 187–297.

[CrossRef]

28. Голунский С.Е. Окончательный анализ. платина. Встретил. Ред. 2007, 51, 162.[CrossRef]

29.

Группа новостей США. Использование палладия в каталитических нейтрализаторах стимулирует спрос на драгоценный металл в 2019 году. -for-the-драгоценный-

metal-300937620.html (по состоянию на 16 мая 2021 г.).

30. Thakur, P. Advanced Mine Ventilation. Дизельный выхлопной контроль 2019, 157–187. [CrossRef]

31.

Durilla, M.; Хизни, В.Дж.; Мак, С. Окислители угарного газа. В технологии парогенератора с рекуперацией тепла; Elsevier: Amsterdam,

The Netherlands, 2017. [CrossRef]

32. Зеленая химия: инклюзивный подход. Фокус Катал. 2018, 2018, 7. [CrossRef]

33.

Dell, R.M.; Мозли, П.Т.; Рэнд, Д.А. Разработка дорожных транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания. В направлении устойчивого развития

Автомобильный транспорт; Elsevier: Амстердам, Нидерланды, 2014.

Автор: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.