История автомобильного нейтрализатора

Каталитический конвертер располагают в начале глушителя, сразу за выпускным коллектором, чтобы устройство быстро и эффективно прогревалось до рабочей температуры от 300°С. Оптимальной температурой, положительно влияющей на продуктивную работу и срок эксплуатации конвертера, принято считать 400-800°С. Превышение температуры негативно влияет и ускоряет старение нейтрализатора. В некоторых случаях конвертер устанавливают непосредственно на приемной трубе, ускоряя процесс прогрева, но и вызывая спекание драгоценных металлов и ячеистых сот блока-носителя, приближая выход устройства из строя.

Также увеличить температуру выхлопных газов можно, увеличив подачу топлива, временно переобогащая стехиометрическую смесь.

В процессе работы двигателя вырабатываются различные вещества. К относительно нейтральным относятся:

• азот (N₂) — воздух состоит на 78 % из азота;
• вода (H₂O);
• углекислый газ (CO₂) — сам по себе безвреден, однако считается, что его переизбыток ведет к глобальному потеплению;

К токсичным веществам относят:

• углеводороды (CH_x) — основной компонент смога;
• оксиды азота (NO_x) — еще один компонент смога;
• окись углерода (CO) — ядовитый газ без цвета и запаха;

Удаление из выхлопных газов трех вредных компонентов, образующихся при горении топлива, дало название самому устройству – трехкомпонентный каталитический конвертер. Для полноценной работы нейтрализатора требуется поддержание рабочей температуры от 300°C, при которой из отработанных газов удаляется 90% контактирующих с катализирующим слоем токсичных веществ.

В каталитических преобразователях используются два вида катализаторов: восстанавливающий и окислительный.

Восстановительный процесс происходит при содействии платины и родия, которые при взаимодействии с оксидами азота преобразует их в азот. Когда молекула оксида или диоксида азота встречается с молекулами катализатора, от неё отделяется атом азота, высвобождая кислород. Атомы азота связываются между собой, образуя газообразный азот.

Окислительный процесс осуществляется при контакте отработанных газов с палладием и платиной, которые ускоряют преобразование углеводородов (СН) до состояния водяного пара, а угарный газ –  до углекислоты.

В упрощенном виде эти химические реакции выглядят следующим образом:

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

Вследствие этих реакций токсичные вредные вещества CO, CH_x и NO_x восстанавливаются или окисляются в безвредную воду H₂O, азот N₂ и углекислый газ CO₂^[3].

Применяющиеся в автомобилях нейтрализаторы требуют, чтобы двигатель работал при коэффициенте избытка воздуха (α) максимально приближенном единице. Это не дает возможность использовать обедненную смесь (α>1) для повышения экономичности и богатую смесь (α<1) для получения большей мощности на определенных режимах.

Базовым материалом для внутренней сотовой конструкции служит металл или керамика. Именно на них напыляют катализирующий слой металлов платиновой группы.

Металлический конвертер располагает большим сроком службы, надежен, практически неуязвим для физического и температурного воздействия, не реагирует на попадание воды и выдерживает напор отработанных газов.

Производители постепенно отказываются от металлических конвертеров, так как он менее эффективно функционирует и для экологического стандарта не подойдет, так как для увеличения площади покрытия катализаторами требуется сотовую структуру сделать тоньше. Важную роль играет экономическая составляющая – металлический преобразователь выхлопного газа дороже, чем изделие из керамики.

Керамический конвертер позволяет сделать соты тоньше, что повышает эффективность устройства, нейтрализатор быстрее прогревается и начинает работать.

Но хрупкость керамики сокращает срок эксплуатации преобразователя и при потоке отработанных газов, при перепадах температур (например, на раскаленную поверхность попала вода), механических ударах конструкция разлетается на мелкие фракции и попадает в моторный блок, вызывая серьезные неполадки в работе автомобиля. Единственный плюс керамического конвертера – низкая стоимость.