Назначение катализатора в выхлопной системе авто

Представить современное общество без транспортных средств невозможно уже более 100 лет, с тех пор, как Карл Бенц (немецкий инженер-изобретатель) в 1885 году явил миру двухместную мотоколяску. Именно Benz Patent-Motorwagen стал первым патентованным автомобилем, оснащенным двигателем внутреннего сгорания.

С тех пор общее количество всевозможных вариаций автомобилей достигло почти миллиардной отметки, при этом большинство из них по-прежнему оснащены двигателями внутреннего сгорания, помимо дизельных двигателей и набирающих популярность электромобилей.

И вся это армада ежесуточно отравляет земную атмосферу токсичными выхлопами — результатом работы ДВС. Для того, чтобы окончательно не угробить экологию планеты, были разработаны не только особые требования к устройству силовых установок автомобилей, но и создан специальный фильтр, осуществляющий очистку токсичных выхлопов от вредных составляющих.

Компонент, монтируемый сегодня в каждый современный автомобиль, оснащенный бензиновым двигателем или дизелем, получил название каталитический нейтрализатор (КН) или в сокращенном варианте просто катализатор.

Что такое катализатор в машине? Рассмотрим подробнее конструктивные особенности катализатора, устанавливаемого на авто с двигателем внутреннего сгорания и дизелем и назначение катализатора.

Трехкомпонентный катализатор

Для того, чтобы понять за что отвечает катализатор в автомобиле, рассмотрим работу фильтра на автомобилях с бензиновой двигательной установкой.

Конструктивно катализатор состоит из трех основных компонентов:

• стальной внешний защитный корпус;
• теплоизолирующий материал;
• блок-корпус или внутренний наполнитель-монолит.

Если предназначение внешнего защитного корпуса понятно из названия компонента, как и с теплоизолирующим материалом, то конструкция наполнителя гораздо сложнее.

Основным материалом монолита выступает керамика или металл. Именно по материалу наполнителя уместно разделять катализаторы на два основных типа: керамические и металлические.

Для изготовления блок-корпуса первого типа КН используется специальная огнеупорная керамика. Из нее формируется большое количество сквозных продольных ячеек, в разрезе напоминающих пчелиные соты.

При изготовлении металлического катализатора блок-корпус формируется из волнообразных стальных листов, свернутых в виде спирали.

Такая оригинальная форма, как керамических сот, так и металлические листы, необходима для достижения максимальной площади поверхности наполнителя, заключенного во внешний защитный корпус ограниченного размера.

На всю поверхность блок-корпуса обоих видов катализаторов напыляется особый (каталитический) слой, содержащий ценные металлы платиновой группы: платину, палладий, родий или иридий. Эти металлы являются катализаторами (ускорителями) химической реакции окисления, которая начинается, как только выхлопные газы заполнят внутренние отсеки каталитического нейтрализатора и соприкоснуться с поверхностью каталитического слоя.

Платина и палладий, входящие в состав каталитического слоя — это окислители. Они окисляют оставшиеся углеводороды, превращая их в обычный водяной пар, а углекислым газом становится второй ядовитый компонент — оксид углерода (угарный газ, СО). Третий драгметалл — родий — восстанавливающий. Его задача восстановить из оксидов азота безопасный азот.

Все три металла формируют трехкомпонентный катализатор, который до 95% очищает вредные автомобильные выхлопы.

Условия функционирования катализатора

Для того, чтобы очистка выхлопов происходила качественно, необходимо размещение катализатора сразу за выхлопным коллектором или перед глушителем. Каждый из вариантов имеет свои плюсы и минусы. Отработанные газы, поступающие из камеры сгорания двигателя, имеют достаточную для начала химической реакции температуру. Как правило, это показатель от 300°С и выше. Оптимальной считается температура от 400°С до 800°С.

Если катализатор устанавливается за выходным коллектором, то это способствует быстрому прогреву, но есть опасность достижения очень высоких температур, что может привести к спеканию керамических сот-ячеек. А если КН монтируется перед глушителем, тогда надо обеспечивать оперативный прогрев фильтра для начала реакции окисления.

Достигается это следующими вариантами:

• установка запаздывающего зажигания;
• наращивание холостых оборотов;
• управление газораспределительными фазами;
• обеспечение нескольких впрысков за 1 такт;
• доступ воздуха в выпускную систему.

Часто для достижения еще большего качества работы трехкомпонентного катализатора его разделяют. Одну часть (первичный КН) монтируют сразу за выпускным коллектором, а основной КН устанавливают под днищем авто перед глушителем.

КН в дизельном моторе

Учитывая, что в выхлопах дизельного мотора присутствует достаточное количество кислорода, катализатор гарантирует качественное окисление токсичных выбросов.

Компоненты отработанных газов (несгоревшие углеводороды, оксид углерода), заполняющие блок-корпус, превращаются в безопасные для человека и окружающей среды элементы — водяной пар и углекислый газ. Так же исчезает неприятный запас, появляющийся вместе с выхлопами.

Однако в процессе работы катализатора в дизельном моторе образуются и прочие продукты. В частности образуется серная кислота, которая является продуктом окисления диоксида серы, превращенного в триокид серы. Образовавшаяся газообразная субстанция объединяется с водными молекулами и образует твердые сульфаты. Последние в свою очередь постепенно накапливаются в блок-корпусе катализатора и закупоривают поры КН. Все это приводит к постепенному снижению очистительных качеств КН. Частично избавиться от образовавшихся сульфатов можно механическим способом, называемым десульфатацией. Необходимо нагреть катализатор до температуры выше 650°С и продуть соты богатыми отработанными газами.