Какие бывают катализаторы
Autoservice-ryazan.ru

Автомобильный портал

Какие бывают катализаторы

Для чего нужен катализатор в автомобиле: признаки неисправности и способы промывки устройства

Резкий скачок уровня автомобилизации общества в конце двадцатого века потребовал глобального усиления требований к экологичности двигателей внутреннего сгорания. Суровые законодательные меры вынудили производителей разработать и внедрить сложные технические комплексы очистки выхлопных газов, главными компонентами которых стали системы электронного управления впрыском топлива и специальные узлы дополнительной переработки продуктов выпуска – каталитические нейтрализаторы.

Зачем нужен в машине каталитический нейтрализатор

Большая часть выхлопных газов состоит из вполне нейтральных и безвредных веществ – азота, водяного пара и двуокиси углерода. Но обойтись только их наличием практически невозможно, такое случается лишь в идеально отрегулированном двигателе, работающем в предсказуемом стационарном режиме.

Во всех других случаях мотор начинает выделять крайне опасные для человека химически активные вещества, моноокись углерода, углеводороды и окислы азота.

Прямое уничтожение подобных ядов с большой скоростью и в требуемом объёме практически невозможно, поэтому инженеры были вынуждены прибегнуть к известным из химии каталитическим реакциям переработки вредных веществ в относительно нейтральные.

Катализатором в химии называется компонент реакции, который участвует в процессе, хорошо его ускоряет, но сам при этом не расходуется.

Что ценного в устройстве

К сожалению, ценного там оказалось много. В роли катализаторов пришлось применить благородные металлы, наиболее подходящие для этой цели.

Дошло до того, что самым дешёвым из них оказалось золото, но чаще приходится использовать платину, палладий и родий. Многим известно, что эти элементы существенно дороже всем понятного золота.

Одновременно с применением столь недешёвых компонент потребовалось создать геометрически непростую структуру, обеспечивающую контактирование каталитического вещества со всем объёмом выпускаемого цилиндрами газа. Это мельчайшие керамические или металлические соты, сквозь которые и продувается весь поток выхлопа.

В результате автомобиль приобрёл сложное, массивное и дорогое устройство в виде металлического корпуса, высокотехнологичной начинки, да ещё и обрамлённое контрольными датчиками с двух сторон, непрерывно следящими за его сохранностью и правильной работой.

Экологичность даром не даётся. Да и на этом прогресс не остановился, дальнейшее ужесточение требований законодателей продолжает влиять на появление дополнительных систем очистки выхлопа.

Виды катализаторов

По своему назначению нейтрализатор может быть двух- или трехкомпонентным.

  1. В первом случае он выполняет относительно простые функции окисления (дожигания) угарного газа и углеводородов до образования воды и двуокиси углерода.
  2. Во втором – добавляется сложная способность устройства работать с окислами азота. Особенно много их образуется в современных дизельных и бензиновых моторах, в силу повышения экономичности, которых конструкторам приходится использовать обеднённые и бедные смеси на впуске.

Трёхкомпонентые катализаторы, а именно такие чаще всего применяются, в свою очередь, могут отличаться по конструктивному признаку, изготавливаясь на базе керамических или металлических сотовых изделий.

Керамические относительно дешевле, но не обладают высокой механической прочностью и долговечностью, склонны к растрескиванию и разрушению, не терпят ударов при наезде на препятствия.

Металлические конструктивы обладают достаточной упругостью, поэтому лучше держат внешние и внутренние удары. Внутренние могут возникать при аномальных процессах горения и разрушительно воздействовать на тонкую сотовую начинку, где, как уже упоминалось, обычно нанесены такие непростые вещества, как платина, палладий и родий.

Но даже металл не спасает от предательского попадания на тонкие соты посторонних веществ из двигателя в виде компонент контрафактных рабочих жидкостей, слишком богатой смеси или всевозможных соединений кремния.

Катализаторы отличаются и по способу их установки. Раньше они располагались в виде врезок выхлопной трубы, подобно глушителям и резонаторам. Но оказалось, что так их очень трудно и затратно прогревать до рабочей температуры, при которой начинаются каталитические реакции.

Поэтому сейчас нейтрализаторы ставят непосредственно за выпускным коллектором, максимально близко к точке выхода раскалённых выхлопных газов. Уже не надо долго ждать выхода прибора на режим, меньше загрязняются кислородные датчики и сокращаются расходы топлива на поддержание температуры.

Причины и признаки неисправности

Теоретически катализатор должен работать вечно. Благородные металлы не окисляются и не расходуются в химических реакциях каталитического типа. Но реальность выглядит значительно хуже. Тонкие приборы оказываются бессильны перед нарушениями температурного режима и механическими ударами.

Почти все проблемы бывают связаны с нарушением работы систем питания и зажигания двигателя, а также с применением некачественного топлива. Всё это приводит к повышению температуры нейтрализатора, оплавлению и выкрашиванию его сотовой структуры с последующим закупориванием пути свободного прохода выхлопных газов.

При этом катализатор способен нанести страшный ответный удар двигателю. Его близкое расположение к зоне выпускных клапанов привело к опаснейшему эффекту – раскрошенная керамика может попадать в цилиндры.

Это не является парадоксом, дело в том, что импульсный характер движения газов на выпуске приводит к хаотическому перемещению частиц по коллектору и всасыванию их в двигатель перепадами давления.

Результат известен многим мотористам – царапины и задиры на поверхностях, которым это полностью противопоказано. Двигатель отправляется в капитальный ремонт.

Общим признаком неисправности станет потеря мощности двигателя, его неспособность развить большие обороты. В конце концов он просто перестанет запускаться. Это легко себе представить интуитивно, вообразив, что некто коварно заткнул выхлопную трубу. Результат абсолютно идентичен.

Как проверить

Симптомы слишком характерны, чтобы вызывать сложности с диагностикой забитого катализатора.

Изменившийся звук выхлопа, сдавленное шипение в выпускной системе, иногда вообще крайне слабая реакция руки, подведённой к срезу выхлопной трубы. Обычно к тому же зажигается лампочка контроля состояния двигателя, ЭСУД заметит нештатные показания датчиков.

Окончательный диагноз будет поставлен после снятия катализатора с автомобиля. Запечённые, заполненные отложениями и раскрошенные соты невозможно не заметить.

Как почистить

В тех случаях, когда соты ещё не повреждены, но пропускная способность нейтрализатора уже снижена смолянистыми отложениями, его можно промыть.

Для этого лучше всего использовать жидкость, обычно применяемую для очистки карбюраторов или топливных форсунок. Только потребуется её значительно больше.

Катализатор заливается промывочной жидкостью, после чего ей предоставляется время на растворение загрязнений, затем её сливают, внутренности детали промываются горячей водой и просушиваются (продуваются).

Обычно процедура требует неоднократного повторения. Существуют также специально предназначенные для подобных промывок составы.

Зачем вырезают катализатор на автомобиле

Подобное удаление имеет негативные последствия в виде увеличения загрязнения окружающей среды.

Выполняется оно обычно по двум причинам – экономии на покупке новой детали, взамен пришедшей в негодность (изделие дорогое по описанным выше причинам) и мощностного тюнинга автомобиля.

Снижение сопротивления на выхлопе позволит мотору раскручиваться более уверенно. К тому не секрет, что экологичность и экономичность пока не могут существовать одновременно. На обслуживание хорошего катализатора требуется значительное количество дополнительного топлива, не несущего полезной нагрузки.

Тонкости удаления устройства из выхлопной системы

Выполнить это без значительных затрат времени иногда невозможно. Прошли времена, когда катализатор представлял собой удобный в обращении жестяной цилиндр с хрупкой керамической начинкой. Два крепких удара ломом — и дело сделано.

Сейчас приходится иметь дело с изделием замысловатой формы, без доступа к внутренностям, да ещё и с крепкими металлическими сотами. Приходится вскрывать корпус и потом его заваривать. В условиях СТО операция не самая дешёвая.

Завершиться процесс должен перенастройкой «мозгов» двигателя, иначе они сразу вычислят обман. Это делается различными способами, в зависимости от квалификации и привычек исполнителя. Могут применяться как программные, так и аппаратные «обманки» контролирующих датчиков.

Результат один – мотор адаптируется к новым условиям и перестаёт паниковать лампочкой «Check engine». Иногда ставят так называемый пламегаситель – специальную вварку, нормализующую звук, температуру и внутреннюю аэродинамику выхлопа.

Катализатор – для чего он и что лучше, замена или удаление?

Под каждой машиной находится (или, по крайней мере, должна) металлическая банка, задачей которой является снижение токсичности выхлопных газов. Такая банка работает спокойно и выполняет свою роль до тех пор, пока не сломается. Сколько стоит катализатор? Для чего он? Какие проблемы может вызвать? Каковы симптомы отказа катализатора? Как отремонтировать каталитический нейтрализатор автомобиля? Это можно сделать дешево?

Независимо от того, потребляет ли автомобиль дизель, бензин или газ, у каждого есть выхлопная система. Его первой задачей является удаление всех примесей, возникающих при сжигании топлива. А во-вторых, нейтрализации их достаточно, чтобы представлять наименьший риск для здоровья. И это то, для чего используется наш катализатор, установленный в металлическом цилиндре под машиной.

Первые автомобили, оснащенные катализаторами, появились на европейском рынке в 1986 году. Автомобили, оснащенные каталитическими нейтрализаторами, гордо носили специальную маркировку. С введением стандартов выбросов Евро (Евро 1 с 1993 года) использование катализаторов стало обязательным. Кто не имел катализатора, не получил одобрения и не мог продавать автомобили в ЕС. Сам дизайн развивался. Чем строже были стандарты, тем больше работы должны были выполнять катализаторы.

Катализаторы, используемые в бензине и абсцессах, различаются по структуре активного покрытия, поскольку их состав отработавших газов также отличается.

Строение катализатора?

Катализатор состоит из четырех основных элементов:

  1. Корпус – металлический, продолговатый ящик, обычно в форме цилиндра (или более сплющенный) с теплоизоляцией. С передней части автомобиля к нему присоединена выхлопная труба, которая собирает выхлопные газы из выпускного коллектора. Еще одна трубка выходит из катализатора, которая подводит очищенный выхлопной газ к глушителю.
  2. Носитель – это внутренняя структура с сотовым сечением, состоящая из тысяч каналов, позволяющих поток выхлопных газов. Он изготовлен из металла (металлическая опора) или керамики (керамическая опора, чаще всего из силиката магния и алюминия).
  3. Промежуточное покрытие – оно пористое и покрывает всю поверхность каналов на подложке. Его задача – обеспечить хорошие условия для следующего покрытия.
  4. Каталитически активное покрытие – изготовлено из элементов, предназначенных для вступления в химические (каталитические) реакции с вредными компонентами выхлопных газов и нейтрализации их до веществ, безвредных для окружающей среды. Это самая дорогая и самая важная часть катализатора.

Каталитически активное покрытие покрыто редкими и дорогими элементами. Например, типичный трехходовой катализатор использует платину, родий и палладий. И теперь мы знаем, почему катализаторы были украдены или почему они были куплены. Извлекать из них платину после серии процедур.

Читать еще:  Неустойчивая работа двигателя

Ранее мы упоминали, что катализаторы в дизельных и бензиновых автомобилях немного отличаются.

  • Окислительные катализаторы – уменьшают количество оксидов углерода и углеводородов, а также твердых частиц в выхлопных газах
  • Трехходовые катализаторы – окисляют оксиды углерода и углеводороды и восстанавливают оксиды азота в автоцистернах

Где в машине установлен катализатор? Чаще всего десятки сантиметров позади выпускного коллектора. Есть еще один метод, так называемые картриджи, устанавливаемые в выпускном коллекторе.

Более новые автомобили, которые соответствуют строгим стандартам выбросов, используют два или три катализатора.

Как катализатор работает на практике?

После запуска силового агрегата выхлопные газы двигателя уходят на катализатор. Катализатор должен нагреваться как минимум до 300 градусов Цельсия, чтобы происходили каталитические реакции. Катализатор работает оптимально, когда он имеет температуру от 400 до 800 градусов Цельсия. Для ускорения нагрева катализатора используются дополнительные растворы – чаще всего теплоизоляция под кожухом катализатора (поскольку это самое дешевое решение), реже нагреватели или дополнительная подача воздуха в выпускной коллектор.

Лямбда-зонды (лямбда-значения, определяющие соотношение топлива и воздуха), датчики, измеряющие процент содержания воздуха в выхлопных газах, размещены перед катализатором и прямо за ним. Датчики подают сигнал на компьютер, который управляет двигателем. Если содержание выхлопных газов слишком высокое, это означает, что двигатель работает на ненасыщенной смеси. Компьютер увеличивает количество впрыскиваемого топлива. И наоборот. Если содержание кислорода в смеси слишком низкое, доза топлива уменьшается.

Какое это имеет отношение к катализатору? Наряду с изменениями в составе топливной смеси в катализаторе происходят процессы восстановления и окисления с использованием кислорода. Процессы восстановления уменьшают количество токсичных оксидов азота, процессы окисления уменьшают количество оксидов углерода (восстановление до диоксида углерода) и углеводородов УВ (восстановление до пара и диоксида углерода). Процессы восстановления и окисления происходят поочередно, и благодаря им увеличивается степень конверсии катализатора (то есть его эффективность) – до 98%.

Давайте посмотрим, как катализатор очищает выхлопные газы на практике (источник: журнал Autoexpert 10/2007)

  • Угарный газ – до катализатора 1%, после катализатора – 0,1%
  • Углеводороды углеводородов – перед катализатором: до 100 ч / млн, ниже по потоку от катализатора: до 20 ч / млн
  • Диоксид углерода – перед катализатором – до 14%, после катализатора – до 15,4%

Введение новых стандартов радикальных выбросов означает, что одних катализаторов уже недостаточно для очистки выхлопных газов дизельных двигателей. Также стало необходимым использовать сажевые фильтры DPF / FAP (от Евро 4) и системы селективного каталитического восстановления SCR (от Евро 6). Кроме того, обязательна система рециркуляции выхлопных газов EGR, снижающая содержание оксидов азота (для автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями).

Отказ катализатора (каталитический нейтрализатор) – почему катализаторы выходят из строя?

Автомобильный каталитический нейтрализатор подвергается очень тяжелым рабочим условиям. Выхлопная система вибрирует во время работы, и при движении по неровной поверхности возникает дополнительная вибрация.

Катализатор подвергается очень высоким тепловым перегрузкам. Выхлопные газы двигателя достигают температуры до 600 градусов по Цельсию (в зависимости от скорости и долговечности вождения), а с другой стороны, на его корпус влияет температура наружного воздуха (минус зимой). Кроме того, из-за расположения под автомобилем он подвержен механическим повреждениям и коррозии.

Катализатор обладает определенной прочностью. Каталитически активное покрытие стареет в процессе эксплуатации. Трудно определить, когда это произойдет. Тем не менее можно предположить, что он колеблется от 180 до 200 тысяч. км пробега.

Однако существует ряд факторов, которые могут значительно сократить технический срок службы катализатора.

И чаще всего они являются причиной его отказа и, следовательно, необходимости замены. Например:

  • Въезд на машине в глубокую лужу. Катализатор нагревают до температуры нескольких сотен градусов по Цельсию через выхлопные газы. Попадание воды вызывает ее ударное охлаждение и усадку металлического корпуса. Это, в свою очередь, сжимает вставку внутри катализатора и измельчает ее.
  • Отказ системы зажигания, вызывающий выпадение зажигания. В зависимости от конструкции и возраста автомобиля это может быть связано с повреждением высоковольтных проводов, купола устройства зажигания, распределительного пальца или отдельных катушек зажигания. Несгоревшие остатки топлива попадают на катализатор и вызывают его разрушение.
  • Неправильно установленный момент зажигания – слишком длительная задержка зажигания приводит к повышению температуры в катализаторе примерно до 1000 ° C, что приводит к его разрушению.
  • Старение двигателя, связанное с износом поршневых колец, вызывает сгорание моторного масла и попадание его остатков в катализатор. Порошок, образующийся после сгорания моторного масла, закупоривает каналы катализатора.
  • Частая / подавляющая езда по городу – значительно сокращает срок службы катализатора.
  • Неправильно отрегулированная газовая установка – также вызывает ускоренный износ этого элемента
  • Механические повреждения – столкновение днища автомобиля с выступающим элементом может привести к вмятине корпуса и повреждению внутренней вставки.

Подержанный автомобиль каталитический нейтрализатор – каковы признаки отказа?

Есть несколько симптомов, которые указывают на отказ / износ катализатора:

  • Гремит во время вождения – когда вход внутри катализатора откололся
  • Индикатор проверки двигателя загорается после превышения определенной скорости. С течением времени скорость будет уменьшаться.
  • После подключения автомобиля для диагностики наиболее распространенной ошибкой является PO420 (низкая производительность катализатора)
  • Ухудшение двигателя, который иногда не имеет мощности, может иногда дергаться – это указывает на засоренный катализатор
  • Падение мощности двигателя
  • Возможно увеличение расхода топлива

В случае сбоя не все перечисленные выше симптомы возникают всегда.

Ремонт поврежденного каталитического нейтрализатора автомобиля – дорого?

Какие решения есть у водителя?

  • Удаление катализатора
  • Замена катализатора на новый – оригинальный или универсальный
  • Замена катализатора на использованный

Давайте посмотрим на все решения.

Удаление катализатора

Можно ли снять автомобильный каталитический нейтрализатор? Нет. Удаление запрещено законом. Если диагност обнаруживает, что в машине отключен каталитический нейтрализатор, он не должен подписывать технический осмотр. Автомобиль без каталитического нейтрализатора не соответствует нормам выбросов и не должен быть допущен к движению.

Несмотря на это, вы можете легко найти компании, которые занимаются удалением катализаторов. Выключение катализатора – только полумера, потому что лямбда-датчики обнаруживают его отсутствие и переводят двигатель в аварийный режим. Вместо катализатора, так называемый стримеры – они имеют форму катализатора, а расположение листов внутри них облегчает удаление дыма. Также необходимо вмешаться в программное обеспечение двигателя, чтобы второй лямбда-зонд не переводил его в аварийный режим. На практике для второго лямбда-зонда также используется простое механическое решение, заключающееся в том, чтобы зафиксировать его таким образом (с помощью специального металлического элемента), чтобы он не погружался в поток выхлопных газов.

Стоит помнить о катализаторе при покупке подержанного автомобиля. Может случиться, что предыдущий владелец отключит его, и у покупателя будут незапланированные расходы.

Замена катализатора новым – оригинальным или универсальным

Это самое дорогое решение, но в то же время самое надежное и долговечное.

При правильных условиях они могут выдержать до 200 000 км пробега, как те, что использовались для первой сборки. Сколько стоит такой катализатор? Все зависит от модели автомобиля и версии двигателя.

Они довольно долговечны.

Универсальные катализаторы в зависимости от размера и нормы выбросов являются самыми дешевыми. Однако они не очень долговечны.

Для катализаторов, установленных внутри выпускного коллектора, приобретаются специальные вкладыши. К сожалению, обмен довольно дорогой, потому что механик должен снять коллектор, разрезать его и попасть во вставку. Сам корпус также иногда приходится разрезать, чтобы вставить в него новую вставку.

Как происходит замена:

  • Отсоедините разъемы лямбда-зондов (они могут быть расположены в среднем туннеле рядом с коробкой передач).
  • Снятие всей выхлопной системы
  • Старый катализатор вырезали с помощью угловой шлифовальной машины
  • Сварка нового катализатора вместо старого. Возможно, потребуется установить несколько дополнительных проставок.
  • Установка выхлопной системы
  • Подключение штекеров лямбда-зондов

Дополнительные расходы могут возникнуть во время замены, потому что выхлопная система может быть сильно изношена. Неосторожный механик также может перекрутить лямбда-зонд (иногда вам нужно открутить его, когда он установлен в корпусе катализатора) или сломать его кабель.

Как выбирается автомобильный катализатор? Вам нужны данные, такие как:

  • Марка, модель, год выпуска автомобиля
  • Версия двигателя, мощность
  • Стандарт эмиссии
  • Диаметр выхлопной трубы
  • Размеры и форма (обычно второстепенная проблема, за исключением катализаторов, установленных в выпускном коллекторе)

Как снизить стоимость замены катализатора на новый? Старый, разобранный катализатор можно продать. Работает много компаний, которые их покупают. Цена зависит от уровня истощения.

Замена катализатора на использованный

Это метод ремонта с наибольшим риском. Использованные катализаторы чаще всего покупают на шротах или онлайн-аукционах. Они не самые дешевые, и за их установку нужно платить столько же, сколько и за установку новых.

Вы никогда не знаете, в каком состоянии находится катализатор и как долго он будет работать. Если мы хотим сэкономить – лучше купить самый дешевый, универсальный катализатор.

Если ваш автомобиль показывает признаки износа каталитического нейтрализатора автомобиля

Если вы хотите заменить катализатор на новый оригинальный или универсальный

Если вам нужна помощь в выборе и покупке катализатора

Катализ и катализаторы

Катализ – это процесс изменения скорости химической реакции при помощи катализатороввеществ, принимающих участие в химической реакции, но в состав конечных продуктов не входящих и в результате реакции не расходующихся.

Одни катализаторы ускоряют реакцию (положительный катализ), другие – замедляют (отрицательный катализ). Отрицательный катализ называют ингибированием, а катализаторы, понижающие скорость химической реакции – ингибиторами.

Различают гомогенный и гетерогенный катализ.

Гомогенный катализ.

При гомогенном (однородном) катализе реагирующие вещества и катализатор находятся в одинаковом агрегатном состоянии и между ними отсутствует поверхность раздела. Пример гомогенного катализа – реакция окисления SO2 и SO3 в присутствии катализатора NO (реагирующие вещества и катализатор являются газами).

Гетерогенный катализ.

В случае гетерогенного (неоднородного) катализа реагирующие вещества и катализатор находятся в различных агрегатных состояниях и между ними существует поверхность (граница) раздела. Обычно катализатор – твердое вещество, а реагирующие вещества – жидкости или газы. Пример гетерогенного катализа – окисление NN3 до NO в присутствии Pt (катализатор – твердое вещество).

Читать еще:  Нужно ли прогревать дизельный двигатель

Механизм действия катализаторов

Действие положительных катализаторов сводится к понижению энергии активации реакции Еа(исх), действие ингибиторов – противоположное.

Так, для реакции 2HI = H2+I2 Еа(исх)=184 кДж/моль. Когда же эта реакция протекает в присутствии катализатора Au или Pt, то Еа(исх)=104 кДж/моль, соответственно.

Механизм действия катализатора при гомогенном катализе объясняется образованием промежуточных соединений между катализатором и одним из реагирующих веществ. Далее промежуточное соединение реагирует со вторым исходным веществом, в результате чего образуется продукт реакции и катализатор в первоначальном виде. Так как скорость обоих промежуточных процессов значительно больше скорости прямого процесса, то реакция с участием катализатора протекает значительно быстрее, чем без него.

SO2 +1/2 O2 = SO3 протекает очень медленно, а если использовать катализатор NO

то реакции NO +1/2О2 = NO2 и NO2 +SO2 = SO3 +NO протекают быстро.

Механизм действия катализатора при гетерогенном катализе иной. В этом случае реакция протекает вследствие адсорбции молекул реагирующих веществ поверхностью катализатора (поверхность катализатора неоднородна: на ней имеются так называемые активные центры, на которых и адсорбируются частицы реагирующих веществ.). Увеличение скорости химической реакции достигается, в основном, за счет понижения энергии активации адсорбированных молекул, а также, отчасти, за счет увеличения концентрации реагирующих веществ в местах, где произошла адсорбция.

Каталитические яды и промоторы.

Некоторые вещества снижают или полностью уничтожают активность катализатора, такие вещества называют каталитическими ядами. Например, небольшие примеси серы (0,1%) полностью прекращает каталитическое действие металлического катализатора (губчатого железа), использующегося при синтезе аммиака. Вещества, повышающие активность катализатора, называют промоторами. Например, каталитическая активность губчатого железа значительно возрастает при добавлении примерно 2% метаалюмината калия KAlO2.

Применение катализаторов

Действие катализатора избирательно и специфично. Это означает, что, применяя различные катализаторы, из одних и тех же веществ можно получить различные продукты. Это особенно характерно для реакций органических веществ. Например, в присутствии катализатора AlO3 происходит дегидратация этилового спирта, в присутствии Cu – дегидрирование:

Биологические катализаторы, принимающие участие в сложных химических превращениях, протекающих в организме, называются ферментами.

Катализаторы широко используются в производстве серной кислоты, аммиака, каучука, пластмасс и др. веществ.

Катализатор — виды и особенности. Зачем он нужен?

Поговорим сегодня о катализаторе, что же это такое и как он работает?

Автомобили при работе выделяют токсичные вещества. Для снижений этих выбросов существует катализатор. Из школьной программы по химии нам известно, что катализатор это химическое вещество, которое ускоряет процесс распада, но само в этом процессе не участвует.

Для увеличения срока эксплуатации катализатора, его устанавливают в выпускном коллекторе либо после него. В процессе работы двигателя, выделяются токсичные газы, которые пагубно влияют на окружающую среду и здоровье человека.

В выхлопных газах выделяются вредные компоненты такие как:

  • углеводород (основная часть выхлопных газов)
  • оксид азота (по содержанию его меньше)
  • окись углерода( он ядовит и не имеет ни запаха ни цвета)

Именно из за этих компонентов, катализатор составлен из трех частей. Каждая часть нейтрализует определенный компонент состава едкого газа.

Сам катализатор это часть выхлопной система, которая имеет вид металлической колбы. Она изготавливается из нержавеющей стали, внутри которой расположены фильтры в виде сот или бусин из керамического материала.

Соты изготавливают из металла или керамики и покрывают нейтрализующим веществом. В роле нейтрализующего вещества обычно применяют палладий, родий или платину.

Но в последнее время производители очень часто используют золото. т.к. этот вариант более дешевый и не уступает по свойствам вышеперечисленных материалов.

  • Из керамики. Чаще всего такие соты покрывают платиноиридиевым сплавом. Это бюджетный варианта, из за чего керамический катализатор хорошо продается. Но его минус это хрупкость материала. С керамическим катализатором, необходимо быть внимательнее,дабы избежать столкновений. Так как его легко можно повредить и не заметить этого. Для повреждения сот достаточно одного сильного удара об камень. Так же если заехать в глубокую лужу и вода попадет в выхлопную трубу и далее в катализатор, то вода попавшая на горячие соты, может его повредить. Также соты могут повреждаться при неправильной работе системы зажигания. При не полном сгорании топлива, его остатки будут накапливаться в резервуаре катализатора и после их воспламенения соты могут повредится. Кроме того, в катализаторах такого типа скапливается керамическая пыль, которая может попадать в двигатель и нарушить его работу.

  • Соты из металла. По надежности и прочности такая конструкция очень хорошая. Благодаря этой конструкции катализатор может выдержать довольно длительное время любые механические нагрузки. Благодаря необычной спиралевидной формы сот и их состава особого металла — соты очень упругие.Но помимо положительных сторон у данного изделия, имеются и отрицательные:
  • дешевое и соответственно негодное для использования топливо;
  • масла попадающие в камеру сгорания;
  • дешевые и соответственно не годное для использования жидкости для омовения систем ( фирма изготовителя неизвестная);
  • переобогащенные топлива;
  • работа на холостом ходу.
  • Спортивные. Они также изготавливаются из металла, но эффективность таких сот меньше, чем у вышеперечисленных. Они применяются для спортивных автомобилей, так при таких свойствах мощность двигателя повышается около 20%. Но для установке катализатора со спортивными сотами необходимо установить прямоточный выхлоп.
  • Двусторонние. Они предназначены для выполнения таких функций, как превращения угарного газа в углекислый (СО в СО2), за счет реакции горения превращает остатки несгоревшего топлива в воду и углекислый газ. Их часто используют в транспортных средствах, работающих на дизельном топливе
  • Трехсторонние. Они появились еще в 1981 году. Такие нейтрализаторы выполняют больше функций. Расщепляет окись азота на менее вредные вещества. Угарный газ преобразовывает в углекислый. Несгоревшее топливо разделяет на воду и непосредственно углекислый газ.

Как работает катализатор

На катализатор производителе напыляют вещества, которые способны восстанавливать и окислять

На соты напыляют вещества драгоценного металла. Они снижают объем выбросов азота и оксида. Это металлы такие как, родий и платина.

Процесс этот происходит примерно так: молекулы оксида азота взаимодействуют с молекулами металла (в основном это металл платины), в результате чего образуется газообразный кислород и азот.

Также используют металл палладия, который осуществляет процесс окисления. Его одной из задач, является сжигания оставшейся топлива. Говоря простым языком все эти катализаторы способствуют процессу распада выхлопных газов, на азот, кислород и воду. Получившиеся вещества гораздо меньше приносят вред окружающей среде.

Как избежать выхода из строя

Катализатор, особенно керамический, очень легко повредить и не заметить его неисправности. Поэтому для продления его срока службы, можно воспользоваться следующими советами:

  • использовать топлива высокого качества
  • избегать ударов
  • избегать попадания воды, на соты катализатора
  • следить за системой зажигания
  • избегать перегрева катализатора

Если в корпусе катализатора появились непонятные звуки, в двигателе заметно снизилась мощность, на холостых оборотах работа двигателя стала неустойчивой, то в таком случае, следует проверить исправность катализатора. Не стоит дожидаться проявление всех этих признаков одновременно. Лучше лишний раз проверить, чем усугублять проблему.

Что делать при поломке катализатора

В случае выхода из строя катализатора, отремонтировать его в дальнейшем очень сложно, и затратно. Проще и дешевле установить новый. И лучше всего произвести замену устройства соответствующей марки. Выбор катализатора зависит от марки вашего автомобиля.

Если для исправности вы обратитесь в автомастерскую, вам могут предложить несколько варианта устранения поломки. (Не учитывая вариант установке нового. Так как установка нового катализатор обходится дорого).

Варианты будут следующие. Можно установить универсальный катализатор.Этот способ будет раза в два дешевле, чем установка оригинального катализатора.Либо удаляется внутренняя часть катализатора (убираются соты). Также можно убрать катализатор вовсе и заменить его пламегасителем. Но при таком ремонте не происходит очистка выхлопных газов, но убираются посторонние шумы.Самым дешевым вариантом является установка обманки лямбда зонда. Это устройство передает сигнал бортовому компьютеру автомобиля о правильной работе катализатора, но очищаться выхлоп не будет.

Минусы и плюсы отсутствия катализатора

Существует много мнений, стоит ли снимать катализатор или все же это пагубно влияет на работу автомобиля, и конечно же на окружающую среду. Давайте рассмотрим плюсы и минусы автомобиля без катализатора:

  • отработанные газы беспрепятственно выходят из камеры сгорания, что позволяет двигателю работать на полную мощность;
  • заметно уменьшается время разгона автомобиля.
  • естественно без катализатора идет большее загрязнение экологии
  • появляется более резкий запах из выхлопной трубы;
  • увеличивается шум исходящий от глушителя.

Итак мы рассмотрели, что такое катализатор, какие виды бывают, какой принцип его работы, немного разобрали из чего он состоит и что делать при его поломки. Несомненно эта маленькая деталь наших автомобилей, помогает сохранить наш окружающий мир. Но конечно же выбор остается за каждым из нас, сохранять экологию и следить за работой выхлопной системы, своего транспорта или избавиться от этой детали и продолжать пагубно воздействовать на окружающую среду.

Как выбрать катализатор

E-Class sedan (W210) (06.95 – 03.02)

VITO van (638) (03.97 – 07.03)

Автомобильный катализатор, иначе называемый каталитический нейтрализатором, является деталью, способной уменьшить процент вредных выхлопов автомобиля. К ним относят NO и NO2, CO, CH. Именно они образуют смог и именно они крайней ядовиты. Разберемся, как же устроен катализатор и что нужно учитывать при его выборе.

Как выглядит полная система

Цели катализатора предельно ясны – уменьшить процент вредных веществ в выхлопе. Вместе с тем также улучшается и динамика работы двигателя, уменьшается расход за счет более полного сгорания топлива. Правда, достигнуто это не во всех моделях нейтрализаторов. Существует несколько решение, о которых мы и поговорим. Начнем с того, что специалисты делят катализаторы на 3 вида:

  • Химические;
  • Сотовые металлические и керамические;
  • Магнитострикционные.
Читать еще:  Поло седан надежность

В тандеме с катализатором работает кислородные датчики . Они контролируют работу устройства в зависимости от выводимых показаний. Один их них ставится сразу за катализатором, а другой перед ним. Самые распространенные керамические катализаторы вмонтированы в трубе между глушителем и мотором. Снизу они в обязательном порядке закрываются специальным экраном. Если его демонтировать, устройство может раскалиться докрасна. Другие виды имеют свои особенности расположение.

Подробнее о видах катализаторов

Наиболее нам привычными являются сотовые из металла или керамики. Внутри них находятся соты с нанесенным платиноиридиевым составом. Состав реагирует с вредными составляющими выхлопа, нагревается и отдает в атмосферу только CO2, N2, O2 и водяной пар. У таких катализатором много своих «болезней»:

  • В случае неисправной системы зажигания в них скапливается небольшое количество бензина. При дальнейшей попытке завести двигатель этот бензин детонирует . Соты катализатора от такого взрыва оплавляются, деформируются или вовсе рассыпаются;
  • Соты не переносят сильных механических воздействий. Они все так же могут деформироваться, покрываться трещинами или перемещаться дальше внутрь корпуса. Самый худший вариант: керамическая пыль рассыпается по выхлопной системе и повреждает смежные узлы.

Неисправный катализатор дожигания может серьезно снизить обороты и увеличить расход топлива. Иногда блок таких катализаторов не ремонтируют, а попросту «пробивают» насквозь или снимают (мы рассмотрим такой вариант позже).

Химические катализаторы, которые часто просто называют присадками, установлены на множество иномарок. Они призваны существенно улучшить свойства масел и топлив, а также увеличить стойкость множества узлов автомобиля Так называемые анамегаторы топлива нужны для улучшения процесса сгорания этого самого топлива: увеличивается полнота сгорания, снижается токсичность, сокращается количество детонаций.

Главным недостатком химического катализатора является его ресурс. Потребуется частая и не всегда дешевая замена. К тому же, если концентрация анамегаторов слишком высока, возникает коррозия металлических деталей. Возрастет расход топлива, может потребоваться ремонт или полная замена несколько узлов автомобиля. Лучшими анамегаторами являются Т-4 и Т-6.

Магнитострикционные катализаторы существуют с 70-х годов 20 века, но большого распространения так и не получили. Суть катализатора в том, чтобы менять не химический состав топлива, а его физические свойства. А именно: правильно ориентируется молекула топлива, за счет чего она свободной парой может присоединить к себе максимум кислорода. Так увеличивается полнота сгорания и выделяемое количество теплоты. Вот что еще стоит знать о таких катализаторах:

  • Их производят не так много фирм. К счастью, сегодня они поставляются в ограниченном количестве почти во все страны Европы;
  • При установке требуется корректировка зажигания карбюраторного двигателя, лямбда-зоны инжекторного или винта холостых оборотов дизельного.

Ставится магнитострикционный катализатор прямо перед инжектором или карбюратором. Отсоединяется топливный шланг и ставится небольшое устройство. В дизельных двигателях с объемом цилиндров более 1800 см3 ставится по устройству перед каждой форсункой и еще одно прямо перед НВД.

Поскольку большинство автолюбителей так или иначе сталкивалось только с керамическими катализаторами, мы расскажем подробнее именно о них.

Сотовые каталитические преобразователи

Внутри корпуса катализатора находятся два небольших блока. Оба с торцов покрыты тонким слоем из дорогостоящих металлов. Сами блоки пронизаны множеством отверстий, за счет чего блоки и называют сотовыми. Все вместе образуют ту самую структуру, которая отвечает за восстановление и окисление веществ, находящихся в выхлопе. Происходит это в три этапа:

  • Восстановление. Для уменьшения выброса оксидов азота на первом блоке используется платина, родий. Как только молекулы NO и NO2 соприкасаются с каталитическим слоем, тот делит их на 2 компонента. Очевидно, это азот и кислород. Молекулы N2 совершенно безвредны;
  • Окисление. Этот этап проходит выхлоп только для того, чтобы платина и палладий во втором блоке уменьшили процент окисей углерода и углеводородов. На выходе получается безопасный CO2;
  • Контролирования потока выхлопа. Кислородные датчики «проверяют» состав и дают сигнал бортовому компьютеру, который, в свою очередь, работает с системой впрыска. Он может или уменьшить, или увеличить процент кислорода в выхлопе за счет регуляции соотношений топливо-воздух.

Вопрос № 3. Определение катализа. Виды катализа

Определение катализа. Виды катализа. Хемосорбция и образование промежуточного активированного комплекса. Энергия активации каталитической реакции. Катализ и равновесие. Применение катализа.

Катализ – явление возбуждения химических реакций специальными веществами – катализаторами. Катализатор многократно вступает в промежуточное химическое взаимодействие с веществами, участвующими в реакции и восстанавливает свой состав после каждого цикла промежуточных взаимодействий.

Гомогенный катализ – реагирующие вещества и катализатор образуют одну фазу.

Гетерогенный катализ – вещества и катализатор находятся в разных фазах.

Микрогетерогенный катализ занимает промежуточное место между гомогенным и гетерогенным катализами. Катализатор – большие полимерные молекулы. Для взаимодействующих на них небольших молекул они подобны гетерогенным частицам, но образуют с реагентами одну фазу. В эту группу входят ферментативные реакции, в которых катализатор (фермент) – крупные белковые молекулы сложного состава и строения. Поэтому его называют и ферментативным катализом.

Химическое превращение протекает через образование активного комплекса, обладающего избыточной энергией. Ее достаточно для перестройки новых веществ – продуктов реакции. Изменение энергии системы при химическом взаимодействии по реакционному пути(1).

А – активированный комплекс

К –промежуточное соединение с катализатором

Е, Ек – энергии исходных веществ и продуктов

Е1, Е2 – энергии активации превращения прямом и обратном направлениях

∆Н – изменение энергии в результате превращения (тепловой эффект).

Но не все молекулы обладают достаточной энергией для образования активного комплекса – только те, энергия которых превышает энергию активации Е1. Если необходимая энергия Е1 велика, то реакция практически не протекает.

Катализатор открывает новый реакционный путь, благодаря тому, что вступает в химическое взаимодействие с образованием активированного комплекса с меньшей энергией, чем требуется для образования активированного комплекса без катализатора. Промежуточное соединение, в которое входит катализатор, превращается далее в продукты через другой активированный комплекс, но тоже с меньшей энергией. После второго этапа реакции катализатор восстанавливает свой химический состав и его компоненты не входят в состав продуктов. И хотя реакционный путь удлиняется, становится стадийным, уменьшение энергии активированного комплекса приводит к увеличению скорости реакции (2).

Особый интерес к катализу проявился в период развития промышленной химии, так как возможность ускорять химические реакции в нужном направлении без расхода энергии и по существу без расхода самого вещества катализатора придали катализу большую практическую значимость. С помощью катализа решаются задачи, стоящие перед технологией связанного азота, более 80% нефти перерабатывается с использованием каталитических процессов, невозможно осуществление большинства процессов органического синтеза.

Катализаторы – вещества, которые, многократно вступая в промежуточное взаимодействие с участниками реакции, изменяют ее механизм и увеличивают скорость реакции; при этом они восстанавливают свой химический состав после каждого цикла промежуточных воздействий.

Влияние катализатора на механизм химической реакции можно пояснить на условном примере. Пусть протекает одностадийная реакция с энергией активации Е :

Ход реакции на энергетической диаграмме каталитической и некаталитической реакций изображен кривой 1. В присутствии катализатора механизм реакции изменяется, она протекает через несколько последовательных стадий (кривая 2). Например, первой стадией может быть образование промежуточного активированного комплекса Акт:

Затем активированный комплекс реагирует со вторым реагентом с образованием комплекса катализатора и продукта:

Последней стадией является разложение комплекса RКт с образованием продукта К и высвобождением катализатора для нового каталитического цикла:

Каждая из этих последовательных стадий характеризуется своими значениями энергии активации Е1, Е2, Е3, но, как правило, высота каждого из этих потенциальных барьеров ниже энергии активации Е. Таким образом, в присутствии катализатора реакция протекает по более энергетически выгодному пути, что позволяет проводить процесс с большей скоростью.

Исходное(I) и конечное (II) энергетические состояния реакционной системы в присутствии катализатора и без него остаются одинаковыми; следовательно: катализатор не может изменить состояние химического равновесия, которое не зависит от пути реакции.

Роль катализатора состоит лишь в изменении скорости достижения состояния равновесия. Катализатор может увеличить скорость только тех процессов, которые разрешены термодинамически, но не может инициировать термодинамически невозможные реакции.

Некоторые химические реакции без катализатора практически неосуществимы из-за слишком большой энергии активации. Казалось бы, что для преодоления высокого энергетического барьера можно повысить кинетическую энергию молекул, то есть увеличить температуру. Но для многих обратимых экзотермических реакций повышение температуры приводит к смещению равновесия в обратную сторону и делает реакцию неразрешенной термодинамически. В таких случаях применение катализаторов не только оправданно, но и необходимо. Катализатор снижает энергию активации и позволяет тем самым проводить ее при существенно более низких температурах.

Молекулы реагента адсорбируются на поверхности катализатора. Адсорбция представляет собой явление, связанное с уменьшением количества газа при соприкосновении газа (адсорбата) с твердым телом (адсорбентом), и заключается в некотором уплотнении газа на поверхности твердого тела. Различают физическую адсорбцию и хемосорбцию в зависимости от того, какова природа сил, вызывающих это концентрирование молекул адсорбата у поверхности твердого тела. Если эти силы имеют такую же природу, как и молекулярное воздействие в газах, жидкостях и твердых телах, то говорят о физической адсорбции. При хемосорбции проявляются силы взаимодействия химической природы – молекулы адсорбата теряют свою индивидуальность, образуя поверхностные соединения с адсорбентом.

При протекании каталитических процессов основная роль принадлежит хемосорбции, или активированной адсорбции, результатом которой является образование активированного комплекса адсорбции – неустойчивого промежуточного соединения между реагентом и катализатором. Стадия активированной адсорбции определяет специфичность действия катализаторов в отношении различных реакций. Если химическая связь реагента с адсорбентом слишком сильная, разрушение образования комплекса, ведущее к образованию продуктов, затрудняется. Если же связь адсорбента и адсорбата слишком слабая, близкая по своей природе к физической адсорбции, то в молекуле адсорбата не происходит разрыхления связей, приводящего к снижению энергии активации каталитического процесса по сравнению с некаталитическим.

Общая химическая технология, Кутепов А.М., Москва, Высшая школа, 1990, стр.206-207, 214, 205

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector