Катализатор или что мы не знаем, но боимся спросить...

[Golfoman]

Ну, чтож, пришло время просвещения .
Открываю раздел - все о ктализаторах или, чего мы боимся и не спрашиваем .

Рассказ первый.
Катализатор. Зачем он нужен и какая от него польза/вред.

Всем известно, что мы люди очень не любим себя и свою среду обитания, т.е. на шу планету Землю. Мы постоянно стараемся все вокруг замусорить и т.п. Но когда-то приходит конец, дышать становится труднее, болезни душат... . И люди озадачились. И пришли к выводу, что самый большой вред нашему воздуху наносят авто, ну естественно их выхлоп. Были созданы разные комиссии и т.п. В результате появились и Законодательно закреплены нормы по качеству выхлопных газов автомобилей, получившие название Евро 0, 1, 2, 3, 4, 5 и тд.
С 1 января 2005 года вступили на всей территории Европы нормы токсичности выхлопа Евро 4, уже с 1 января 2009 года вступят новые более жесткие нормы Евро 5.
Если Евро 2 это замер по двум параметрам CO и CH+NO, то Евро 3 уже по трем - CO, CH и NO, причем по последним двум нормы ужесточили в 2 раза. Евро 4 логическое продолжение по всем трем показателям произошло ужесточение в 1,5 раза.

Выполнить строгие нормы токсичноти можно с помощью управления процессом горения в двигателе (обедненые смеси), а так же одновременно применив каталитический нейтрализатор отработаных газов, в просторечии катализатор.

Продолжение следует...

[Golfoman]

Часть вторая.
Штат Калифорния, США стал известным всему миру благодаря тому, что первым ввел суровый закон, ограничивающий токсичность выхлопных газов для автомобилей, работающих на бензине.

Для того, чтобы уменьшить загрязнение воздуха выхлопными газами, для всех автомобилей, работающих на бензине, в Калифорнии в 1988 г. была введена норма "California Air Resources Board" (CARB), которая представляла собой нормированные требования по ограничению эмиссии и ее токсичности.

Помимо этого, было разработано самоконтролируещее устройство (On Board-Diagnosis) компонентов зажигания и впрыска, влияющих на токсичность отработавших газов через электронный блок управления.

Для того, чтобы водитель знал о дефекте в сфере регулирования эмиссии, контролируемой OBD, в автомобилях предусмотрен индикатор ошибок.

Дальнейшее ужесточение показателей ограничения эмиссии привело в 1986 г . к OBD II. В дополнение к американскому OBD II Европа также директивой 98/69EG ввела OBD.

Введение вариантов OBD - норм ограничения эмиссии (упрощенно)

Цели и задачи OBD
постоянный контроль всех компонентов автомобиля, относящихся к сфере токсичности отработавших газов
немедленное определение и индикация каждого случая существенного повышения уровня эмиссии на протяжении всего срока службы каждого автомобиля
предостережение о возможности повреждения компонентов автомобиля (напр ., катализатор)
сохранение информации о появившихся ошибках в буфере памяти передача и индикация сохраненной информации об ошибках на "Scantool" (сканирующий прибор ), например, приборы Bosch KTS 100, KTS 100 Modul, или KTS 500 C при подключении какого -либо из них к диагностическому разъему.

Свод законов OBD

OBD - стандарт предусматривает следующие нововведения:
Ввод унифицированного интерфейса обмена с бортовым компьютером
Ввод унифицированного протокола диагностики
Унифицированные свидетельства диагностики
Унифицированный диагностический штекер и розетка

Директива 98/69EG предписывает следующие сроки ввода норм OBD для допуска автомобилей к эксплуатации.

Таким образом, с 1.1.2000 г . в Европе новые автомобили с бензиновыми двигателями производятся только по OBD- стандарту.

Ужесточение норм токсичности отработавших газов

Европейские Комиссии по транспорту, окружающей среде, промышленности совместно с автомобильной промышленностью и промышленностью нефтеродуктов ввели директиву, которая постепенно устанавливает уменьшение показателей эмиссии.

Уровни показателей ограничения эмиссии (упрощенно)

Процесс типовой проверки OBD-автомобилей

Процесс проверки предписывает для OBD-автомобилей (EURO 3) следующие циклы измерения вредных веществ в отработавших газах легкового автомобиля.

Циклы проверки состоят из городского цикла (А) и внегородского цикла (В).
Цикл А начинается с холодного старта при 20 °С. Фаза старта мотора является частью анализа отработавших газов.
Оповещение о дефекте осуществляется при помощи MIL (multifunctional indication lamp), представляющего собой желтый индикатор с символом мотора. Согласно предписания директивы OBD (EURO 3) индикатор загорается в случае, когда:
происходит дефект, приводящий к отключению 1 или нескольких цилиндров т.е. распознаны перебои сгорания (что может привести к отказу катализатора). В этом случае индикатор горит на протяжении всего времени, пока имеется дефект
проявляется превышение токсичности отработавших газов в двух следующих один за другим циклах езды
при управлении двигателем/коробкой передач распознается ошибка блока управления
ключ зажигания стоит в положении "Зажигание ВКЛЮЧЕНО" без работы двигателя (контрольная функция ламп накаливания)

Рабочие параметры и режимы работы OBD

Режим 1. Фактические величины сигналов с датчиков и устройств, влияющих на токсичность отработавших газов, диагностические параметры системы

Режим 2. Условия работы автомобиля при возникновении дефектов

Режим 3. Чтение ошибок , сохраненных в буфере памяти блока управления

Режим 4. Удаление (стирание) из буфера памяти кодов ошибок, касающихся отработавших газов

Режим 5. Лямбда-показатели системы регулирования (величина коэффициента состава смеси воздух/топливо)

Режим 7. Чтение сохраненных спорадических (случайных, т.е. не вызванных отказом каких- либо датчиков или исполнительных механизмов ) ошибок

Режим 9. Идентификационные показатели производителя автомобиля

Режимы 6 и 8 являются специфичными для каждого изготовителя автомобиля

Функциональный контроль технического состояния

Европейский OBD предписывает функциональный контроль следующих частей системы:

катализатор
обогрев катализатора
опознавание перебоев сгорания
топливная система
лямбда-зонды
система вторичного воздуха
система дренажа топливного бака
крышка заливной горловины топливного бака не закрыта или контролируется

Контроль технического состояния сенсорных сигналов

Ошибка, находящаяся в буфере памяти при опросе блоком управления датчиков и исполнительных механизмов может быть вызвана тремя основными причинами:

Замыкание на корпус сигнального провода или электроконтакта компонента
Сигнальный провод или компонент коротко замкнуты на плюс аккумулятора
Сигнал или компонент отсутствуют (обрыв)

Для каждого из этих трех свидетельств диагностики установлен специфический код ошибки.

Продолжение следует.

[Golfoman]

Продолжение, Часть третья, теоретическая...
Что регламентируют нормы Евро? Прежде всего — содержание в выхлопных газах окиси углерода (CO), углеводородов (CH) и диоксида NO₂, в который превращается при охлаждении моноксид азота (NO). Карбюраторные Жигули и Самары , но не оснащенные катализаторами выбрасывают в воздух в 7—10 раз больше СО и СН, чем иномарки, отвечающие стандарту Евро 4. А в режиме прогрева двигатель стандарта Евро 0 выбрасывает в атмосферу 280 различных токсичных веществ — в том числе окиси свинца, кадмия, меди, цинка, никеля, хрома…

Именно поэтому в 1992 году в странах Евросоюза был введен стандарт Евро 1, ограничивающий содержание в выхлопных газах оксидов азота и сажи. В 1995 году Европа перешла на стандарты Евро 2 (мы отстаем на 9 лет!), в 1999 году — на Евро 3. Нынешние, еще более жесткие нормы Евро 4 действуют с 2005 года. Причем закон требует, чтобы автомобиль укладывался в Евро 4 не только «с нова», но и на протяжении не менее 80 тысяч км пробега.

А тем временем Еврокомиссия уже объявила, что с середины 2008 года в силу вступят нормы Евро 5, которые будут действовать до 2012 года. Эти нормы еще жестче ограничивают содержание вредных веществ в выхлопных газах, причем автомобиль должен отвечать им на протяжении 160 тысяч км пробега!

Нормы вредных выбросов
Содержание в выхлопе Содержание в выхлопе
Экологический стандарт окиси углерода (CO) углеводородов (СН)
«Евро-0» 11,5 г/кВт·ч 3,5 г/кВт·ч
«Евро-1» 4,9 г/кВт·ч 1,23 г/кВт·ч
«Евро-2» 4,0 г/кВт·ч 1,1 г/кВт·ч
«Евро-3» 2,1 г/кВт·ч 0,66 г/кВт·ч
«Евро-4» 1,5 г/кВт·ч 0,46 г/кВт·ч
«Евро-5» ниже 1,5 г/кВт·ч ниже 0,46 г/кВт·ч

Углеводороды (СН) в выхлопных газах образуются по разным причинам, но главная заключается в том, что топливо в двигателе сгорает не полностью. Львиная доля углеводородов выбрасывается при переобогащенной смеси и на переходных режимах работы мотора.

Оксид углерода CO (угарный газ) тоже образуется из-за неполного сгорания топлива. Это очень ядовитый газ без цвета и запаха. Даже при мизерной концентрации угарного газа в воздухе (0,01%) возникает сильная головная боль, а при концентрации 0,3% не исключен летальный исход. Содержание СО в отработавших газах резко увеличивается при недостатке кислорода в горючей смеси, когда СО не может превратиться в диоксид углерода CO₂ (при слишком «богатой» рабочей смеси).

Кроме того, при сгорания топлива образуется моноксид азота (NO), который при охлаждении окисляется до ядовитого диоксида NO₂. Попавшие в атмосферу оксиды азота вступают в реакцию с несгоревшими углеводородами (с этиленом и бутаном) и образуют ядовитый смог, который стал бичем мегаполисов.

Пионером по очистке выхлопа стали США, где в 1970 году была принята Декларация о чистом воздухе, согласно которой все автомобили, выпускаемые с 1975 года, в обязательном порядке снабжаются устройствами очистки выхлопных газов.

Современный каталитический нейтрализатор представляет собой корпус, внутри которого расположен огнеупорный керамический блок, пронизанный продольными порами-сотами. На поверхность сот нанесен активный каталитический слой из платины, палладия и родия. Благодаря специальному микрорельефу общая площадь поверхности этого слоя может доходить до 20 тыс. кв. м.

Катализатор располагается в выхлопной системе сразу за выпускным коллектором, поскольку для начала процесса нейтрализации необходима высокая температура — около 250 градусов. А наиболее эффективно катализатор работает при температуре от 400 до 800 градусов.

Первые нейтрализаторы были односекционными, двухкомпонентными и были способны бороться лишь с CO и CH. В состав трехкомпонентных двухсекционных окислительно-восстановительных нейтрализаторов входит еще и родий, превращающий окислы азота в собственно азот. Наиболее эффективным является трехкомпонентный селективный двухсекционный нейтрализатор с обратной связью, которую обеспечивает так называемый лямбда-зонд, или кислородный датчик. Лямбда-зонд отслеживает объем свободного кислорода в выхлопе и дает управляющей электронике двигателя подсказку — обогащать или обеднять рабочую смесь.

Ресурс катализатора составляет примерно 150 тысяч км и зависит от исправности систем питания и зажигания, а также от качества топлива. Присутствующий в этилированном бензине тетраэтилсвинец (его используют для повышения октанового числа) практически моментально уничтожает каталитический слой в нейтрализаторе и циркониевое напыление «лямбды». Катализатор боится несгоревшего масла, которое может проникать в выпускную систему при износе или неисправностях цилиндро-поршневой группы.

[Strannik]

Молодца спасибо за пост !

[AlexxxUS]

+1 Спасибо

[Natalia]

Я вот никогда не могла понять, наверное, от технической безграмотности... у меня всегда было такое ощущение, что слово нейтрализатор (даже неприменительно к автомобилям) - это нечто такое, что предотвращает воздействие чего-либо. А вот катализатор, в свою очередь, это что-то, что наоборот способствует началу чего-либо.
Так вот собственно вопрос: почему одно и то же устройство в автомобиле называют одновременно и катализатором и нейтрализатором. Я одно время думала, что катализатором его называют для краткости, - чтобы не говорить каждый раз "каталитический нейтрализатор" берут начало от одного слова и конец от другого...
И не смейтесь пожалуйста, очень громко - ну вот как-то нет у меня способностей к тому, что связано с физикой или химией...
А вот если кто простыми словами объяснит - буду очень признательна

[Golfoman]

Я вот никогда не могла понять, наверное, от технической безграмотности... у меня всегда было такое ощущение, что слово нейтрализатор (даже неприменительно к автомобилям) - это нечто такое, что предотвращает воздействие чего-либо. А вот катализатор, в свою очередь, это что-то, что наоборот способствует началу чего-либо.
Так вот собственно вопрос: почему одно и то же устройство в автомобиле называют одновременно и катализатором и нейтрализатором. Я одно время думала, что катализатором его называют для краткости, - чтобы не говорить каждый раз "каталитический нейтрализатор" берут начало от одного слова и конец от другого...
И не смейтесь пожалуйста, очень громко - ну вот как-то нет у меня способностей к тому, что связано с физикой или химией...
А вот если кто простыми словами объяснит - буду очень признательна

Вы практически правы и уловили этимологию слова.

Попробую объяснить по-простому. Вы верно написали каталитический нейтрализатор. С одной стороны это устройство ускоряет химическую реакцию, с другой эта химическая реакция нейтрализует вредные вещества в выхлопных газах. Вот и всё. Сначала надо увеличить скорость реакции или даже попросту её вызвать, а затем уж эта реакция уничтожает (нейтрализует) все что нам мешает дышать.

Поэтому для краткости и по основной функциональной составляющей и называют этот прибор - катализатор.

[Golfoman]

Продолжение, чего боится катализатор...

Во-первых нейтрализаторы различаются по типу носителя, на который непосредственно наносится каталитический слой. Это может быть керамический блок, в виде сот, или блок, выполненый из металлической ленты, определенным образом сложеной.
Керамические катализаторы более распространены, чем металлические, и менее дорогие. До недавнего времени основным недостатком керамического катализатора была его хрупкость. Достаточно было даже несильного удара об камень на дороге, что бы рассыпавшиеся соты своим дребезгом подсказали автовладельцу, что его ждут очередные финансовые затраты на ремонт своего автомобиля. То же самое могло произойти, если на полностью прогретом автомобиле заехать в лужу и вода попадёт на раскалённый катализатор. Но уже несколько лет ведущие компании Европы и Америки выпускают керамические катализаторы так называемой повышенной прочности, которые обладают как бы некоторой пластичностью и хорошо сопротивляются ударам. А перепад температур им подавно не страшен.
Ещё одной причиной разрушения керамики могут быть неполадки в системе зажигания. Когда при попытке пуска двигателя сразу не происходит воспламенение топлива в камере сгорания, то несгоревший бензин скапливается в ближайшей ёмкости выпускного тракта, а это почти всегда и есть катализатор, и когда, наконец, мотор заводится, то этот скопившийся бензин взрывается, а соты, естественно, рассыпаются.
Металлический блок более компактен и может длительное время выдерживать различные механические нагрузки, но температурные всплески ему вредят, происходит так называемое спекание.
Но и керамический и металлический каталитические нейтрализаторы одинаково боятся следующих вещей:
-некачественный или этилированый бензин,
-попадающие в камеру сгорания масло или антифриз,
-"левые" технические жидкости, используемые в целях промывки топливной системы,
- переобогащённая топливная смесь,
- долгая работа двигателя на холостом ходу.
В результате воздействия вышеназванных факторов, помимо потери способности катализатора дожигать вредные примеси, происходит засорение каналов, что приводит к уменьшению их общего проходного сечения, потере мощности и к перегреву самого нейтрализатора, корпус которого может раскаляться даже до красного цвета. Известны случаи, когда от раскалённого катализатора расплавлялась аллюминевая теплозащита и загоралось антикоррозийное покрытие днища.
Внутреняя температура неисправного каталитического конвертора настолько велика, что керамика может сплавляться и полностью забивать собой проход для выхлопных газов. Ремонт двигателя после этого почти неизбежен. Ещё один неприятный момент - это керамическая пыль. Керамический блок стареющего катализатора, невзирая на его внешнюю целостность и сохранность своих основных свойств, понемногу разрушается, и появляющаяся при этом керамическая пыль попадает в камеру сгорания, а иногда, при разборе двигателя для ремонта, в цилиндрах находят и небольшие кусочки керамики. Нахождение в камере сгорания керамической пыли приводит к преждевременному износу стенок цилиндров и, соответственно, к более раннему ремонту двигателя.
Такие вот неприятности могут быть от детали, которая на первый взгляд вроде бы отрицательно себя никак не проявляет. Не зря в Европе катализаторы меняют через 100000 км пробега, невзирая на то, рабочий он или нет.
Место расположения катализаторов в выпускной системе - второй отличительный признак, важный для автовладельца. У большинства автомобилей каталитический нейтрализатор расположен или же сразу за приёмной трубой глушителя или совместно с ней, составляя одну деталь. Другой вариант расположения нейтрализатора - это когда он находится непосредственно в выпускном коллекторе, реже после него, перед приёмной трубой. Это самый неудачный вариант с точки зрения ремонтопригодности. На автомобилях конца 1990х годов и начала 21 века, катализатор, как правило, находится в коллекторе - такая конструкция облегчает выполнение экологических норм ЕВРО 4. Близкое расположение каталитического нейтрализатора выхлопных газов к камере сгорания обеспечивает более быстрый его прогрев до рабочей температуры и лучше сохраняет его от внешних воздействий и резких перепадов температуры, но сам коллектор при этом очень часто страдает. Треснутый выпускной коллектор - одно из последствий перегрева катализатора, а стоимость коллектора с катализатором обычно намного выше, чем стоимость коллектора простого. Поэтому владельцы автомобилей с таким расположением катализатора вынуждены, в случае его выхода из строя, платить больше и за саму деталь и за работу по её установке.

[Natalia]

Golfoman Спасибо за разъяснение!