Катализатор – это «народное» название каталитического нейтрализатора (каталитического конвертера) – устройства, которое позволяет снизить токсичность выхлопных газов автомобиля.

Коротко о сути работы каталитического нейтрализатора. На входе - углеводороды, оксиды азота, угарный газ и кислород. На выходе - водяной пар, углекислый газ и азот.

Как устроен катализатор

Катализатор устанавливается на выхлопной трубе, чаще всего – практически сразу за выпускным коллектором. Собой он представляет металлический цилиндрический корпус, внутри которого находятся керамические (реже - металлические) соты, покрытые тонким слоем благородных металлов. Обычно - платины, палладия и родия.

Частицы этих металлов реагируют с вредными веществами, содержащимися в выхлопе. Так, палладий и платина ускоряют преобразование угарного газа (СО) в углекислый (СО2), а также разложение углеводороов (СН) на тот же углекислый газ и воду (в виде пара). Родий, в свою очередь, ускоряет восстановление оксидов азота (NOx) угарным газом до азота и уже знакомого нам углекислого газа . То есть, фактически, металлы на стенках сот выступают катализаторами химических реакций – отсюда и народное название каталитического нейтрализатора.

Каталитический нейтрализатор в разрезе

Для этих химических процессов остро необходим кислород, и за этим следят кислородные датчики (лямбда-зонды), которые расположены перед нейтрализатором и после него.

В некоторых нейтрализаторах также находятся элементы из окисда церия (еще одного благородного металла) – этот материал способен аккумулировать кислород, когда его в избытке, и отдавать, когда его не хватает. Это необходимо, так как содержание кислорода в выхлопе зачастую колеблется, а для выполнения каталитических реакций, как мы уже поняли, этот химический элемент остро необходим. Исправный нейтрализатор может накапливать до 1 грамма кислорода, и по мере износа этот параметр постепенно падает.

Сложная система нейтрализации вредных веществ. Изображение с сайта autocentre.ua


Также есть нейтрализаторы, которые способны накапливать NOx. Для чего это нужно? Дело в том, что, как написано выше, для разложения оксидов азота необходим не только катализатор реакции (благородный металл), но и угарный газ. Если же смесь бедная, то кислорода в выхлопе много, и он успевает преобразовать весь угарный газ в углекислый. Вредоносные NOx разлагать будет нечем. Поэтому некоторые нейтрализаторы (их называют аккумуляторными) попросту накапливают оксиды азота, пока смесь бедная. Когда накапливать NOx уже некуда, электронный блок кратковременно переводит двигатель на переобогащенную смесь, блокирует ненадолго разложение угарного газа, который расщепляет оксиды азота. О «переполнении» аккумулятора нейтрализатора сигнализирует лямбда-зонд, отслеживая концентрацию кислорода на выходе.

На большинстве недорогих автомобилей нейтрализатор один, однако на более дорогих и современных их может быть от двух до четырех, в зависимости от конфигурации выхлопных труб.
Обычно, чтобы нейтрализатор сильно не разогревался, внутри между керамическим блоком-носителем и стенками корпуса помещают теплоизоляционный слой. 

Температура работы катализатора

Рабочая температура нейтрализатора – от 300 до 800 градусов. Такова температура выхлопа у бензиновых двигателей. У дизелей она меньше, поэтому нейтрализатор на таких моторах менее эффективен. На некоторых дизельных автомобилях в дополнение к катализаторам для очистки выхлопа используют систему впрыска карбамида (мочевины).

Впрочем, проблема быстрого прогрева нейтрализатора до 300 градусов актуальна и для бензиновых двигателей, особенно в первые минуты после холодного пуска. Для этого во время прогрева электронный блок управления поднимает холостые обороты, «сдвигает» момент зажигания чуть попозже и «сдвигает» фазы газораспределения в сторону более раннего открытия выпускных клапанов. В результате температура отработавших газов повышается, и нейтрализатор быстрее разогревается. 

Еще один метод подогрева нейтрализатора – подача дополнительного воздуха в выпускной коллектор отдельным насосом одновременно с обогащением смеси. Поступивший свежий кислород окислит несгоревшие избыточные остатки топлива. Побочный эффект этой реакции – активное выделение тепловой энергии, что и требуется.

Когда нейтрализатор прогрет, электронный блок управления должен перевести двигатель в нормальный режим и отключить насос для подачи дополнительного воздуха (если он есть). Перегрев нейтрализатора крайне нежелателен. Если температура выхлопа оказывается более 800 градусов, благородные металлы начинают спекаться, и нейтрализатор снижает свою активность. При температуре свыше 1000 градусов он вообще перестает работать. После длительного перегрева  нейтрализатор выходит из строя.

Неполадки и замена катализатора

Кроме того, в силу плохого качества топлива он может забиться отложениями – тогда выхлопные газы будут выходить с трудом и стремиться проникнуть обратно в цилиндры, отчего мощность двигателя упадет. В силу езды по плохим дорогам от тряски керамические соты могут разрушиться и начать греметь в корпусе. В этих двух случаях нейтрализатор нужно менять.

Новая оригинальная деталь обходится довольно дорого в силу наличия в конструкции дорогих металлов. Поэтому многие автомобилисты, не заботящиеся об экологии, устанавливают вместо нерабочих катализаторов резонаторы (пламягасители), которые никак не очищают выхлоп, а только гасят его звуковые колебания.

KnowCar - понятная энциклопедия по устройству автомобилей, где сложное описано простым языком, с иллюстрациями и видео, а статьи рассортированы по разделам. Энциклопедия в процессе наполнения. Если есть вопросы или предложения, свяжитесь с командой. Все контактные данные - внизу сайта.