Зміст:
Автомобільний каталізатор – плюси і мінуси
За квітень, травень та червень 2022 року в Україну в’їхала величезна кількість авто з Європи, які були звільнені від мита. З однієї сторони це добре, та з іншої – якість цих авто не завжди відзначається високими показниками. А це означає, що перед експлуатацією таких автомобілів варто їх “привести в порядок”.
Перше, що потрібно зробити, це перевірити функціональність всіх систем та приладів. Автомобілі з-за кордону приїжджають з великим пробігом, тому найперш варто відвідати автосервіс, замінити необхідні рідини, обстежити авто на справність всіх основних систем та вузлів, а також перевірити стан каталізатора.
Автокаталізатори в Україні приймають за вигідною вартістю. Новіші авто останніх років випуску мають каталізатори, ціна яких вище. Старі автівки часто обладнані недорогими сажовиками старшого покоління, за які можна виручити певну суму, але не настільки хорошу. Але для чого взагалі перевіряти каталізатор? Чому так важливо вчасно видалити старий забитий сажевий фільтр? Навіщо здавати автомобільні каталізатори і куди? Саме про це наша стаття.
Переваги автомобільного каталізатора
Автівки з каталізаторами / сажевими фільтрами менше забруднюють повітря і вважають екологічними. Автокаталізатор зменшує шкідливі викиди з відпрацьованого палива в рази. Його структура розроблена таким чином, що він не лише перетворює токсичні речовини в нешкідливі, а й затримує дрібні частки важких хімічних елементів, які з вихлопами можуть попадати в повітря і шкодити здоров’ю людини.
Аби забезпечити функціональність каталізатора при його виробництві застосовуються дорогі метали, які виконують функцію хімічного каталізатора. Якщо вам потрібно подорожувати Європою, то наявність каталізатора звичайно буде плюсом. Проте каталізатор, як і будь який фільтр, має обмежений ресурс. А отже має і свої слабкі сторони.
Недоліки авто каталізаторів / сажових фільтрів
Найбільшим недоліком каталізатора (сажевого фільтра) є його строк дії, який в середньому вимірюється пробігом в 100 тис. км. Звичайно, багато залежить від умов експлуатації, тому ця цифра далеко не точна. Проте, якщо ви помітили, що динаміка розгону авто змінилася, з вихлопної йде сивий дим, а розхід палива далекий від ідеального, то однозначно варто перевірити справність каталізатора. І затягувати з цим не варто. І з цього випливає наступний мінус каталізатора.
Забитий сажею чи пошкоджений каталізатор може призвести до серйозних проблем з іншими системами авто. В гіршому випадку – до ремонту двигуна. Старий каталізатор починає “сипатися”, тобто його сердцевина кришиться. А справа в тому, що каталізатор повертає частину відпрацьованого палива назад, перемішуючи його з новою порцією, яка поступає в мотор. Якщо туди потраплять навіть дрібні часточки твердих речовин (сердцевина каталізатора керамічна, або металічна), то вони пошкодять стінки циліндрів.
З огляду на вищесказане, багато власників авто не бажають ризикувати. Старий каталізатор можна замінити новим, або аналогічним пристроєм – стронгером чи полум’ягасником. А старий каталізатор можна вигідно здати на утилізацію за грошову винагороду.
Що таке автомобільний каталізатор і навіщо його вирізають
Каталізатор – це вузол будь-якого сучасного автомобіля, що є частиною вихлопної системи, яка відповідає за зниження токсичності вихлопних газів, що виробляються двигуном за рахунок прискорення хімічних реакцій спалювання чадного газу (CO) та інших сполук вуглеводнів. Так само, через сутність роботи, його часто називають каталітичним нейтралізатором або конвертером.
Зверніть увагу – він відповідає саме за зниження кількості шкідливих домішок, а не повне їх видалення.
Автомобільний каталізатор є відмінним пристроєм для покращення екологічних показників автомобіля, однак іноді він може нашкодити як двигуну, так і машині в цілому. У цій статті ми розберемо всі аспекти щодо нейтралізатора, і ви зможете вирішити для себе питання: чи потрібно його видаляти, відремонтувати або замінити, і які можливі наслідки вас очікують після даних процедур.
Як працює каталізатор
Якщо говорити просто – за рахунок особливої форми та вмісту певних хімічних елементів, каталізатор швидко випалює токсичні елементи, що містяться у вихлопних газах, розкладаючи їх на менш токсичні та конденсат (читай – вода H2O; так-так, саме через це вода з’являється в вихлопній трубі).
Автомобільний каталізатор в розрізі
Щоб повноцінно дізнатися принцип роботи каталізатора – потрібно розбирати питання детальніше.
Види та їх особливості
Усі каталізатори можна розбити на такі групи:
- Екологічний клас:
- Євро-2
- Євро-3
- Євро-4
- Євро-5
- Євро-6
- Металеві
- Керамічні
- Двокомпонентні
- Трикомпонентні
- Оригінальні
- Універсальні
- Попередній
- Основний
Екологічний клас
Оскільки з часом запроваджуються нові норми екологічної безпеки (класифікація «Євро»), каталізатори можуть відрізнятися за своєю ефективністю щодо очищення вихлопних газів від шкідливих речовин. Залежить це не лише від речовини-каталізатора, а й його концентрації. Очевидно, що чим клас вищий, тим дорожчий нейтралізатор.
Інфографіка порівняння кількості викидів різних екологічних класів
У чому різниця каталізаторів ЄВРО 2, 3, 4, 5, 6
Різниця між каталізаторами ЄВРО 2, 3, 4, 5 та 6 полягає у тому, що вони підходять під свої класи екологічної безпеки відповідно. Конструктивно вони відрізняються кількістю та видами металів, що застосовуються для нейтралізації токсичних речовин.
У більшості каталізаторів класів ЄВРО 2 і 3 застосовується лише 2 метали, що вступають у реакцію з токсичними речовинами вихлопних газів – це паладій та родій. У нейтралізаторах, що підходять за параметрами під ЄВРО 3 та вище, додалася ще й платина.
Матеріал виготовлення стільників
Так само важливий аспект – з чого зроблено стільники. Керамічні стільники набагато дешевші металевих, але мають величезний недолік – крихкість (читай – не надто вони призначені для наших умов експлуатації).
Кількість каталітичних блоків
Спочатку каталізатори мали лише 2 блоки очищення. Очевидно, що для кожного елемента потрібний свій нейтралізатор. Тому пізніше з’явилися системи з трьома (трьохскладовими) блоками каталізаторів, кожен з яких випалює певну групу речовин. Останній тип нейтралізаторів ефективніший, але й коштує він набагато дорожче.
Спортивні
Особливістю таких нейтралізаторів є особлива конструкція впуску та випуску вихлопних газів з блоку, конструкція та специфікація сот (прямострум), що дозволяє не тільки не знижувати продуктивність двигуна, але навіть і підвищувати її.
Серед інших особливостей таких каталізаторів можна назвати підвищений ресурс, міцність, а найголовніше – універсальність.
Універсальні
Каталізатори бувають оригінальні та універсальні. Однак, не дивуйтеся, якщо ви порівнюєте оригінальний і універсальний продукт для своєї машини і не знайдете відмінностей (за винятком шильдиків, каталожних номерів тощо).
Тут ситуація така сама, як і з будь-якими запчастинами на автомобільному ринку. Багато компаній, що виробляють автомобільні каталізатори, працюють на 2 напрямки – промислове виробництво та виробництво для роздрібного продажу.
Звичайно, є й сторонні виробники , які випускають універсальні каталізатори, але їхня продукція також проходить стандартизацію за екологічним класом. Питання залишається лише у можливості застосування деталі на конкретний автомобіль. Саме тому новий каталізатор слід вибирати виходячи з марки вашого автомобіля (будь то ВАЗ, Мазда, Ніссан, Тойота і так далі) та моделі двигуна.
Чи є сенс шукати якийсь кращий? Напевно ні. Можна зробити напевно і купити оригінал – та й то не факт, що він доїде до вас живим (тут ми про керамічний) і витратити на цю дрібничку космічні гроші, а можна купити універсальний і не паритися. Відповідь на це питання полягає лише у вашій платоспроможності.
Дизельні
Дизельні каталізатори також відносяться до окремої групи. Причина цього – інший спосіб очищення вихлопних газів. Та що там – і вміст хімічних елементів у вихлопних газах дизельних двигунах інше (у відсотковому співвідношенні, звичайно ж). Вони, своєю чергою, також поділяються на 2 типа – звичайні, селективні SCR (SINOx), CH-SCR. Розрізняються вони за своєю екологічністю – звичайні мають максимум Євро-3, а ось селективні вже можуть бути Євро-4 та Євро-5.
По призначенню
Якщо використана схема з двома каталізаторами, то у вихлопній системі встановлено 2 каталізатори в різних місцях – один в трубі, що йде відразу після вихлопного колектора (попередній), а другий трохи далі, найчастіше по центру автомобіля (основний), само собою під днищем.
Склад вихлопних газів
Елементи, що містяться у вихлопних газах, у бензинових та дизельних ДВЗ – однакові, проте пропорції їх – різні.
Основні елементи – це чадний газ (CO), вуглекислий газ (CO2), різні оксиди азоту (NOx), азот (N2), кисень (O2), вуглеводні (CnHm), Альдегіди (R-CHO), вода (H2O), бензпірен (C20H12) та сажу.
Якщо азоти, вода, кисень, і навіть вуглекислий газ (CO2) – досить безпечні, то чадний газ (CO), оксиди азоту, вуглеводні та альдегіди є токсичними, а сажа та бензпірен – навіть канцерогенними і завдають непоправної шкоди як екології, так і людині. Останній зовсім не виводиться з організму. Ознайомитись із відсотковим вмістом всіх елементів у вихлопних газах ви зможете за допомогою таблиці, розташованої нижче.
Елемент Бензинові ДВС Дизельні ДВС Азот (N2), % від об’єму 72 66 Кисень (O2), % від об’єму 0.3 – 8 2.0 – 18 Пари води (H2O), % від об’єму 3.0 – 5.5 0.5 – 4.0 Вуглекислий газ (CO2), % від об’єму 0 – 16 1 – 10 Оксид вуглецю (CO), % від об’єму 0.1 – 5 0.01 – 0.5 Вуглеводні (CnHm), % від об’єму 0.2 – 3 0.09 – 0.5 Альдегіди (R-CHO), % від об’єму 0 – 0.2 0.001 – 0.009 Сажа, г/м3 0 – 0.4 0.1 – 1.1 Бензпірен-3,4, г/м3 10 – 20 *10^-6 10*10^-6 Всі ці елементи утворюють смог (в основному вуглеводні, у тому числі і сажа), які стали серйозною проблемою густонаселених міст.
Починаючи з 1988 року, у більшості країн Європи було введено екологічний стандарт ЄВРО (першим був Євро-0), який зобов’язує автовиробників випускати автомобілі, що відповідають екологічним нормам. Кумедний факт – у Євро-0 не було стандарту для дизельних двигунів, а з’явився він лише у Євро-1.
До нас Євро-стандарт дістався лише третього кварталу 2005 року – це був Євро-2, коли в Європі вже на повну дію Євро-4; Євро-3 було прийнято у 2013 році, а Євро-4 – у 2014 р.. На даний момент чинним стандартом екологічної безпеки в Україні є Євро-5 (з 1 січня 2016), а в Європі – Євро-6 (з 2015 року) – офіційний сайт Єврокомісії.
Нижче ви зможете ознайомитися з цими стандартами.
Екологічний стандарт Оксид вуглецю(II) (CO) Вуглеводні Леткі органічні речовини Оксиди азоту (NOx) HC+NOx Суспензія (PM) Для дизельного двигуна Євро-1 2,72 (3,16) – – – 0,97 (1,13) 0,14 (0,18) Євро-2 1,0 – – – 0,7 0,08 Євро-3 0,64 – – 0,50 0,56 0,05 Євро-4 0,50 – – 0,25 0,30 0,025 Євро-5 0,500 – – 0,180 0,230 0,005 Євро-6 0,500 – – 0,080 0,170 0,005 Для бензинового двигуна Євро-1 2,72 (3,16) – – – 0,97 (1,13) – Євро-2 2,2 – – – 0,5 – Євро-3 2,3 0,20 – 0,15 – – Євро-4 1,0 0,10 – 0,08 – – Євро-5 1,000 0,100 0,068 0,060 – 0,005** Євро-6 1,000 0,100 0,068 0,060 – 0,005** Де знаходиться каталізатор
Каталізатор встановлюється ВИКЛЮЧНО у вихлопній системі автомобіля та ніде більше. Деякі автолюбителі думають, що він знаходиться десь під капотом, весь такий таємничий та прихований за пластиковою коробочкою, але ні.
Місце розташування каталізатора
Якщо точніше – каталізатор розташовується відразу за павуком, приєднаним до випускного колектора. Справа в тому, що важливою умовою для протікання хімічної реакції є висока температура (нормальною вважає температура 350-650 градусів Цельсія, але в деяких системах вона може бути набагато більшою).
Залежно від особливостей конструкції та архітектури підкапотного простору, нейтралізатор може бути розміщений під захисним кожухом випускного колектора (так звані вбудовані каталізатори), але найчастіше його можна зустріти за двигуном, у нижній частині або під днищем машини.
Конструкція
Зовнішній вигляд і пристрій каталізаторів може відрізнятися в залежності від виробника, конструкторських особливостей та інших причин (аж до економічної вигоди), але типовий автомобільний каталітичний нейтралізатор у своїй конструкції має наступні складові частини:
- Корпус (сталевий, рідше – чавунний);
- Термічна прокладка або ізолятор (дозволяє підтримувати температуру, необхідну для перебігу реакції);
- Стільники (керамічні або металеві) або картридж;
- Датчик (лямбда-зонд).
На фото ви можете ознайомитись з конструкцією нейтралізатора у розрізі.
Стільники в металевому кожусі так само часто називають картриджем каталізатора.
У свою чергу стільники теж є складовим елементом із прошарку та каталізатора. Прошарок є сам матеріал, з якого виготовлені стільники, а каталізатором – активна речовина, яка і запускає каталітичну реакцію.
Залежно від виду каталізатора, в одному такому блоці може перебувати до трьох різних видів картриджів – стільників, покритих різними металами (так звані трискладові каталізатори, про це в розділі «види каталізаторів»).
Каталізатори для спортивних автомобілів (спорткат) так само можуть мати іншу конструкцію, але складові залишаються ті ж. Найчастіше, такі нейтралізатори можна зустріти на моторах з турбонаддувом – вони мають менший розмір, ніж цивільні версії.
Також, на деякі сучасні автомобілі встановлюється каталітична система з опцією продування каталізатора. Якщо чесно – від неї більше проблем, аніж користі. Про неї ми докладно розписали у блоці «Ознаки несправності каталізатора».
Сучасні каталізатори мають одну серйозну відмінність від тих, що були на початку ери боротьби за екологію – форма корпусу та внутрішня архітектура вузла. Завдяки дослідженням (наприклад – дослідження про ефективність перетворення) було з’ясовано, що особлива форма зі збільшенням загального діаметра корпусу сприяє більш ефективному перебігу процесу перетворення шкідливих речовин, а також впливає на краще на загальну продуктивність двигуна.
Склад
Основним складовим компонентом будь-якого нейтралізатора буде не корпус, і навіть не стільники та їх матеріал, а хімічний елемент, що запускає реакцію. Тому до складу автомобільного каталізатора можуть входити такі хімічні елементи:
Цікавий факт – останнім часом виробники автомобільних каталітичних нейтралізаторів дедалі частіше використовують золото. Причина – вона дешевша, як би дивно це не звучало.
Залежно від типу матеріалу, використаного для створення стільників, вага каталізаторів може відрізнятися один від одного, у тому числі і маса дорогоцінних металів, що містяться в них. Нижче наведена таблиця, де вказані маси деяких каталізаторів, які широко використовуються в наші дні. Якщо ви не знайшли свій – пишіть запитання у коментарях.
Вага каталізаторів у деяких автомобілях
Марка автомобіля Матеріал виготовлення сот Габарити (ДxШ), мм Вага каталізатора, грамм Audi Кераміка 125×125/129 890 Audi Кераміка 115×150 1370 Audi Кераміка 150×155 1300 Audi Кераміка 170×155 1100 Ford Кераміка 170×90 1320 Ford Кераміка 170×145 1120 Ford Кераміка 130×125 1050 Ford Кераміка 120×65 820 BMW Кераміка 110×115 650 BMW Кераміка 170×115 1650 BMW Метал 110×140 2000 Hyundai Кераміка 110×95 1400 Hyundai Кераміка 125×50 730 Hyundai Метал 125×70 1200 Hyundai Метал 110×80 1350 BMW Метал 150×140 1800 KIA Кераміка 150×95 1250 KIA Rio (дорест) Кераміка – 890 KIA Rio (рест) Кераміка – 460 KIA Cerato Кераміка – 670 Принцип роботи
Вихлопні гази з двигуна потрапляють у випускний колектор, звідки йдуть далі за системою і на їхньому шляху зустрічається каталізатор, де й відбувається вся магія. Вони проходять через стільники, вкриті каталізуючими речовинами і вступають із нею в реакцію.
У стільниках може відбуватися два види реакцій – збіднення (коли відбувається зменшення кількості кисню) та окислення (коли кількість кисню збільшується).
У першому випадку оксиди азоту розщеплюються на гази азоту та кисень (що, загалом, відносно нешкідливе для навколишнього середовища, тому що вони і так містяться в атмосфері). У другому випадку чадний газ перетворюється на вуглекислий газ, а інші елементи розпадаються на діоксид вуглецю і воду. Потім «безпечні» хімічні елементи у складі вихлопних газів і конденсату відлітають далі за вихлопною системою і виводяться в атмосферу.
Такий принцип має трикомпонентний каталізатор. У випадку з двокомпонентним, процес протікає лише за другим сценарієм, тому вони менш ефективні щодо очищення газів від шкідливих домішок.
Одна з важливих умов протікання реакції, як ми вже писали раніше, – це температура. Звідси народжується головний недолік таких систем. Справа в тому, що двигуну треба добре прогрітися, щоб температура вихлопних газів досягла точки початку хімічних реакцій (нагадаємо – від 300 °C). Виходить, що перші 2-5 або 10-15 хвилин (перше застосовне для нових автомобілів, друге – для старих) каталізатор працює на 0%.
Але навіть коли він працює – не все так райдужно. Як ми писали на початку статті – він не здатний повністю видалити шкідливі домішки з вихлопних газів. Більше того – він сприяє виділенню парникових газів (оксид азоту N2O), так-так, тих самих винуватців глобального потепління. Добре, що сучасні каталітичні системи виділяють їх у вкрай незначній кількості.