Каталитический нейтрализатор выхлопных газов или просто катализатор представляет собой устройство в выхлопной системе автомобиля, которое предназначено для снижения выброса токсичных отработавших газов посредством восстановления оксидов азота и использования полученного кислорода для дожига угарного газа и недогоревших углеводородов.

 В 1975 году на рыке появилось новое устройство, называемое каталитическим нейтрализатором или просто катализатором. Первым автомобилем, оборудованным катализатором, был автомобиль марки Chrysler Avenger. В этой марке использовался катализатор на основе платины с добавлением родия.

Бензин является смесью многих углеводородов. Основными компонентами неэтилированного бензина являются: - 20% летучих углеводородов, состоящих из бутана и пентана с точками кипения около 0 С и 35 С, соответственно. Они обеспечивают летучесть, необходимую для холодного старта. - 30% ароматических веществ, состоящих примерно из 1% бензола и толуола - 5% алканов, алкилов и углеводородов.
Теоретически, идеальное сгорание бензина в воздухе дает смесь, состоящую примерно из 14% диоксида углерода (СО2), 12% водяного пара (H2O) и остальное газообразный азот (N2). Эти выбросы в основе своей не опасны, хотя, как считается, выброс углекислого газа (СО2) способствует глобальному потеплению.
Однако, автомобильные отработавшие газы содержат также углеводороды HC (попутный продукт сгорания), H2, CO и окислы азота NO. Именно на снижение их уровня ориентированы каталитические преобразователи: - окись углерода (СО) - ядовитый газ без цвета и запаха - углеводороды, также известные как летучие органические соединения - один из главных компонентов смога, образуется за счет неполного сгорания топлива - оксиды азота (NO и NO2, которые часто объединяют под обозначением NOx) - также являются компонентом смога, а также кислотных дождей, оказывают влияние на слизистую человека.

Современные выхлопные автомобильные системы оснащаются тремя каталитическими преобразователями, по одному для каждого из веществ, выброс которых необходимо уменьшить.

Восстанавливающий катализатор - первый этап каталитического преобразователя. Он использует платину и родий, чтобы уменьшить выбросы NOx. Когда молекула NO или NO2 встречается с молекулами катализатора, от нее отделяется атом азота, высвобождая кислород - O2. Атом азота же связывается с другим атомом азота, образуя N2.
Второй этап каталитического преобразователя - окислительный катализатор. Он значительно снижает количество несгоревшего топлива и окиси углерода в результате их сжигания (или окисления) с помощью таких катализаторов, как платина и палладий. Этот катализатор также помогает СО вступить в реакцию с несгоревшим кислородом, образуя углекислый газ СО2.

Третьим этапом является система управления, которая контролирует поток выхлопных газов и использует эту информацию для управления системой впрыска топлива. Один датчик кислорода (или Лямбда-зонд) установлен выше автомобильного катализатора, то есть ближе к двигателю, чем сам преобразователь. Этот датчик показывает, сколько кислорода содержится в выхлопе. Компьютер двигателя уменьшает или увеличивает количество кислорода в выхлопных газах за счет регулировки количества воздуха, поступающего к топливу. Эта схема позволяет контролировать двигатель, чтобы убедиться, что он работает на соотношении, близком к стехиометрической точке, а так же чтобы убедиться, что в выхлопных газах достаточно кислорода для работы окислительного катализатора для окисления несгоревших углеводородов и СО.

 

 

Существуют два основных вида конструкций, используемых в каталитическом преобразователе - это конструкция по типу "соты" и "керамические бусины". Большинство автомобилей используют сотовые структуры. Катализаторы имеют три составные части:

 

- Подложка в виде пористого материала прочной конструкции

 

- Внешняя рубашка, которая обеспечивает на подложке покрытие с большой поверхностной площадью. Ее цель – обеспечить соответствующую площадь поверхности для каталитического материала из платиновой группы металлов.

 

- каталитический материал. Обычно - это платина, палладий, родий.

На современные автомобили обычно устанавливают два вида катализаторов: керамические либо металлические. Керамические катализаторы менее дороги и поэтому более распространены. Но керамические катализаторы имеют существенный недостаток – их хрупкость. Даже несильный удар об камень на дороге может привести к рассыпанию сот, которые своим дребезгом подскажут владельцу, что его ждут очередные финансовые затраты. То же самое может произойти, если на полностью прогретом автомобиле заехать в лужу и вода попадёт на раскалённый катализатор. 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 несгоревшее топливо 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 катализатор более надёжен и может длительное время выдерживать различные механические нагрузки. Но оба типа катализаторов одинаково боятся следующих вещей: некачественный или этилированный 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. Внутренняя температура неисправного катализатора настолько велика, что керамика может сплавляться и полностью забивать собой проход для выхлопных газов. Ремонт двигателя в этом случае 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. В Европе принято менять катализатор через 100000 км. пробега, несмотря на то, рабочий он или нет.