Катализатор и немного о резонаторе
Как известно, системы с электронным управлением впрыска топлива делятся на системы с обратной связью и без обратной связи.
Системы с ОС выполняют нормы токсичности Евро-2, Евро-3 и имеют в своём составе датчик кислорода (ДК), каталитический нейтрализатор и адсорбер. Немного о принципе работы каталитического нейтрализатора.
Катализатор — это кусок выхлопной системы, в который встроены множество трубок в виде сот, сквозь которые проходят газы. Соты нужны для того, чтобы увеличить площадь контакта выхлопных газов с поверхностью, на которую нанесен тонкий слой определённого сплава.
Наиболее полное сгорание топливно-воздушной смеси и максимально эффективная нейтрализация токсичных компонентов достигается при соотношении воздух/топливо 14,5…14,6 :1. Для поддержания этого соотношения и используется датчик кислорода, который даёт контроллеру информацию о количестве кислорода в выхлопных газах. Если воздуха много (соотношение воздух/топливо больше 14,6) контроллер обогащает смесь, увеличивая длительность импульсов впрыска, если воздуха мало (соотношение воздух/топливо меньше 14,6)- контроллер обедняет смесь. Таким образом поддерживается постоянное значение соотношения воздух/топливо. И ещё-ничего в нейтрализаторе не догорает в прямом смысле! Он сильно нагревается из-за протекающей в нём окислительно восстановительной реакции.
Кроме тепла в катализаторе образуется дополнительный объём газа во-первых потому, что догорели углеводороды (также, как в цилиндре двигателя), во-вторых потому, что температура газов выросла. Это и есть то противодавление, которое дает исправный катализатор. Однако величина его не столь велика. Немалую долю в общую величину противодавления вносят лабиринты резонатора и глушителя. Для того, чтобы снизить сопротивление потоку газов со стороны катализатора, площадь всех отверстий сот примерно в полтора раза больше, чем подводящих или отводящих труб.
Теперь ещё об одном немаловажном факторе, о котором никто не упомянул. Дело в том, что далее за катализатором в выпускной системе установлен резонатор. Его назначение — пропустить беспрепятственно выхлопные газы, а ударную волну отразить как в зеркале и направить обратно в сторону двигателя. Отражённая ударная волна, достигнув закрытого выпускного клапана, отражается и от него. Если длину трубы до резонатора подобрать таким образом, что отражение от клапана происходит прямо перед его открытием, то скачек разрежения, следующий неотрывно за ударной волной, "отсосёт" выхлопные газы из камеры сгорания и улучшит продувку цилиндра. В этом состоит суть работы настроенного выхлопа. В случае, если двигатель работает на оборотах резонанса, в трубе установится стоячая волна с разрежением у выпускного клапана. Дело в том, что описанный процесс, называемый резонансом, возникает только на каких-нибудь одних оборотах двигателя.
Конечно, наибольшее влияние будет, если двигатель одноцилиндровый. Для многоцилиндровых двигателей отрицательное влияние ветвления труб сказывается, но конструкторы автомобилей используют резонанс на выхлопе для того, чтобы скорректировать моментную характеристику на определенных оборотах. Спортсмены часто используют это явление.
Теперь как это относится к нашей теме. Катализатор должен быть прозрачным для ударной волны. Именно поэтому он выполнен в виде сот с очень тонкими перемычками. Когда мы смотрим сквозь него, он "прозрачный", для ударной волны он — просто труба.
Есть ещё один момент, влияющий на работоспособность выпускной системы. Катализатор работоспособен, когда хорошо прогрет. Поэтому его устанавливают настолько близко к двигателю, насколько возможно. Из-за этого сильно сокращается длина "штанов", что отрицательно влияет на резонанс в выпускной системе. Иногда, понимая, что из-за конструктивных особенностей, связанных с наличием катализатора, резонансу всё равно конец, конструкторы просто сводят сразу за коллектором все четыре трубы в одну. Этот фактор, в основном, и является причиной, почему автомобили, оснащенные катализатором, имеют меньшую мощность. Противодавление здесь не причем.
Из всего выше сказанного вероятно понятно, каким образом надо удалять катализатор.
а. Самое правильное решение, если мы хотим получить дополнительную мощность, следующее. Надо снять выпускную систему от коллектора до глушителя и установить новую, предназначенную для автомобиля без катализатора. Как правило, в таком варианте выпускная система с "правильными", рассчитанными резонансными свойствами.
б. Если это дорого, надо вместо катализатора установить трубу того же сечения, что и подводящие трубы.
в. Если оставить пустую банку, будет хуже по двум причинам.
Первая — появился дополнительный резонатор не на нужном месте.
Вторая — тонкие стенки не поддерживаются сотами и начинают резонировать и шуметь.
г. Просверлить дырку в сотах, что почти эквивалентно варианту б.
Следующий вопрос. Hадо или нет удалять соты из катализатора. В случае если он "прозрачный", даже если перестал окислять из-за отравлености тетраэтилсвинцом, лучше его не трогать. Как видно, проще навредить, чем сделать лучше. А если он работоспособен, то пусть лучше мы будем дышать несколько более чистым воздухом, чем вам покажется, что машина стала "резвее".
Следующий вопрос, который был затронут. Взаимодействие катализатора и кислородного датчика. Они НИКАК HЕ СВЯЗАНЫ. Упоминание в некоторых изданиях о том, что при удалении катализатора необходимо перерегулировать контроллер, связаны в основном с тем, что при наличии катализатора, для получения несколько большей мощности, можно позволить иметь Лямбда фактор в пределах 0,8 — 0,9, что соответствует слегка обогащенной смеси. Экология от этого не пострадает, катализатор "дожигает". Правда, с экономией топлива не очень хорошо. Если катализатор убрали, необходимо иметь Лямбда равный единице. Иначе выхлоп очень токсичный. Общее у катализатора и лямбда датчика только одно. Они оба умирают от тетраэтилсвинца. Поэтому утверждение, что с выбитым катализатором можно ездить на этилированном бензине не совсем верное. Если в системе управления используется кислородный датчик, то нельзя. Если датчика нет, то и катализатор выбивать не нужно.
Теперь пару замечаний по конкретным моментам.
1.Соты не спекаются. Температура плавления керамики значительно выше, чем у стали. Скорее расплавится стальной корпус, чем соты.
2. Лямбда датчик надо менять тогда, когда он неисправен, а не вместе с катализатором.
3. Полировать выпускной тракт — это Сизифов труд, такой же бессмысленный. Снижать индуктивное сопротивление, когда можно просто увеличить сечение. Да и это не нужно. Ведь глушитель мы не заменим на спортивный.
Удалять нужно по причинам
1 Если он у Вас раскрошился от ударов и забился, в таком случае из выхлопной летит металлическая крошка при перегазовке.
2 Для безопасности. Если вдруг у Вас за троит двигатель из-за системы зажигания, зависнет форсунка, повыситься давление топлива или что-то еще, весь лишний не сгоревший бензин будет дожигаться в катализаторе а он будет греться (может нагреться до красна).
3 Для спортивных целей. Тут без комментариев. Могу только сказать что точно исправный катализатор на обычном двигателе не создает помех.Проверено неоднократно.
4 Если вы устали менять или варить свой глушитель. Нормальный исправный катализатор выделяет очень много воды из-за которой быстро ржавеет глушитель.
Если все это Вам ни почем, тогда оставьте его!
Всем спасибо!
п.с. если слишком много букв, могу делать несколько частей.
Устройство глушителя автомобиля
Благодаря авто глушителю снижается не только уровень вредных веществ в выхлопных газах, но и уровень шума от вырывающихся в процессе работы двигателя паров. Читайте подробнее о строении глушителя.
Если бы не созданный французской компанией Panhar-Levassor первый в мире глушитель, то возможно сегодня бензиновых автомобилей не было бы. Выхлопная система позволила «успокоить» ДВС и дать этому мотору «вторую жизнь».
Первоначально глушители выполняли не много функций и считались больше вспомогательной составляющей, нежели важной, как другие агрегаты. Однако с течением времени выхлопные системы начали играть более значительную роль. Сегодня благодаря глушителям удается не только значительно снижать уровень шума от работающего мотора, но и уменьшать температуру выхлопных газов, выводить отработанные газы за пределы авто и уменьшать уровень вредных выбросов в окружающую среду.
Исходя из этого, стоит обратить внимание на строение глушителя, а также на его разновидности.
Основные элементы выхлопной системы
Конструкция выхлопной системы становится более сложной, но с каждой новой моделью машины она включает в себя все те же элементы.
Коллектор
Приемная труба является промежуточным звеном между двигателем машины и нейтрализатором (катализатором). Коллектор отвечает за вывод газов. Так как в этом случае идет очень сильная механическая и температурная нагрузка, которая может доходить до 1000 градусов, то к этой части глушителя предъявляются довольно строгие требования. Поэтому при изготовлении приемной трубы используют только самые лучшие сплавы чугуна и стали.
Также на этой детали иногда устанавливают вибро-компенсатор (гофру), благодаря которому вибрация двигателя гасится и не переходит дальше по выхлопной системе.
Нейтрализатор
В каталитическом нейтрализаторе (или катализаторе) происходит «дожиг» несгоревших остатков топлива и переработка окиси углерода. Этот элемент выхлопной системы представляет собой специальную камеру или бачок, в котором расположен керамический или металлический элемент в виде сот. Благодаря этим сотам газовые смеси очищаются за счет химических реакций.
Сейчас производители начали изготавливать многосекционные нейтрализаторы, отвечающие всем международным стандартам, которые производят обработку большего спектра вредных веществ.
Передний глушитель (резонатор)
Резонатор – по сути, является одной из тех деталей, которые принято называть глушителями. Этот элемент выполняет функцию снижения шума, но никак не очистки выхлопных газов. Когда газы проходят через резонатор, создается много шума. Поэтому внутренняя «начинка» переднего глушителя представляет собой многочисленные решетки и отверстия, которые позволяют снизить скорость вырывающихся газов, а также вибрацию. По большому счету резонатор – это бак с перфорированной трубой.
Передние глушители бывают:
- Активными. Такие глушители изготавливаются из специальных звукопоглощающих материалов, а их конструкция отличается простотой.
- Реактивными. В глушителях этого типа используются комбинации из расширительных, а также резонаторных камер.
Не стоит путать резонатор с задним глушителем, так как их конструкция сильно отличается.
Задний глушитель
Когда мы говорим «глушитель» то чаще всего в виду имеется именно задняя часть выхлопной системы. Этот элемент производит окончательное поглощение шума, а также осуществляет завершающий вывод газов.
В отличие от резонатора, внутренняя «начинка» заднего глушителя неоднородна. Внутри него установлено несколько камер со специальными наполнителями. Благодаря пористой структуре, системе перегородок и воздуховодам удается не только избавиться от сильного шума, но снизить температуру в системе.
Говоря о снижении шума, нельзя обойти стороной другой тип системы, который снижает повышенный шум в выхлопной трубе.
Прямоточный глушитель
В обычных глушителях в процессе сопротивления отработанным выхлопным газам, теряется часть мощности мотора. Хоть этот расход и незначительный, многие автолюбители ищут способы, как сделать глушитель тише без потери мощностей двигателя. Для этих целей производители разработали специальные прямоточные модели.
Устройство такого глушителя отличается от привычной схемы. В отличие от штатных моделей, в прямоточных агрегатах мощность двигателя не только снижается, но и повышается, за счет использования энергии выходящих газов.
Суть работы «прямотоков» заключается в том, что при выходе газов из коллектора требуется меньшее сопротивление. Благодаря этому мотору не приходится затрачивать лишней энергии, чтобы преодолеть давление. Полученная разница преобразуется в полезную мощность движения.
Сам прямоточный глушитель представляет собой прямую трубу с перфорированной поверхностью. По большому счету она заключена во внешний кожух. Внутри глушителя также есть разделители и камеры, просто их меньше, чем у штатных систем. Благодаря такой конструкции, отработанные выхлопные газы движутся по прямой и не встречают сильного сопротивления. В то же время, благодаря перфорированной поверхности они расширяются и свободно выходят.
Внешний кожух прямоточного глушителя покрыт специальным поглощающим составом, за счет чего газы, находящиеся внутри, не резонируют, а звук мотора не превышает допустимых пределов. Таким образом, уровень шума сводится к минимуму.
Чтобы усилить эффект некоторые автовладельцы используют дополнительные внешние сегменты.
Как еще можно снизить уровень шума глушителя
Также для снижения шума можно установить зеркальный глушитель. Такие модели работают по такому же принципу, как и акустические зеркала. Чаще всего зеркальные глушители можно встретить в выхлопных системах двухтактных моторов мотоциклов и скутеров. Устройство глушителя в этом случае представляет собой выпускное колено и резонаторную банку, в которой отработанные газы «утихомириваются». При этом уровень сопротивления будет значительно ниже, а на мощность двигателя не будет расходоваться. Однако стоит учитывать, что из-за зеркального эффекта температура выхлопной трубы будет повышаться.
Подобный принцип используется в системах автомобилей ВАЗ 2107, Нива, 2115 и многих других.
Помимо этого существуют поглотительные и ограничительные глушители, которые также понижают шум.
В заключении
Конструкция автомобильных глушителей постоянно претерпевает изменения, хоть общий принцип работы и сама конструкция остается неизменной уже много десятков лет. Сегодня это не обычная металлическая «банка» а полноценная система, которая обеспечивает правильную работу двигателя автомобиля. Именно поэтому, если из глушителя начинает идти пар или раздаются хлопки, необходимо незамедлительно производить диагностику и ремонт этого немаловажного узла.
Каталитический нейтрализатор выхлопных газов (катализатор): что это такое, как проверить и на что заменить
Сколько сегодня автомобилей существует в мире? Специалисты утверждают, что количество легкового автотранспорта составляет более 1 миллиарда шт, и с каждым годом растут показатели вредных веществ, выбрасываемых ими в атмосферу. Для того, чтобы обезопаситься от токсичных выбросов, все автомобили с середины ХХ века оснащаются каталическими нейтрализаторами.
Автомобильный катализатор выхлопных газов устанавливают на выхлопные системы с начала 70-х годов. Примерно в то же время были разработаны первые нормы по содержанию и химическому составу вредных веществ в выхлопных газах двигателей.
Катализаторы устанавливаются на все выхлопные системы современных автомобилей с двигателем внутреннего сгорания и служат для уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу.
Где находится катализатор?
Так как для его работы необходима высокая температура, подобные элементы всегда устанавливают сразу после выпускного коллектора или же встраивают в сам коллектор автомобиля.
Катализаторы оборудуются «лямбда-зондами» (работают по принципу анализа содержания кислорода), которые анализируют его работу и сообщают бортовому компьютеру в случае нарушений в его работе.
Рассмотрим устройство катализатора. Данный узел состоит из стального корпуса с теплозащитными экранами. Внутри находится сам платиновый каталитический нейтрализатор, который выполнен в форме секций со множеством отверстий. С целью увеличения площади контакта с выхлопными газами отверстия имеют форму «сот» различного сечения (наподобие пчелиных). На внутренние поверхности сот нанесено действующие химические вещество, в состав которого входят драгоценные металлы, в основном платиновой группы, а также родий, палладий. Вследствие химической реакции, после прохождения через «соты», вредные для окружающей среды токсичные газы перерабатываются в относительно нетоксичные.
Подобные реакции протекают при условии высоких температур. Выхлопные газы двигателя попадают в выпускной коллектор при температуре примерно в 500-1000 С. Эффективная работа катализатора возможна при температуре более 300 С.
Основные типы катализаторов
По количеству производимых реакций существуют:
- Односторонние и двусторонние. В данном случае выполняется одна либо две химических реакций. Применяются, как правило, в дизельных двигателях. В таких катализаторах угарный газ преобразуется в менее вредный углекислый, окисляется и «догорает» не сгоревшее топливо, распадаясь на водяные пары и углекислый газ.
- Трехсторонние. Выполняется соответственно 3 химических реакции. В таких элементах окись азота дополнительно разделяется на кислород и азот.
- Катализатор топлива (его горения). Специальные присадки в топливо, которые обеспечивают больший процент сгорания топлива в цилиндрах, и как следствие, увеличение КПД и уменьшение количества токсичных выбросов. В состав катализатора такого типа входят растительные компоненты, литий, медь, многоатомные спирты.
- Магнитно стрикционные катализаторы. Принцип их работы заключается в обработке топлива специальным устройством, вследствие чего значительно улучшаются показатели топлива, увеличивается его насыщенность кислородом. С вопросом «как проверить катализатор?» подобной системы лучше обращается к специалистам.
Существуют следующие виды катализаторов выхлопной системы:
- С каталитическим нейтрализатором из жаропрочной стали.
- С каталитическим нейтрализатором из керамики.
- Катализаторы для спортивных автомобилей (с увеличенным сечением сот).
- Катализаторы для бензиновых двигателей.
- Катализаторы для дизельных двигателей.
- Катализаторы, установленные в секциях глушителя (распространено на мотоциклетной технике в Европе).
Вместе со всеми неоспоримыми плюсами эксплуатации катализаторов стоит отметить, что при нормальных условиях эксплуатации двигателя каталитический нейтрализатор исправно служит около 100000 километров. Затем необходимо обратиться в сервисный центр для осмотра, диагностики и замены изношенных элементов.
Платиновый катализатор имеет один очевидный минус: его высокая стоимость, которая может доходить до 80-100 тыс. руб. и выше. Для владельцев подержанных машин с большим пробегом это значительная проблема, так как зачастую, чтобы заменить забитый катализатор, придется заплатить практически треть стоимости самого автомобиля.
Очень часто из-за некачественного топлива или нарушения режима работы двигателя, каналы катализаторов забиваются остаточными продуктами горения топлива, либо разрушается при воздействии высоких температур и вибраций. В случае поломки данного узла нарушается нормальная проходимость газов, в результате чего есть вероятность попадания мелких частей катализатора в камеру сгорания вместе с отработавшими газами (которые не прошли сквозь забитые соты), что может привести к различным повреждениям поршневой группы. Неисправности катализаторов рекомендуется устранять в кратчайшие сроки.
Самые распространенные поломки катализатора — это разрушение его сот или накопление в них твердых продуктов сгорания топлива (сажа и.т.д).
Признаки забитого катализатора:
- ошибка Check Engine (с соответствующим кодом);
- значительное падение мощности;
- замедленный, слабый поток газов из выхлопной системы;
- значительное увеличение расхода топлива;
- сложности при холодном запуске двигателя.
В случае, если при высоких оборотах слышен дребезжащий звук в области катализатора, возможно каталитический элемент разрушен, и его обломки бьются о стенки кожуха.
Зачастую симптомы забитого катализатора проявляются не сразу, поэтому не рекомендуется продолжать эксплуатацию с катализаторами, которые «прошли» отведенные километры.
Как проверить катализатор на предмет затрудненной проходимости?
Низкая эффективность катализатора — один из признаков того, что соты забиты, а выхлопная системы требует доработки.
Самый надежный способ проверки работы катализатора — это визуальный осмотр. Желательно полностью выполнить снятие узлов катализатора для его тщательной проверки. Каталитический нейтрализатор, который требует замены, выглядит как на фото выше. Едкий, ненормальный запах выхлопа также может указывать на неисправность катализатора.
В случае обнаружения забитых каналов или повреждения элементов каталитический нейтрализатор подлежит очистке либо замене.
Еще один из надежных способов — это проведение анализа выхлопных газов. Если же нет возможности разборки выхлопной системы или проведения анализов, определить состояние каталитического нейтрализатора поможет измерение давления в пространстве между выпускным коллектором и катализатором.
Подобный замер можно выполнить, вкрутив пневматический манометр в место установки лямбда зонда, (потребуется переходник) до катализатора. Показания снимаются после прогрева двигателя и на средних оборотах двигателя. Нормальное давление на этом участке выхлопной системы составляет около 0,3-0,35 кг/см куб. Однако замер давления не поможет оценить повреждены ли каталитические нейтрализаторы механически, а показатель давления может отличаться у различных моделей и модификаций двигателей.
Как решить проблему забитого катализатора без дорогостоящего ремонта?
Прежде всего следует попробовать восстановление катализатора. Восстановить катализаторы возможно только в случае, если они имеют целостную структуру и не имеют механических повреждений. Если двигатель эксплуатировать в штатном режиме, когда катализатор забивается не критично, его вполне можно спасти очисткой специальной смесью.
Необходимо приобрести специальный очиститель каталитического нейтрализатора, аккуратно выбить секции катализатора (потребуется распил корпуса с дальнейшим восстановлением) и обработать выбитый элемент согласно инструкции производителя химического состава.
Возможно, выбивание катализатора подойдет как временная «аварийная» мера, но не как решение проблемы. На большинстве современных автомобилей те самые «лямбда-зонды» связаны с электронным блоком управления двигателем, а их показания учитываются при подготовке топливовоздушной смеси. Как минимум в таком случае придется перенастраивать «мозг» своего двигателя на работу без катализатора.
Что делать, если катализатор прогорел?
Простым и проверенным способом решения вопроса будет удаление катализатора. При наличии минимального количества инструментов рядовой автолюбитель может легко вырезать в металлическом корпусе окно (его потом герметично заваривают полуавтоматом) и убрать катализатор механически. Данный способ надежен, а главное, не требует значительных вложений в ремонт. Выбор очевиден, зачем платить больше? Но не стоит забывать, что таким образом вы значительно увеличите количество вредных веществ производимых двигателем.
Еще одно распространенное решение — это замена катализатора на пламегаситель.
Пламегаситель – стальная гофрированная труба, заизолированная специальным негорючим материалом (минеральная вата либо металлическая стружка), вся конструкция заключена в кожух. При прохождении пламегасителя выхлопные газы расширяются и заполняют пространство между кожухом и трубой. Сталкиваясь с негорючими материалами, они теряют часть энергии.
Замена катализатора на пламегаситель: плюсы и минусы
Очевидно, что устанавливая пламегаситель вместо катализатора, нельзя говорить о полноценной замене одного узла другим. В первую очередь, установка пламегасительного оборудования вместо катализаторов скажется на количестве выбросов.
Не рекомендуется установка пламегасителя вместо катализатора, в случае если автомобиль передвигается по территории Евросоюза. На территории Европы катализаторы подлежат обязательной замене после 100 тысяч километров вне зависимости от их состояния.
Установка пламегасителя поможет стабилизировать выхлопную систему, снизит температуру выхлопных газов, но не решит проблему. С другой стороны, пламегасители дешевле новых катализаторов, и с точки зрения экономии бюджета это почти идеальный способ отладить выхлопную систему.
Одним из компромиссных решений будет — найти и установить универсальный катализатор. Стоимость таких элементов в несколько раз дешевле оригинальных, но так же обеспечит штатную работу двигателя, с соблюдением экологических норм. Вероятно, все-таки придется адаптировать прошивку под новый выхлоп и подвергнуть проверке работу всего выхлопа.
Автовладельцы, установившие на свой мотор подобное устройство, могут смело проходить техосмотр и быть уверенными в экологичности своего транспортного средства.