Что необходимо знать о катализаторе в автомобиле

Удаление (вырезание) каталитических нейтрализаторов

Несвоевременная замена катализатора может привести к серьезным проблемам с другими дорогостоящими узлами автомобиля (двигатель, трансмиссия, турбина). Но из-за высокой стоимости новых нейтрализаторов не все автовладельцы готовы решиться на такой шаг. В этом случае обычно прибегают либо к более доступным альтернативам (заменителям), либо к банальному удалению катализатора. Однако помимо очистки выхлопных газов это устройство выполняет и другие функции: снижение температурной нагрузки последующих узлов системы выхлопа и уменьшение громкости работы всей системы. Помимо этого в современных авто ставятся датчики анализа выхлопных газов, которые точно оповестят о неполадках, в случае если не будет производиться очистка выхлопа.

Типовые варианты решения проблем с вышедшим из строя катализатором:

1. Замена на новый. Единственный минус — высокая стоимость нового устройства для очистки выхлопных газов. Цены сильно отличаются в зависимости от модели авто и чек на 100 000 рублей — не самое редкое событие.
2. Замена на «бэушный». Смысл замены на бывший в употреблении нейтрализатор есть только в случае если известна история автомобиля, с которого он снят. Во всех остальных случаях — сродни рулетке. Цены в 2-3 раза ниже чем на новые, но все равно «кусаются».
3. Замена на аналог. Существуют сторонние производители, которые предлагают в том числе универсальные устройства. Цены конечно ниже чем на оригинальные нейтрализаторы, но ресурс и эффективность могут быть значительно ниже.
4. Удаление с адаптацией датчиков кислорода (лямбда-зондов). По сути самый простой и наименее затратный способ избавиться от катализатора — его просто вырезают, а датчики прошивают под нужные показания (либо ставят «обманку»), чтобы они не высвечивали ошибку на приборной панели. Минусы очевидны — увеличенная нагрузка на остальные узлы выхлопной системы, повышенная громкость её работы и вред для экологии.
5. Установка пламегасителя. Монтаж производится на место катализатора. Пламегаситель объединяет пульсирующие потоки газов от цилиндров двигателя в один поток с одновременным гашением энергии и понижением температуры выхлопных газов. Бонусом от установки пламегасителя может быть небольшой прирост мощности двигателя за счет меньшего сопротивления потоку по сравнению со стандартными катализаторами, а также меньшая прихотливость к качеству топлива. Датчики кислорода все равно придется адаптировать, ну и вред для экологии никто не отменял. Ну а в целом — это вполне распространенный способ решения проблемы.

Пламегаситель

Как правильно удалить катализатор и зачем это делать?

Для чего же удаляют катализатор? Если водитель примет решение удалить из машины этот фильтр, он нанесет урон окружающей среде, но избавит себя от ряда трудностей. Машина без неисправного элемента снова обретет должную мощность, избавится от чрезмерного расхода горючего, а автомобилист – от горящего оповещения о проблеме. Кроме того, не находящие выхода отработанные газы перестанут возвращаться в камеру сгорания, негативно влияя на деятельность силового агрегата.

Алгоритм удаления этого компонента из выхлопной системы выглядит следующим образом:

1. Если диагностика и осмотр однозначно показали проблему в автокатализаторах, необходимо демонтировать выхлопную систему в месте его нахождения.
2. Изъять внутренности путем пробивания необходимого количества отверстий перфоратором со сверлом диаметром 20-23 мм.
3. Разрезать прибор по длине или ширине и тщательно вычистить всё содержимое. Некоторые автомобилисты в вырезанный участок вставляют гофру, убирая механическую и тепловую нагрузку на выхлопную систему.
4. Финальным этапом станут сварочные работы, так как без содержимого наличие катализатора в выхлопной системе будет провоцировать шум от паразитных вихревых потоков и повышенную температурную нагрузку. Поэтому после удаления его часто заменяют пламегасителем, который снижает шумы и регулирует температурный режим в системе.

Перфораторы

Устройство катализатора и его разновидности

Существуют три вида катализаторов, разделяющихся по принципу работы:

• Фильтрующий (катализатор дожигания)
• Химический
• Магнитно-стрикционный (МСК)

Катализатор дожигания, в свою очередь, делится на два типа:

– Керамический катализатор

– Металлический катализатор

Внутренняя структура катализатора представляет собой соты, выполненные из керамики или металла. По функциональности они идентичны, но катализатор из металла более надежен, тогда как керамические соты довольно хрупки. Стоит металлический катализатор дороже керамического.

На соты наносится тонкий слой платино-иридиевого сплава, который и обеспечивает окисление выхлопных газов. Платина и иридий – дорогие металлы, отсюда такая высокая стоимость катализатора.

Сам катализатор помещается в корпус из нержавеющей стали.

Двусторонние

Устройство катализатора выхлопных газов двустороннего типа позволяет выполнять сразу несколько задач:

1. Запустить процесс окисления угарного газа в углекислый;
2. Окислить несгоревшие углеводороды (частично сгоревшее или несгоревшее топливо) в воду и углекислый газ благодаря реакции горения.

Такие катализаторы чаще всего применяются для дизельных двигателей.

Трехсторонние

Трехсторонний катализатор авто появился еще в 1981 году в целях снизить объемы вредных веществ, попадающих в атмосферу. Этот тип нейтрализатора позволяет выполнять более обширный спектр задач, а именно:

1. Превращать окиси азота в кислород и азот.
2. Окислять угарный газ в углекислый газ.
3. Окислять несгоревшие углеводороды в воду и углекислый газ.

Также существуют дизельные катализаторы и нейтрализаторы для моторов, работающих на бедных смесях.

Помимо этого катализаторы отличают по материалу, из которого изготавливается картридж устройства. Исходя из этого, выделяют:

Керамические нейтрализаторы

Это стандартные модели оснащенные конструкцией в виде сот. Сам керамический элемент в этом случае покрыт платиноиридиевым сплавом.

Если говорить о недостатках таких моделей, то практически все автолюбители выделяют хрупкость керамического устройства, которое достаточно ударить об камень, чтобы соты рассыпались. Также изделие может повредиться если на прогретом авто заехать в лужу, капли воды попавшие на раскаленный нейтрализатор приведут к его поломке.

Помимо этого соты могут распасться в случае неполадок в системе зажигания машины. Например, если топливо воспламеняется не сразу после запуска двигателя, а с небольшой задержкой. В этом случае несгоревшее топливо будет собираться в резервуаре выпускного тракта (то есть в катализаторе) и как только скопившийся бензин взорвется, все соты разрушатся.

Также в таких катализаторах накапливается керамическая пыль, которая попадает в камеру сгорания, а в некоторых случаях даже в цилиндры двигателя.

Единственное преимущество керамического нейтрализатора – это его низкая стоимость.

Металлические нейтрализаторы

Конструкция этого типа отличается повышенной надежностью и прочностью, благодаря чему такой катализатор может выдерживать механические нагрузки на протяжении довольно долгого времени. Соты, установленные в изделии, отличаются своей упругостью, добиться этого удалось благодаря их спиралевидной форме и металлу.

Однако, несмотря на надежность такого нейтрализатора, он также как и керамический «боится»:

• Некачественного или этилированного топлива.
• Масел или антифриза, которые попадают в камеру сгорания.
• Некачественных технических жидкостей для промывки систем, купленных «с рук» или от непроверенного производителя.
• Переобогащенных топливных смесей.
• Долгой работы на холостом ходу.

Спортивные

Такие катализаторы также выполнены из металла, однако их пропускная способность намного выше стандартных металлических и керамических изделий. Благодаря этому нейтрализаторы этого типа придают автомобилю дополнительную мощность (от 7% до 20%). Правда, такого результата можно достигнуть только при условии, что в машине установлена прямоточная система выхлопа. При этом катализаторы отвечают экологическим требованиям Евро 4 и 5.

Спортивные модели самые надежные, но их стоимость самая большая.

Исходя из такого большого количества недостатков стандартных моделей, и появились теории о том, что нейтрализаторы приносят больше вреда для самого автомобиля, нежели пользы для экологии. Однако избежать большинства неприятностей можно, если своевременно менять изделие. К слову, катализатор автомобильный ремонт не предполагает, поэтому вышедший из строя элемент необходимо менять.

Признаки неисправности катализатора

О том, что катализатор скоро выйдет из строя, в первую очередь свидетельствует снижение мощности мотора: ухудшается разгонная динамика, снижается максимальная скорость, со временем затрудняется пуск двигателя. Закоксовывание катализатора на ранней стадии можно и не заметить. Просто водителю для компенсации потери мощности приходится интенсивнее нажимать на педаль газа. В этой стадии выхлоп иногда приобретает резкий ядовитый запах сероводорода, что как раз и свидетельствует о проблемах с катализатором, в котором нарушаются химические процессы разложения отработавших газов.

Катализаторы выходят из строя в основном по двум причинам: либо когда из-за нарушений правил эксплуатации происходит оплавление керамической сердцевины или соты забиваются сажей, либо когда вследствие длительной эксплуатации в нем разрушаются каталитический слой или сама керамика.

Зачем нужен в машине каталитический нейтрализатор

Большая часть выхлопных газов состоит из вполне нейтральных и безвредных веществ – азота, водяного пара и двуокиси углерода. Но обойтись только их наличием практически невозможно, такое случается лишь в идеально отрегулированном двигателе, работающем в предсказуемом стационарном режиме.

Во всех других случаях мотор начинает выделять крайне опасные для человека химически активные вещества, моноокись углерода, углеводороды и окислы азота.

Прямое уничтожение подобных ядов с большой скоростью и в требуемом объёме практически невозможно, поэтому инженеры были вынуждены прибегнуть к известным из химии каталитическим реакциям переработки вредных веществ в относительно нейтральные.

Катализатором в химии называется компонент реакции, который участвует в процессе, хорошо его ускоряет, но сам при этом не расходуется.

Из чего состоит и как работает

Основа катализатора – керамические соты

Конструктивно каталитический нейтрализатор представляет собой выполненную в форме сот керамическую подложку, вставленную в металлический корпус и защищённую теплоизоляционными материалами. Мелкие ячейки прибора имеют специальное покрытие – рабочий состав. Покрывающий соты состав – это сплав платины, родия и палладия, драгоценных металлов, стоимость которых превосходит золото как минимум в два раза.

Сотовая конструкция катализатора увеличивает площадь соприкосновения токсичных газов с нейтрализующей их поверхностью. Остатки вредных веществ мгновенно догорают и не попадают в атмосферу.

Катализатор состоит из следующих деталей:

• Корпус с входным и выходным патрубками;
• Керамический блок с пористой структурой;
• Каталитический слой – напыление на ячейках керамического блока;
• Датчик (лямбда-зонд) – прибор, показывающий загрязнённость газов после очистки;
• Металлический кожух – выполняет функцию теплоизоляции и защищает корпус от механических повреждений.

Устройство катализатора в разрезе

Деталь устанавливают после выхлопной трубы двигателя или во фланце выпускного коллектора. Такое расположение необходимо для эффективной работы катализатора, поскольку нейтрализация токсических веществ возможна только при высоких температурах. Работа узла происходит следующим образом:

1. Выхлопные газы по входному патрубку направляются внутрь детали и попадают на керамический блок, заполняя ячейки.
2. Металлы-катализаторы окисляют несгоревшие углеводороды и угарный газ.
3. Восстановительный металл родий нейтрализует оксид азота и превращает его в безвредное вещество.
4. Через выходной патрубок в атмосферу выводится чистый газ.

В момент прогрева двигателя катализатор бездействует, и это является существенным недостатком разработанных на сегодняшний день моделей. Трудность организации правильной работы узла состоит в опасности его перегрева. Если расположить катализатор ближе к двигателю, срок работы резко уменьшится из-за систематического перегрева. Большинство автопроизводителей располагают деталь в области правого переднего колеса, где существует возможность поддержания температуры на оптимальном уровне.

Стоимость автомобильного катализатора

Высокая стоимость таких драгметалов как платина, палладий и родий — основная причина дороговизны катализаторов, как новых. так и использованных. Цены на некоторые «бэушные» нейтрализаторы могут достигать 70 000 рублей и более за штуку, новые на некоторые авто могут стоить и 200 000 рублей! Порой цена катализатора превышает стоимость самого автомобиля на рынке подержанных машин, однако найти сегодня такой автомобиль с еще не вырезанным катализатором — большая удача.

Высокая стоимость катализаторов привлекает преступников. Не редки организации целых преступных групп, которые специализируются на воровстве автомобильных катализаторов. Чаще всего каталитические нейтрализаторы снимают со старых японских, немецких, шведских и итальянских автомобилей — там как правило самое высокое содержание драгметаллов в составе катализатора. Также популярностью пользуются некоторые гибридные автомобили (например, Toyota Prius Hybrid).

Мы изучили прейскуранты скупщиков автомобильных катализаторов и составили таблицу самых дорогих на конец 2021 года конвертеров (речь идет о «бэушных» устройствах):

Что касается моделей авто, то на сайте одного популярного российского приемного пункта катализаторов больше всего востребованы конвертеры, снятые с этих машин:

• Toyota Prius Hybrid;
• Mercedes-Benz E-Class W213 с дизельным двигателем 2.0 CDI;
• Volkswagen Passat B5 c бензиновым двигателем 1.8T;
• Volkswagen Crafter с дизельным двигателем 2.0 TDI.

Автомобильный катализатор

Ниже на графиках представлена динамика цен за последние 25 лет на содержащиеся в катализаторах драгметаллы — платину, палладий и родий. Наглядное пособие о причинах роста цен нейтрализаторов:

Цены на родий за период с 1997 по 2021 годы

Цены на палладий за период с 1997 по 2021 годы

Цены на платину за период с 1997 по 2021 годы

Как видно из графиков, если цены на платину за последнее десятилетие находились в диапазоне примерно 20 — 60 долларов США за грамм (~ 1500 — 4400 российских рублей), то стоимость родия за этот же период взлетела с 20 долларов (~ 1500 рублей) за грамм до 950 долларов США (~ 70 000 рублей) в пике на начало 2021 года! Сейчас цены на эти драгметаллы снизились и на сегодня за грамм родия просят примерно 450 долларов США (~ 33 000 рублей). Рыночная стоимость палладия на конец 2021 года — 70 долларов США (~ 5000 рублей) за грамм, платины — 35 долларов (~ 2500 рублей ) за то же количество.

Автомобильный катализатор

Стоимость сырья для изготовления катализаторов растет, поэтому производители ищут и находят способы как снизить содержание драгметаллов или ищут им более дешевые альтернативы. Так, например, в последнее время начали применять золото — получается дешевле. Что касается текущего состояния, то при очень усредненных расчетах в 1 килограмме «внутренностей» катализатора содержится примерно 1,3 — 1,4 грамма палладия и 0,15 грамма родия. Сам же автомобильный катализатор весит в среднем примерно 1,2 кг без корпуса.

Точный ответ о содержании драгметаллов в составе катализатора можно получить только после спектрального анализа — такие результаты обычно предоставляют скупщики этих устройств. Чем выше содержание драгоценных металлов — тем выше стоимость нейтрализатора.

Строение катализатора?

Катализатор состоит из четырех основных элементов:

1. Корпус — металлический, продолговатый ящик, обычно в форме цилиндра (или более сплющенный) с теплоизоляцией. С передней части автомобиля к нему присоединена выхлопная труба, которая собирает выхлопные газы из выпускного коллектора. Еще одна трубка выходит из катализатора, которая подводит очищенный выхлопной газ к глушителю.
2. Носитель — это внутренняя структура с сотовым сечением, состоящая из тысяч каналов, позволяющих поток выхлопных газов. Он изготовлен из металла (металлическая опора) или керамики (керамическая опора, чаще всего из силиката магния и алюминия).
3. Промежуточное покрытие — оно пористое и покрывает всю поверхность каналов на подложке. Его задача — обеспечить хорошие условия для следующего покрытия.
4. Каталитически активное покрытие — изготовлено из элементов, предназначенных для вступления в химические (каталитические) реакции с вредными компонентами выхлопных газов и нейтрализации их до веществ, безвредных для окружающей среды. Это самая дорогая и самая важная часть катализатора.

Каталитически активное покрытие покрыто редкими и дорогими элементами. Например, типичный трехходовой катализатор использует платину, родий и палладий. И теперь мы знаем, почему катализаторы были украдены или почему они были куплены. Извлекать из них платину после серии процедур.

Ранее мы упоминали, что катализаторы в дизельных и бензиновых автомобилях немного отличаются.

• Окислительные катализаторы — уменьшают количество оксидов углерода и углеводородов, а также твердых частиц в выхлопных газах
• Трехходовые катализаторы — окисляют оксиды углерода и углеводороды и восстанавливают оксиды азота в автоцистернах

Где в машине установлен катализатор? Чаще всего десятки сантиметров позади выпускного коллектора. Есть еще один метод, так называемые картриджи, устанавливаемые в выпускном коллекторе.

Более новые автомобили, которые соответствуют строгим стандартам выбросов, используют два или три катализатора.

Почему катализатор выходит из строя?

У него есть три основных состояния:

• рабочее: когда авто работает нормально, на информационной панели отсутствуют сигналы об ошибках или неисправностях. Такое решение способно проработать намного меньше, чем оригинальная деталь — в среднем 70 тысяч километров, — но и стоит он меньше;
• полурабочее: авто работает с перебоями – пропадает тяга, долго и с трудом заводится двигатель, пропадают обороты, машина начинает потреблять больше топлива без видимых причин;
• нерабочее: автомобиль долго заводится и почти сразу глохнет, а иногда не заводится вовсе.

Когда многие узнают, как он работает катализатор – становится понятно, что у него достаточно большой рабочий ресурс. Автомобиль может проехать от ста до ста пятидесяти тысяч километров прежде чем его придется заменить. В среднем срок эксплуатации составляет пять-семь лет. За это время сотовая конструкция приходит в негодность и фильтр больше не может выполнять свое основное предназначение.

Но чаще выход из строя случается намного раньше из-за некачественного топлива. Недобросовестные продавцы бензина используют свинцовые добавки, чтобы получить необходимое октановое число. В результате при сгорании топлива температура поднимается выше привычной отметки и наше устройство перегревается сильнее положенного. То есть он просто быстрее выгорает, а «соты» забиваются.

Снижение эффективности катализатора

Со временем катализатор постепенно теряет свою способность очищать выхлопные газы, и автомобиль по экологичности выбросов перестает соответствовать своей норме (например, Евро 4, Евро 5). И если автомобиль, оборудован вторым лямбда-зондом, расположенным после катализатора, и являющимся диагностирующим (примерно с 1999 года он уже стоит практически на всех машинах), то на панели приборов загорается ошибка, которая при компьютерной диагностике чаще всего имеет номер P0420 и расшифровывается как «Степень преобразования каталитического конвертера ниже порогового значения», «старение катализатора», «недостаточная эффективность катализатора» и т.п. Понятное дело, что эта ошибка также появится, если катализатор удалить. Что надо делать? В большинстве случаев эта ошибка совершенно никак не влияет на работу двигателя и не отражается на езде машины, но многих автовладельцев вполне обоснованно не устраивает посторонняя «лампочка», постоянно горящая перед глазами, и они хотели бы сделать так, чтобы она не горела. Есть три способа убрать ошибку. Первый – установка нового оригинального или универсального катализатора, что, собственно, и предусмотрено автопроизводителями и законодательством во всем цивилизованном мире. Действительно, можно купить новый катализатор, но никто этого не делает из-за высокой цены нового катализатора. Новый оригинальный катализатор – недешевая деталь, которая обойдется в сумму от нескольких сотен долларов до тысячи и даже больше. Поэтому в нашей стране новый катализатор, тем более оригинальный, никто по своей воле не ставит. Но есть более бюджетная альтернатива «оригиналу» – новый универсальный катализатор. Правда, это решение подходит не всегда. В некоторых случаях, когда родной катализатор имеет слишком специфическую форму и расположение, подобрать подходящий по размеру универсальный может оказаться затруднительно. Кроме того, они, как правило, китайского производства, и их ресурс и прочность самой керамики существенно ниже, чем у оригинала. Поэтому в случаях, когда установка универсального катализатора является оптимальным решением, мы предлагаем его исключительно в металлическом исполнении, так как металлические соты по крайней мере не подвержены рассыпанию на куски в отличие от хрупкой керамики. Вообще следует понимать, что катализатор – это такая вещь, сохранность и срок службы которой в меньшей степени зависят от самого катализатора, а в основном определяются условиями, в которых он работает. Техническая исправность двигателя, в частности нормальная работа топливной системы и системы зажигания, позволяют катализатору служить долго. Именно поэтому, покупая катализатор, вы никогда не получите какой-либо серьезной гарантии на него, даже если берете оригинал у официального дилера. Слишком много внешних факторов способны оказывать негативное влияние на ресурс катализатора.

Второй способ убрать ошибку «по катализатору» – поставить под второй лямбда-зонд специальную проставку, которая также известна как «обманка лямбда-зонда». Эта обманка уменьшает количество выхлопных газов, поступающих к лямбда-зонду, а если она усовершенствованная, с маленьким катализатором внутри, то этот выхлоп еще и проходит некоторую очистку. В результате лямбда-зонд подает на блок управления сигналы, соответствующие исправно работающему катализатору, поэтому ошибка не загорается. Если обманка лямбда-зонда не помогает, есть третий способ – программное отключение второго лямбда-зонда. Эта процедура известна как «перепрошивка на Евро-2». Перепрошивка заключается в редактировании заводской настройки блока управления двигателем («мозгов») таким образом, что в ней второй лямбда зонд никак не фигурирует и не опрашивается, а в остальном двигатель работает так же, как и прежде. Однако такое решение применимо не для всех машин, очень много тут зависит от года выпуска и модели блока управления. Также в некоторых случаях программное устранение ошибки возможно лишь путем увеличения пороговых значений сигнала со второго лямбда-зонда, а сам датчик при этом должен оставаться на месте и быть исправным.