Для чего нужен катализатор в автомобиле

Катализатор уменьшает содержание токсичных веществ в выхлопных газах.

Массово ими начали оснащать автомобили с 1980-х годов. Обычно устанавливают один, но у современных машин бывает два или больше таких устройств. Расскажу, зачем нужен катализатор, как он работает, как ломается и как не переплатить при его замене.

Топливо в двигателе внутреннего сгорания сгорает не полностью. Остатки — углеводороды, некоторые продукты сгорания вроде оксида азота и моноксида углерода (угарный газ) — вредные для человека вещества. Основная задача катализатора  — снизить их концентрацию в выхлопных газах.

Существуют различные экологические классы, которые показывают, насколько безвреден выхлоп автомобиля: Евро-2, Евро-3, Евро-4, Евро-5 и Евро-6. В России для новых автомобилей с 2016 года действует стандарт Евро-5. Экологический класс указывают в тринадцатом пункте бумажного ПТС  .

Бензиновые двигатели оснащают катализаторами в выхлопной системе. Их может быть несколько: например, если из двигателя идут две отдельные выхлопные трубы, ставят по одному на каждую. В старых моделях несколько катализаторов ставили последовательно на одной выхлопной трубе.

Дизельные двигатели оснащают не только катализаторами, но и сажевыми фильтрами. Конструкция фильтров похожа на катализатор, но ячейки закрыты с одной из сторон. Выхлопные газы выходят через пористые стенки каналов, на которых оседает сажа. Такие фильтры периодически требуют очистки. Для этого внутрь фильтра впрыскивают топливо, которое сгорает там вместе с накопившейся сажей. Этот процесс называют активной регенерацией.

Корпус каталитического конвертера делают из стали, как и другие компоненты выхлопной системы. На некоторых конвертерах устанавливают тепловые экраны, но они есть не на всех машинах. Внутри находится огнеупорный керамический или металлический цилиндр с сотами, через которые проходят отработавшие газы. На стенках этих сот есть тонкий слой катализаторов  — платины, палладия или родия.

В корпус каталитического конвертера современного автомобиля ставят две секции катализаторов, которые:

1. Восстанавливают оксиды азота NOx до азота и кислорода.
2. Окисляют монооксид углерода CO (угарный газ) — до безвредного углекислого газа, а остатки несгоревшего топлива (углеводороды) — до углекислого газа и водяного пара.

Иногда обе секции конструктивно объединяют в одну.

Вокруг сотового катализатора уложен изолирующий материал — он помогает защитить хрупкие соты от ударов, вибрации и резких колебаний температуры: например, если машина заедет в глубокую лужу. Иногда у катализаторов есть трубка, по которой к ним поступает дополнительный воздух.

Родий в катализаторе ускоряет реакцию восстановления оксидов азота, палладий — окисления угарного газа и остатков углеводородов, а платина — оба типа реакций.

Катализатор начинает работать при температуре свыше 400 °C. Сразу после запуска двигателя, пока катализатор холодный, нейтрализовать выхлопные газы он не может.

Оригинальный катализатор, который устанавливают на заводе, может стоить до 10% от цены всего автомобиля. Это зависит от госпошлин, курса рубля, цен на драгметаллы. Например, оригинальный катализатор для Lada Vesta стоит от 35 000 ₽, на Omoda C5 или Chery Tiggo 4 — от 165 000 ₽. Новый оригинальный катализатор в сборе с выпускным коллектором для Hyundai Solaris 1,6 л 2017 года — 98 450 ₽.

Срок службы оригинального катализатора обычно не меньше гарантийного срока автомобиля: у разных моделей — от 100 000 до 200 000 км.

Универсальный катализатор стоит значительно дешевле оригинального — от 5000 ₽. В таких меньше платины, палладия и родия. Срок службы также короче — 50 000—60 000 км. Старый катализатор вырезают из корпуса болгаркой, универсальный вваривают на его место. Лучше, чтобы эти работы проводил опытный сварщик.

При подборе заменителя важно правильно определить его объем, который не должен быть меньше оригинального. Корпус катализатора не всегда круглой формы, у него разная длина и ширина.

Установка универсального катализатора — это компромисс для тех, кто не может купить оригинальный, но хочет снизить токсичность выхлопа. Часто дело не в заботе об окружающей среде, а в том, что у машины с запущенным двигателем без катализатора нечем дышать.

Пламегаситель в англоязычных руководствах по ремонту выхлопных систем — это «предварительный глушитель». Он смешивает потоки отработавших газов из разных цилиндров, снижает их температуру и уровень шума до приемлемых значений.

Простой пламегаситель — это труба с перфорацией для газов в стальном корпусе. Цены на них начинаются от 1300 ₽. Есть более сложные модели с огнеупорным наполнителем — базальтом, синтетическим волокном или минеральной ватой. Корпус пламегасителя бывает однослойным и двухслойным. Двухслойные также называют реактивными. Они более долговечны и лучше гасят звук. Внутренний слой должен выдерживать воздействие высоких температур, а внешний — коррозии.

Пламегаситель вваривают в корпус катализатора или вместо него. Без него выхлопная система будет работать шумно и быстрее прогорит из-за повышенной температуры выхлопа. Пламегаситель не снижает токсичность выхлопных газов.

Соты катализаторов покрыты драгоценными металлами, которые могут быть дороже золота. В катализаторе легковой машины 2—7 г платины, 2—7 г палладия и 1—2 г родия. За катализатор современного автомобиля скупщики могут заплатить 10 000—30 000 ₽.

Например, катализатор могут вырезать с согласия владельца или без его ведома:

1. Когда автомобиль припаркован во дворе. Если катализатор расположен под днищем, на многих современных кроссоверах и внедорожниках с высоким клиренсом злоумышленникам даже не нужен домкрат. Новые машины — в группе риска. Воры скорее обратят внимание на свежий кроссовер, нежели на 15-летний видавший виды Ford Focus.
2. В недобросовестном автосервисе. Владельцу относительно новой машины предлагают удалить катализатор, чтобы он не доставил проблем в будущем, и обещают увеличить мощность двигателя и уменьшить расход топлива. В реальности эти показатели изменятся всего на 1—3%, что на практике неощутимо. За работу возьмут деньги, а за дорогой катализатор заплатят в лучшем случае как за лом черного металла.

Если за двигателем автомобиля правильно ухаживать, катализатор будет служить долго — иногда весь срок службы машины. Но есть несколько причин, по которым катализатор может очень быстро выйти из строя.

Некачественное топливо. Иногда, чтобы увеличить октановое число топлива, недобросовестные владельцы заправок добавляют в него присадки, которые содержат свинец. Такие присадки «отравляют» катализатор, и он перестает работать.

Неисправности зажигания. Если свечи дают искру с перебоями, несгоревшее топливо попадает в катализатор и сгорает там. Температура сильно повышается, и соты могут оплавиться, что уменьшит пропускную способность, или растрескаться. Если катализатор стоит близко к двигателю и частицы сот попадут в него, они могут повредить стенки цилиндров.

Неисправность кислородных датчиков. ЭБУ  двигателя использует датчик перед катализатором, чтобы регулировать подачу топлива в цилиндры. Если датчик выйдет из строя и будет передавать неверные значения, в смеси может оказаться избыточное топливо. Если оно попадет в катализатор и сгорит там, соты могут оплавиться или разрушиться.

Неисправности двигателя. Если в цилиндрах есть царапины или задиры, двигатель начинает «есть масло» и выбрасывать его вместе с выхлопными газами. Моторное масло сгорает в катализаторе и покрывает соты слоем нагара и лака. Очистить этот слой сложно или невозможно, и катализатор перестанет работать.

Катализатор редко разрушается внезапно. Обычно этому предшествуют типичные симптомы неправильной работы двигателя, выхлопной системы и посторонние звуки. Если внимательно анализировать все изменения, можно вовремя вмешаться и исправить ситуацию.

Лампочка Check Engine на панели приборов загорается по разным причинам. Если считать код специальным сканером, он покажет, где конкретно возникла проблема. Показания кислородных датчиков могут говорить о том, что катализатор не в порядке.

Снижение мощности двигателя. По ощущениям за рулем это как тянуть прицеп или машину на буксире. Автомобиль трогается с места, ускоряется, но ему будто что-то мешает — ускорение недостаточно энергичное. Иногда двигатель машины при этом вибрирует, а машина дергается.

Посторонние звуки под днищем. Если катализатор уже начал разрушаться, его частички при высоких оборотах двигателя или при запуске бьются о корпус выхлопной системы. При этом водитель слышит посторонние звуки под днищем автомобиля. Они похожи на звенящий звук в пустой металлической банке.

Нестабильный напор газов из глушителя. Для такой проверки нужно поднести руку к выхлопной трубе и почувствовать такт выхода газов. При нормальной работе они выходят через равные промежутки времени, похожие на биение сердца. Если поток газов ровный и слабый, скорее всего, катализатор неисправен.

Запах выхлопных газов. Если катализатор не очищает выхлопные газы от токсичных выбросов, иногда резкий или изменившийся запах несгоревшего топлива или продуктов сгорания можно почувствовать без специальных приборов.

Задиры на цилиндрах. Если катализатор уже начал разрушаться и его частицы попали в камеру сгорания топливно-воздушной смеси, на цилиндрах образуются задиры и царапины. Проверку их состояния можно провести в автосервисе специальным устройством — эндоскопом. Если с цилиндрами все в порядке и нет других признаков, удалять катализатор не нужно.

Разрушение сот катализатора. Эндоскопом можно осмотреть и сам катализатор, например через отверстие для первого лямбда-зонда. Керамические соты должны быть правильной формы, без вмятин, не оплавлены, не разрушены и не забиты.

1. Катализатор — это часть выхлопной системы, которая очищает отработавшие газы от вредных веществ.
2. При неисправном катализаторе двигатель теряет мощность, в выхлопной системе появляются посторонние звуки, а отработавшие газы неприятно пахнут.
3. Катализатор выходит из строя раньше срока из-за некачественного топлива, неисправностей зажигания и двигателя.
4. Обнаружить проблему поможет диагностика ЭБУ автосканером или визуальная проверка цилиндров и катализатора эндоскопом.
5. Оригинальный катализатор содержит драгоценные металлы, поэтому он такой дорогой.
6. Если нужно заменить отработавший оригинальный катализатор, есть смысл поставить универсальный.
7. Не стоит удалять катализатор без необходимости на гарантийных автомобилях.
8. Недобросовестные автосервисы предлагают удалить катализатор, чтобы сдать его и заработать.