Главная
Статьи
Форум
Системы нейтрализации. Обзор

По материалам сайта http://drom.ru/

Максим Маркин

Мир свихнулся на экологии. Парниковый эффект, озоновые дыры, глобальное потепление и затемнение. Ученые приводят цифры и демонстрируют графики, политики подписывают протоколы. И хотя споры о том, насколько различные выбросы в атмосферу изменяют климат планеты, ведутся до сих пор, автопроизводители уже давно на острие борьбы за чистоту воздуха. Все потому что общие климатические трансформации — это одно, а экология в городах, особенно мегаполисах, — несколько иное. В итоге приходится признать: современные компоненты очистки выхлопных газов разрослись до отдельных систем, плотно интегрированных в бортовую электронику. Если топливо качественное, и автомобиль еще новый, проблем с ними обычно нет. Однако с годами они могут появиться. Речь идет не только о «чековании», или электронных ошибках. Выход из строя каталитических нейтрализаторов способен привести к куда большим неприятностям, вплоть до необходимости восстановления поршневой группы двигателя.

Не нужно считать, что скопления углеводородов (CH) и окислов азота (NOx), под воздействием солнечного света и химических реакций превращающихся в смог, — примета лишь современности. Первое упоминание об удушливых облаках, повисающих над городом, относится к 1942 году. Дело было в промышленно развитой Калифорнии. Спустя восемь лет смог для этого штата стал обычным явлением, из-за чего во второй половине 60-х в нем вступили ограничения по концентрации вредных выбросов в выхлопе. Остальная Америка пришла к этому позже. В 1970 году был принят закон, по которому для автомобилей 1975 модельного года строго регламентировалось процентное содержание CH, NOx и окиси углерода (CO). В это же десятилетие к законодательному регулированию вредных выбросов пришли в Европе и Японии.

Ключевое условие образования облаков смога — хорошие погодные условия, а именно солнечные лучи. При прямом освещении и содействии углеводородов окислы азота превращаются в химически устойчивый озон. И все это смешивается с другими веществами и частицами воды, образуя плотный туман. Вообще, ведущую роль в загрязнении климата играют предприятия. Но в городах ситуация иная — здесь «дымзавесу» ставит автопарк
Ядовитая завеса вызывает и тем более осложняет болезни дыхательных путей. Для астматиков и прочих это явление порой буквально смерти подобно

Каталитические нейтрализаторы, или конвертеры (в народе просто катализаторы), появились как раз в первой половине 70-х и, как вы понимаете, автопроизводители США какое-то время здесь были на передовых ролях. Что любопытно, помимо непосредственного снижения токсичности выхлопа эти устройства потянули за собой модернизацию сразу нескольких направлений развития автомобилестроения. Это обуславливалось самим принципом их действия, который, кстати, не изменился до сих пор.

Какое-то время и на разных моделях нейтрализаторы соседствовали с карбюраторами или механическим впрыском. Например, Chrysler (на фото модель New Yorker образца 1979 года, V8 объемом 5,2 или 5,9 л), обжегшись с электронным управлением подачей топлива еще в 50-х годах, переводить на него свои моторы не спешил. Но предельные нормы содержания различных элементов в выхлопе были утверждены законодательно — приходилось как-то увязывать катализатор и карбюратор

Экология — двигатель прогресса

Металлический бочонок, расположенный между выпускным коллектором и глушителями-резонаторами, имеет внутри продольные соты, на чью поверхность нанесен слой специального вещества, являющегося катализатором. Не будем погружаться в школьный курс химии. Скажем лишь, что в качестве последнего, превращающего вредные CO и CH в углекислый газ и воду, используется платина с добавлением палладия. Такие катализаторы назывались двухкомпонентными, то есть способными нейтрализовать всего пару токсичных компонентов. В 1977 году добавили родий, благодаря чему окислы азота трансформировались в моноэлемент. Нейтрализаторы стали трехкомпонентными. Так вот, этот сравнительно простой химический процесс без проблем протекает лишь в идеальных лабораторных условиях. При реальной же эксплуатации производители столкнулись с тем, что корректная работа узла и вообще его ресурс — под постоянной угрозой. Как выяснилось, правильно «химичить» конвертер может лишь при соотношении горючей смеси по воздуху и топливу в пропорции 14,5–14,7:1. Отклонения в ту или иную сторону снижают эффективность преобразования CO и CH либо NOx. А единственная заправка этилированным бензином в состоянии попросту приговорить нейтрализатор — октаноповышающий тетраэтилсвинец сводил действие платины и палладия к нулю.

Сотовая структура с трубками-ячейками сверхмалого сечения выбрана потому, что так удается максимально увеличить площадь, на которую наносится вещество, выступающее катализатором. Соответственно, растет и объем «переработки» выхлопных газов

Для того чтобы сделать топливовоздушную смесь стабильной, карбюраторы начали дополнять электронным управлением. В 1975 году в Штатах же появились транзисторные системы зажигания, к минимуму сводившие пропуски в искрообразовании, от которых топливо догорало в нейтрализаторе и спекало его внутренности. Обратились к системе рециркуляции отработавших газов, которая, снижая температуру сгорания топливной смеси, уменьшает количество окислов азота. Наконец, борьба за экологию, как и желание снять побольше мощности, тоже поспособствовала скорейшему внедрению электронного впрыска — системы, способной наиболее полно раскрыть потенциал катализаторов. Тогда же, в 70-х, произошло еще одно событие — под действием законов и общественности нефтепромышленники отказались от присадок на основе тетраэтилсвинца.

На рисунке слева можно видеть схематичное изображение системы рециркуляции отработавших газов. Она позволяет снизить температуру сгорания горючей смеси и тем самым уменьшить количество окислов азота. Справа клапан EGR после местной эксплуатации. Его чистка прописана в сервисных операциях дилерских автомобилей

А нейтрализаторы продолжили совершенствовать. Четверть века назад бочонок двинулся из-под днища автомобиля в моторный отсек, вплотную к выпускному коллектору. Это понадобилось для быстрейшего его прогрева и уменьшения вредных выбросов сразу после пуска автомобиля — вещества-катализаторы начинают действовать только при 250–300 градусах. Позже предлагались разработки отдельного электроразогрева нейтрализатора мощностью до нескольких кВт. Были системы из двух нейтрализаторов, где первый располагался непосредственно в тракте и работал, пока прогревался основной узел. Устраивались адсорбционные ловушки для углеводородов, придерживавшие их до выхода катализатора на рабочую температуру. Велись и ведутся эксперименты с материалами наполнителя. Жаропрочная керамика сравнительно тяжела и далеко не идеальна для создания сверхтонких сот. Металл для ячеек использовался и ранее, а теперь к нему обращаются вновь — на ином технологическом уровне, используя различные биметаллические сплавы. Легкие, устойчивые к температуре, тонкие, как фольга, благодаря чему можно значительно увеличить площадь напыления платины, палладия и родия.

Узел, похожий на какое-то насекомое, — так называемый катколлектор. Каталитический нейтрализатор, объединенный с выпускным коллектором. Такое расположение первого влияет на его эффективность, однако делает узел дороже и может привести к повреждениям поршневой группы, о чем ниже

Не отставали от «химиков» и электронщики. Лямбда-зонд, или кислородный датчик, расположенный в выпускном тракте, определяющий процент кислорода в выхлопе и посылающий сигнал на коррекцию смеси в ЭБУ, появился еще в 1976-м. Потом добавили датчик за нейтрализатором, который следит за качеством очистки газов.

К измерению содержания кислорода фирма Bosch пришла еще в 1968 году, однако первый лямбда-зонд появился только спустя восемь лет — на Volvo модели 240/260 для рынка Северной Америки. Чуть позже и другие производители поняли, что без обратной связи с блоком управления нейтрализатору не обеспечить максимальную эффективность

Избавиться от сажи!

В начале 2000-х дошла очередь до дизелей. Их, оборудованных привычными уже каталитическими нейтрализаторами, стали оснащать сажевыми фильтрами (DPF, Diesel Particulate Filter). Дело в том, что температура выхлопных газов в режимах без нагрузки здесь ниже, чем у бензиновых моторов. Ее не хватает для полного сжигания углеродов, так получаются твердые частицы или сажа, которая может пройти через нейтрализатор.

Сажевый фильтр расположили перед катализатором. В нем тоже есть платина и такие же соты-каналы. Только расположены последние в шахматном порядке и делятся на впускные и выпускные. А между ними — фильтры-перегородки, сдерживающие твердые частицы с окислами азота. Первыми его внедрили французы из Peugeot, чуть позже немцы. Toyota в 2003-м пошла дальше — изобрела DPNR (Diesel Particulate NOx Reduction). Вроде бы тот же DPF, однако с принципиальным отличием. Он не накапливает твердые частицы — дожигает их при помощи кислорода, выделяемого из окислов азота, и дополнительной форсунки, подающей солярку в узел. Аналогом тойотовской системы является FAP (Filtre A Particules) от Peugeot. В ней для очищения фильтра от сажи служит присадка на основе редкоземельного элемента церия, которая впрыскивается в дизтопливо по сигналам ЭБУ. Что-то подобное встречается на некоторых моделях Citroen, Ford, Volvo.

Причем японцы всей системе DPNR дают гарантию, равную гарантии автомобиля. Нечто неординарное! Обычно элементы очистки выхлопных газов из договора о ней выводятся. Впрочем, о массовых проблемах с тойотовской NOx Reduction слышать не приходилось. Иное дело обычные DPF и катализаторы — что на дизелях, что на бензиновых моторах.

Впускные каналы сажевого фильтра открыты со стороны двигателя, но закрыты с другого конца. Выхлопные газы проходят через фильтрующие перегородки, оставляя на них сажу с NOx, и попадают в выпускные каналы, открытые со стороны расположенного за DPF нейтрализатора

Очищают выхлоп и с помощью мочевины или AdBlue, как этот продукт называется в Европе — жидкости на основе аммиака, которая реагирует с NOx, после чего образуется просто азот и водяной пар. Впервые появившаяся на Mercedes в 2005 году мочевинная нейтрализация получила большее распространение на тяжелой технике, где она выступает альтернативой системе EGR.

Daimler-Chrysler был как минимум одним из первых, кто обратился к нейтрализации окислов азота с помощью мочевины. У них система называется SCR — Selective Catalytic Reduction. Помимо лучшей экологичности, моторы с AdBlue еще и экономичнее дизелей без нее. Большинство производителей жестко привязывают двигатель к мочевине — без нее он теряет до половины своей отдачи (хотя все это обходится местными умельцами). Речь идет о грузовиках и автобусах. Правда, популярна аммиачная очистка и у американских производителей внедорожников и пикапов

Избавиться от нейтрализатора!

В России своя специфика. В той же Европе какое-то время назад чуть ли не в принудительном порядке нейтрализаторы начали устанавливать даже на олдтаймеры. А у нас... Бережное отношение к окружающей среде, безусловно, необходимо. Да и смог в российских мегаполисах уже не редкость. От этилированного бензина, опять же, мы давно успешно избавились. Официально! Между тем качество топлива без «свинцовой» присадки, скажем так, варьируется, и солярка по-прежнему может преподносить сюрпризы.

Ко всему прочему оставляет желать лучшего понимание того, с каким сложным и нежным узлом мы имеем дело. От этого страдает общая культура его эксплуатации. Так что же нужно знать и чего остерегаться?

Например, жестких контактов корпуса нейтрализатора о поверхность, от которых может разрушиться керамика. Переливов бензина в камеры сгорания — при неудачных пусках, пропусках зажигания и т. д. — когда топливо собирается в катализаторе и, не успев испариться, воспламеняется и спекает его соты. Попадания туда масла. Сажевый фильтр на дизеле вообще очень требователен к состоянию топливной аппаратуры. Наконец, даже парковать машину надо с умом — не над кучами листьев, сухой травой, прочими легкогорючими массами, способными вспыхнуть от раскаленного корпуса катализатора.

Слева металлические соты, справа — керамические. Не факт, что первые хуже справляются с вредными выбросами. Зато они безопасны для двигателя

Но даже если соблюдать эти условия, всегда есть риск заправиться некачественным бензином, который либо сразу приговорит нейтрализатор, либо значительно сократит его работоспособность. Ведь не секрет, что порой катализаторы выходят из строя на очень свежих автомобилях, чья гарантия далека от завершения. По этой же причине крайне сложно назвать их точный ресурс. Бывает, ходят и 200 тыс. км, и больше. Иногда обращаются при вдвое–втрое меньшем пробеге. Поводом для беспокойства должна служить появившаяся в комбинации приборов ошибка (check engine или другая настораживающая надпись). А вот полагаться при этом на то, что автомобиль не потерял в динамике и, соответственно, нейтрализатор не закупорен, не стоит. На мощных V6, V8, даже рядных «шестерках», где существует два выпускных тракта, и керамика спеклась лишь на одном, провала в тяге кто-то и не заметит. Проверить же состояние катализатора легко — по давлению на манометре, вкрученном вместо первого «кислородника». Если оно высоко, есть так называемый подпор, то ячейки превратились в пробку, заткнувшую проход газов. Тут уже вариантов нет точно — надо устранять проблему. В буквальном смысле и безотлагательно! Расположение катализатора вблизи или сразу за выпускным коллектором создает риск попадания керамической пыли в цилиндры. Что она сделает там, объяснять смысла нет. То же касается и дизелей. С одной лишь разницей — у них пострадает еще и турбина.

Разница в повреждениях нейтрализатора может быть большая, это видно на снимках. Так или иначе, но керамическая пыль готова после этого попадать в цилиндры

Кстати, иной раз начинающие разрушаться керамические соты могут никак о себе не заявлять. Положиться здесь можно только на удачу. Либо на собственную осторожность — вскрыть, посмотреть. Хотя и вскрыть-то в некоторых случаях не удастся — на тех же катколлекторах. Но что делать, если все очевидно? Обратимся к специалистам. Фирм, оказывающих такую услугу, в крупных городах достаточно. И варианты существуют. Впрочем, тут многое зависит от марки, модели, даже рынка сбыта. И как бы это странно ни звучало, от программного обеспечения ЭБУ.

Сажевый фильтр периодически требует регенерации или прожига «застрявших» в нем твердых частиц. На ряде автомобилей этот процесс можно инициализировать с кнопки. На большинстве машин он включается сам. Увы, наша солярка сводит на нет все потуги зарубежных экологов, поскольку все то, что накопилось, потом загрязняет воздух втройне 
Дмитрий Татаринов, мастер СТО «Дакар», стаж по специальности более 5 лет

 

— Услуга популярная. Обращаются владельцы как далеко не новых иномарок, так и совсем свежих. В первом случае, особенно если говорить о немолодых «японцах», все просто. Вынул внутренности нейтрализатора, обычно выполненные из металла, — машина обрела потерянную динамику. Блок управления двигателем не видит этих изменений. У сравнительно новых моделей такой трюк не проходит — из-за четкой привязки системы управления к показаниям двух лямбда-зондов.

Иногда, если это позволяет компоновка и сечение труб, удается установить катализатор от Патриота, стоит всего 4000 руб. Те же «японцы» (в частности, Toyota), но не самых последних поколений, где программное обеспечение загружено без возможности перепрошивки, обманываются механически. В выпускной тракт после удаления ячеек вкручиваются проставки с отверстием по центру, а уже в них — кислородные датчики. Будучи несколько отодвинутыми от потока выхлопных газов, они дают блоку управления ту же информацию, что и при наличии работоспособного нейтрализатора. Здесь приходится играть сечением отверстия в проставке. Получается всегда, однако была на моей памяти 3,5-литровая Camry 2006 года. Долго с ней работали — исчезала ошибка, но через какое-то время опять появлялась. В итоге так и ушла к другому владельцу. Стоит подобная процедура от 3000 руб. Это только удаление, и по 500 руб. за каждую проставку.

Подобной проставкой лямбда-зонд «отодвигают» от потока выхлопных газов, чем «обманывают» систему управления. Кто-то с центральным отверстием играет вплоть до десятых долей мм. Другие считают, что такая точность вовсе не обязательна

Системы управления свежих «европейцев» и «американцев» механическими «обманками» не корректируются. Нужно лезть в софт и убирать информацию о катализаторе. Lexus для заокеанского рынка требуют того же. В отличие от внутренних моделей этой марки. В любом случае — пренебрегать проблемами с нейтрализаторами нельзя. И пробитие керамики ломом здесь не панацея. Удалять нужно все начисто. Машины из-за попадания керамической пыли в цилиндры на капитальный ремонт к нам приходят периодически. Toyota, Nissan, Infiniti — с моторами серий GR, VQ, VK. Но это те двигатели, с которыми сталкивалась наша СТО. Риск, если в вашей машине катализатор расположен близко от выпускного тракта, существует вне зависимости от модели агрегата.

Роман Дмитриев, мастер СТО «АТЕ-Студио», стаж по специальности более 10 лет

 

— Toyota даже из новых можно «обмануть» так называемым эмулятором, который устанавливается в цепь кислородного датчика. Так происходит простое удаление ошибки. То же самое можно проделать и со многими «японцами», в чьи ЭБУ информация «залита» жестко, без возможности коррекции. Цена вопроса — 18 000–21 000 руб. за эмулятор плюс 3000 руб. за освобождение полости нейтрализатора от наполнителя. Оставляем штатный корпус — звук выхлопа если и становится другим, то это едва заметно.

Сейчас ситуация активно меняется — японские производители приходят к блокам управления, в которых можно перепрошивать программное обеспечение. Для компаний из Европы и США это едва ли не традиция. В общем-то также ничего сложного — прошивка замещается той, что отвечает экологическим требованиям Евро-2, для соответствия которым нет необходимости в каталитическом нейтрализаторе. Тут не важно, бензиновый двигатель или дизельный. С последними, кстати, владельцы обращаются тогда, когда уже не помогает прожиг сажевого фильтра. Стоимость удаления аналогична — 3000 руб. Однако работы по электронике сильно зависят от марки и модели. Можно обойтись 14 000–16 000 руб. А в иных случаях цена поднимается до 40 000–50 000 руб. Все равно минимум вдвое дешевле, чем покупка оригинального каталитического нейтрализатора.

Еще добавим, что в качества альтернативы уазовскому катализатору существуют условно универсальные узлы, которые нужно подбирать по длине и диаметру. Предлагаются даже блоки без внешней оболочки. Цена того и другого — от 4000 до 11 000 руб. Для «американцев» доступен другой вариант — трубы, устанавливаемые вместо бочонка нейтрализатора, удаление бака с мочевиной, глушение системы рециркуляции и установка программатора, с которого можно менять прошивку ЭБУ и увеличивать мощность. Но этот обход экологии граничит с тюнингом и тянет минимум на $2500–3600. Между тем на многих дизелях, в отличие от бензиновых моторов, «ампутация» элементов EGR необходима в отрыве от всякой форсировки — прогорают промежуточные охладители выхлопных газов.

На дизельных американских пикапах система рециркуляции отработавших газов — увесистая конструкция (слева), на место которой встают заглушки (справа). Какая-никакая, а еще экономия массы

Словом, современные экотехнологии — тоже в духе нынешних тенденций автомобилестроения. Ладно, требуют вложений средств. Но могут и приговорить святая святых. Тот, кто один раз столкнулся с вынужденным ремонтом ЦПГ, вряд ли будет в будущем покупать новый катализатор — хоть универсальный, хоть от Патриота. Решит проблему кардинально.



Более 2000 руководств
по ремонту и техническому обслуживанию
автомобилей различных марок
 








Рейтинг@Mail.ru