Удаление катализатора и сажевого фильтра. Зачем, когда и как?
Когда речь заходит об эксплуатации автомобиля, нередко начинаются споры об экологической составляющей. Действительно, двигатель внутреннего сгорания пользу экологии не приносит. Человечество уже десятилетиями бьется над тем, чтобы выбросы отходов ДВС в атмосферу были как можно меньше. Кто-то скажет про альтернативу в виде электромобилей, но как тогда быть в регионах с суровыми климатическими условиями? За «чистоту» в конструкции автомашины отвечает каталитический нейтрализатор, да и не только за нее. Если он поврежден, то это сказывается и на мощности мотора, а дальше следуют проблемы с цилиндропоршневой группой. Тут же возникает вопрос, а что делать с катализатором? Удалять? Тогда когда и как?
ТОП-10 самых недорогих японских автомобилей в России в январе 2024 года
Начнем с главного, насколько автомобили виноваты в загрязнении окружающей среды? Нередко при подъезде к крупным городам в безветренную погоду в небе виднеется огромное облако смога, которое накрывает населенный пункт. Принято считать, что все это выхлопы городского автопарка. Но на самом деле в любом городе много промышленных предприятий, которые вредят не меньше. Если взять промышленные центры, то и речи нет. Даже зимой снежные сугробы в некоторых из них покрываются черным налетом. В таких городах есть своя специфика, начиная с места постройки. Многие возводились в низинах, в поймах рек в те времена, когда не было речи ни о какой промышленности. Возьмем, к примеру, Красноярск и Краснодар. В городах примерно одинаковое количество автомобилей, при этом ситуация с экологией на юге лучше.
Все это не попытка оправдать автомобили. Тем более в их выхлопах большое содержание углеводородов (CH), окиси углерода (CO), окислов азота (NOx) и некоторых других вредных веществ, являющихся источником серьезных заболеваний. Другой дело, что в мире уже давно нашли способы беречь экологию. Если это промышленные предприятия с вредным производством, то их выносят подальше за городскую черту. Городская среда обитания должна быть экологически чистой. Если это автомобили, то к ним предъявляются определенные требования в отношении выбросов различных веществ. Более того, в США и Европе давно отказались от производства алюминия, но только не Россия или Китай. В этом большая разница в отношении заботы о здоровье своих граждан. Там где существует система выборов, политики обязаны учитывать интересы избирателей.
Борьба с выбросами
Сколько существуют автомобили, столько и говорят о вреде отработанных газов. Задумываться об уменьшении выхлопов стали еще в конце XIX столетия. Причем существуют сведения, что первый нейтрализатор был создан во Франции. В нем присутствовали активные вещества из иридия, палладия и платины. В ХХ веке вместе с развивающейся промышленностью атмосфера в крупных городах становилась все хуже. Первыми на проблему обратили американцы в 1930-е годы. Тогда впервые стали говорить о смоге над городами. Юджин Кудри в Калифорнии изобрел катализатор для погрузчиков на складах и дымовых труб. Без законодательного акта внедрять катализаторы повсеместно было нельзя. Уже в 1960-е годы именно в Калифорнии за правовом уровне ограничили концентрацию вредных веществ в автомобильных выхлопах. Дальше инициативу подхватили по всей стране, а затем примером воспользовались в Европе и Японии.
Многие сегодня недовольны экологами и по вполне понятным причинам. Каждый раз приходится задумываться о новых конструкторских решениях. Не всегда они идут на пользу мощности и надежности автомобилей. Но есть и за что сказать «спасибо». Именно благодаря стандартам «Евро» появились такие новшества как впрыск топлива. Были разработаны системы диагностики, которые стали отвечать за количество выбросов и одновременно за оптимальную работоспособность мотора. В итоге получилась OBD, система бортовой компьютерной диагностики — On-Board Diagnostic. В 1970-е годы наряду с впрыском топлива появились первые каталитические нейтрализаторы. Тогда же конструкторы начали вести разработки в отношении рециркуляции отработавших газов, которые станут применяться в конце ХХ столетия.
Эволюция каталитического нейтрализатора
Конструкция каталитического нейтрализатора (конвертера, преобразователя) предполагает наличие внутри двух блоков сот из металла или керамики. Изнутри на соты наносятся активные вещества. Сами соты микроскопического размера, что позволяет наносить вещество-катализатор на большую поверхность, с ней и контактируют выхлопные газы. Таким образом можно очистить как можно больший объем этих газов.
До двух сотовых блоков додумались позже. Изначально он был один — окислительный. Роль катализаторов в нем выполняли палладий и платина. При вступлении в химическую реакцию с CO и CH получалось вода и относительно безвредный углекислый газ — CO2. Поскольку тут было две разлагаемых токсичных составляющих, такие нейтрализаторы стали называть двухкомпонентными. Но в 1970-е годы появились трехкомпонентные нейтрализаторы. В корпус добавили еще один сотовый элемент — восстановленный. Платина и родий в нем отвечали за разложение оксида азота на кислород и азот.
С тех самых пор катализаторы кардинально не изменились. Их химическая составляющая была одинаковой. Только были добавки в виде оксидов алюминия или церия, диоксидов кремния или титана. Очевидной была одна вещь, — оптимальная работа катализатора возможна только при соотношении воздуха и топлива в горючей смеси от 14,5 к одному до 14,7 к одному. Именно это заставило перейти автопроизводителей от карбюраторов, даже управляемых современной в ту пору электроникой, на впрыск топлива.
Дальнейшие исследования показали, что начало химического процесса происходит только в диапазоне температур от 250 до трехсот градусов по Цельсию. Водитель запускает двигатель, но в это время катализатор еще не начинает работать. Должно пройти время, чтобы он нагрелся. Сначала на это не обращали внимания, но потом экологические нормы обратились и к этому. Появился вопрос, как заставить конвертер работать сразу, где взять искомые 250 градусов? Вариантов было несколько, все они применялись в опытных конструкциях, но оптимальным было принято решение, в соответствии с которым катализатор стали размещать рядом с выпускным коллектором. Так появился хорошо знакомый автомеханикам «катколлектор».
Первые автомобили с таким размещением катализатора стали выпускать в 1990-е годы, а в начале XXI столетия такая конструкция стала повсеместной. Разница была лишь в компоновке. Где-то катализатор был один на четыре цилиндра, в других случаях на три. В каких-то случаях катализатор устанавливался выше по отношению к двигателю, в других ниже, все зависело от конструкторских особенностей. С введением Евро-4 был добавлен лямбда-зонд, который был призван корректировать впрыск топлива и анализировать химический состав выхлопа, когда они выходят из конвертера.
Затем появляются нормы Евро-5, что повлекло за собой установку двух катализаторов на тракт. Сначала это было в машинах премиум-класса. Один ставили сразу после так называемых «штанов», второй, как и раньше, находился под днищем и не занимался диагностикой. Таким образом в престижных автомашинах стало четыре катализатора. Затем, как обычно, все это перекочевало на другие автомобили, которые называются бюджетными. Причем часто можно было встретить вариант машины для российского рынка, где стоит один катализатор, но на такой же машине для Европы и США по два. Просто в России требования гораздо ниже, зачем переплачивать.
Дизели и сажевый фильтр
Все развитие конструкторской мысли в отношении катализатора было связано с бензиновыми двигателями, а что же тогда с моторами, которые работают на более тяжелом топливе? Примерно то же самое. В конце 1990-х годов на дизельных двигателях также стояли катализаторы, но у них была одна принципиальная составляющая, связанная с выхлопом отработанных газов. Температура в камере сгорания в некоторых режимах работы у дизельных моторов ниже, чем у бензиновых. Она не может полностью сжечь углероды. В результате они становятся твердыми частицами и превращаются в обыкновенную сажу. Катализатор ее просто пропускает.
В результате был создан DPF, сажевый фильтр для дизельных моторов — Diesel Particulate Filter. Внешне он практически не отличается от катализатора, но устроен несколько иначе. Соты в нем располагаются в шахматном порядке и делятся на впускные и выпускные. Вот они и разделены фильтрами в виде перегородок, которые задерживают сажу. Отлично! Но куда ее девать. Любой фильтр со временем забивается, и что тогда? Автопроизводители стали искать выход. Инженеры компании Toyota решили не накапливать сажу, а сразу сжигать ее при помощи кислорода, который выделяется из окислов азота, и специальной форсунки, подающей топливо в бачок фильтра. В Peugeot была разработана технология FAP — Filtre A Particules. Для очистки фильтра от сажи в дизельное топливо впрыскивалась специальная присадка Eolys с микрогранулами металлов церия в желатиновой оболочке. Церий попадал в соты, воспламенялся и сжигал всю сажу.
Большинство автопроизводителей стали подавать в сажевый фильтр дополнительное топливо через форсунки без присадок. Температура в Diesel Particulate Filter увеличивается до шестисот и даже тысячи градусов по Цельсию, и сажа сгорает. В одних автомобилях такой режим можно включить с помощью специальной кнопки. Более распространенные случаи, когда такой режим активируется блоком управления. Можно это сделать и в сервисе программно, но это только в крайнем случае, причем это не всегда приведет к искомому результату.
Интересно, что еще до появления Diesel Particulate Filter многие дизельные моторы стали получать рециркуляционную систему отработавших газов. Начиная с 2005 года компания Mercedes-Benz, а за ней многие другие стали использовать SCR — Selective Catalytic Reduction, систему нейтрализации с помощью мочевины. Система предполагает впрыск раствора на основе аммиака в выпускной тракт и при взаимодействии с NOx разлагает его на азот и воду. Правда, нужно иметь ввиду, что такой способ может создавать проблемы. Работа двигателя в таких моделях автомобилей порой жестко привязана к наличию аммиачного раствора в дополнительном бачке. Если раствора нет, то электроника сообщает об аварийном режиме.
Признаки и последствия неисправности катализатора
Главная проблема — падает мощность двигателя, он начинает работать с перебоями и потреблять больше топлива. Еще в конце прошлого столетия все эти трудности в последнюю очередь касались поврежденных катализаторов. Но как только произошел переход на современные экологические требования, ситуация сразу изменилась. При всех вышеупомянутых симптомах, в первую очередь, нужно проверять катализатор. Можно еще смириться с тем, что мотор не тянет, но последствия могут быть куда более серьезными. Керамические соты спекаются, а гранулы разбиваются в пыль, все это попадает в цилиндры, а дальше может стать причиной поломки двигателя.
Правда, тут многие механики дискутируют, считая, что такое явление крайне редкое. Некоторые полагают, что керамические соты могут попасть в мотор только через клапан EGR. Однако бывают случаи, когда системы рециркуляции нет и такое происходит через выпускные клапаны. За примерами далеко ходить не надо, такое может происходить в моторах южнокорейских автомобилей Hyundai Solaris и Kia Rio. Как бы там ни было, должно настораживать, что рядом с камерами сгорания есть такой источник мельчайших частиц. Как быть в таком случае?
Большинство экспертов сходятся в одном — катализатор нужно удалять. Если при требованиях Евро-2 катализаторы могли прослужить до трехсот тысяч пробега и больше, то чем жестче становились требования, тем меньше становился срок службы катализатора. Правда, есть нюансы. Многое зависит от марки автомобиля, ведь катализатор может быть расположен ближе к впускному коллектору или дальше. Бывали случаи, когда катализаторы попросту разваливались от резкого перепада температур даже на новых автомобилях. Проблема еще и в том, что оригинальные нейтрализаторы стоят десятки тысяч рублей, а альтернативные варианты не всегда бывают качественными.
Итак, важной проблемой становится стоимость. Универсальной цены нет, все индивидуально в отношении разных марок и моделей автомобилей. Работы тоже бывают разной сложности. Удаление одного катализатора может стоить от пяти тысяч рублей, соответственно, трех — от 15 тысяч рублей и больше. Корректировка «софта» может обойтись в пределах четырех тысяч рублей на отечественных Ладах, а вот на автомобилях премиум-класса немецкого производства стоимость будет начинаться от сорока тысяч рублей. В среднем в отношении японской «четверки» с двумя катализаторами может понадобиться 15 тысяч рублей, на шестицилиндровых автомобилей это будет уже сумма в два раза выше, а на немецких многоцилиндровых от 45 тысяч рублей.
Другой момент касается того, что ряд автосервисов, которые удаляют катализаторы, могут сделать это бесплатно, но при этом забрать деталь в счет работ. Но все равно придется заплатить, исключения бывают редко и касаются, в основном, гибридов, да и то далеко не всех. Рынок большой. В стране уже масса компаний, которые выполняют работы по удалению катализаторов, достаточно заняться поиском в интернете. Кто-то попросту занимается их скупкой. Например, учитывая, что в детали есть редкоземельные металлы, то минимальная цена за катализатор — десять тысяч рублей. Максимум за платину, палладий и родий в конвертере можно получить тридцать тысяч рублей и больше.
Более того, распространены случаи воровства катализаторов. Начиналось это еще в пору завоза в страну праворульных автомобилей из Японии. Воровали прямо на пароходах. Организованные группы действовали во многих городах за Уралом. Причем снять катализатор могли прямо в сервисах, где проводилась «ампутация». Есть такие умельцы, которые делают это прямо на улице. Завел владелец свой автомобиль, и услышал непривычный звук двигателя. Россия, кстати, не исключение. Бывали случаи воровства в Европе и США. Зачастую там на катализаторах устанавливаются решетки, чтобы никто не мог их срезать. Совет универсальный — нельзя оставлять автомобиль надолго без присмотра. Если останетесь без катализатора, то придется выполнять весь объем работ, который бы понадобился при его повреждении.
