Как работает катализатор

В процессе работы двигателя внутреннего сгорания в атмосферу выделяется целый букет ядовитых химических веществ, из которых самые опасные -- моноокись углерода (СО), несгоревшие углеводороды (СН) и оксиды азота (NO, NO2).

Ядовитый смог, окутавший к середине 60-х годов практически все крупные города Америки, Европы и Японии, заставил эти страны всерьез озаботиться проблемой очистки выхлопных газов. Пионером стали США, где в 1970 году была принята Декларация о чистом воздухе, согласно которой все автомобили, выпускаемые с 1975 года, в обязательном порядке снабжаются устройствами очистки выхлопных газов.

Современный каталитический нейтрализатор представляет собой корпус, внутри которого расположен огнеупорный керамический блок носителя. Керамика пронизана продольными порами-сотами, на поверхность которых нанесен активный каталитический слой из платины, палладия и родия. Благодаря специальной подложке с микрорельефом общая площадь поверхности этого слоя может доходить до 20 тыс. кв. м. Каталитический нейтрализатор располагается в выхлопной системе сразу за выпускным коллектором, так как для того, чтобы начался процесс нейтрализации, необходима высокая температура -- около 250 градусов. При этом "рабочие" температуры -- от 400 до 800 градусов -- обеспечивают оптимальные условия для максимальной эффективности.

Первые нейтрализаторы были односекционными двухкомпонентными. Так они называются потому, что способны бороться только с двумя из трех наиболее опасных веществ -- CO и CH. В состав трехкомпонентных двухсекционных окислительно-восстановительных нейтрализаторов входит еще и редкоземельный элемент родий. В результате химического процесса восстановления, в дополнение к окислению СО и СН, такой нейтрализатор превращает окислы азота в собственно азот.

Но наиболее эффективным признан трехкомпонентный селективный двухсекционный каталитический нейтрализатор с обратной связью. Ее обеспечивает так называемый лямбда-зонд, или кислородный датчик, который отслеживает объем свободного кислорода в выхлопе и дает сигнал на электронный блок управления системой питания для обогащения или обеднения смеси. Впервые подобным устройством были оборудованы автомобили Volvo в 1977 году, а сейчас им комплектуются практически все автомобили иностранных автопроизводителей.

Жизнеспособность каталитического нейтрализатора оценивается примерно в 150 тыс. км, однако во многом зависит от исправной работы систем зажигания и питания, а также от качества бензина. Пропуски в зажигании и переобогащенная смесь приводят к перегреву керамического носителя. Из-за этого оплавляются соты, и нейтрализатор, как принято говорить, забивается. Это одна из причин. Катализатор способен нормально работать только с двигателями, оборудованными электронным зажиганием и системой впрыска с микропроцессорным управлением. Другой враг этого устройства -- этилированный бензин. Он практически моментально уничтожает каталитический слой в нейтрализаторе и циркониевое напыление лямбда-зонда. Вот и получается, что при высокой стоимости нейтрализатора (от $500) некоторые автовладельцы предпочитают избавиться от него вовсе. Итог, понятное дело, ничего хорошего ни двигателю, ни окружающей среде не сулит.

В последнее время началось постепенное внедрение более прогрессивных и эффективных систем. У нового поколения каталитических нейтрализаторов вместо керамики применяется металлическая сетка. Это позволяет посредством принудительного подогрева выводить катализатор на рабочую температуру сразу же после пуска двигателя.

Выхлопные газы становятся причиной кислотных дождей, загрязнения, рака, свинцовых отравлений, а также массы бронхиальных и дыхательных заболеваний, включая астму. Средняя машина производит коктейль, включающий в себя более чем 1,000 загрязняющих веществ.

Тетраэтилсвинец: добавляется в топливо для увеличения вырабатываемой мощности мотора. Эффекты: очень токсичен и может поразить практически все части тела. Постоянное воздействие небольших доз в течение долгого периода негативно воздействует на нервную и кровяную системы, ослабляет умственные способности у детей. У 7 из 10 детей в Мехико наблюдается задержка в развитии, вызванная отравлениями свинцом, источником которого являются машины.

Бензол: естественно встречается в сырой нефти. Высокие концентрации встречаются в городах, а также у заправочных станций и предприятий, которые занимаются производством бензола. Эффекты: доказанная канцерогенность. Исследования рабочих, подверженных воздействию бензола, показывают связь с развитием у них острой лейкемии.

"Никакая доля примесей бензола в воздухе не может быть рекомендована как безопасная, потому как бензол вызывает рак у человека и невозможно определить его безопасную пороговую величину"

Угарный газ: автомобили основной источник угарного газа. Выбросы угарного газа в странах членах Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) достигают отметку 65%. Эффекты: одно из наиболее токсичных соединений, негативно влияет на здоровье людей. Он воздействует на организм человека, уменьшая насыщаемость крови кислородом, и тем самым, ослабляет восприятие, вызывает замедление рефлексов и сонливость. Это увеличивает частоту головных болей и негативно отражается на всей нервной системе, а также на сердце и кровообращении по всему организму. В больших дозах смертелен.

Двуокись азота. Воздействует и на человека и на растения. Приостанавливает рост и вызывает поражение зерновых. У человека вызывает заболевание дыхательных путей, негативно сказывается на функции легких, повышает вероятность вирусных заболеваний.

Окись азота и двуокись азота: вместе играют основную роль в формировании кислотных дождей (в Европе они образуют до 50% кислот, выпадающих с дождями). В странах ОЭСР, 47% окиси азота - это выбросы автомобилей. Они также участвуют в образовании приземного озона, который вызывает окисление почвы, и является причиной изменений в почвенной флоре - происходит развитие азотолюбивых видов, взамен других видов - и чрезмерного развития микрофлоры в морях и озерах, что создает недостаток кислорода в воде, и губительно действует на живые организмы.

Приземный озон: Формирование озона косвенное последствие загрязнения, которое вызывают машины. Он получается в результате фотохимических реакций. Озон один из основных составных фотохимического смога, который вызывает глазные заболевания, головные боли, кашель, легочные заболевания и др. Наиболее подвержены негативному воздействию астматики и дети. Однажды в Афинах смог убил 8 человек, а еще 200 попали в больницы. По всей видимости, уровень озона в северном полушарии удвоился за последнее столетие. Озон также является загрязнителем, губящим растительность. Он наносит вред в основном посевам картошки, томата, пшеницы и др. Это заставляет фермеров выращивать другие более приспособленные культуры, что ведет к потере биоразнообразия. Например, сегодняшний уровень озона в Швейцарии приводит к тому, что сельское хозяйство теряет около US$200 с гектара. Озон оказывает разрушительное влияние и на леса в Америке и Европе - наиболее подвержены этому воздействию сосны и лиственницы.

Соединения серы: вызывают окисление почв и вод, являются причиной смога. Ухудшают здоровье. Разрушают растительность.

Каталитический дожигатель выхлопных газов (каталитический нейтрализатор) уменьшает выбросы угарного газа, углеводородов, и окисей азота, однако нуждается в постоянной проверке и уходе для поддержания в рабочем состоянии.