Удаление катализатора.


Это еще один из элементов, про который ходят легенды, что его удаление неким чудесно благотворным образом влияет на мощность. Разберем и этот аспект.

Мир упорно борется с загрязнением окружающей среды и наверно не безосновательно. Для того что бы соответствовать современным экологическим нормам на автомобили ставят выхлопную систему с каталитическим нейтрализатором выхлопных газов.

Что же это такое и как это работает?

В идеальном мире выхлопные газы должны состоять из углекислого газа и воды. Что в целом и разумно, состав бензина CxHx. И если мы это сожгли до конца (реакция окисления), то должны получить эти два, в общем то, безвредных компонента.

Однако в реально мире все немного не так. Если с водой все просто, там как бы вариантов нет, всегда получится H2O, то вот с углеродом все не просто, может получиться безвредный СО2, а может и ядовитый СО. Кроме того, часть углеводородов так же не сгорает и выходит в виде паров CH.

Так же все не просто с азотом: большая его часть, которая есть в воздухе, остается неизменной, однако незначительная часть образует оксиды NOx.

Собственно с этими проблемами и борется катализатор: NOx восстанавливается до чистого азота и кислорода, СО дожигается до СО2, а CxHx до окислятся до воды и углекислого газа.

Однако как обычно есть один нюанс. 

Традиционно нам рассказывают, что для того что бы все это работало, нужно, что бы во всем диапазоне режимов двигателя было стехиометрическое соотношение топлива и кислорода λ =1 (1 часть топлива к 14,7 воздуха).

Но это мягко говоря лукавство. Ибо теория двигателя нас учит, что максимальная мощность достигается при слегка обогащеной смеси λ=0,85, а экономичность будет достигнута при обедненной смеси λ=1,05-1,1. Что и подтверждается практикой: на режиме частичный нагрузок смесь обедненная, а в режиме полной мощности обогащенная. И если при обедненной смеси работа катализатора еще возможна, ибо есть избыток кислорода для до окисления углерода, то вот на обогащенной CO и CH у нас будет однозначно, ибо если кислорода для до окисления нет, то и взять его не откуда.

А поскольку полностью исключить вредные выбросы не получается, то борьба за экологию регламентирует не содержание вредных веществ в выхлопе, а количество выброшенных вредных веществ за некий условный ездовой цикл. 



И как не сложно понять, что соблюдение достаточно строгих норм невозможно без некой точки опоры, ибо не может же автомобиль все время быть в законсервированном состоянии. Где-то форсунки потеряли производительность, где-то нагар на клапанах, а где-то и бензин не той системы итд.

Так в системе управления двигателем появились лямбда зонды. Маркетологи конечно нам рассказывали, что они якобы регулируют смесь и делают ее стехиометрической. Но все это сказки, ибо регулировать обычные лямбда зонды могли только в узком диапазоне (в районе λ =1), и при установившихся режимах работы. А как только режимы менялись ни о каком регулировании речи быть не могло, ибо время реагирования ЭБУ на изменения состава смеси было несоизмеримо больше нежели скорость самих изменений состава смеси.

Таким образом обычные (не широкополосные) лямбда зонды просто давали некую коррекцию, если угодно точку опоры, которая обеспечивала соответствие изменившимся условиям. Не даром же те же блоки управления легко переводились в безкатализаторный режим, когда это коррекция вводилась вручную посредством регулировки CO на холостых оборотах.

В остальном же состав смеси прописывался в топливных картах ЭБУ.

Естественно на заре тюнинга в рамках относительно бюджетных тюнинг проектов такая тонкая настройка всей топливной карты после изменений, внесенных в двигатель была просто экономически не целесообразна. И поскольку все равно экологические нормы работать не будут, была однозначная рекомендация по удалению катализатора из выхлопной системы.

Однако борьба за экологию в корне изменила ситуацию: стандарт EURO 5 уже был не выполним в рамках предыдущей конструкции, и придумали широкополосный лямбда зонд.

Что это такое?

Это по сути два лямбда зонда в одном, между которыми есть некая внутренняя камера, в которую могут поступать ионы кислорода как из выхлопных газов, так и из воздуха, и в которой поддерживаться λ =1. А поскольку для этого нужно брать кислород либо из выхлопных газов, либо из воздуха, то можно измерить некий параметр, который характеризует количество необходимого кислорода.

Таким образом широкополосный лямбда зонд может точно измерить состав смеси от λ =0,5 до λ =4. А это уже в корне меняет дело, ибо точный состав смеси в реальном режиме времени может дать уже существенно больше точек опоры для коррекции состава смеси в широком диапазоне режимов работы.

Это конечно не отменило необходимости иметь топливные карты в ЭБУ двигателя, но позволило задать некий алгоритм их адаптации.

Таким образом если речь идет о тюнинге современного мотора, выполненного по технологии TVDI то вопрос об удалении катализатора становиться уже дискуссионным. Так как ведущую скрипку в вопросе соответствия экологическим стандартам уже начинает играть не правильность прописывания топливных карт, а конструкционная прочность катализатора.

Как не сложно понять увеличение мощности ведет к увеличению температуры выхлопных газов, и при серьезном увеличении мощности это может привести к термическому разрушению катализатора.

Однако если речь идет о более-менее щадящем тюнинге мотора (+20% мощности), то нет никакой необходимости удалять катализатор.

Бытует мнение, что  удаление катализатора повышает мощность. К сожалению, это не так, мы не однократно измеряли мощность, и динамические характеристики автомобилей до и после удаления катализатора. Вывод однозначный исправный катализатор на максимальную мощность ни оказывает никакого влияния. Да оно и очевидно для любого человека, который видел катализатор в разрезе: суммарное сечения всех сот раза в 2-3 больше сечения подводящих труб.

Но тем не менее этом миф жив.

Давай те попробуем в этом разобраться. Как обычно все имеет исторически корни. Не думаю, что открою страшную тайну, но прямоперегонного высокооктанового бензина не так много. В основном же октановое число бензина повышается за счет присадок. И многие помнят такое название тетраэтилсвинец – волшебная жидкость, которая превращала 76 бензин в 93. Так вот до 2000 года включительно эта жидкость использовалась для получения высокооктановых бензинов. Кроме того, что эта жидкость очень ядовита, она содержит свинец, который практически мгновенно выводит из строя сам катализатор и лямбда зонд, который отвечает за регулирование системы.

А поскольку в те далекие года Европа, да и Америка, были не столь богаты, то сразу перейти на выпуск бензина без содержания тетраэтилсвинца им было не под силу. И первоначально был налажен выпуск только самого массового бензина ROZ 91 (аналог нашего Аи93). То есть если вы хотели выпустить автомобиль с каталитическим нейтрализатором, то вы должны были предусмотреть его работу на бензине ROZ 91, ибо другого варианта у вас не было. А это другие настройки зажигания и понижение степени сжатия. Ни то, ни другое не способствует повышению мощности и как правило машины, которые имели два варианта исполнения в катализаторной версии имели меньше мощность именно по этой причине. Это и послужило основой для мифа о влиянии катализатора на мощность.

Еще один нюанс, который нужно объяснить. Кто пробовал удалить катализатор на своей машине с удивлением замечал, что она как будто начинает легче дышать. Возрастает гибкость мотора итд. Как быть с этим? воскликнут они.

А все очень просто. Как мы уже знаем процесс выпуска — это колебательный процесс и волновые процессы играют не маловажное значение для процессов газообмена в двигателе.

И если рассматривать катализатор с этой точки зрения, то возникает понимание, что катализатор это по своей сути рассекатель потока на много маленьких потоков. Естественно, что, не смотря на то, что по сечению катализатор не представляет препятствия для выходящих газов, с волновой точки зрения у него довольно ощутимое волновое сопротивление. Именно поэтому в режиме частичных нагрузок, когда поток газов не так велик, как в режиме полной мощности, это волновое сопротивление и вызывает некоторые потери. В режиме же близком к полной нагрузке поток выхлопных газов плотнее, выше его скорость и уже эти волновые процессы не оказывают такого влияния на газообмен.