Для начала, может быть, стоит подумать — насколько собственно автопарк виновен в загрязнении окружающей среды? Например, за минувший год нефть у нас разливалась в Амурской области, в Находке, Норильске, на Черном море у побережья Крыма и дважды в Хабаровском крае. А если касаться чистоты воздуха, то, наверное, всем известен так называемый режим «черного неба», который регулярно вводится в Новокузнецке, Челябинске, Красноярске и периодически в Омске, Барнауле, городах Кемеровской области.
Безусловно, свою лепту вносит изначально неудачное расположение городов (в низинах, со специфической розой ветров). А некоторые чиновники вовсе пеняют на чадящий печами и котельными частный сектор и те же автомобили. Однако мало кто поспорит, что названные города — центры тяжелой индустрии. И тем более с тем, что по количеству автомобилей на душу населения и по пробкам — они, мягко говоря, не впереди России всей. Вон «сельскохозяйственный» Краснодар закупорен автомобилями, словно бочонок бургундского, и ничего — задыхается только от жары. Да и в обеих столицах особо не жалуются на смог.
Впрочем, сбрасывать влияние автопарка на загрязнение воздуха все же нельзя. Не раз уже говорили, что содержащиеся в выхлопе углеводороды (CH), окись углерода (CO) и окислы азота (NOx) — причина возникновения самых разнообразных заболеваний, вплоть до раковых. Другое дело, что в цивилизованных странах процесс улучшения экологических качеств транспорта был неразрывно связан с «очищением» промышленности. Старые мануфактуры и фабрики выводились далеко за городскую черту. Получали более чистые технологии переработки и производства, современные очистные сооружения.
Наконец, вспомним, что многие грязные производства (например, алюминиевой промышленности) Европа и США со своих территорий вывели. Та же Россия с Китаем теперь в том числе обеспечивают потребности мировой промышленности в алюминии.
Все — на борьбу с выбросами
О чистоте выхлопа задумывались еще до того, как транспортное средство на углеводородном топливе стало массовым. Якобы еще в XIX веке во Франции создавали нейтрализатор с активными веществами из платины, иридия и палладия. В 30-х годах XX века в крупных городах США вопрос загрязнения воздуха стоял уже довольно остро. Некий Юджин Гудри разработал катализатор для дымовых труб и складских погрузчиков. А в 1942 году в Калифорнии зарегистрировали первый смог над городом. Правда, для повсеместного внедрения катализаторов требовалась законодательная инициатива. Во второй половине 60-х именно в этом штате концентрацию вредных веществ в автомобильном выхлопе ограничили на уровне закона.
Потом подключились другие штаты Америки. Затем в Европе с Японией были приняты эконормы, регламентирующие процентное содержание CH, CO и NOx. Сейчас все ужесточающиеся экологические требования принято ругать. Согласимся, что в плане усложнения конструкции и вытекающей из этого потери надежности — вполне обоснованно. И все-таки напомним, что именно благодаря первым «Евро», хотя и принятым в США, автомобили начали обретать впрыск топлива. А чуть позже — диагностические системы, позволяющие не только инспектировать выбросы, но и судить о работоспособности двигателя. То, во что это превратилось, мы сейчас знаем под аббревиатурой OBD — On-Board Diagnostic, система бортовой диагностики.
В 70-х автопроизводители начали осторожно экспериментировать с системами рециркуляции отработавших газов, которые вошли в обиход только в 90-х. А вот каталитические нейтрализаторы, появившиеся как раз в первой половине 70-х, как и впрыск топлива, с тех пор неотъемлемая часть автомобиля.
Условия работы
Каталитический конвертер, или преобразователь, или нейтрализатор, имеет внутри два блока металлических или керамических сот, на которые изнутри нанесены активные вещества. Едва ли не микроскопический размер сот обусловлен тем, что таким образом увеличивается площадь поверхности, на которую наносится вещество-катализатор. То есть площадь, с какой контактируют выхлопные газы. Следовательно, так можно максимально увеличить объем выхлопных газов, которые нужно очистить.
Правда, поначалу использовался лишь один сотовый блок — окислительный. В нем в качестве катализатора применялись платина и палладий. При их химической реакции с CO и CH на выходе образовывался достаточно безвредный углекислый газ (CO2) и вода. Подобные нейтрализаторы назывались двухкомпонентными — по количеству разлагаемых токсичных составляющих.
Но уже во второй половине 70-х в корпус бочонка добавили еще один сотовый элемент — так называемый восстановительный. В нем платина и родий занимались тем, что разлагали оксид азота на собственно азот и кислород. Подобный конвертер уже трехкомпонентный.
С тех пор «химическая» конструкция катализаторов принципиально не изменилась. Добавляли лишь оксид алюминия и церия, диоксид кремния и титана. Тем не менее почти сразу было понятно, что нормально катализатор может работать только в условиях, когда соотношение воздуха и топлива в горючей смеси лежит в пределах от 14,5:1 до 14,7:1. Это, кстати, стало одним из стимулов перехода от несовершенных (пусть даже электронно-управляемых) карбюраторов на впрыск. Появилась транзисторная система зажигания, сводившая к минимуму пропуски в искрообразовании, из-за которых несгоревшее топливо попадало в нейтрализатор и догорало там, спекая его соты.
Кроме того, со временем выяснили, что химический процесс начинается лишь при температуре в 250–300 градусов. То есть после пуска катализатор какое-то время фактически не работает. Пока эконормы были либеральными, это никого не волновало. А с их ужесточением пришлось искать возможности сразу ввести конвертер в работу. Например, устроить для него отдельный электроподогрев мощностью до нескольких кВт. Или встроить прямо за выпускным коллектором небольшой, размещенный внутри тракта нейтрализатор. Он бы сразу выходил на рабочую температуру и трудился, пока прогревается основной, расположенный под днищем. Либо устроить после «штанов» ловушки, придерживающие углеводороды. Какие-то из этих идей наверняка были воплощены в опытных конструкциях. Серийно же приняли вариант, близкий ко второму из приведенных — катализатор придвинули вплотную к выпускному коллектору. Получился, на сленге механиков, «катколлектор».
Похоже, к двигателю катализатор начали перемещать еще с начала 90-х. А к концу десятилетия и началу 2000-х подобное размещение стало повсеместным. Различаться могла компоновка. Скажем, как на фото выше он мог быть единственным на четыре цилиндра. Или на три, как у V-образных «шестерок» серии MZ.
На рядной «шестерке» 1G каждым трем цилиндрам также полагалось по катализатору. Но из-за того, что выпускной тракт располагается с одной стороны от мотора, их пришлось разводить по высоте. На фото первый начинается сразу за лямбда-зондом. Второй — гораздо ниже, виднеется за рулевым валом.
Похоже, среди как минимум японских 1MZ и 1G Beams — одни из первых моторов с таким расположением катализатора. Между тем эксперименты продолжались. К примеру, на ниссановской «четверке» QR20DE и тойотовской 1AZ тоже имелось по два бочонка.
С начала же 2000-х, для того, чтобы уложиться в грядущие нормы Евро-4, вдобавок к лямбда-зонду, расположенному перед катализатором, добавили второй, размещенный сразу за ним. Его задачей было в том числе корректировать впрыск, анализируя состав выхлопных газов. Но уже на выходе из конвертера. По сути, этот кислородный датчик следил за состоянием последнего.
Чуть позже, ближе к появлению в конце 2000-х норм Евро-5, сначала на автомобилях дорогих стали устанавливать по два катализатора на тракт. То есть один устанавливался непосредственно после «штанов». Второй стоял, как прежде, под днищем, уже безо всякой диагностики. На V-«образниках», которые сами по себе атрибут моделей как минимум недешевых, нейтрализаторов стало по четыре.
Потом такая схема стала применяться на автомобилях массовых и все ниже и ниже классом, вплоть до тех, что мы сейчас зовем «бюджетными». Запросто может наблюдаться следующая ситуация: на модели, официально продающейся на российском рынке, стоит один катализатор. А на такой же для Европы или США — уже два.
Материал самих сот тоже варьировали. Естественно, всего лишь в двух вариантах — либо металл, либо керамика. Часто из различных источников приходится слышать, что, дескать, на современных катализаторах опять используется некий металлический сплав. Но ремонтники, занимающиеся удалением конвертеров, это не подтверждают — «железные» использовались ограниченно и на автомобилях прежних поколений, в 90-х годах. Сейчас и на «бюджетниках», и на «премиуме» применяется керамика.
Дизели: плюс сажевый фильтр
В том же начале 2000-х свою порцию заботы об экологии получили дизели. Как и на бензиновых моторах, на них к этому времени уже стояли катализаторы, которые не могли справиться с одной принципиальной составляющей выхлопа двигателей на тяжелом топливе. Дело в том, что температура горения в камерах сгорания в отдельных безнагрузочных режимах у дизелей ниже, чем у бензиновых агрегатов. Ее не хватает для полного сжигания углеродов, которые превращаются в твердые частицы или сажу. Которую катализатор попросту пропускает.
Уловитель назвали сажевым фильтром, или DPF — Diesel Particulate Filter. Внешне он напоминает катализатор, однако имеет иное устройство. Соты в нем расположены в шахматном порядке и разделены таким образом на впускные и выпускные. Первые от вторых, собственно, и отделены фильтрами-перегородками, задерживающими твердые частицы.
Все, что называется фильтром, когда-нибудь забьется. Вопрос о том, что делать, когда это произойдет с DPF, встал сразу. Например, Toyota в своем DPNR (Diesel Particulate NOx Reduction) предложила не накапливать сажу, а тут же ее сжигать. С помощью кислорода, выделяемого из окислов азота (как мы помним, основного вредного вещества, образующегося при сжигании солярки), и дополнительной форсунки, подающей топливо в бочонок фильтра. В компании Peugeot, которая, кстати, первой массово запустила DPF, придумали технологию FAP (Filtre A Particules). В ней для очищения фильтра в дизтопливо впрыскивается специальная присадка Eolys, содержащая микрогранулы металла церия в желатиновой оболочке. Попадая в соты фильтра, церий воспламеняется и выжигает скопившуюся там сажу. Позже использование присадки (заправленной в отдельную емкость) приняли Ford и Volvo.
Ну а остальные производители производят регенерацию сажевого фильтра, можно сказать, традиционным способом — подачей через штатные форсунки дополнительного топлива безо всяких присадок. Температура в DPF повышается до 600–1000 градусов и сажа сгорает. На ряде автомобилей режим прожига можно включить с кнопки. Чаще же он активируется блоком управления. Допускается вызвать его и программно, в сервисе. Но это крайний случай, помогающий, к сожалению, далеко не всегда.
К слову, еще до повсеместного применения DPF дизели начали получать систему рециркуляции отработавших газов. А с 2005 года Mercedes-Benz и вслед за ними некоторые другие производители приняли на вооружение SCR, как это называлось у MB — Selective Catalytic Reduction. По-русски — систему мочевинной нейтрализации.
В ней мочевина, или AdBlue, то есть раствор на основе аммиака, впрыскивается в выпускной тракт и при взаимодействии с NOx разлагает его на азот и воду.
В общем, еще один способ борьбы с вредным оксидом азота. Который, между прочим, также может доставлять проблемы. Дело в том, что производители жестко привязывают системы управления двигателем к наличию мочевины в дополнительном баке. И если AdBlue отсутствует, ЭБУ встает в аварийный режим. Существуют и вполне объективные — эксплуатационные — причины для того, чтобы отказаться от мочевины. И тем более от DPF и катализатора.
Видимые признаки и глубокие последствия
«Чекует», не тянет, потребляет больше топлива. На автомобилях 90-х годов такие проявления только в самую последнюю очередь приписывали поврежденному катализатору. По мере перехода на все более современные «Евро» ситуация менялась. И теперь не проверить катализатор после того, как появились означенные выше симптомы, — преступная халатность. Ладно, не тянет и «чекует». Неприятно, но не смертельно. Однако есть риск того, что керамические соты спекутся в гранулы или разобьются в пыль, и все это попадет в цилиндры.
Насчет последнего явления среди механиков единого мнения не существует. Кто-то считает это редчайшим прецедентом. Другие полагают, что керамика способна попасть в двигатель исключительно через клапан EGR. Но ведь есть примеры, когда система рециркуляции отсутствует, и подобное происходит через выпускные клапаны. Самый яркий пример — моторы Solaris/Rio. В любом случае неприятно, когда в опасной близости от камер сгорания находится такой источник абразива. Так что же делать и когда?
— Катализаторы в рамках систем, отвечавших нормам Евро-2, ходили больше 400 000 км и даже более полумиллиона. Потом соты начали уменьшать ради получения большей полезной площади, стенки выполнять все тоньше и тоньше. В итоге на том же Solaris и Rio узел служит менее 100 000 км. У других производителей подольше, но вряд ли намного больше 150 000 км. Приведу следующий характерный пример, касающийся опять же двигателей Hyundai. Приехал Solaris, купленный у дилера, и еще на гарантии — с ошибкой на катализатор. Вскрыли, заглянули, а там его нет. Развалился, и его выдуло в выхлопную трубу.
Разве что на дизелях именно катализатор, расположенный перед сажевым фильтром, работает в условиях нагрузки, далекой от максимальной. К примеру, на тойотовском 1VD-FTV его ресурс, пожалуй, больше, чем у самого мотора. Лишь бы масло на выпуск не летело.
Также ходимость катализатора зависит от того, насколько близко он пододвинут к выпускному коллектору. Если вплотную, то есть риск, что выхлопные газы будут воздействовать на соты, выбивая керамику. Производители с этим борются. Например, на 1,6 MPI от VAG перед катализатором установлена гребенка, призванная рассекать поток выхлопных газов.
Одномоментно испортить нейтрализатор можно перепадом температур. Был клиент, который после прогона по трассе решил помыть машину. Заехал в речку, и керамика буквально растрескалась. Автомобиль был новым, прошел какие-то тысячи полторы.
Чтобы катализатор служил предельно долго, необходимо следить за системой зажигания. Во-первых, за своевременной заменой свечей. Ведь пропуски искрообразования — типичная причина оплавления керамического элемента. Сказывается на его состоянии и расход масла на угар. На дизелях ресурс сажевого фильтра сильно зависит от режима эксплуатации. Так, при постоянной езде по пробкам он может быть в разы меньше, чем при использовании на межгороде. Знаю примеры, когда на маршрутках MB Sprinter сажевые фильтры отхаживали по 500 000 км. Причем частый прожиг фильтра не только указывает на то, что автомобиль эксплуатируется в сложных условиях — вредит и двигателю. В режиме регенерации система может переливать топливо настолько, что оно попадает в поддон, увеличивая уровень масла и разжижая его. Играет роль и качество программного обеспечения. Скажем, у того же TLC 200 с 2015-го, когда на нем в России появился сажевый фильтр, было много программных обновлений, увеличивающих время прожига.
С конца 2000-х автомобили начали показывать состояние катализатора. Можно дополнительно заглянуть эндоскопом, но это помогает далеко не всегда. Иной раз «таблетки» катализаторов оплавляются изнутри и, заглядывая камерой через гнездо кислородного датчика, этого не увидишь. На мощных V6 и V8, если процесс оплавления только-только начался, владелец потери мощности может и не заметить. Хотя, конечно, когда запустишь — и V-«образники» зажигают «чек» и троят. В самых современных системах показывать ошибки «кислородник» за катализатором способен в случае, если керамика еще не оплавилась, но присадки в активном веществе уже сработались.
Вопрос — менять или удалять, у клиентов, как правило, не стоит. Оригинальные конвертеры стоят несколько десятков тысяч рублей. Альтернативные сомнительны по качеству. В нашей практике была пара случаев, когда владельцы просили их поставить. На VW Golf VII за 20 000 рублей — система все равно «чековала». А на Subaru сгорел за 5000 км. Так что удаляем катализатор. На «японцах» начала 2000-х, которые нельзя «прошить», система обходится подбором проставки — по высоте (от 1 до 3 см) и диаметру отверстия или с сеточкой на конце. Проставка отодвигает датчик от потока газов, и тот посылает блоку управления сигнал, близкий к корректному.
Иногда устанавливается эмулятор — «обманка», которая берет сигнал с первой лямбды и после преобразования посылает в ЭБУ, будто от второй. Но все это часто не работает — появляются ошибки, не приходит в норму расход топлива. Мы работаем только с программным решением, которое дает 100% гарантию. Те же «японцы» «прошиваются» как минимум с конца 2000-х, а для рынка США и раньше. В этом направлении исключений нет — делаем в том числе отключение системы AdBlue. Что же касается непосредственно удаления керамических элементов, то крайне желательно вместо них вваривать пламегасители.
И если на выхлопном тракте два катализатора, второй можно оставлять, предварительно проверив его состояние. С ним выхлоп все-таки будет очищаться. Правда, был случай — на Cadillac удалили два катализатора. Но оставили третий, в который сходились тракты с половинок V-образного блока. Со временем забился и он.
Предлагаем еще одно мнение.
— Проставками и эмуляторами мы тоже не занимаемся. Если в блоке управления нельзя убрать информацию о катализаторе, нет гарантии, что все это заработает как надо.
С другой стороны, в нашем автопарке не так много автомобилей из категории «не прошивается ЭБУ». Если на тракте единственная лямбда, то катализатор удаляется безо всяких лишних манипуляций. А с 2004-05 гг. появилась возможность корректировать ПО на праворульных «японцах». Тем более это было возможно на машинах для американского рынка.
Ресурс катализаторов на современных автомобилях упал очень значительно. Если в начале 2000-х на какой-нибудь Camry они еще могли ходить до 400 000 км, то сейчас нужно проверять уже на 150 000 км. Тогда керамика не боялась пропусков зажигания, то есть повышенной температуры.
Теперь к этому крайне критичны. Катализаторы на дизелях (до DPF на одном тракте их может стоять два — один с металлическими сотами, другой с керамическими) куда более живучи.
Но есть исключения, касающиеся некорректного «софта». Для TLC 200 поначалу никак не могли подобрать нормальное ПО. К нам приходили «двухсотки» с пробегом 27 000 и 44 000 км вот с такой керамикой. Потом программное обеспечение все-таки «нашли».
Есть даже такая особенность — если катализатор забит сажей, система, спасая турбину, встает в аварийный режим. В целом и на TLC, и на других дизелях катализаторы способны отходить более 250 000 км. Потом — надо смотреть-удалять. И то же самое делать, если были проблемы с топливной аппаратурой, с форсунками. Связь тут такая же, как на бензиновых моторах.
DPF должны выхаживать гарантийный срок. Хотя, бывает, тоже прогорают раньше положенного, причем изнутри. Производители менять по гарантии «сажевики» не желают. Впрочем, сталкивались с тем, что, например, Peugeot это делал.
Мочевинная нейтрализация — это дополнительный источник проблем. И сам раствор аммиака вымывает активные компоненты из катализатора, и датчики отказывают, и форсунки забиваются, и блок управления глючит. Так что нужно избавляться без сожаления.
По поводу бензиновых моторов… Чем они современнее, тем более точно их системы управления отслеживают состояние катализатора. Влияет и версия ПО. По тому же принципу — чем позднее выпущена, тем качественнее. На том же Solaris, к примеру, первые варианты «софта» плохо видели катализатор. Мог уже расплавиться, а check все не загорался. Более того, приезжал как-то Solaris с пробегом 110 000 км — загорелась лампочка. Вскрыли «кат», а керамики там нет — выдуло, причем, похоже, давно. Наконец-то система опомнилась — увидела ее отсутствие. В общем, не игнорируйте официальные обновления. Кстати, установить их можно не только у дилера. Такие структуры, как наша, тоже могут это сделать.
ПО — это вообще отдельная тема. Есть оригинальное (скажем, Ford публикует свои обновления на сайте) и под удаление катализатора разработанное сторонними программистами. Российские, между прочим, в этом отношении на первых ролях — наша среда эксплуатации стимулирует. Словом, прошить можно абсолютно все. Вопрос только в цене. Поэтому когда слышишь предложение удалить катализатор бесплатно… Подобные организации ведь должны заработать на редкоземельных металлах. А их в катализаторах большинства автомобилей не так чтобы много. Приходится экономить, используя не самый лучший «софт». В сети есть вброшенные программы — дешевые, но приводящие к переливам топлива, перегревам, пинкам коробки и т. д. После таких мастеров корректировать систему порой сложно. Вплоть до того, что они уничтожают в блоке места присоединения.
Вопрос и в том, как удаляется керамика. Идеальный вариант — демонтаж части выхлопного тракта с катализаторами. Вырезание сот и качественное вычищение полости. Если катколлектор еще без разрушений и есть второй, магистральный нейтрализатор под днищем, то его оставляем. Отходит долго! Кстати, встречаются автомобили, которые имеют только последний. Например, Mitsubishi Outlander 2.4, Kia Soul, Sportage 2.0.
Toyota (на TLC, Prado, Tundra) и другие производители используют систему SAI (Secondary Air Injection) — подачу добавочного воздуха в катализаторы при прогреве двигателя. Чистая экология, но выдувающая возможную керамическую пыль дальше по тракту. Если ампутировать SAI, то обязательно вместе с первыми катализаторами.
Непременно надо вваривать пламегаситель. Желательно хороший, иначе может прогореть за год.
А установка альтернативного универсального катализатора — это опять выбор между дешевым и сомнительным и качественным, но очень дорогим. Цена в последнем случае может доходить до 47 000 рублей.
Они с металлическими сотами, поэтому может сложиться впечатление, что вечные, пыль не образуют и двигателю не навредят. Это не так. Вот сгоревший металлический от какого-то дизеля.
Это бээмвэшный.
Здесь от «Валдая».
И «ГАЗели».
В общем, оплавляются, могут давать какие-то ошметки, которые способны попасть в цилиндры. Пожалуй, глупо за свой счет устанавливать сомнительный узел, который в состоянии приговорить двигатель.
Затронем еще пару вопросов. Цены. Тут сложно вывести какое-то среднеарифметическое значение. Слишком велик разбег по маркам и моделям, то есть по сложности работ. Скажем, удаление одного катализатора (катколлектора) может стоить от 4000 рублей. А максимум за все конвертеры — 15 000. Корректировка «софта», к примеру, на Ладах и немолодых «корейцах»-«японцах» обойдется в 2500–4000 рублей. Для премиальных «немцев» — до 40 000. В целом можно сказать, что относительно какой-нибудь японской «четверки» с двумя катализаторами можно уложиться в 15 000 рублей. «Шестерка» той же «национальности» вытянет под 30 000. «Немец» с многоцилиндровым мотором — от 45 000.
И второй момент. Некоторые сервисы, занимающиеся удалением катализаторов не бесплатно, готовы принять демонтированную деталь в зачет работ (но по желанию клиента могут ему ее оставить). И все равно за редким исключением клиент должен будет доплатить. Исключение касается отдельных (далеко не всех) гибридов.
Между тем в стране уже работают целые сетевые компании, в разных городах имеющие пункты по удалению (скупке) катализаторов.
В телефонном разговоре представитель одной из таких сообщил: ставим «обманки» на вторую лямбду; прошиваем блоки управления; если проблематично демонтировать катколлектор, выбиваем керамический наполнитель прямо на машине. И добавил по цене за редкоземельные металлы: минимум в нейтрализаторе они тянут на 10 000 рублей. Из других источников узнали, что максимум за платину, палладий и родий в конвертере можно получить 30 000 рублей или несколько больше. Считайте сами.
Но если воровать… Начиналось это еще с пароходов, везущих «праворульки» в Россию. Потом были случаи в Москве, в Приморье и Хабаровском крае. Сейчас известны прецеденты по Томску, Омску, Красноярску, Иркутску. Где-то это делается в сервисах, и страдают не только каршеринговые автомобили. Пригнал машину в ремонт, оставил, а там тебе ампутировали. Однако «удаляют» и прямо на улице. Нам рассказали о нескольких обращениях клиентов, которые завели автомобиль и с удивлением услышали из-под днища раскатистое бу-бу-бу. На Приусах это делается, похоже, особенно просто. Правда, в любом случае с использованием режущего инструмента. Не зря в Европе и Штатах, где это началось раньше, чем у нас, в ходу вот такие cat lock.
Хотя бы не оставляйте автомобиль надолго без присмотра. В случае подобного вандализма придется не только восстанавливать тракт, но и выполнять все те операции, которые бы понадобились при повреждении катализатора. Хотя теоретически и здесь можно найти плюс — а вдруг воры спасли вас от попадания абразива в цилиндры 😊
