В химии катализатором называют вещество, которое ускоряет химическую реакцию, но само в ней не участвует. Многие металлы являются катализаторами для определенных реакций, но наиболее «универсальным» эффектом обладают редкие и чистые металлы: платина, палладий и родий. Было выяснено, что, когда отработавшие газы проходили через пластины из этих металлов, нагретых до высокой температуры, от NOx забирался кислород (оставляя чистый азот) и окислял не сгоревшие СН и СО, превращаясь в воду и двуокись, — процесс, известный под названием «трехкомпо-нентный» катализ. После этого было затрачено много инженерного труда для использования этого принципа в каталитических нейтрализаторах, которые могли быть установлены в выпускной системе автомобиля, хотя и создали некоторые другие проблемы.


Двумя наиболее важными проблемами были: свинец в бензине и состав смеси. До 60-х годов свинцовые добавки использовались для повышения октанового числа бензина. Но свинец, проходя через двигатель, покрывал пленкой катализатор и приводил его в негодность. Этот процесс получил название «отравление». Единственным ответом был запрет на использование в автомобилях с нейтрализатором этилированного бензина.


В конечном счете (из-за других причин, связанных со здоровьем) такой бензин, содержащий свинец, был полностью запрещен.


Проблема состава смеси появилась тогда, когда было доказано, что каталитический нейтрализатор работает соответствующим образом, если в двигатель подается смесь стехио-метрического состава, т.е. при соотношении 14:1 или лямбда=1. Значит, воздуха должно быть столько, сколько необходимо для полного сгорания топлива, не больше и не меньше. Если воздуха слишком мало (мало кислорода), тогда СН и СО не полностью окислятся (сгорят) до безопасного побочного продукта. Если воздуха слишком много, NOx никогда не разложится до кислорода и азота. Поэтому появилось новое поколение двигателей, в которых состав смеси регулировался постоянно для получения точного соответствия лямбда=1 с помощью так называемого «лямбда-зонда», встраиваемого в выпускную систему. Этот датчик реагирует на присутствие малого или большого количества кислорода и посылает сигнал ЭКМ, который соответственно изменяет количество впрыскиваемого топлива. На самом деле, современные ЭКМ в большой степени заняты контролем выхлопных газов, поскольку они точно соответствуют поведению двигателя в ответ на желания водителя.


Несмотря на высокую стоимость, некоторым образом каталитические нейтрализаторы явились скрытым благословением. Было выяснено, особенно в США, что двигатели, сконструированные в соответствии с экологическими требованиями, но без нейтрализаторов, отличаются плохой топливной экономичностью и скоростными показателями. При наличии нейтрализатора, решив проблемы выбросов, инженеры могут вернуться к улучшению показателей двигателя на всех режимах. И хотя экологические требования постоянно ужесточаются, направление на совершенствование конструкции остаются постоянными.


Логично, что единственный путь улучшения экологических показателей — предотвратить или минимизировать выбросы в источнике, другими словами, в камере сгорания. Инженеры прошли долгий путь в этом направлении. Задержка углеводородов была снижена уменьшением «щелевых объемов», таких, как паз между поршнем и стенкой цилиндра над верхним компрессионным кольцом и полостей вокруг седел клапанов. Тщательный контроль за воздушным потоком внутри цилиндра с помощью компьютерной техники помог осуществить более полное сгорание и низкий уровень СО. Уровень NOx был уменьшен с помощью системы рециркуляции отработавших газов (EGR) забором части газа из выпускной системы и добавлением его в поступающий воздух. EGR — довольно инертная система, и ее присутствие уменьшает образование свежих порций 1чЮх.Эти меры и быстрый, точный контроль двигателя на переходных режимах могут свести выбросы еще до катализатора к минимуму. Любое улучшение полезно, потому что нет нейтрализаторов эффективных на 100%; в среднем хорошим показателем считается 90%, а 10% при этом улетает в выхлопную трубу. Если выбросы из камеры сгорания уменьшить, к примеру, на 20%, то выбросы из трубы будут уменьшены в соответствующей пропорции.