Нейтрализатор это – Каталитический нейтрализатор выхлопных газов (катализатор): что это такое, как проверить и на что заменить

Нейтрализатор отработанных газов. Устройство и принцип действия

Назначение

Нейтрализатор отработанных газов предназначен для нейтрализации вредных веществ, находящихся в отработанных газах выпускной системы.

Принцип работы

Постоянные усилия разработчиков по улучшению процессов сгорания, оптимизации управления системами двигателя достигли определённой точки, при которой требовались новые методы и способы для уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу многочисленными автомобилями. Разработаны и применяются т.н. нейтрализаторы отработанных газов, которые устанавливаются в выпускной системе. В настоящее время используются нейтрализаторы нескольких типов:

• каталитические;
• термические;
• накопительные;
• и др.

В каталитических процесс нейтрализации интенсифицируется за счёт применения катализаторов, а в термических — за счёт высокой температуры с добавлением воздуха к отработанным газам.

Каталитические нейтрализаторы

Каталитические нейтрализаторы называют окислительными, т.к. они предназначены для окисления СО и СН, находящихся в отработанных газах. За короткое время, пока газы проходят через нейтрализатор, все реакции должны завершиться при температуре 250 — 800 град.

При температуре менее 250 град, эффективность нейтрализатора мала, а при температуре выше 1 000 гр. происходит «спекание» мелких кристаллов платины и разрушение активной поверхности, т.е. дезактивация нейтрализатора.

Рис. Окислительный нейтрализатор

На рисунке представлена конструкция каталитического нейтрализатора. 1 — керамическая пористая основа с нанесённым покрытием из платины и родия, 2 — изоляционные и теплоотводящие компоненты, 3 — датчик содержания кислорода в отработанных газах. Дезактивация катализатора особенно велика в первые 20 тыс.км. Особенно быстро дезактивация наступает при использовании этилированного бензина. Повторим, что рабочая температура в нейтрализаторе 400-700 гр., поэтому для быстрого прогрева и эффективной работы нейтрализатор располагают ближе к выпускному коллектору. Такое расположение является положительным фактором при холодном пуске и прогреве двигателя — нейтрализатор быстрее начинает работать, но при этом повышается его эксплуатационная температура, а это может способствовать дезактивации катализатора.

Блок-носитель каталитического нейтрализатора делают из керамики сотовой структуры, гофрированной фольги из нержавеющей стали или в виде сферических гранул из оксида алюминия, которые укладывают в металлический цилиндр, закрытый по торцам сетками. На поверхность носителя наносится каталитический материал и помещают внутрь корпуса из нержавеющей жаропрочной стали. Между блоком-носителем и корпусом ставится терморасширяющаяся прокладка. Для уменьшения вибрационных нагрузок нейтрализатор присоединяется шарнирными соединениями или компенсаторами колебаний.

Рис. Эффективная зона работы нейтрализатора

На рисунке показана зона эффективной работы нейтрализатора. Заштрихованная область — зона «стехиометрической» смеси, по оси абсцисс (В) отображено отношение «воздух-топливо», по оси ординат (А)-эффективность работы нейтрализатора.

В зоне «богатых» смесей — от 10 до 14,6 преобладают высокие концентрации оксида азота(NОх) и низкие СО и СН. Нейтрализаторы, преобразующие СО, СН, N0, называют трёхкомпонентными или бифункциональными. Для нейтрализации смеси оксида азота, получающегося в процессе сгорания смеси, используются реакции его восстановления до азота N2 и аммиака Nh4. В материалах, служащих катализатором при нейтрализации вредных веществ, используются платина, палладий, родий и др.

Трёхкомпонентные нейтрализаторы являются окислительными и восстановительными. В связи с тем, что состав вредных веществ резко меняется в зависимости от «обогащения» или «обеднения» топливовоздушной смеси, необходимо поддерживать работу двигателя в районе «стехиометрической» смеси.

Для выполнения такой задачи используется электронное управление работой двигателя с системой обратной связи (замкнутая система). Датчики, обеспечивающие работу обратной связи, называются: лямбда зондами (отношение «воздух-топливо») и устанавливаются до и после нейтрализатора, а также термометры газов в зоне процессов нейтрализации и окисления вредных веществ.

Термические нейтрализаторы

Термические нейтрализаторы представляют собой камеру, в которой при высокой температуре окисляются СО и СН. При работе двигателя на обогащенной смеси, требуется подача воздуха перед нейтрализатором. При работе на обеднённой смеси температура будет не высокой и требуется дополнительный прогрев нейтрализатора. Термический нейтрализатор начинает работать при температуре 600 гр, что существенно выше, чем у каталитических нейтрализаторов. Кроме этих требований, нужны более прочные и жаростойкие материалы, стойкость к высокой коррозионной агрессивности. Не получили широкого распространения.

Ранее отмечалось, что нейтрализатор не работает на режимах прогрева двигателя, т.к. температура в нём не достаточно высока, кроме того, двигатель в это время работает на обогащенных смесях и в отработанных газах нет достаточного количества кислорода, необходимого для окисления СН в нейтрализаторе.

Для ускоренного прогрева нейтрализатора уменьшается угол опережения зажиганием, или электрическим подогревом нейтрализатора путём сжигания перед ним топлива в горелке, или подачи воздуха в, поток отработанных газов с помощью специального насоса.

Рис. Методы подогрева нейтрализатора: 1 — топливная форсунка, 2 — нейтрализатор, 3 — свеча для поджигания смеси, 4 — воздушный насос

В некоторых системах используют «стартовый» нейтрализатор, который устанавливается перед или параллельно основному При параллельном расположении весь поток отработанных газов направляется в стартовый нейтрализатор, который быстро прогревается и начинает эффективно работать.

После прогрева двигателя поворотом заслонки поток газов направляется в основной нейтрализатор. На рисунке приведена одна из схем построения системы с параллельным и основным нейтрализаторами.

Рис. Система со стартовым нейтрализатором: 1 — двигатель, 2 — стартовый нейтрализатор, 3 — глушитель, 4 — основной нейтрализатор, 5 — кислородный датчик (лямбда-зонд), 6 — заслонка

При очистке отработанных газах дизельных двигателей внимание уделяется сокращению содержания твёрдых частиц и оксидов азота (NOx). Приведём краткое описание некоторых способов очистки ОГ, применяемых в дизельных двигателях.

Фильтр твёрдых частиц используется для сбора и их дальнейшей регенерации. Используется с окислительным нейтрализатором. Перед и после нейтрализатора и фильтра твёрдых частиц устанавливаются датчики давления и температуры, по которым косвенным способом определяется загрязнение элементов. Далее ЭБУ двигателем переводит работу двигателя на разные режимы для запуска системы регенерации твёрдых частиц.

Накопительный нейтрализатор NOx

Накопительный нейтрализатор NOx собирает на своей поверхности оксиды азота, а затем конвертирует их в азот (N2). При холодном пуске отработанные газы нагреваются для сокращения количества NOx. ЭБУ двигателем периодически обогащает, а затем обедняет рабочую смесь и, тем самым, создаёт условия для разложения оксидов азота.

Расположение

После выпускного коллектора сразу в подкапотном пространстве или под днищем автомобиля. Обычно снизу дополнительно защищен металлической сетчатой пластиной.

Неисправности

Засоряется от некачественных (или несгоревших) топлив и масел. Разрушается при уларах. Обычно двигатель не запускается при правильности всех параметров, т.к. отработанным газам некуда выходить — выпускная система забита.

Методика проверки

Если возникли подозрения на неисправность нейтрализатора, необходимо проверить давление газов перед нейтрализатором. Холостой ход — не более 0,9 bar и режим нагрузок (примерно 3000 оборотов) не более 2,5 bar. Если нет измерительного манометра — просто выкрутить кислородный датчик для выпуска отработанных газов. Если двигатель запустился, значит нейтрализатор «забит». Признаком неисправности нейтрализатора служат раскалённые газы, идущие из выпускной системы; перегрев двигателя и «хлопки» во впускной коллектор.

Ремонт

Нейтрализатор отработанных газов ремонту не подлежит. Пробивать отверстие в нейтрализаторе нельзя, можно разрезать и удалить все внутренности, что не приветствуется по причине нарушения экологических норм выброса отравляющих веществ. Лучше заменить на новый, как обычный сменный элемент со своим сроком службы (примерно 150 тыс.км.).

Каталитический нейтрализатор — это… Что такое Каталитический нейтрализатор?



Каталитический нейтрализатор

Каталитический конвертер — нейтрализатор (англ. catalytic converter) — устройство в выхлопной системе, предназначенное для снижения токсичности отработанных газов посредством восстановления оксидов азота и использования полученного кислорода для дожига угарного газа и недогоревших углеводородов. Основным требованием к успешной работе катализатора является стехиометрическое соотношение топлива и кислорода.

Вредные выбросы

На дороги ежедневно выезжают миллионы автомобилей, и каждый из них — источник загрязнения воздуха. Особенно это чувствуется в крупных городах, где выхлопные газы автомобилей могут создавать большие проблемы.

Задачей автомобильного катализатора является снижение количества вредных веществ в выхлопных газах. Среди них:

Принцип работы

Катализатор расположен либо на приемной трубе, либо сразу после нее. Внутри корпуса каталитического нейтрализатора находятся керамическая сотовая конструкция. Соты нужны для того, чтобы увеличить площадь контакта выхлопных газов с поверхностью, на которую нанесен тонкий слой платиноиридиевого сплава. Недогоревшие остатки (CO, CH, NO) касаясь поверхности каталитического слоя, окисляются до конца кислородом, присутствующим также в выхлопных газах. В результате реакции выделяется тепло, разогревающее катализатор и, тем самым, активизируется реакция окисления. В конечном итоге на выходе из катализатора (исправного) выхлопные газы содержат в основном N₂ и СО₂.

Катализаторы в дизельных двигателях

Каталитические преобразователи дизельных двигателей плохо справляются с сокращением выбросов NO_x. Одна из причин в том, что дизельные двигатели сами по себе функционируют в более низком температурном режиме, чем обычные, а преобразователи работают лучше при нагреве. Некоторые ведущие эксперты в области «зеленого» автомобилестроения придумали новую выхлопную систему, которая помогает исправить этот недостаток. Они впрыскивают водный раствор мочевины в выхлопную трубу до того, как газы достигнут преобразователя. При этом возникает химическая реакция, которая уменьшает количество NO_x. Карбамид, также известный как мочевина — органическое соединение углерода, азота, кислорода и водорода. Его можно обнаружить в моче млекопитающих и земноводных, что и объясняет такое название. Мочевина реагирует с NO_x с получением азота и водяного пара, снижая количество оксидов азота в выхлопных газах более чем на 90 процентов.^[1]

Источники

1. ↑ ^{1 2} Автомобильный катализатор и его роль в выхлопной системе. AutoRelease.ru.

Ссылки

См. также

Выхлопные газы

Wikimedia Foundation. 2010.

• Каталлаксия
• Каталог (файловая система)

Смотреть что такое «Каталитический нейтрализатор» в других словарях:

• каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя автомобиля — каталитический нейтрализатор Ндп. каталитический дожигатель каталитический конвертер каталитический очиститель Устройство для нейтрализации отработавших газов двигателя автомобиля методом каталитического воздействия. [ГОСТ 17.2.1.02 76]… …   Справочник технического переводчика

• Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя автомобиля — 18. Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя автомобиля* Каталитический нейтрализатор Ндп. Каталитический дожигатель Каталитический конвертер Каталитический очиститель D Katalytischer Abgasreiniger Е. Catalytic converter F… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Каталитический конвертер — Каталитический конвертер  нейтрализатор (англ. catalytic converter)  устройство в выхлопной системе, предназначенное для снижения токсичности отработавших газов посредством восстановления оксидов азота и использования полученного… …   Википедия

• ГОСТ 17.2.1.02-76: Охрана природы. Атмосфера. Термины и определения выбросов двигателей, автомобилей, тракторов, самоходных сельскохозяйственных и строительно-дорожных машин — Терминология ГОСТ 17.2.1.02 76: Охрана природы. Атмосфера. Термины и определения выбросов двигателей, автомобилей, тракторов, самоходных сельскохозяйственных и строительно дорожных машин оригинал документа: 9. Белый дым отработавших газов… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• АВТОМОБИЛЬ ЛЕГКОВОЙ — самодвижущееся четырехколесное транспортное средство с двигателем, предназначенное для перевозок небольших групп людей по автодорогам. Легковой автомобиль, обычно вмещающий от одного до шести пассажиров, именно этим, в первую очередь, отличается… …   Энциклопедия Кольера

• система — 4.48 система (system): Комбинация взаимодействующих элементов, организованных для достижения одной или нескольких поставленных целей. Примечание 1 Система может рассматриваться как продукт или предоставляемые им услуги. Примечание 2 На практике… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Глушитель (акустический фильтр) — У этого термина существуют и другие значения, см. Глушитель (значения). Глушитель  устройство для снижения шума от выходящих в атмосферу газов или воздуха из различных устройств. В системах вентиляции используются шумоглушители для снижения… …   Википедия

• ХИМИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ЯВЛЕНИЙ — изучает химические силы, действующие на поверхности. В общем случае химия поверхности рассматривает свойства трех состояний вещества твердого (Т), жидкого (Ж) и газообразного (Г) и дает описание вещества как фазовой системы. Однако если два… …   Энциклопедия Кольера

• Opel — Adam Opel AG Тип …   Википедия

• Mercedes-Benz G-класс — Mercedes Benz G класс …   Википедия

Что такое каталитический нейтрализатор

Все современные выхлопные системы автомобилей включают в себя каталитический нейтрализатор. Это устройство предназначено для снижения уровня выброса вредных веществ с отработанными газами в атмосферу. Каталитический нейтрализатор применяют как на дизельных силовых агрегатах, так и на бензиновых. Устанавливают его или сразу за выпускным коллектором, или непосредственно перед глушителем. Нейтрализатор выхлопных газов состоит из блока-носителя, теплоизоляции, корпуса.

Устройство

Основным элементом считается блок-носитель. Он изготавливается из огнеупорной керамики. Конструкция такого блока состоит из большого количества продольных ячеек, существенно увеличивающих площадь соприкосновения с отработанными газами. Поверхность их покрывается специальными веществами-катализаторами (палладий, платина и родий). Благодаря этим элементам, происходит ускорение протекания химических реакций.

Палладий и платина являются окислительными катализаторами. Они обеспечивают окисление углеводородов и, соответственно, способствуют превращению их в оксид углерода, углекислый газ и водяной пар. А родий является восстановительным катализатором. Он применяется для восстановления оксидов азота в безвредный азот. Получается, что три вида катализаторов понижают в отработанных газах содержание трех разных вредных веществ. Поэтому подобное устройство получило название трехкомпонентный каталитический нейтрализатор.

Блок-носитель размещается в металлическом корпусе. Между ними располагается теплоизоляционный слой. В корпусе катализатора находится кислородный датчик.

Эффективная работа рассматриваемого устройства достигается при температуре 300^о Цельсия, в таком случае задерживается около 90 процентов вредных веществ (для этого каталитический нейтрализатор устанавливается сразу же за выпускным коллектором).

Особенности

Катализаторы довольно эффективно снижают токсичность выхлопных газов и при этом практически не влияют на мощность двигателя и расход топлива. При наличии этого устройства незначительно возрастет обратное давление, в результате которого силовой агрегат автомобиля теряет 2-3 л. с. Теоретически катализатор выхлопных газов может служить вечно, ведь драгоценные металлы во время химических реакций не расходуются. Однако, как показывает практика, срок службы этих приборов имеет свой предел.

Например, одна из ходовых причин выхода из строя нейтрализаторов — это хрупкая керамика ячеек, которая от резкого сотрясения (если автомобиль на скорости ударится, попадет в выбоину или даже чиркнет корпусом катализатора по чему-либо) может разрушиться, что и приводит к выходу из строя упомянутого прибора. Сейчас начали появляться конверторы, у которых вместо керамики – металлический монолит. Они более устойчивы к разрушениям. Еще одна причина поломки каталитического нейтрализатора – это топливо. Этилированный бензин богат тетраэтилсвинцом, который «засаливает» поверхность ячеек. В результате все реакции прекращаются. Следующим врагом катализатора является неправильный состав горючего. Так, смесь, содержащая повышенное количество углеводородов, просто гробит устройство, а слишком бедная вызывает резкий перегрев, что может привести к разрушению монолита. Не менее опасны и резкие перепады температур, например, когда автомобиль въезжает в лужу. Это также может привести к повреждению керамики.

В целом, на каталитический нейтрализатор, как и на любой другой механизм, влияют условия эксплуатации.

Каталитический нейтрализатор — принцип работы и неисправности

Работа выхлопной системы автомобиля обеспечивается не одним устройством, а несколькими. Одним из них является каталитический нейтрализатор. В этой статье речь пойдет о том, что такое нейтрализатор и какова его роль в системе выхлопа автомобиля?

Назначение и устройство каталитического нейтрализатора

 

Нейтрализатор устанавливается в выхлопной системе автомобиля и применяется для максимального снижения токсичности выхлопного газа. Применение данного устройства осуществляется как на дизельных, так и на бензиновых двигателях и является обязательным для всех автомобилей, оснащенных двигателем внутреннего сгорания.

Современная конструкция нейтрализатора представляет собой специальный блок-носитель, корпус устройства и теплоизоляция. Основным элементом является блок-носитель, который изготавливается из специальной огнеупорной керамики. Внутри блока располагается большое количество сот (или, по-другому, ячеек). Такая конструкция позволяет значительно повысить площадь соприкосновения рабочих частей нейтрализатора с отработанными газами. Поверхность ячеек покрывается специальным слоем каталитического вещества. В качестве нейтрализатора может применяться родий, платина или палладий.

Суть действия катализатора заключается в следующем. Двигатель автомобиля не может обеспечить полное сгорание топлива и отправляет большое количество вредных газов в выхлопную систему автомобиля. Попадая в каталитический нейтрализатор, вредные газы контактируют с каталитическим слоем и окисляются. В процессе прохождения выхлопного газа по всему блоку-носителю, вредные вещества окисляются до конца, и на выходе получается самый обычный углекислый газ.

 

Применение трех металлов обеспечивает полное окисление трех разных веществ. Помимо углевода и оксида углерода, в отработавших газах может содержаться оксид азота, который также подвергается полному окислению и превращается в обычный безвредный азот. Таким образом, выхлопной газ становится менее вредным и оказывает меньшее отрицательное воздействие на окружающую среду.

Сам блок-носитель, обычно, размещен в металлическом корпусе, который предохраняет нейтрализатор от механических воздействий, например, ударов о неровности дорожного покрытия. Между блоком и корпусом прокладывается слой теплоизоляции, чтобы исключить передачу тепла на корпус. Применение теплоизоляции связано с особенностями работы нейтрализатора. Дело в том, что для успешного окисления вредных веществ необходима большая температура. Самая минимальная температура для успешного дожигания отработанных газов должна быть в пределах 300 градусов Цельсия. Для спортивных автомобилей этот параметр может достигать 1500-3000 градусов Цельсия. Теплоизоляция позволяет поддерживать температуру в заданных пределах и обеспечивает нормальную работу каталитического нейтрализатора.

Внутри блока устанавливается датчик кислорода. Это электрическое устройство сообщает водителю о том моменте, когда катализатор необходимо заменить. Если соты забиваются или керамический слой становится меньше, датчик срабатывает и посылает сигнал на электронный блок управления двигателем, который переводит работу мотора в аварийный режим и сигнализирует лампой на панели приборов, что необходимо выполнить проверку исправности систем. Часто, чтобы избавить от преждевременного и случайного срабатывания датчика, создают специальную обманку нейтрализатора, которая говорит датчику о том, что катализатор по-прежнему в норме. Это связано с тем, что замена каталитического нейтрализатора стоит очень дорого, и не каждый водитель может позволить себе такой ремонт. Так что, большинство водителей просто докатывают старую деталь до полного изнеможения и меняют нейтрализатор позже.

Помимо теплоизоляции, регулировать температуру работы нейтрализатор можно не только с помощью теплоизоляции. На температуру нейтрализатора может влиять и место установки. Так, например, для повышения температуры катализатора, его размещают прямо за выпускным коллектором, так как последний имеет высокую скорость и температуру нагрева.

Другое условие успешной работы нейтрализатора является повышенное обогащение топливовоздушной смеси.

Видео — Что убивает нейтрализатор газов?

Нейтрализатор на дизельном двигателе

 

Применение нейтрализаторов в дизельных двигателях стало не целесообразным. Дело в том, что температура работы дизеля ниже, чем у бензинового ДВС, а это значит, что катализатор не сможет справиться с поставленной задачей. Автомобильные эксперты разработали устройство, которое впрыскивает мочевину в систему выхлопа до того, как отработавшие газы достигнут катализатора. Такой подход позволяет ускорить процесс окисления и максимально возможно очистить выхлоп автомобиля. В конечном итоге, из трубы в большем количестве выходит водяного пара, чем продуктов сгорания.

Подведем итоги. Каталитический нейтрализатор является главной частью выхлопной системы и предназначен для очистки вредных выхлопных газов. Эксплуатация автомобиля без этого устройства запрещена и противоречит законам об экологии. 

Каталитический нейтрализатор отработавших газов | Автомобильный справочник

 

Законодательство в области ограничения ток­сичности отработавших газов устанавливает пре­делы содержания в них токсичных веществ. Для выполнения этих требований меры, связанные с совершенствованием конструкции двигателей, оказываются недостаточными. В дополнение к снижению количества неочищенных выбросов большое внимание уделяется каталитической очистке отработавших газов, с целью преоб­разования токсичных веществ. Вот о том как происходит каталитическая очистка отработавших газов, мы и поговорим в этой статье.

 

Содержание

 

 

Каталитические нейтрализаторы преобразуют загрязняющие вещества, образующиеся в процессе сгорания топлива, в безвредные компоненты.

Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор отработавших газов

 

Современные технологии очистки отрабо­тавших газов для двигателей, работающих при стехиометрическом составе смеси, пред­ставляет трехкомпонентный каталитический нейтрализатор. Его задачей является преоб­разование токсичных веществ — НС (углеводо­родов), СО (оксида углерода) и NO_х (оксидов азота), образующихся в процессе сгорания топлива, в безвредные составляющие. Ко­нечными продуктами являются Н₂О (водяной пар), С0₂ (диоксид углерода) и N₂ (азот).

Конструкция и принцип действия каталитического нейтрализатора

 

Каталитический нейтрализатор состоит из кон­тейнера из листовой стали, подложки, покрытия из пористого оксида и активного каталитиче­ского металлического покрытия. Подложка обычно представляет собой керамический монолит, хотя для специальных применений также используются металлические монолиты. На монолит наносится слой подложки, который увеличивает эффективную площадь каталити­ческого нейтрализатора примерно в 7000 раз. Каталитический слой поверх подложки содер­жит благородные металлы, такие как платина или палладий и родий. Платина и палладий уско­ряют окисление НС и СО, в то время как родий несет ответственность за восстановление NО.

Окисление СО и НС происходит в соответ­ствии со следующими реакциями:

2 СО + О₂ —> 2 СО₂,

2 С₂Н₆ + 7 O₂ —> 4 С0₂ + 6 Н₂O

Восстановление оксидов азота происходит в соответствии со следующей реакцией:

2 NO + 2 СО —► N₂+ 2 СO₂

Кислород, требующийся для процесса окисле­ния, либо присутствует в отработавших газах (в результате неполного сгорания топлива), либо забирается из оксидов азота NО_X, кото­рые в то же время восстанавливаются.

Концентрация токсичных веществ в отрабо­тавших газах (перед каталитическим нейтра­лизатором) зависит от коэффициента избытка воздуха λ (см. рис. а, «Эффективность каталитического нейтрализатора в функции коэффициента избытка воздуха λ» ). Для как можно более полного преобразования трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором всех трех ток­сичных составляющих требуется стехиометриче­ский состав топливно-воздушной смеси (λ = 1, см. рис. Ь, «Эффективность каталитического нейтрализатора в функции коэффициента избытка воздуха λ» ). При λ = 1 имеет место состояние равновесия между реакциями окисления и вос­становления, что способствует полному окисле­нию НС и СО с одновременным восстановлением NО, При этом НС и СО действуют в качестве восстановителей для NO. «Окно» (диапазон регулирования λ), в пределах которого должно находиться среднее значение λ, очень невелико Отсюда следует, что смесеобразование должно корректироваться с использованием замкнутой системы регулирования λ с применением в ка­честве устройства, вырабатывающего сигнал об­ратной связи, кислородного датчика λ (см. рис. с, «Эффективность каталитического нейтрализатора в функции коэффициента избытка воздуха λ» ) (см. «Регулирование λ»).

 

 

Каталитический нейтрализатор кислород­ного типа

 

Точность регулирования λ в динамическом диапазоне, как правило, составляет 5 %, т.е. отклонения от значения λ = 1 являются не­избежными. Каталитический нейтрализатор способен сам компенсировать небольшие колебания состава смеси. Он обладает спо­собностью запасать избыточный кислород во время работы двигателя на бедной смеси и освобождать его при обогащении смеси. Слой подложки содержит цероксид, который может запасать и освобождать кислород в соответ­ствии со следующей обратимой реакцией:

Се₂Оз + О2 <-> 4 СеO₂

Следовательно, задача системы управления двигателем представляется вполне ясной. Усредненное по времени значение λ перед ката­литическим нейтрализатором должно поддер­живаться очень точно (допустимое отклонение составляет несколько тысячных долей). Откло­нения, переведенные в количество запасаемого и освобождаемого кислорода, не должны пре­вышать количества кислорода, которое может удерживать каталитический нейтрализатор. Типичные значения этого количества лежат в диапазоне от 100 мг до 1 г; в процессе старения каталитического нейтрализатора эти значения Уменьшаются. Все обычные методы диагно­стики каталитического нейтрализатора осно­ваны на прямом или косвенном определении его способности к накоплению кислорода.

При нормальной рабочей температуре каталитического нейтрализатора степень преобразования ограниченного количества токсичных веществ достигает 99%.

Каталитический нейтрализатор NO_x аккуму­ляторного типа

 

Во время работы двигателя на бедной смеси трехкомпонентный каталитический нейтрализатор не способен преобразовывать оксиды азота, произведенные в процессе сгорания то­плива. СО и НС окисляются остаточным кисло­родом, содержащимся в отработавших газах, и, следовательно, не могут служить в качестве восстановителей оксидов азота.

Каталитический слой каталитического ней­трализатора NО_x, аккумуляторного типа со­держит вещества, способные накапливать NО_x, например, оксид бария. Все обычные покры­тия, накапливающие NО_x, также обладают свой­ствами трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, в результате чего каталитиче­ский нейтрализатор NО_x аккумуляторного типа при λ = 1 работает таким же образом, как трех­компонентный каталитический нейтрализатор.

При работе двигателя на бедной смеси в режиме послойного распределения заряда NО_x преобразуются в три этапа. Вовремя накопле­ния NО_x сначала окисляются до диоксида азота NO₂, который затем реагирует со специальными оксидами на поверхности каталитического ней­трализатора и кислородом (O₂) с образованием нитратов, например, нитрата бария.

По мере того как количество накопленных NО_x (нагрузка) возрастает, способность ней­трализатора связывать NО_x понижается. При определенной нагрузке аккумулятор NО_x должен быть регенерирован, т.е. связанные в нем оксиды азота должны быть снова освобождены и пре­образованы. С этой целью двигатель кратковре­менно переводится в режим работы на богатой однородной смеси (λ < 0,8) для восстановления NО до N₂ без выработки в ходе процесса СО и НС.

Время окончания фазы хранения и начала фазы освобождения либо вычисляется с ис­пользованием модели, либо определяется при помощи кислородного датчика λ после каталитического нейтрализатора.

 

 

Десульфатация

 

Содержащаяся в топливе сера также вступает в реакцию с аккумуляторным материалом в каталитическом слое. В результате с течением времени количество материала, имеющегося в наличии для накопления NО_х, уменьшается. Это приводит к образованию сульфатов, на­пример, сульфата бария, которые обладают очень высокой тепловой стойкостью и не вос­станавливаются во время регенерации NО_х. Для десульфатации каталитический нейтрализатор необходимо нагреть до 600-650 °С, а затем в течение нескольких минут двигатель должен попеременно работать на богатой (λ = 0,95) и бедной (λ = 1,05) смеси. В ходе этого процесса количество сульфатов уменьшается.

Используя различные методы нагрева ка­талитического нейтрализатора NO_x аккумуля­торного типа, расположенного под днищем автомобиля, следует соблюдать осторож­ность, чтобы не допустить перегрева первич­ного каталитического нейтрализатора.

Рабочая температура каталитического нейтрализатора

 

Каталитические нейтрализаторы не могут начать преобразование до тех пор, пока не достигнут определенной рабочей температуры (темпера­туры запуска). Для трехкомпонентного ката­литического нейтрализатора эта температура составляет приблизительно 300 °С. Идеальные условия для преобразования достигаются при температуре от 400 до 800 °С. Для каталитиче­ского нейтрализатора NО_х, аккумуляторного типа благоприятный диапазон температур ниже: он достигает максимальной накопительной спо­собности при температуре от 300 до 400 °С.

Температуры от 800 °С до 1000 °С вызы­вают ускоренное тепловое старение катали­тического нейтрализатора. Это старение вы­зывается спеканием благородных металлов и слоя подложки, в результате которого умень­шается активная поверхность катализатора. При температурах свыше 1000 °С тепловое старение происходит настолько быстро, что каталитический нейтрализатор вообще пере­стает оказывать какой-либо эффект.

 

 

Конфигурации каталитических нейтрализаторов

 

Требуемая рабочая температура трехкомпо­нентного каталитического нейтрализатора ограничивает варианты его установки. При установке каталитического нейтрализатора вблизи двигателя он быстро достигает ра­бочей температуры, но затем может испыты­вать очень высокие тепловые нагрузки.

 

 

Широко используется конфигурация трех­компонентного каталитического нейтрализа­тора с разделенным на две части первичным нейтрализатором и главным каталитическим нейтрализатором, устанавливаемым под дни­щем автомобиля. Первичный каталитический нейтрализатор оптимизирован в отношении высокотемпературной стабильности, а глав­ный нейтрализатор — в отношении низкой тем­пературы активации. Различные возможные конфигурации первичного и главного (уста­навливаемого под днищем) каталитических нейтрализаторов показаны на рис. «Конфигурация установки каталитических нейтрализаторов» . В связи с их более низкими максимально допустимыми рабочими температурами каталитические ней­трализаторы NО_х, аккумуляторного типа всегда устанавливаются под днищем автомобиля.

Нагрев каталитического нейтрализатора отработавших газов

 

Количество выбросов НС и СО особенно ве­лико, когда двигатель холодный, поскольку при этом топливо конденсируется на холод­ных стенках цилиндров, а затем выходит из камеры сгорания несгоревшим. Проблему усугубляет тот факт, что для эффективной ра­боты каталитический нейтрализатор должен достичь минимальной рабочей температуры. Поэтому крайне важно снизить количество не­обработанных отработавших газов во время прогрева двигателя, пока каталитический ней­трализатор не достиг рабочей температуры. Отсюда следует необходимость принятия мер к быстрому нагреву каталитического нейтра­лизатора до рабочей температуры. Требуемое для этого тепло может быть обеспечено за счет повышения температуры отработавших газов и увеличения их массового расхода. Это может быть сделано следующим образом.

Регулирование момента зажигания

 

Основным способом повышения температуры от­работавших газов является сдвиг момента зажи­гания в сторону запаздывания. При этом сгорание смеси происходит во время такта расширения. К окончанию такта расширения отработавшие газы имеют относительно высокую температуру. Позднее сгорание топлива оказывает неблаго­приятное влияние на к.п.д. двигателя.

Увеличение оборотов холостого хода

 

Дополнительной мерой является увеличение оборотов холостого хода и, соответственно, мас­сового расхода отработавших газов. Повышение оборотов позволяет еще больше сдвинуть мо­мент зажигания в сторону запаздывания. Тем не менее, в целях обеспечения устойчивой работы двигателя запаздывание зажигания ограничи­вается диапазоном от 10 до 15° после ВМТ. Дополнительного тепла, полученного выше­указанными способами, не всегда оказывается достаточно для надлежащего снижения содер­жания токсичных веществ в отработавших газах.

 

 

Регулирование фаз газораспределения

 

При необходимости, можно использовать еще один способ увеличения теплового по­тока, заключающийся в регулировании фаз газораспределения. При как можно более раннем открытии выпускных клапанов про­исходит раннее прерывание процесса за­держанного сгорания топлива, и количество произведенной механической работы умень­шается. Соответствующее количество энер­гии становится доступно в виде тепла для по­вышения температуры отработавших газов.

Разделение впрыска

 

Системы прямого впрыска бензина в принципе предоставляют возможность многократного впрыска топлива. Это позволяет быстро нагреть каталитический нейтрализатор до рабочей тем­пературы без использования каких-либо допол­нительных компонентов. Режим «разделения» заключается в первоначальном создании одно­родной бедной смеси посредством впрыска топлива во время такта впуска. Последующий впрыск топлива во время такта сжатия с перехо­дом в режим послойного распределения заряда топлива позволяет сдвинуть момент зажигания в сторону запаздывания и повысить температуру отработавших газов. При этом достижимые тепловые потоки отработавших газов сравнимы с потоками, которые могут быть получены по­средством нагнетания вторичного воздуха.

Система подачи дополнительных порций воздуха

 

Тепловое дожигания несгоревшего топлива по­вышает температуру в системе выпуска отрабо­тавших газов. С этой целью состав топливно-воздушной смеси регулируется в пределах от λ = 0,9 (богатая смесь) до λ = 0,6 (очень богатая смесь). Насос вторичного воздуха подает кисло­род в систему выпуска отработавших газов (см. рис. «Система подачи вторичного воздуха» ) в целях обеднения состава отработавших газов. Если базовая смесь очень богатая (λ = 0,6), несгоревшие составляющие топлива окисляются перед поступлением в каталитический нейтра­лизатор с выделением тепла (экзотермическая реакция) и подъемом температуры выше опреде­ленного порогового значения. Для достижения этой температуры необходимо: с одной сто­роны — сдвинуть момент зажигания в сторону запаздывания, а с другой стороны — подать вто­ричный воздух как можно ближе к выпускным клапанам. Экзотермическая реакция в системе выпуска отработавших газов увеличивает тепло­вой поток в направлении каталитического нейтра­лизатора и, следовательно, сокращает период его нагрева. НС и СО восстанавливаются в основном до поступления в каталитический нейтрализатор.

Если базовая смесь умеренно богатая (λ = 0,9), существенной реакции перед катали­тическим нейтрализатором не происходит. Несгоревшие составляющие топлива окисляются в каталитическом нейтрализаторе, что вызы­вает его нагрев изнутри. Однако для этого сна­чала необходимо довести температуру катали­тического нейтрализатора до уровня «запуска» посредством обычных мер, например, сдвига момента зажигания в сторону запаздывания.

Как правило, используется умеренно богатая базовая смесь, поскольку в случае очень богатой смеси экзотермическая реакция перед каталити­ческим нейтрализатором может стабильно проте­кать только при стабильных граничных условиях.

Нагнетание вторичного воздуха осуществля­ется электрическим насосом, который включает реле при увеличении требуемой эффективной мощности двигателя. Поскольку клапан в си­стеме вторичного воздуха предотвращает об­ратный поток отработавших газов в насос, когда насос выключен он должен быть закрыт. В каче­стве такого клапана может использоваться пас­сивный обратный клапан, электромагнитный клапан или (как показано на рис. «Система подачи вторичного воздуха» ) пневмати­ческий клапан с электромагнитным управляю­щим клапаном. При включении управляющего клапана — клапан подачи вторичного воздуха открывается под действием разрежения во впускном трубопроводе. Управление системой подачи вторичного воздуха осуществляется электронным блоком управления двигателем.

Альтернативные концепции активного нагрева

 

В некоторых случаях для быстрого нагрева каталитического нейтрализатора приме­няется электрообогрев. Нейтрализаторы с электрообогревом были ранее использованы в отдельных мелкосерийных проектах.

 

 

λ-регулирование

 

Для обеспечения как можно более высокой скорости преобразования НС, СО и NО, трех­компонентным каталитическим нейтрализа­тором компоненты реакции должны присут­ствовать в стехиометрическом соотношении. Для этого требуется поддержание значения λ = 1,0; т.е. стехиометрического соотношения воздух/топливо с очень высокой точностью.

Для этого управление процессом смесеобразо­вания должно осуществляться при помощи зам­кнутой системы регулирования, поскольку требу­емая точность не может быть достигнута только посредством управления дозированием топлива при использовании замкнутой системы регули­рования λ отклонения от заданного значения соотношения воздух/топливо могут быть обнару­жены и скорректированы посредством изменения количества впрыскиваемого топлива. В качестве показателя состава топливно-воздушной смеси используется остаточное содержание кислорода в отработавших газах, измеряемое при помощи кислородных датчиков (см. двухступенчатые и широкополосные кислородные датчики).

Двухступенчатое регулирование λ

 

Система двухступенчатого регулирования λ слу­жит для поддержания стехиометрического со­става смеси с λ = 1. Преобразованная переменная величина, включающая скачки и участки линей­ного изменения напряжения, изменяет свое на­правление при каждом скачке выходного напря­жения двухступенчатого кислородного датчика. Это означает переход от богатой смеси к бедной или наоборот (см. рис. «График изменения преобразованной переменной с регулируемым сдвигом в режиме разомкнутого регулирования» ). Типичная амплитуда колебаний этой преобразованной переменной должна быть в пределах 2-3 % от ее среднего значения. Результатом является ограничение ди­намики контроллера, которое в основном опре­деляется суммой значений времени реакции (обусловленных предварительным накоплением топлива во впускном трубопроводе, четырехтакт­ным принципом действия двигателя внутреннего сгорания и временем прохождения газов).

 

 

Асимметричная форма кривой преобразован­ной переменной позволяет скомпенсировать ти­пичную недостоверность сигнала двухступенча­того датчика, вызванную колебаниями состава топливно-воздушной смеси. При этом предпо­чтительным методом является задержка линей­ного возрастания преобразованной переменной в течение регулируемого времени выдержки t_v после скачка выходного напряжения датчика.

Непрерывное регулирование λ

 

Динамическая характеристика системы двух­ступенчатого регулирования может быть улуч­шена только в том случае, если может быть измерено фактическое отклонение от значения λ = 1. Для непрерывного регулирования с под­держанием λ = 1 с очень низкой амплитудой колебаний в сочетании с высокими динамиче­скими характеристиками может быть исполь­зован широкополосный кислородный датчик. Параметры регулирования вычисляются и адап­тируются в соответствии с рабочими режимами двигателя. Кроме того, при такой системе регу­лирования λ компенсация неизбежного смеще­ния характеристики системы регулирования как в стационарном, так и нестационарном режиме осуществляется значительно быстрее.

Широкополосный кислородный датчик также позволяет регулировать состав смеси в случае его отклонения от λ = 1. Это позволяет осущест­влять контролируемое обогащение смеси (λ < 1), например, для защиты компонентов, или контро­лируемое обеднение (λ > 1), например, во время прогрева каталитического нейтрализатора.

Система регулирования λ с использованием двух кислородных датчиков

 

Когда кислородный датчик находится перед каталитическим нейтрализатором, он испы­тывает высокие тепловые нагрузки и под­вергается воздействию необработанных от­работавших газов, что ограничивает точность измерения. Изменения состава отработавших тазов могут вызывать сдвиг точки скачка вы­ходного напряжения двухступенчатого кис­лородного датчика или характеристической кривой широкополосного кислородного датчика. Кислородный датчик, расположен­ный после каталитического нейтрализатора, подвергается этим воздействиям в значи­тельно меньшей степени. Однако, система регулирования λ с использованием только кислородного датчика, расположенного поcле каталитического нейтрализатора, демон­стрирует ухудшение динамической характе­ристики, обусловленное конечным временем прохождения газов, и замедленной реакцией на изменения состава смеси.

Более высокая точность может быть достиг­нута в системе, включающей два датчика. Здесь контур двухступенчатого или непре­рывного регулирования λ дополняется более медленным корректирующим контуром, со­держащим дополнительный двухступенчатый кислородный датчик (см. рис. а, «Места установки кислородных датчиков» ). С этой це­лью выходное напряжения двухступенчатого кислородного датчика после каталитического нейтрализатора сравнивается со значением установки (например, 600 мВ). В зависимости от величины отклонения, система регулиро­вания соответствующим образом ступенчато изменяет установку состава смеси в сторону обогащения или обеднения для первого кон­тура регулирования, или значение установки для контура непрерывного регулирования.

Система регулирования λ с использованием трех кислородных датчиков

 

Установка третьего кислородного датчика по­сле главного каталитического нейтрализатора рекомендуется для облегчения диагностики каталитических нейтрализаторов и обеспечения повышенной стабильности состава отработав­ших газов для автомобилей категории SULEV (Автомобили со сверхнизким выбросом вредных веществ). Система регулирования с двумя кисло­родными датчиками (первый каскад) дополнена контуром регулирования с очень низким быстро­действием с использованием третьего кислород­ного датчика, установленного после главного каталитического нейтрализатора (см. рис. Ь, «Места установки кислородных датчиков» ).

Поскольку требования, предъявляемые к ка­тегории SULEV, относятся к величине пробега 150 000 миль, старение первичного каталити­ческого нейтрализатора может привести к сни­жению точности измерения двухступенчатого кислородного датчика после первичного катали­тического нейтрализатора. Этот эффект компен­сируется посредством установки дополнитель­ного двухступенчатого кислородного датчика после главного каталитического нейтрализатора.

В следующей статье я расскажу о системе впрыска топлива Common Rail.

 

Рекомендую еще почитать:

Нейтрализаторы отработавших газов автомобильных двигателей.

Нейтрализаторы отработавших газов



Нейтрализаторы служат для снижения концентрации в отработавших газах токсичных компонентов. Основными токсичными веществами в отработавших газах являются оксид углерода (СО), группа оксидов азота (NO_x, основной из них NO₂) и углеводороды (C_mH_n).

Различают термические и каталитические нейтрализаторы.

В термических нейтрализаторах происходит полное восстановление СО в СО₂ и догорании СН. Оксид углерода (СО) обладает значительной теплотой сгорания, но горит при температуре выше 700 ˚С.
Для сжигания оксида углерода отработавшие газы подогревают (при необходимости) в термоизолированной камере и подают в нее дополнительную порцию воздуха. Применение дополнительной подачи топлива для подогрева газов и нагнетание воздуха приводят к увеличению расхода топлива до 15 %.

Наиболее распространены каталитические нейтрализаторы. Их действие основано на понижении энергии, выделяющейся при химических процессах окисления токсических веществ, путем применения катализаторов (платины, палладия, родия).

Каталитические нейтрализаторы делятся по типу на окислительные (переводят СО в СО₂) и восстановительные (расщепляют NO_x на свободный азот и кислород), а также трехкомпонентные (нейтрализуют все три токсина – СО, СН и NO_x, т. е. являются окислительно-восстановительными).

Каталитические нейтрализаторы могут быть однокамерными и двухкамерными. Носитель может быть керамический или металлический.

Чаще всего применяют трехкомпонентные нейтрализаторы. Наиболее эффективно они работают в сочетании с λ-зондами, однако и без них способны снизить выбросы токсинов на 50 %.
λ-зонд представляет собой датчик определения количества свободного кислорода в отработавших газах. По полученным от датчика данным электронный микропроцессор определяет коэффициент избытка воздуха α, корректируя после этого количество подаваемого в цилиндры топлива.

Эффективная работа каталитического нейтрализатора соответствует очень узкому диапазону значений коэффициента избытка воздуха (0,98≤α≤1). При отклонении состава горючей смеси от указанных значений эффективность действия катализатора резко падает.
Использование микропроцессора совместно с λ-зондом позволяет поддерживать состав смеси с точностью ±1 %.



Устройство каталитического нейтрализатора

Каталитический нейтрализатор состоит из металлического корпуса (Рис. 7), в котором находится носитель 2, покрытый активным каталитическим слоем.
Носитель может быть насыпной или монолитный, керамический или металлический. Чаще применяют монолитные нейтрализаторы из термостойкой керамики. В их корпусе выполнены каналы квадратного сечения. Поверхности каналов покрыты тонкой пленкой катализатора – платиной, палладием, родием (в соотношении 1:16:1). На один нейтрализатор требуется 1,5…3 г благородных металлов. Платина способствует окислительным процессам, родий – восстановительным.
Слоем благородных металлов покрывают предварительно нанесенный на керамику слой оксида алюминия, который увеличивает активную поверхность катализатора и стимулирует ускорение реакций.

Чтобы повысить сопротивление керамики ударным нагрузкам и компенсировать термическое расширение металлических деталей, между корпусом и перегородками помещают набивку из высоколегированной проволоки. Нормальная работа каталитических нейтрализаторов протекает при температуре 250 ˚С, т. е. после значительного прогрева двигателя. Наиболее эффективно они работают при температуре 400…800 ˚С, т. е. в оптимальном тепловом режиме двигателя. При более высокой температуре происходит спекание промежуточного слоя с катализатором, эффективность работы нейтрализатора снижается, и он преждевременно теряет работоспособность.

Причины выхода из строя катализаторов

В нормальных условиях автомобильный катализатор может выйти из строя после сгорания каталитического слоя — из-за уменьшения его площади катализатор не в состоянии дожигать до конца выхлопные газы и поэтому количество вредных веществ на выходе из глушителя увеличивается.

Наиболее часто катализаторы приходят в негодность из-за неисправности системы смесеобразования или системы зажигания. В этом случае соты забиваются и не дают возможности катализатору окислять смесь.
Повреждение автомобильного катализатора может произойти и из-за плохого качества бензина, в составе которого для искусственного увеличения октанового числа содержится большое количество тетраэтилсвинца. Тетраэтилсвинец покрывает часть каталитического слоя и не дает устройству полноценно выполнять свои функции.
Кроме того, причиной выхода катализатора из строя может быть попадание в камеру сгорания масла или антифриза, либо попадание воды на катализатор. Вредное влияние на долговечность катализаторов оказывает длительная работа двигателя на холостом ходу.

***

Токсичность отработавших газов двигателя



Каталитическая нейтрализация отработавших газов | Системы снижения токсичности автомобиля

Каталитическое действие нейтрализаторов основано на беспламенном поверхностном окислении токсичных веществ в присутствии катализатора, ускоряющего химическую реакцию. Процесс окисления происходит во время прохождения отработавших газов через слой носителя с нанесенным на него катализатором, причем скорость реакции сгорания зависит oт температуры носителя. Применение каталитических нейтрализаторов позволяет дожигать продукты неполного сгорания СН и СО и разлагать оксиды азота.

В качестве активных компонентов каталитических нейтрализаторов для СИ и СО применяют благородные металлы (до 1-2 г палладия, платины) а также оксиды переходных металлов (меди, кобальта, никеля, ванадия, хромата железа, марганца). Для нейтрализации могут применяться, кроме выше названных элементов, катализаторы на основе меди с добавкой ванадиевого ангидрида и оксида хрома, на основе оксида железа или алюминия, на основе металлических сплавов (нержавеющая сталь, бронза, латунь, легированные стали с хромоникелем).

Общая схема системы очистки отработавших газов бензинового двигателя показана на рисунке:

Рис. Общая схема системы очистки отработавших газов бензинового двигателя

В систему очистки отработавших газов современного двигателя входят:

• трехкомпонентный каталитический нейтрализатор 1
• входной 2 и выходной 9 датчики кислорода (лямда зонды)
• блок управления двигателем 3
• кабель шины CAN 4
• блок управления датчиком NOx 5
• датчик (датчики) оксидов азота NOx 6
• накопительный нейтрализатор NOx 7
• датчик температуры 8
• датчик кислорода 9
• двигатель 10

Каталитический нейтрализатор представляет собой металлический корпус 6 из жаропрочной нержавеющей стали толщиной около 1,5 мм, внутри которого находится керамический носитель 5. Наибольшее распространение получили гранулированные и блочные (монолитные) носители, которые пронизаны многочисленными мелкими сотами, созда­ющими максимальную поверхность контакта с отработавшими газами. Чтобы обеспечить необходимый массоперенос между отработавшими газами и каталитической поверхностью, площадь последней увеличивают путем нанесения на нее гамма-оксида алюминия с пористой структурой, в виде сферических гранул, которые укладываются в металлический цилиндр 2, закрытый по торцам сетками. Гранулы из оксида алюминия покрываются непосредственно каталитическим материалом. Поверх фольги или гранул алюминия нанесен тонкий слой катализаторов – платины и родия. Задача этих редких металлов – ускорять окисление углеводородов и окиси углерода до угле­кислого газа, а токсичные оксиды азота восстанавливать до азота. Между блоком-носителем и корпусом ставится специальная терморасширяющаяся прокладка.

Рис. Каталитический трехкомпонентный нейтрализатор отработавших газов:
1 – кислородный датчик; 2 –цилиндр; 3 – терморасширительная прокладка; 4 – катализатор; 5 – керамический носитель; 6 – металлический корпус

Недостатком нейтрализаторов является их достаточно большая стоимость из-за применения дорогостоящих редких металлов. В целях их экономии в конструкции нейтрализаторов начали применять нано технологии. Исследования фирмы «Мазда» показали, что частицы редких металлов крупнее 10 нм, напыленные на керамическую основу, дер­жатся на ней не слишком проч­но. При нагреве они начинают скользить по поверхности керамических зерен и сливаются, подобно капелькам ртути в агломераты все боль­ших размеров. При этом неиз­бежно уменьшается площадь поверхности, контактирующая с газами, и эффективность их обезвреживания падает. Однако, если уменьшить размер частиц металла до 5 нм и менее, они прочно застревают в нанопорах керамики и уже не могут срываются. Кроме того, применяя наночастицы пла­тины, удалось уменьшить ее общее количество в нейтрали­заторе на 70…90%.

Альтернативой керамическому моно­литному блоку является металлический каталитический нейтрализатор. Он из­готавливается из гофрированной ме­таллической фольги толщиной 0,05 мм, намотка и пайка которой твердым при­поем осуществляется при высокой тем­пературе. Поверхность фольги покры­вается эффективно действующим ката­лизатором. Благодаря тонким стенкам фольги в тех же габаритах, что и у кера­мического нейтрализатора, может быть размещено большее число каналов. Это приводит к меньшему сопротивлению прохождения отработавших газов.

Нейтрализатор вступает в работу после разогрева до 300°С. Оптимальный рабочий диапазон температур от 400 до 800°С. Чем ближе нейтрализатор к двигателю, тем быстрее разогревается до рабочей темпе­ратуры. Поэтому на смену нейтрализаторам под днищем кузова пришли нейтрализаторы, совмещен­ные с приемной трубой.

В целях уменьшения вибрационных нагрузок со стороны двигателя нейтрализатор присоединяется к выпускному трубопроводу или к приемной трубе через шарнирное соединение или через компенсатор колебаний.

Для работы системы с каталитическим окислительным нейтрализатором при использовании в двигателе обогащенных смесей необходимо к отработавшим газам добавлять воздух. Для этого используются специальные воздушные насосы ими специальные клапанные устройства (виброклапаны или пульсаторы), функционирующие под действием волн разрежения, возникающих в системе выпуска.

Наилучшую очистку отработавших газов дают двухсекционные катали­тические нейтрализаторы, позволяющие после прохождения первой секции уменьшать содержание NOx, а после ввода во вторую секцию дополнительного воздуха – содержание СО и СН.

В последнее время наибольшее распространение нашли трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы, оборудованные системой обратной связи, позволяющие одновременно при восстановлении NOx окис­лять СО и СН.