Экология автомобилей

Нейтрализатор    Изготовители последовательно совершенствуют конструкцию двигателей и их систем, улучшая их экологические показатели. Обеспечивается это, во-первых, благодаря улучшению состава и процесса горения топливной смеси; во-вторых, – совершенствованию систем топливоподачи и зажигания; в-третьих, – применению электронных систем управления работой двигателя и каталитического нейтрализатора отработавших газов (ОГ).

     Наиболее эффективными конструктивными усовершенствованиями в этой области являются следующие.

  Бензиновые автомобили: рециркуляция ОГ, обеспечивающая снижение выбросов NOх на 40…60%,и двухкомпонентные каталитические нейтрализаторы, уменьшающие выбросы СО и CH, на 75…90%; управляемый дозированный впрыск топлива во впускной коллектор, снижающий токсичность ОГ на 25…30%; компьютерная система управления рабочими процессами и составом ОГ с обратной связью, объединяющая дозированный впрыск, электронную систему управления и трехкомпонентный нейтрализатор; обеспечивает снижение удельных выбросов, соответствующих жестким нормам ЕВРО-4; управляемый дозированный впрыск в цилиндры многоклапанного двигателя, обеспечивающий организацию вихревого движения заряда и снижение токсичности до норм ЕВРО-5.

   Дизельные автомобили: турбонаддув и промежуточное охлаждение воздуха, что обеспечивает снижение выбросов NOх и твердых частиц на 30% и на 8% улучшает топливную экономичность; каталитический окислительный нейтрализатор ОГ в сочетании со стартовым нейтрализатором; обеспечивает снижение концентрации СО на 85…90%, СхНу — на 75…80%, NOх – на 20%; повышение давления впрыскивания до 18…20 МПа в сочетании с электронным управлением впрыском; увеличивает степень распыливания топлива, повышает скорость и полноту сгорания и сокращает выброс твердых частиц на 40…60%.

     Оснащение серийных автомобилей устройствами, снижающими токсичность отработавших газов. К ним относятся:

— бесконтактные системы зажигания высокой энергии. Их применение обеспечивает увеличение мощности двигателя на 3…5%, сокращение расхода топлива на 4…7 % и уменьшение выбросов вредных веществ на 15…20%.

— бесконтактные системы зажигания высокой энергии в комбинации с экономайзером принудительного холостого хода (ЭПХХ). Установка на бензиновые автомобили этих устройств, по сравнению с традиционной контакт-но-транзисторной системой зажигания, обеспечивает снижение массового выброса вредных веществ до 30%, а при дополнении микропроцессорной системой управления зажиганием и ЭПХХ (которые тоже выпускаются и продаются) – на 35…42%.

— двухкомпонентные каталитические нейтрализаторы.

— газовые системы питания. Значительный экологический эффект обеспечивает использование в качестве моторного топлива сжатого природного газа.

— накладки тормозных колодок и дисков сцепления, не содержащие асбеста и свинца. Применение на автотранспортных предприятиях этих экологически безопасных изделий позволяет исключить чрезвычайно опасные пылевидные выбросы, содержащие 30% асбеста и 5% свинца.

     Катализаторы и нейтрализаторы выхлопных газов. Применяемые в настоящее время способы воздействия на рабочий процесс двигателя для снижения токсичности отработавших газов приводят, как правило, к снижению мощности и увеличению расхода топлива. Поэтому автомобильные двигатели оборудуются системами нейтрализации.

    В термических и каталитических нейтрализаторах основные токсические компоненты отработавших газов двигателя – окись углерода СО, углеводороды СхНу и окись азота NOх – образуют нетоксические газы в результате химических реакций с кислородом, между собой или с другими газами, добавляемыми в отработавшие газы. На автомобилях находят применение главным образом каталитические нейтрализаторы отработавших газов. В присутствии твердых катализаторов реакции нейтрализации токсических компонентов протекают эффективно при относительно низких температурах. Поэтому каталитические нейтрализаторы имеют низкую температуру начала эффективной работы 250 … 270°С и обладают следующими свойствами: быстро вступают в действие после пуска холодного двигателя; имеют небольшие размеры и массу, так как реакции нейтрализации эффективно протекают при высокой скорости газов у поверхности катализатора; эффективно действуют во всем диапазоне режимов работы автомобильных двигателей; не вызывают снижение мощности двигателя и повышение расхода топлива; имеют достаточный срок службы. В качестве катализаторов применяют преимущественно благородные металлы – платину, палладий, платинпалладиевые сплавы. Лучшими свойствами обладают катализаторы из платины и палладия с добавками родия, рутения, иридия.

Реакции и окисления или восстановления токсических веществ происходит в поверхностном слое катализатора, и их скорость определяется обычно процессами массопереноса реагирующих поверхности катализатора. В связи с этим оказывается целесообразным применение катализаторов, нанесенных тонким слоем на внешнюю поверхность химически инертного материала, называемого носителем.

    По виду геометрических форм носителя различают каталитические нейтрализаторы с гранулированным, монолитным или блочным носителем. Гранулированный носитель выполняют чаще в форме шариков диаметром 2…5 мм, форме цилиндрических тел, колец и т. п. Чем меньше размеры гранул, тем выше степень превращения, но при этом возрастает гидравлическое сопротивление нейтрализатора. Гранулы изготавливают обычно из окиси алюминия А12О3, алюминеселикатов или из окислов кальция, циркония, бериллия. Носитель с катализатором помещают в корпус, который может быть объединен с глушителем шума.

   В блочном или монолитном носителе отработавшие газы проходят по поперечным каналам, образованным тонкими стенками единого, монолитного тела – блока. В поперечном сечении каналы имеют треугольную, прямоугольную или круглую форму. Гидравлический диаметр каналов равен 1…2 мм. Чем меньше размеры поперечного сечения и тоньше стенки каналов, тем больше число каналов, приходящихся на единицу площади блока (плотность расположения ячеек), и тем больше площадь активной поверхности катализатора, меньше размеры и масса нейтрализатора.

    Блочные носители изготовляют из окиси алюминия, кордиерита, муллита и т. п. Площадь активной поверхности материала носителя, как правило, недостаточна (до 0,5 м2/г), поэтому эффективность нейтрализатора оказывается невысокой, если слой катализатора наносят непосредственно на материал носителя. Чтобы повысить площадь активной поверхности катализатора до необходимой величины (8…10 м2/г), поверхность носителя покрывают тонким слоем окиси алюминия.

   Масса блочного носителя обычно меньше, чем гранулированного, поэтому нейтрализатор с блочным носителем быстрее нагревается и быстрее вступает в действие после пуска двигателя. Нейтрализаторы с блочными носителями применяют на автомобилях с бензиновыми двигателями небольшой мощности, отработавшие газы которых имеют высокую температуру, а с гранулированными носителями используют для дизельных двигателей большой мощности с умеренной температурой газов.

  В зависимости от состава отработавших газов, который определяется составом горючей смеси, т.е. коэффициентом избытка воздуха α, в нейтрализаторе протекают преимущественно окислительные или восстановительные реакции.

  В автомобильных двигателях с принудительным воспламенением и в дизелях широко применяют окислительные каталитические нейтрализаторы. В них достаточно высокая скорость окисления СО и СхНу обеспечивается при сравнительно низких температурах (СО окисляется в СО2 при 250…300°С, углеводороды, альдегиды – при 400…450°С). При этом у выпускных газов почти исчезает неприятный запах.

   Высокую степень превращения окиси углерода и углеводородов в каталитическом нейтрализаторе можно получить при наличии избытка кислорода в отработавших газах, поэтому в случае применения окислительных нейтрализаторов на двигателях с принудительным воспламенением осуществляют подачу дополнительного воздуха в выпускной трубопровод при работе двигателя на богатой смеси. В отработавших газах дизелей необходимое количество свободного кислорода содержится при всех режимах и подача дополнительного воздуха не требуется.

    Каталитические нейтрализаторы с восстановительной средой используют для уменьшения окислов азота. Восстановление NO с образованием NO2 возможно достичь при достаточно высоком содержании СО в отработавших газах.

   Восстановление окиси азота происходит с достаточной эффективностью при работе на слегка обогащенной смеси, т.е. возможно лишь на двигателях с принудительным воспламенением.

  В настоящее время на легковых автомобилях с такими двигателями находят применение трехкомпонентные нейтрализаторы. В них каталитические нейтрализаторы с восстановительной средой применяются в комбинации с окислительными. Дополнительный воздух в этом случае подается в окислительный нейтрализатор, устанавливаемый за восстановительным.

   Для эффективной нейтрализации всех трех основных токсических компонентов состав горючей смеси должен быть стехиометрическим или незначительно отличаться от него (на 1,5…2%). Этим требованиям отвечают системы впрыска бензина с электронным управлением.

         Светослав Баженов       http://blogavto.info.


Яндекс.Метрика




Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий


Thanks: Ffman
Яндекс.Метрика