Каталитический нейтрализатор

Каталитический нейтрализатор имеет внутри корпуса носитель, на поверхность которого наносится покрытие из каталитического материала. В качестве носителя применяется гранулированная или монолитная керамическая основа. Монолитная структура характеризуется следующими преимуществами: максимальным использованием каталитической поверхности, долговечностью, физической прочностью, низкой тепловой инерционностью.

Активный каталитический слой состоит из тончайшего покрытия благородными металлами (Pt, Rh, Pd), чувствительными к содержанию свинца в топливе, при отложении которого активность каталитического слоя быстро падает. Поэтому двигатели с каталитическими нейтрализаторами должны эксплуатироваться исключительно на неэтилированном бензине. Степень эффективности нейтрализатора является функцией рабочей температуры. Нейтрализатор начинает работать при достижении температуры приблизительно 250⁰С. Рабочие температуры в диапазоне 400…800⁰С обеспечивают оптимальную нейтрализацию отработавших газов и большого срока службы нейтрализатора.

При размещении нейтрализатора отработавших газов непосредственно вблизи двигателя ускоряется его прогрев до рабочей температуры, что приводит к оптимальной эффективности нейтрализатора, но одновременно – к высоким тепловым нагрузкам. Так как максимальная допустимая температура находится в диапазоне 1000⁰С, нейтрализаторы обычно устанавливаются под полом автомобиля. Нарушения в работе двигателя, например пропуски воспламенения, могут приводить к увеличению температуры нейтрализатора и его разрушению. Для устранения этого эффекта должны использоваться надежные и не требующие обслуживания системы зажигания.

Каталитические нейтрализаторы окислительного типа осуществляют окисление CO и CH за счет использования избыточного воздуха в обедненных смесях или подачи дополнительных порций воздуха.

Нейтрализаторы восстановительного типа, с другой стороны, могут работать при дефиците воздуха, т.е. обеспечивают снижение выбросов NO_x без подачи воздуха.

Каталитические нейтрализаторы восстановительного и окислительного типа могут также комбинироваться для получения двухсекционных нейтрализаторов. В таком устройстве применяется подача дополнительного воздуха между двумя секциями, что позволяет осуществлять снижение не только NO_x, но также CO и CH. Его недостатками являются конструктивная сложность и необходимость работы двигателя в условиях высокого расхода топлива (λ = 0,9).

Трехкомпонентный или селективный нейтрализатор с лямбда-зондом является наиболее эффективной системой очистки отработавших газов. Он обеспечивает требуемый уровень всех трех основных токсичных компонентов отработавших газов двигателя, работающего на стехиометрической смеси.

Системы контроля токсичности отработавших газов

В США, Европе и Японии только каталитическая очистка отработавших газов с использованием трехкомпонентных нейтрализаторов и системой с обратной связью обеспечивает удовлетворение существующим нормам по предельным концентрациям CO, NOx, и CH в отработавших газах.

Коэффициент избытка воздуха λ используется для определения пропорций воздуха и топлива в рабочей смеси и отношений между действительным и стехиометрическим составами смеси.

Система с обратной связью для λ = 1

Эта система обеспечивает снижение до минимума концентрации токсичных компонентов в отработавших газах. Двигатель должен работать в узком диапазоне значений λ = 1 ± 0,005 («окно» каталитического нейтрализатора). Такая точность достигается использованием системы с обратной связью по составу рабочей смеси с лямбда-зондом, установленным перед нейтрализатором. Второй аналогичный кислородный датчик располагается за нейтрализатором, что еще более увеличивает точность формирования состава смеси.

Система с обратной связью при λ > 1 (обедненная смесь)

Основным преимуществом такого контроля является снижение расхода топлива в результате сгорания обедненной смеси (качественное регулирование без дросселирования). Эффективность системы определяется использованием нейтрализаторов, которые могут снизить выбросы NOx во время сгорания обедненной смеси. Для двигателей с искровым зажиганием пределом обеднения смеси является λ ≈ 1,7. Превышение этого значения ведет к возникновению пропусков воспламенения, несмотря ни на какие конструктивные меры.

Есть вопросы? ЗАДАВАЙ!