2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Системы нейтрализации выхлопных газов машины

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:

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 NH3. 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.).

Системы нейтрализации выхлопных газов машины

Статья о нейтрализации выхлопов на бензине и дизеле: состав выхлопных газов, системы нейтрализации. В конце статьи — видео о том, что делать с запахом выхлопа в салоне.

Содержание статьи:

  • Выхлопные газы
  • Решение для бензиновых двигателей
  • Решение для дизельных двигателей
  • Проблемы системы нейтрализации выхлопных газов
  • Видео о том, что делать с запахом выхлопа в салоне

Проблема загрязнения воздуха и окружающей среды не нова – первые серьезные изменения были отмечены еще в 70-х годах прошлого века. Однако сегодня, спустя почти полвека, ситуация значительно усугубилась: автомобильного транспорта стало значительно больше, вместе с ним возросла концентрация вредных веществ и соединений, попадающих в атмосферу мегаполиса и вызывающих у сограждан серьезные нарушения здоровья.

Борьба за чистоту воздуха привела к созданию так называемых нейтрализаторов для двигателей бензинового и дизельного типа. Сегодня такие системы часто интегрированы в бортовую электронику транспортного средства. Что это за системы и как они работают? Рассмотрим детально.

Выхлопные газы

Во время работы различные системы автомобиля (ДВС, топливная, вентиляционная, а также ходовая часть) выделяют вредные вещества в виде газа и мелкодисперсной пыли. Часть из них – неядовитые соединения, которые содержатся в обычном воздухе. Другая часть является ядовитыми, токсичными и канцерогенными веществами, которые не только негативно влияют на окружающую среду, но и разрушают здоровье человека. Основные загрязнители:

    СО (он же – оксид углерода, или угарный газ) не имеет цвета и запаха, однако приводит к патологии ЦНС, угнетению сердечно-сосудистой и дыхательной системы, и в концентрации 0,3% от объема воздуха приводит к летальному исходу. Возникает он в результате неполного сгорания топлива.

Читать еще:  Самые дорогие в обслуживании автомобили в России

СН (углеводороды) – обширная группа соединений с общей структурой, которые возникают при неполном или недостаточно быстром сгорании топлива. К ним относятся парафин, олефин, альдегид, формальдегид, бензол, толуол, ксилол и прочие полициклические соединения. Эти мутагены и канцерогены разрушают органы дыхания и способствуют росту и развитию раковых клеток, в том числе рака крови – лейкемии.

NОх (окислы азота) – основная причина возникновения кислотных дождей, так как при соединении с водой образуются азотная и азотистая кислоты. Это один из серьезных канцерогенов, вызывающих раковые опухоли. Ядовитый газ разрушает органы дыхания и накапливается в крови. Образуется в момент сгорания топлива.

SОх (оксиды серы) аналогично предыдущему химическому элементу. При контакте с водой образуют серную и сернистую кислоты. В состоянии газа вызывает патологию органов зрения и дыхания.

Н2S (сероводород) — вызывает общее отравление организма, возникает при использовании низкокачественного топлива с высоким содержанием серы.

NH3 – аммиак – вызывает слепоту и ожоги верхних дыхательных путей.

Частицы сажи – продукт неполного сгорания топлива и масла. В основном, проблема возникновения канцерогена характерна для дизельных двигателей.

Мелкодисперсные частицы пыли углеводорода, серы, тяжелых металлов менее опасны, так как способны отфильтровываться непосредственно организмом.

Дым синего или белого цвета – продукт испарения масла дизельных двигателей.

СО2 – углекислый газ – вызывает угнетение ЦНС, сердечно-сосудистой системы и органов дыхания, при содержании в атмосфере 6% от общего объема воздуха приводит к летальному исходу.

  • Прочие, незначительные, но не менее опасные составляющие выхлопных газов: метан, закись азота, фторуглеводород, гексафторид серы.
  • В современном законодательстве проблема экологии и нормы предельно допустимых выхлопных газов для автотранспортных средств регулируются техрегламентом Таможенного союза ТР ТС 018/2011 в поправке от 11.07.2016. Однако с 11 ноября 2018 и в него будут внесены поправки, ну а пока допускаются следующие предельные показатели: СО — 85 г/кВт•ч, НС — 5 г/кВт•ч, NO — 17 г/кВт•ч.

    А к обязательным компонентам автомобилей относятся системы нейтрализации отработавших газов, в том числе сменные каталитические нейтрализаторы (за исключением систем нейтрализации на основе мочевины).

    Решение для бензиновых двигателей

    Системы нейтрализации выхлопных газов автомобиля бывают двухкомпонентными и трехкомпонентными, причем последние появились сравнительно недавно. Как устроена и работает данная система?

    Принцип действия

    Работа нейтрализатора заключается в окислении токсичных веществ при помощи катализаторов, в результате чего продукты неполного сгорания топлива дожигаются или разлагаются на безвредные химические элементы и вещества.

    Активными компонентами (катализаторами) выступают драгоценные металлы — палладий, платина. Популярны и менее затратны катализаторы на основе оксида меди, кобальта, никеля, ванадия, марганца, железа, алюминия. Нередки катализаторы на основе сплавов стали нержавеющей или легированной, бронзы или латуни.

    Конструкция

    Основные элементы нейтрализатора – корпус из нержавеющей жаропрочной стали, внутренняя поверхность которой выстлана терморасширительной прокладкой. Внутри бака — газоподводящий и отводящий цилиндр и ячеистые соты, на которые нанесен слой вещества — катализатора.

      Ячеистые соты, на которые наносится катализирующий состав, могут быть выполнены из керамики. Такие нейтрализаторы в качестве катализатора используют тонкий слой из драгоценных редких металлов. Это самый дорогостоящий вид систем нейтрализации отработанных газов.

  • Менее дорогой вариант – ячеистые соты, выполненные методом пайки из тонкой металлической фольги с покрытием из одного из видов вышеназванных составов. Такая система более эффективна, ведь площадь ячеистых сот значительно больше, чем у керамических, а следовательно, способно обработать больший объем отработанных газов.
  • Устройство в автомобильных системах и порядок работы

    Системы нейтрализации выхлопных газов располагаются в непосредственной близости от ДВС, под днищем транспортного средства. Через шарнирное соединение нейтрализатор подсоединяется к выпускному коллектору с одной стороны, и выхлопной системе – с другой.

    Для обеспечения качественной химической реакции с участием кислорода системы нейтрализации используют воздушные насосы или виброклапаны. При разогреве системы нейтрализации до 400-800 градусов CO (оксид углерода) и CH (углеводороды) под действием катализаторов превращаются в углекислый газ и воду. Близкое расположение нейтрализаторов к ДВС позволяет снизить количество NОх (окисла азота) сразу после запуска двигателя.

    Обратную связь с блоком управления автомобиля нейтрализатору обеспечивают лямбда-зонды, специальные кислородные датчики, или четырехгазовые анализаторы, которые на входе и выходе из системы определяют уровень кислорода и качество очистки выхлопных газов.

    Решение для дизельных двигателей

    Аналогично бензиновым двигателям, дизели имеют системы нейтрализации выхлопных газов. Однако главной проблемой остается сажа: не до конца сгоревшее топливо под действием химических процессов превращается в твердые мелкодисперсные частицы — канцерогены.

    Нейтрализаторы решить эту проблему не способны. Поэтому перед тем, как выхлопной газ попадет в систему нейтрализации, он проходит очистку сажевым фильтром.

    Конструкция

    Аналогично нейтрализатору, фильтр имеет ячеистые соты, которые в шахматном порядке закрыты накопительными перегородками-фильтрами частиц. Для каждого производителя автомобиля с дизельным двигателем используется своя система контроля данного параметра. Среди видов таких фильтров можно выделить:

    • DPF – накопительные фильтры;
    • DPNR – фильтры, дожигающие твердые частицы;
    • FAP – фильтры с цериевыми присадками для очистки от сажи;
    • DPF или SCR – фильтры с присадкой AdBlue, разлагающие NOx (окислы азота) на безвредный азот и водяной пар.

    Проблемы системы нейтрализации выхлопных газов

    Все вышеописаные системы характерны для автомобилей импортного производства и моделей последнего поколения. Для отечественного автопрома с карбюраторами установка нейтрализатора не популярна, не пользуется спросом, а также может быть весьма накладна.

    Существенная стоимость систем нейтрализации выхлопных газов при их выходе из строя на импортных автомобилях чаще всего приводит к попытке избавиться от такой «нужной» детали. А выйти из строя он может по ряду причин:

    • Использование некачественного или «улучшенного» присадками топлива;
    • Попадание в рабочую полость топлива или масла;
    • Нестабильная работа двигателя;
    • Механические повреждения корпуса;
    • Резкий перепад температур на корпусе.

    Предугадать точный пробег нейтрализатора невозможно: на одних машинах он едва ли переваливает за 100 тыс. км, на других отлично ведет себя при пересечении отметки в 200 тысяч.

    Как решить проблему системы нейтрализации выхлопных газов? Не стоит спешить и демонтировать нейтрализаторы, ведь борьба за экологию только началась. Кроме того, что могут возникнуть непредвиденные поломки, которые не сможет диагностировать «обманутая» электроника, требования к выхлопам при прохождении ТО ужесточаются, а значит, не все владельцы смогут его пройти. Да и токсичные выхлопы и канцерогены смогут в большой концентрации попасть в салон и нанести непоправимый вред здоровью водителя и пассажиров.

    Гораздо целесообразнее проводить своевременную профилактическую проверку состояния нейтрализатора и сажевого фильтра и при возникновении критической для работы поломки или неисправности – заменить на новый. Ведь суммарная стоимость устранения возникших по причине отсутствия этого важного элемента неполадок может быть существенно выше.

    Видео о том, что делать с запахом выхлопа в салоне:

    Системы нейтрализации выхлопных газов

    При современном уровне развития техники наиболее эффективным способом снижения токсичности выхлопа является нейтрализация токсичных компонентов отработавших газов с использованием химических реакций окисления и (или) восстановления. С этой целью в выпускную систему двигателя устанавливают специальный термический реактор (каталитический нейтрализатор). Постоянное повышение экологических требований к выбросам вредных веществ заставляет автопроизводителей совершенствовать системы нейтрализации.

    Как работает каталитический нейтрализатор

    Системы нейтрализации бензиновых двигателей

    Еще при введении норм Евро-3 в методику испытаний добавили режим холодного пуска: измерения производятся сразу же после запуска двигателя при температуре -7 градусов. При отрицательных температурах смесь нужно сильно обогащать – количество СО и СН при этом в выхлопных газах резко возрастает. А не успевший прогреться до рабочей температуры каталитический нейтрализатор практически бездействует.

    Для решения этой проблемы было найдено несколько способов. Первый, сравнительно простой – расположить нейтрализатор не под днищем автомобиля, а поближе к выпускному коллектору. Так появились катколлекторы, в которых два узла объединены в один. Для более быстрого прогрева их изготавливают не из чугуна, а из тонкой стали. Чтобы уменьшить потери тепла предусматривается теплоизоляция.

    Ускорить прогрев нейтрализатора можно и другим способом – добавить в выхлопные газы воздуха с одновременным обогащением топлива. Таким образом «лишняя» горючая смесь, догорая вне цилиндра, повышает температуру отработанных газов, а они, в свою очередь, быстрее нагревают нейтрализатор. В двигателях с непосредственным впрыском того же эффекта добиваются подачей дополнительной порции бензина во время рабочего хода. Есть и третий способ – разогрев нейтрализатора электрическим термоэлементом.

    Читать еще:  Обзоры популярных моделей Haima

    Повысить точность работы системы нейтрализации удалось добавлением второго датчика кислорода. Первый предназначен для контроля качества смеси – богатая она или бедная. А по показаниям второго контроллер более точно корректирует работу системы топливоподачи. Еще более совершенными являются широкополосные датчики – они способны определять, насколько соотношение воздуха и бензина отличается от стехиометрического.

    Произошли изменения и в материале изготовления сот нейтрализатора. Мы привыкли к тому, что их изготавливают из керамики. Но она имеет ряд недостатков – в силу своей хрупкости не переносит тряски и ударов, быстро разрушается некачественным топливом или в случае нарушений в работе ЭСУД. В настоящее время все больше применяются соты из металлической проволоки. Они медленнее прогреваются и имеют меньшую рабочую поверхность, зато легко переносят механические воздействия и высокие температуры. Очень важно также то, что металлические соты создают намного меньшее сопротивление потоку выхлопных газов.

    Еще одну проблему пришлось решать для современных двигателей с непосредственным впрыском, которые способны работать на бедных смесях. При этом достигается заметная экономия топлива, однако количество оксидов азота в выхлопных газов также значительно возрастает. Обычный нейтрализатор не в состоянии с ними справиться. Поэтому в выпускную систему дополнительно вводится NO-накопитель. Конструктивно он практически не отличается от обычного нейтрализатора, за исключением веществ, которыми покрываются его соты. Оксиды калия, стронция, циркония, кальция, лантана, бария задерживают оксиды азота. Периодически рабочая смесь обогащается, и накопленные вредные вещества выжигаются, разлагаясь при этом на азот и углекислый газ. Располагается накопитель после нейтрализатора, так как для его работы нужна более низкая температура (около 400 градусов).

    Системы нейтрализации дизельных двигателей

    Другой подход нужен к дизелям. Здесь приходится бороться с углеводородами, оксидами азота и сажей (твердыми частицами). Сажевые фильтры придуманы давно. В первых конструкциях накопившуюся сажу периодически выжигали при температуре около 600 градусов, кратковременно обогащая смесь. Но при этом увеличивался выброс других вредных веществ. Поэтому в современных конструкциях сажевый фильтр объединили с окислительным нейтрализатором. Одно устройство и оксиды азота разлагает, и сажу сжигает, причем при более низкой температуре (около 250 градусов).

    Для очистки выхлопа грузовиков дополнительно применяется технология SCR (Selective Catalitic Reduction). Ее суть – периодический впрыск в нейтрализатор раствора мочевины (AdBlue). Там она превращается в аммиак и вступает в реакцию с оксидами азота. В результате образуются безвредные азот и вода.

    Однако возможности ученых и изобретателей не безграничны. Нормы Евро-6, по всей видимости, – предел, достижимый современными ДВС. А дальше придется искать другие экологически чистые источники энергии.

    Практические рекомендации

    Во время и после работы двигателя корпус нейтрализатора имеет достаточно высокую температуру. В связи с этим, во избежание пожара, не следует парковать автомобиль над легко воспламеняющимися предметами, например сухими листьями, травой, бумагой и т.д.

    Следует соблюдать основные правила, направленные на предупреждение ситуации, когда в нейтрализатор может попасть значительное количество несгоревшего топлива. В этом случае возможная вспышка может привести к его разрушению.

    Наиболее общие рекомендации таковы:

    • не следует бесполезно крутить двигатель стартером длительное время;
    • нельзя пускать двигатель путем буксировки. Следует использовать метод “прикуривания” от другого автомобиля;
    • запрещается проверять работу цилиндров, отключая свечи зажигания.
    • при перебоях в работе системы зажигания не допускайте работы двигателя с высокой частотой вращения коленвала до устранения неисправности;
    • не заливайте моторное масло сверх максимального уровня. Излишки масла, попав в каталитический нейтрализатор, могут повредить покрытие или полностью разрушить его.

    Устройство и принцип работы каталитического нейтрализатора

    В составе выхлопных газов автомобиля содержится довольно много токсичных веществ. Для предотвращения их попадания в атмосферу используется специальное устройство, получившее название «каталитический нейтрализатор» (более известный как «катализатор»). Он устанавливается на автомобилях, оснащенных двигателями внутреннего сгорания, работающих как на бензине, так и на дизельном топливе. Зная принцип работы катализатора, вы сможете понять важность его работы и оценить последствия, которые может вызвать его удаление.

    Конструкция и функции каталитического нейтрализатора

    Нейтрализатор является частью системы выхлопа. Он располагается сразу за выпускным коллектором двигателя. Катализатор состоит из:

    • Металлический корпус (монтажный мат), имеющий входной и выходной патрубки.
    • Керамический блок (монолит). Представляет собой пористую структуру с множеством ячеек, которые увеличивают площадь соприкосновения выхлопных газов с рабочей поверхностью.
    • Каталитический слой — специальное напыление на поверхностях ячеек керамического блока, состоящее из платины, палладия и родия. В последних моделях для напыления иногда используется золото — драгоценный металл, который имеет более низкую стоимость.
    • Металлический кожух. Выполняет функции теплоизоляции и защиты катализатора от механических повреждений.

    Главная функция каталитического нейтрализатора — это нейтрализация трех основных токсических компонентов отработавших газов, поэтому он получил свое название — трехкомпонентный. Вот эти нейтрализуемые компоненты:

    • Окислы азота NOx – компонент смога, причина кислотных дождей, ядовиты для человека.
    • Угарный газ СО – смертельно опасен для человека при концентрации в воздухе от 0,1%.
    • Углеводороды CH – компонент смога, отдельные соединения канцерогены.

    Принцип действия катализатора

    На практике трехкомпонентный каталитический нейтрализатор имеет следующий принцип действия:

    • Выхлопные газы из двигателя попадают внутрь керамических блоков, где проникают в ячейки, полностью заполняя их.
    • Металлы-катализаторы палладий и платина провоцируют реакцию окисления, в результате которой несгоревшие углеводороды СН преобразуются в водяной пар, а угарный газ СО в углекислый.
    • Восстановительный металл-катализатор родий преобразует NOx (оксид азота) в обычный безвредный азот.
    • В атмосферу выпускаются очищенные отработавшие газы.

    Если в автомобиле установлен дизельный двигатель, то возле катализатора всегда находится сажевый фильтр. Иногда эти два элемента могут быть совмещены в единую конструкцию.

    Рабочая температура катализатора играет решающую роль в эффективности процесса нейтрализации токсичных компонентов. Реальное преобразование начинается только после достижения 300°С. Идеальной, с точки зрения эффективности и срока службы, считается температура от 400 до 800°С. В диапазоне температур от 800 до 1000°С наблюдается ускоренное старение нейтрализатора. Длительная работа при температуре свыше 1000°С оказывает губительное воздействие на катализатор. Альтернативой керамике, выдерживающей высокие температуры, является металлическая матрица из гофрированной фольги. Катализаторами в такой конструкции выступают платина и палладий.

    Срок службы катализатора

    Средний ресурс катализатора составляет 100 тыс. километров пробега, но при правильной эксплуатации он может исправно функционировать и до 200 тыс. километров. Основные причины раннего износа — неисправность двигателя и качество топлива (топливовоздушной смеси). При наличии обедненной смеси происходит перегрев, а при слишком богатой возникает засорение пористого блока остатками несгоревшего топлива, что препятствует протеканию необходимых химических процессов. Это приводит к тому, что срок службы каталитического нейтрализатора существенно снижается.

    Еще одной распространенной причиной неисправности керамического катализатора являются механические повреждения (трещины), возникающие при механических воздействиях. Они провоцируют быстрое разрушение блоков.

    При возникновении неисправностей работа каталитического нейтрализатора ухудшается, что фиксируется при помощи второго лямбда-зонда. В этом случае электронный блок управления сообщит о неисправности, выдав на приборной панели ошибку «CHECK ENGINE». Также признаками выхода из строя являются дребезжание, увеличение расхода топлива и ухудшение динамики. В этом случае его меняют на новый (оригинального производства или универсальный). Почистить или восстановить катализаторы невозможно, а поскольку это устройство имеет высокую цену, многие автомобилисты предпочитают просто удалить его.

    Можно ли удалить катализатор

    При удалении катализатора его очень часто заменяют на пламегаситель. Последний выравнивает поток выхлопных газов. Его установка рекомендуется для устранения неприятных шумов, которые возникают при удалении катализатора. При этом, если вы выбрали именно удаление, лучше полностью снять устройство и не прибегать к рекомендациям некоторых автомобилистов пробить в нем отверстие. Подобная процедура улучшит ситуацию только на время.

    В автомобилях, соответствующих экологическим стандартам Евро-3, помимо удаления катализатора необходима перепрошивка электронного блока управления. Ее обновляют до версии, в которой отсутствует каталитический нейтрализатор. Также можно установить эмулятор сигнала кислородного датчика, который избавит от необходимости перепрошивать ЭБУ.

    Наилучшим решением при поломке каталитического нейтрализатора будет его замена на оригинальную деталь в специализированном сервисе. Таким образом будет исключено вмешательство в конструкцию автомобиля, а его экологический класс будет соответствовать заявленному производителем.

    Читать еще:  Нужно ли балансировать колеса автомобиля и как часто

    Системы нейтрализации выхлопных газов машины

    Современные автомобили с дизельными двигателями Euro-5 и выше оснащаются системами селективного каталитического восстановления (SCR), для работы которых нужна жидкость AdBlue. О том, что такое SCR и зачем в ней жидкость AdBlue, а также об особенностях обслуживания системы — читайте в данной статье.

    Что такое система SCR?

    SCR (Selective Catalytic Reduction, селективное/выборочное каталитическое восстановление) — общее наименование метода снижения содержания в отработавших газах опасных оксидов азота и основанных на этом методе систем очистки выхлопных газов дизельных двигателей экологических классов Euro-5 и выше.

    Отработавшие газы дизельных двигателей содержат большое количество вредных веществ, среди них наибольшую опасность представляют твердые взвешенные частицы, монооксид углерода (CO) и разнообразные оксиды азота (с общей формулой NOx). С целью снижения вреда двигателей в 1988 году был принят первый экологический стандарт Евро-0. Каждый последующий стандарт требовал все более значительного снижения вредных веществ, и, начиная с Евро-4 (2005 год), добиться требуемого содержания примесей в выхлопе дизелей стало возможно только с помощью специальных систем каталитической нейтрализации. Одной из таких систем и является SCR, направленной исключительно на борьбу с оксидами азота (отсюда и слова «селективный/выборочный» в названии метода).

    Система селективного каталитического восстановления получила свое название благодаря выборочному воздействию на один тип вредных веществ, а именно — на оксиды азота. По своей сути метод SCR довольно прост: он сводится к разложению оксидов азота на газообразный азот и водяной пар в реакции с мочевиной (карбамидом) на керамическом катализаторе (строго говоря, происходит восстановление азота и воды из оксидов азота, что и отражено в названии метода). Для достижения этого в поток отработавших газов разбрызгивается содержащая мочевину жидкость AdBlue, полученная смесь поступает в каталитический нейтрализатор, где под действием катализаторов и высоких температур протекают следующие химические реакции:

    1. Термическое разложение мочевины на метан и изоциановую кислоту — (NH2)2CO → NH3 + HNCO;
    2. Разложение изоциановой кислоты на аммиак и углекислый газ — HNCO + H2O → NH3 + CO2;
    3. Восстановление азота из оксидов азота (при температуре более 250°C) — 4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O;
    4. Восстановление азота из оксидов азота (при температуре 170-300°C) — NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O.

    Так происходит снижение концентрации в отработавших газах наиболее опасных оксидов азота — монооксида и диоксида. При этом возникают безопасные вещества — молекулярный азот и водяной пар, а также некоторое количество углекислого газа. Метод SCR эффективен, однако требует введения в транспортное средство специальной системы и нового расходного материала — жидкого раствора мочевины AdBlue.

    Что такое жидкость AdBlue?

    Жидкость AdBlue представляет собой водный раствор мочевины с определенным содержанием компонентов:

    • Мочевина — 32,5% (по весу), стандартом допускается разброс от 31,8 до 33,2%;
    • Деминерализованная вода — 67,5%.

    Жидкость AdBlue изготавливается только из высокоочищенной мочевины и очищенной от минеральных солей воды. В Европе и России действуют стандарты, регламентирующие состав реагента и его характеристики — европейский ISO 22241, основанный на нем российский ГОСТ Р ИСО 22241, а также немецкий DIN 70070.

    Жидкость AdBlue хранится в отдельном бачке, расположенном рядом с основным топливным баком. Маркируется данный бачок синей крышкой, которая часто имеет надпись «AdBlue». В среднем расход реагента составляет до 4% от расхода дизельного топлива для легковых автомобилей и до 6% — для грузовых.

    Общее устройство и основные принципы действия системы SCR

    В настоящее время практически каждый автопроизводитель предлагает собственную по конструкции систему SCR, однако все они работают на единых принципах. В большинстве ТС данная система включает в себя несколько компонентов и подсистем:

    • Бачок для хранения жидкости AdBlue;
    • Система подачи и дозирования жидкости (насосный блок);
    • Форсунка для впрыска реагента в поток выхлопных газов;
    • Система подогрева жидкости (бачка и трубопроводов);
    • Керамический катализатор в глушителе;
    • Электронная система контроля и управления (электронные блоки управления и датчики).

    Основной реагент хранится в бачке, откуда с помощью насосного блока по трубопроводу поступает к форсунке, расположенной на определенном расстоянии от входа в катализатор, где разбрызгивается и смешивается с потоком горячих газов. В катализаторе происходят описанные выше химические реакции, обеспечивающие снижение содержания соединений азота. Количество и интенсивность подачи реагента регулируется электронным блоком системы SCR, который работает совместно с электронным блоком управления двигателем. Отдельные детали системы следует рассмотреть подробнее.

    Бачок для хранения реагента AdBlue. Пластиковая или металлическая емкость для хранения необходимого запаса реагента. Снабжается крышкой и горловиной, которая может быть предназначена для заливки жидкости с помощью специального заправочного пистолета (в этом случае в ней может располагаться магнитный замок) или из пластиковых емкостей (бутылок, канистр). Для контроля уровня реагента в бачке располагается соответствующий датчик. Горловина бачка имеет простейший сетчатый фильтр. Так как жидкость AdBlue кристаллизуется (замерзает) уже при температуре -11,5°C, в бачке предусмотрен подогрев — он может быть выполнен в виде теплообменника, по которому циркулирует охлаждающая жидкость из двигателя, либо в виде электрического нагревателя. Как уже указывалось выше, бачок закрывается маркированной крышкой.

    Система подачи и дозирования реагента. Обычно данная система выполнена в виде насосного блока (или модуля питания), располагающегося непосредственно на бачке или на небольшом расстоянии от него. В блоке располагается насос, обратный клапан, датчик давления жидкости (в некоторых случаях — и датчик уровня реагента) и нагревательные элементы. Подающий патрубок насоса соединен с бачком, на его конце располагается сетчатый фильтр. Насосный блок связан с блоком управления системой SCR.

    Форсунка для впрыска реагента. Специальная форсунка (или рампа с несколькими форсунками), расположенная в направляющей трубе перед входом в катализатор. Форсунка соединена с насосным блоком нагнетательной магистралью. Обычно ось форсунки расположена под углом 30 градусов относительно оси трубы. Для обеспечения более качественного смешивания реагента с выхлопными газами за форсункой может располагается смеситель в виде решетки или более сложной конструкции.

    Система подогрева жидкости. Данная система охватывает бачок, модуль питания с насосом и все трубопроводы системы, включая и нагнетательную магистраль. Нагревательные элементы выполнены в виде спиралей, располагающихся внутри насосного блока и бачка, и в виде оплетках на трубопроводах. В современных транспортных средствах данная система может управляться собственным контроллером.

    Катализатор в глушителе. Катализатор выполнен в виде блока сотовой структуры (с мелкими отверстиями, повышающими площадь контакта выхлопных газов с катализатором), изготовленного из специальных сортов керамики. На катализатор могут наноситься покрытия из платины и других материалов, обеспечивающих более интенсивное течение химических реакций.

    Электронная система контроля и управления. В основе системы лежит центральный ЭБУ и связанные с ним датчики — температуры жидкости в бачке, температуры выхлопных газов на входе и выходе из катализатора, уровня жидкости в бачке, а также концентрации оксидов азота на выходе из катализатора. Данная система, в свою очередь, работает под контролем ЭБУ силового агрегата.

    Функционирует система SCR следующим образом. При запуске силового агрегата система некоторое время не функционирует, при температуре окружающего воздуха ниже -5°C это время тратится на подогрев жидкости. При нагреве выхлопных газов до 200°C система начинает работу: насос забирает реагент из бачка и под давлением в 5-6 бар направляет ее к форсунке, где происходит разбрызгивание. Электронный блок вносит в работу системы корректировки в соответствии с показателями датчиков и режимом работы двигателя. При остановке двигателя система некоторое время продолжает работать (до 90 секунд) — насос выкачивает жидкость из трубопроводов обратно в бачок, также опорожняется и сам насос. Это предотвращает замерзание жидкости в системе при отрицательных температурах.

    Вопросы эксплуатации и обслуживания системы SCR

    В процессе эксплуатации транспортного средства система SCR требует регулярной дозаправки жидкости AdBlue, для чего следует использовать только сертифицированные и соответствующие стандартам реагенты. О необходимости заправки жидкости свидетельствует соответствующий индикатор на приборной панели.

    Любые неисправности системы отображаются с помощью различных индикаторов (главным образом — Check Engine) и кодов ошибки. В ряде случаев наблюдаются нарушения в работе двигателя, в том числе снижение мощности, повышение дымности выхлопа и т.д. Самостоятельно вмешиваться в данную систему не рекомендуется — при любых признаках неисправности следует обратиться к специалистам.

    Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector