Система снижения токсичности отработавших газов кратко

Обновлено: 04.07.2024

1.Совершенствование двигателя внутреннего сгорания. Автомобили ведущих фирм Европы и США выбрасывают в атмосферу в настоящее время в 10-16 раз меньше вредных веществ, чем в 80-х годах 20 в., этому способствовали такие нововведения как двигатели, работающие на переобедненных смесях, многоклапанные системы перераспределения, впрыск топлива вместо карбюраторного смесеобразования, электронное зажигание. При запуске холодного двигателя используются автоматы пуска и прогрева; на режимах торможения применяют устройство принудительного холостого хода (отключение подачи топлива).

Для уменьшения выбросов оксидов азота используется рециркуляция: часть отработанных газов снова поступает в двигатель, при этом понижается температура сгорания, и оксидов азота образуется меньше.

Автомобиль можно сделать экономически более чистым, применяя электронные системы управления, оптимизирующие работу двигателя, тормозов и других агрегатов.

2.Повышение качества автомобильных бензинов. В большинстве стран мира этилированный бензин в настоящее время не используют. Применяют добавки, не содержащие свинца и не снижающие качества бензина: метилтретичнобутиловый эфир (МТБЭ); этанол; бутанол. Наиболее распространенная добавка – МТБЭ, применение которого снижает содержание СО в выхлопных газах на 10-20%, несгоревших углеводородов – на 5-10%, других вредных летучих соединений на 13-17%.

Разработаны катализаторы, позволяющие проводить перегонку нефти с получением чистых, высокооктановых фракций без каких либо добавок.

3.Автомобили на газе. Перевод автомашин на газовое топливо позволит почти в 100 раз снизить выбросы в атмосферу канцерогенных веществ. Сократится расход нефтепродуктов: каждая тысяча газобаллонных автомобилей сэкономит на грузовых перевозках 12.тыс. т, на пассажирских – 30 тыс.т. бензина в год. Газовое топливо не требует присадок; оно продлевает срок службы двигателя в 1,5 раза; снижает вредные выбросы на 10%.

Разработан автомобиль, где окисление водорода происходит в электрохимическом генераторе, который вырабатывает электроэнергию. В генераторе используются полимерные мембраны, температура процесса 100 ºC. Это исключает синтез оксидов азота. КПД такого двигателя достигает 70% (КПД ДВС 25-45%).

5.Электромобиль. Интерес к этому виду транспорта возник в 1973 г. Вызвано это было не только энергетическими, но и экологическими проблемами. В США в 1993 г. в Калифорнии вступил в силу закон, предусматривающий обязательный выпуск национальными производителями не менее 2% электромобилей.

В Швеции создан 15-тонный грузовик, в двигателе которого совмещен электромотор с газовой турбиной. Электромотор используется на улицах городов, турбина - на загородных шоссе. Максимальная скорость 110 км/ч. Газовая турбина работает на этаноле (можно использовать метанол, природный газ).

6.Нейтрализаторы отработанных газов. Нейтрализатор – дополнительное устройство, которое соединено с выхлопной системой двигателя с целью снижения токсичности выхлопных газов. Применяют нейтрализаторы жидкостные, каталитические, комбинированные и фильтры.

Принцип действия жидкостных нейтрализаторов основан на растворении или химическом взаимодействии токсичных компонентов выхлопных газов при пропускании через воду, раствор сульфата натрия, бикарбоната натрия. Пропускание отработанных газов дизелей через воду приводит к уменьшению запаха, альдегиды поглощаются на 50%, сажа - на 60-80%. Недостаток этих нейтрализаторов - частая смена растворов, неэффективность по отношению к оксиду углерода (II), большая масса и размеры.

Комбинированные нейтрализаторы представляют собой соединенные последовательно жидкостной и каталитические нейтрализаторы.

Для улавливания сажи дизельных ДВС наибольшее применение находят фильтры. Они выполняются в виде нескольких пористых перегородок; обладают механической прочностью и стойкостью к агрессивным средам и высокой температуре.

1.Совершенствование двигателя внутреннего сгорания. Автомобили ведущих фирм Европы и США выбрасывают в атмосферу в настоящее время в 10-16 раз меньше вредных веществ, чем в 80-х годах 20 в., этому способствовали такие нововведения как двигатели, работающие на переобедненных смесях, многоклапанные системы перераспределения, впрыск топлива вместо карбюраторного смесеобразования, электронное зажигание. При запуске холодного двигателя используются автоматы пуска и прогрева; на режимах торможения применяют устройство принудительного холостого хода (отключение подачи топлива).

Для уменьшения выбросов оксидов азота используется рециркуляция: часть отработанных газов снова поступает в двигатель, при этом понижается температура сгорания, и оксидов азота образуется меньше.

Автомобиль можно сделать экономически более чистым, применяя электронные системы управления, оптимизирующие работу двигателя, тормозов и других агрегатов.

2.Повышение качества автомобильных бензинов. В большинстве стран мира этилированный бензин в настоящее время не используют. Применяют добавки, не содержащие свинца и не снижающие качества бензина: метилтретичнобутиловый эфир (МТБЭ); этанол; бутанол. Наиболее распространенная добавка – МТБЭ, применение которого снижает содержание СО в выхлопных газах на 10-20%, несгоревших углеводородов – на 5-10%, других вредных летучих соединений на 13-17%.

Разработаны катализаторы, позволяющие проводить перегонку нефти с получением чистых, высокооктановых фракций без каких либо добавок.

3.Автомобили на газе. Перевод автомашин на газовое топливо позволит почти в 100 раз снизить выбросы в атмосферу канцерогенных веществ. Сократится расход нефтепродуктов: каждая тысяча газобаллонных автомобилей сэкономит на грузовых перевозках 12.тыс. т, на пассажирских – 30 тыс.т. бензина в год. Газовое топливо не требует присадок; оно продлевает срок службы двигателя в 1,5 раза; снижает вредные выбросы на 10%.

Разработан автомобиль, где окисление водорода происходит в электрохимическом генераторе, который вырабатывает электроэнергию. В генераторе используются полимерные мембраны, температура процесса 100 ºC. Это исключает синтез оксидов азота. КПД такого двигателя достигает 70% (КПД ДВС 25-45%).

5.Электромобиль. Интерес к этому виду транспорта возник в 1973 г. Вызвано это было не только энергетическими, но и экологическими проблемами. В США в 1993 г. в Калифорнии вступил в силу закон, предусматривающий обязательный выпуск национальными производителями не менее 2% электромобилей.

В Швеции создан 15-тонный грузовик, в двигателе которого совмещен электромотор с газовой турбиной. Электромотор используется на улицах городов, турбина - на загородных шоссе. Максимальная скорость 110 км/ч. Газовая турбина работает на этаноле (можно использовать метанол, природный газ).

6.Нейтрализаторы отработанных газов. Нейтрализатор – дополнительное устройство, которое соединено с выхлопной системой двигателя с целью снижения токсичности выхлопных газов. Применяют нейтрализаторы жидкостные, каталитические, комбинированные и фильтры.

Принцип действия жидкостных нейтрализаторов основан на растворении или химическом взаимодействии токсичных компонентов выхлопных газов при пропускании через воду, раствор сульфата натрия, бикарбоната натрия. Пропускание отработанных газов дизелей через воду приводит к уменьшению запаха, альдегиды поглощаются на 50%, сажа - на 60-80%. Недостаток этих нейтрализаторов - частая смена растворов, неэффективность по отношению к оксиду углерода (II), большая масса и размеры.

Комбинированные нейтрализаторы представляют собой соединенные последовательно жидкостной и каталитические нейтрализаторы.

Для улавливания сажи дизельных ДВС наибольшее применение находят фильтры. Они выполняются в виде нескольких пористых перегородок; обладают механической прочностью и стойкостью к агрессивным средам и высокой температуре.

Тре­бо­ва­ния по ог­ра­ни­че­нию то­к­сич­но­сти от­ра­бо­тав­ших га­зов дви­га­те­лей вну­т­рен­не­го сго­ра­ния по­я­ви­лись в 70-х го­дах про­шло­го сто­ле­тия в США и Япо­нии, а за­тем и в дру­гих стра­нах. В свя­зи с уве­ли­че­ни­ем ко­ли­че­ст­ва ав­то­мо­би­лей и их от­ри­ца­тель­ным воз­дей­ст­ви­ем на ок­ру­жа­ю­щую сре­ду эти тре­бо­ва­ния по­сто­ян­но уже­сто­ча­ют­ся. На про­тя­же­нии трех де­ся­ти­ле­тий ве­дет­ся ра­бо­та, на­пра­в­лен­ная на ре­ше­ние этой про­б­ле­мы. Все из­вест­ные спо­со­бы сни­зить ко­ли­че­ст­во вред­ных вы­бро­сов за счет ре­гу­ли­ро­вок или из­ме­не­ния кон­ст­рук­ции дви­га­те­ля не да­ли ожи­да­е­мо­го эф­фе­к­та. Кро­ме то­го, их ис­поль­зо­ва­ние при­во­дит к уве­ли­че­нию рас­хо­да то­п­ли­ва и су­ще­ст­вен­но­му сни­же­нию мощ­но­сти.
Не­пол­но­та сго­ра­ния в порш­не­вых бен­зи­но­вых дви­га­те­лях не по­з­во­ля­ет умень­шить ко­ли­че­ст­во ок­си­да уг­ле­ро­да, уг­ле­во­до­ро­дов и оки­слов азо­та в от­ра­бо­тав­ших га­зах до тре­бу­е­мо­го уров­ня 1 .
Нейт­ра­ли­за­ция то­к­сич­ных ком­по­нен­тов от­ра­бо­тав­ших га­зов с ис­поль­зо­ва­ни­ем хи­ми­че­ских ре­ак­ций окис­ле­ния и (или) вос­ста­но­в­ле­ния яв­ля­ет­ся наи­бо­лее эф­фе­к­тив­ным спо­со­бом сни­же­ния то­к­сич­но­сти вы­хло­па при со­в­ре­мен­ном уров­не раз­ви­тия тех­ни­ки. С этой це­лью в вы­пу­ск­ную си­с­те­му дви­га­те­ля ус­та­на­в­ли­ва­ют спе­ци­аль­ный тер­ми­че­ский ре­а­к­тор (ней­т­ра­ли­за­тор).
В от­сут­ст­вие ка­та­ли­за­то­ров пол­ное пре­об­ра­зо­ва­ние ок­си­да уг­ле­ро­да и не­сго­рев­ших уг­ле­во­до­ро­дов про­ис­хо­дит в ди­а­па­зо­не тем­пе­ра­тур от 700 до 850°С при ус­ло­вии из­быт­ка ки­с­ло­ро­да. Нейт­ра­ли­зо­вать окис­лы азо­та при этом не­воз­мож­но, так как обя­за­тель­ным ус­ло­ви­ем их вос­ста­но­в­ле­ния яв­ля­ет­ся не­до­с­та­ток сво­бод­но­го ки­с­ло­ро­да.
В при­сут­ст­вии ка­та­ли­за­то­ров — ве­ществ, ак­ти­ви­зи­ру­ю­щих хи­ми­че­ские ре­ак­ции, тем­пе­ра­ту­ра ней­т­ра­ли­за­ции сни­жа­ет­ся и обес­пе­чи­ва­ет­ся воз­мож­ность пре­об­ра­зо­ва­ния всех то­к­сич­ных ком­по­нен­тов.
Ка­та­ли­ти­че­ские ней­т­ра­ли­за­то­ры ос­но­ва­ны на ис­поль­зо­ва­нии “бла­го­род­ных” ме­тал­лов, что свя­за­но с вы­со­кой хи­ми­че­ской аг­рес­сив­но­стью от­ра­бо­тав­ших га­зов. При­ме­не­ние со­от­вет­ст­ву­ю­щих ка­та­ли­за­то­ров обес­пе­чи­ва­ет воз­мож­ность од­но­вре­мен­но окис­лять ок­сид уг­ле­ро­да и уг­ле­во­до­ро­ды, а так­же вос­ста­на­в­ли­вать окис­лы азо­та. Та­кие ней­т­ра­ли­за­то­ры до­с­та­точ­но дол­го­веч­ны, их при­ме­не­ние не при­во­дит к су­ще­ст­вен­но­му уве­ли­че­нию рас­хо­да то­п­ли­ва и сни­же­нию мощ­но­сти дви­га­те­ля. При оп­ти­маль­ном уп­ра­в­ле­нии про­цес­сом сго­ра­ния и ре­цир­ку­ля­ци­ей от­ра­бо­тав­ших га­зов мо­гут быть вы­пол­не­ны са­мые же­ст­кие эко­ло­ги­че­ские тре­бо­ва­ния, предъ­я­в­ля­е­мые к ав­то­мо­би­лям.

Ус­т­рой­ст­во ней­т­ра­ли­за­то­ра

В штам­по­ван­ном кор­пу­се, из­го­то­в­лен­ном из не­ржа­ве­ю­щей ста­ли, рас­по­ло­жен ка­та­ли­ти­че­ский но­си­тель и эла­стич­ная тер­мо­изо­ля­ци­он­ная про­клад­ка (рис.1).
Устройство автомобильного нейтрализатора выхлопных газов:
1 — штампованный корпус из нержавеющей стали;
2 — каталитический носитель;
3 — эластичная термоизоляционная прокладка. а — керамический носитель; б — металлический носитель из гофрированной фольги.

Ке­ра­ми­че­ский но­си­тель (рис. “а”) про­ни­зан про­доль­ны­ми по­ра­ми-со­та­ми, на по­верх­ность ко­то­рых на­не­сен ак­тив­ный ка­та­ли­ти­че­ский слой. По­ры об­ра­зу­ют мно­же­ст­во тон­ких ка­на­лов для про­пу­с­ка от­ра­бо­тав­ших га­зов. Бла­го­да­ря спе­ци­аль­ной под­лож­ке тол­щи­ной 20—60 ми­к­рон с раз­ви­тым ми­к­ро­рель­е­фом об­щая пло­щадь по­верх­но­сти это­го слоя мо­жет до­хо­дить до 20000 м2. Мас­са ка­та­ли­за­то­ров, на­не­сен­ных на эту ог­ром­ную пло­щадь, со­ста­в­ля­ет все­го 2—3 грам­ма.
Для умень­ше­ния га­ба­ри­тов ке­ра­ми­че­ской де­та­ли и сни­же­ния тер­ми­че­ских на­пря­же­ний в ней но­си­тель из та­ко­го ма­те­ри­а­ла ча­с­то из­го­та­в­ли­ва­ет­ся со­став­ным.
Ме­тал­ли­че­ский но­си­тель (рис. “б”) пред­ста­в­ля­ет со­бой тон­чай­шие со­ты, из­го­то­в­лен­ные из гоф­ри­ро­ван­ной фоль­ги. Это по­з­во­ля­ет уве­ли­чить пло­щадь ра­бо­чей по­верх­но­сти по срав­не­нию с ке­ра­ми­че­ским но­си­те­лем, сни­зить со­про­ти­в­ле­ние дви­же­нию га­зов и ус­ко­рить ра­зо­грев бло­ка до ра­бо­чей тем­пе­ра­ту­ры.

Эла­стич­ная тер­мо­изо­ля­ци­он­ная про­клад­ка слу­жит для ком­пен­са­ции раз­ли­чия тер­ми­че­ско­го рас­ши­ре­ния кор­пу­са и но­си­те­ля. Она так­же пред­на­зна­че­на для за­щи­ты от ви­б­ра­ции, уда­ров, дру­гих ме­ха­ни­че­ских воз­дей­ст­вий и мо­жет из­го­та­в­ли­вать­ся:
- в ви­де про­во­лоч­ной сет­ки из не­ржа­ве­ю­щей тер­мо­стой­кой ста­ли;
- как по­душ­ка из во­ло­кон си­ли­ка­та алю­ми­ния с до­бав­кой слю­ды.

Нейт­ра­ли­за­то­ры для бен­зи­но­вых дви­га­те­лей

Окис­ли­тель­ные ка­та­ли­ти­че­ские ней­т­ра­ли­за­то­ры до­жи­га­ют в при­сут­ст­вии пла­ти­ны и из­быт­ке ки­с­ло­ро­да ок­сид уг­ле­ро­да и уг­ле­во­до­ро­ды.
Не­до­ста­ток за­клю­ча­ет­ся в том, что в этих ус­ло­ви­ях не­воз­мож­но ней­т­ра­ли­зо­вать окис­лы азо­та.

Двух­сту­пен­ча­тые ней­т­ра­ли­за­то­ры при­ме­ня­ют для пре­об­ра­зо­ва­ния всех трех то­к­сич­ных ком­по­нен­тов. Они со­сто­ят из двух ча­с­тей, ус­та­но­в­лен­ных по­с­ле­до­ва­тель­но. Пер­вая сту­пень вос­ста­на­в­ли­ва­ет окис­лы азо­та при де­фи­ци­те ки­с­ло­ро­да, а вто­рая окис­ля­ет ок­сид уг­ле­ро­да и уг­ле­во­до­ро­ды при при­ну­ди­тель­ной по­да­че в нее воз­ду­ха.
Двух­сек­ци­он­ные ней­т­ра­ли­за­то­ры име­ют от­но­си­тель­но слож­ную кон­ст­рук­цию. Ис­поль­зо­ва­ние сме­сей с из­быт­ком то­п­ли­ва, что не­об­хо­ди­мо для вос­ста­но­в­ле­ния оки­слов азо­та, при­во­дит к по­вы­шен­но­му рас­хо­ду то­п­ли­ва.

Трех­ком­по­нент­ные ней­т­ра­ли­за­то­ры спо­соб­ны од­но­вре­мен­но под­дер­жи­вать ре­ак­ции окис­ле­ния и вос­ста­но­в­ле­ния то­к­сич­ных ком­по­нен­тов, со­дер­жа­щих­ся в вы­хлоп­ных га­зах. В ка­че­ст­ве ка­та­ли­за­то­ров для пре­об­ра­зо­ва­ния оки­слов азо­та в азот при­ме­ня­ют пла­ти­ну и ро­дий. Для сни­же­ния тем­пе­ра­ту­ры до­жи­га­ния ок­си­да уг­ле­ро­да и уг­ле­во­до­ро­дов, кро­ме пла­ти­ны, ино­гда ис­поль­зу­ют ру­те­ний. Ре­ак­ции ней­т­ра­ли­за­ции в при­сут­ст­вии ка­та­ли­за­то­ров на­чи­на­ют­ся при тем­пе­ра­ту­ре 250°С. Пре­об­ра­зо­ва­ние наи­бо­лее эф­фе­к­тив­но в ди­а­па­зо­не тем­пе­ра­тур от 400 до 800°С.
Для обес­пе­че­ния ра­бо­ты трех­ком­по­нент­но­го ней­т­ра­ли­за­то­ра не­об­хо­дим сте­хио­мет­ри­че­ский со­став то­п­ли­во-воз­душ­ной сме­си. При этом на 1кг то­п­ли­ва долж­но по­да­вать­ся 14,7—14,9кг воз­ду­ха, что обес­пе­чи­ва­ет наи­бо­лее пол­ное сго­ра­ние.
Си­с­те­ма по­да­чи то­п­ли­ва с элек­трон­ным бло­ком уп­ра­в­ле­ния обес­пе­чи­ва­ет сте­хио­мет­ри­че­ский со­став го­рю­чей сме­си на всех ре­жи­мах ра­бо­ты дви­га­те­ля. Уп­ра­в­ле­ние осу­ще­ст­в­ля­ет­ся с ис­поль­зо­ва­ни­ем сиг­на­ла, ге­не­ри­ру­е­мо­го спе­ци­аль­ным дат­чи­ком ки­с­ло­ро­да (рис.5), ус­та­но­в­лен­ным в си­с­те­ме вы­пу­с­ка.

Лямбда-Зонд (Дат­чик ки­с­ло­ро­да) вы­да­ет элек­т­ри­че­ский им­пульс в за­ви­си­мо­сти от на­ли­чия или от­сут­ст­вия ки­с­ло­ро­да в от­ра­бо­тав­ших га­зах. Ес­ли ки­с­ло­род по­я­вил­ся, смесь со­дер­жит из­бы­ток воз­ду­ха (обед­не­на), ес­ли ки­с­ло­род ис­чез, смесь со­дер­жит из­бы­ток то­п­ли­ва (обо­га­ще­на). По сиг­на­лу дат­чи­ка элек­трон­ная си­с­те­ма уп­ра­в­ле­ния дви­га­те­лем по­сто­ян­но под­дер­жи­ва­ет смесь сте­хио­мет­ри­че­ско­го со­ста­ва.

Нейт­ра­ли­за­то­ры для ди­зе­лей

Срав­ни­тель­но не­боль­шое со­дер­жа­ние вред­ных ком­по­нен­тов в от­ра­бо­тав­ших га­зах ди­зе­лей не тре­бо­ва­ло в про­шлом ус­та­нов­ки спе­ци­аль­ных уст­ройств. Од­на­ко уже­сто­че­ние норм то­к­сич­но­сти кос­ну­лось и их. По­я­ви­лись си­с­те­мы сни­же­ния то­к­сич­но­сти вы­хло­па, вклю­ча­ю­щие ре­цир­ку­ля­цию от­ра­бо­тав­ших га­зов, ка­та­ли­ти­че­ский ней­т­ра­ли­за­тор и спе­ци­аль­ный са­же­вый фильтр. Са­жа, со­дер­жа­ща­я­ся в вы­хло­пе, не­то­к­сич­на, но она ад­сор­би­ру­ет на по­верх­но­сти сво­их ча­с­тиц кан­це­ро­ген­ные по­ли­ци­к­ли­че­ские уг­ле­во­до­ро­ды, в том чис­ле бенз-а-пи­рен. Ка­та­ли­ти­че­ские ней­т­ра­ли­за­то­ры в этом слу­чае не тре­бу­ют по­да­чи до­пол­ни­тель­но­го воз­ду­ха, по­сколь­ку ди­зе­ли ра­бо­та­ют на очень бед­ных сме­сях и в вы­хлоп­ных га­зах все­гда при­сут­ст­ву­ет сво­бод­ный ки­с­ло­род. Кон­цен­т­ра­ция про­ду­к­тов не­пол­но­го сго­ра­ния в от­ра­бо­тав­ших га­зах зна­чи­тель­но ни­же, чем в бен­зи­но­вом дви­га­те­ле.
Са­же­вые фильт­ры из­го­та­в­ли­ва­ют в ви­де по­ри­с­то­го фильт­ру­ю­ще­го ма­те­ри­а­ла из кар­би­да крем­ния. Пе­ри­о­ди­че­ски фильт­ры очи­ща­ют от­ра­бо­тав­ши­ми га­за­ми, тем­пе­ра­ту­ру ко­то­рых для это­го по­вы­ша­ют пу­тем впры­ска то­п­ли­ва в ци­лин­д­ры с за­по­зда­ни­ем. Для сни­же­ния тем­пе­ра­ту­ры ре­ге­не­ра­ции при­ме­ня­ет­ся спе­ци­аль­ная при­сад­ка к то­п­ли­ву. Очи­ст­ка фильт­ра про­ис­хо­дит по ко­ман­де бло­ка уп­ра­в­ле­ния по­с­ле ка­ж­дых 400—500 км про­бе­га ав­то­мо­би­ля.

Ре­ко­мен­да­ции

Для обес­пе­че­ния эф­фе­к­тив­ной ра­бо­ты ней­т­ра­ли­за­то­ра не­об­хо­ди­мо ис­поль­зо­вать толь­ко ка­че­ст­вен­ное не­эти­ли­ро­ван­ное то­п­ли­во, так как со­дер­жа­щий­ся в бен­зи­не те­т­ра­этил­сви­нец (ТЭС) не­об­ра­ти­мо “от­ра­в­ля­ет” ка­та­ли­ти­че­скую по­верх­ность.
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, при­ве­ден­ные в ин­ст­рук­ции по экс­плу­а­та­ции ав­то­мо­би­лей. Они на­пра­в­ле­ны 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 мож­но из­ло­жить сле­ду­ю­щим об­ра­зом:
· не сле­ду­ет бес­по­лез­но кру­тить дви­га­тель стар­те­ром дли­тель­ное вре­мя;
· в хо­лод­ное вре­мя го­да, ес­ли дви­га­тель не за­пу­с­тил­ся с пер­вой по­пыт­ки, не­об­хо­ди­мо из­бе­гать по­втор­ных вклю­че­ний стар­те­ра че­рез ко­рот­кие про­ме­жут­ки вре­ме­ни;
· нель­зя пу­с­кать дви­га­тель пу­тем бу­к­си­ров­ки;
· за­пре­ща­ет­ся про­ве­рять ра­бо­ту ци­лин­д­ров, от­клю­чая све­чи за­жи­га­ния.

1 Основным источником образования несгоревших остатков является гашение пламени в пристеночных зонах, в зазоре между поршнем и цилиндром, между поршневыми кольцами и канавками в поршне и т.д. Другая причина — неравномерность состава смеси по объему цилиндра, особенно у непрогретого двигателя и на переходных режимах.

Не нужно считать, что скопления углеводородов (CH) и окислов азота (NOx), под воздействием солнечного света и химических реакций превращающихся в смог, — примета лишь современности. Первое упоминание об удушливых облаках, повисающих над городом, относится к 1942 году. Дело было в промышленно развитой Калифорнии. Спустя восемь лет смог для этого штата стал обычным явлением, из-за чего во второй половине 60-х в нем вступили ограничения по концентрации вредных выбросов в выхлопе. Остальная Америка пришла к этому позже. В 1970 году был принят закон, по которому для автомобилей 1975 модельного года строго регламентировалось процентное содержание CH, NOx и окиси углерода (CO). В это же десятилетие к законодательному регулированию вредных выбросов пришли в Европе и Японии.

Ядовитая завеса вызывает и тем более осложняет болезни дыхательных путей. Для астматиков и прочих это явление порой буквально смерти подобно

Каталитические нейтрализаторы, или конвертеры (в народе просто катализаторы), появились как раз в первой половине 70-х и, как вы понимаете, автопроизводители США какое-то время здесь были на передовых ролях. Что любопытно, помимо непосредственного снижения токсичности выхлопа эти устройства потянули за собой модернизацию сразу нескольких направлений развития автомобилестроения. Это обуславливалось самим принципом их действия, который, кстати, не изменился до сих пор.

Какое-то время и на разных моделях нейтрализаторы соседствовали с карбюраторами или механическим впрыском. Например, Chrysler (на фото модель New Yorker образца 1979 года, V8 объемом 5,2 или 5,9 л), обжегшись с электронным управлением подачей топлива еще в 50-х годах, переводить на него свои моторы не спешил. Но предельные нормы содержания различных элементов в выхлопе были утверждены законодательно — приходилось как-то увязывать катализатор и карбюратор

Экология — двигатель прогресса

Для того чтобы сделать топливовоздушную смесь стабильной, карбюраторы начали дополнять электронным управлением. В 1975 году в Штатах же появились транзисторные системы зажигания, к минимуму сводившие пропуски в искрообразовании, от которых топливо догорало в нейтрализаторе и спекало его внутренности. Обратились к системе рециркуляции отработавших газов, которая, снижая температуру сгорания топливной смеси, уменьшает количество окислов азота. Наконец, борьба за экологию, как и желание снять побольше мощности, тоже поспособствовала скорейшему внедрению электронного впрыска — системы, способной наиболее полно раскрыть потенциал катализаторов. Тогда же, в 70-х, произошло еще одно событие — под действием законов и общественности нефтепромышленники отказались от присадок на основе тетраэтилсвинца.

На рисунке слева можно видеть схематичное изображение системы рециркуляции отработавших газов. Она позволяет снизить температуру сгорания горючей смеси и тем самым уменьшить количество окислов азота. Справа клапан EGR после местной эксплуатации. Его чистка прописана в сервисных операциях дилерских автомобилей

А нейтрализаторы продолжили совершенствовать. Четверть века назад бочонок двинулся из-под днища автомобиля в моторный отсек, вплотную к выпускному коллектору. Это понадобилось для быстрейшего его прогрева и уменьшения вредных выбросов сразу после пуска автомобиля — вещества-катализаторы начинают действовать только при 250–300 градусах. Позже предлагались разработки отдельного электроразогрева нейтрализатора мощностью до нескольких кВт. Были системы из двух нейтрализаторов, где первый располагался непосредственно в тракте и работал, пока прогревался основной узел. Устраивались адсорбционные ловушки для углеводородов, придерживавшие их до выхода катализатора на рабочую температуру. Велись и ведутся эксперименты с материалами наполнителя. Жаропрочная керамика сравнительно тяжела и далеко не идеальна для создания сверхтонких сот. Металл для ячеек использовался и ранее, а теперь к нему обращаются вновь — на ином технологическом уровне, используя различные биметаллические сплавы. Легкие, устойчивые к температуре, тонкие, как фольга, благодаря чему можно значительно увеличить площадь напыления платины, палладия и родия.

Узел, похожий на какое-то насекомое, — так называемый катколлектор. Каталитический нейтрализатор, объединенный с выпускным коллектором. Такое расположение первого влияет на его эффективность, однако делает узел дороже и может привести к повреждениям поршневой группы, о чем ниже

К измерению содержания кислорода фирма Bosch пришла еще в 1968 году, однако первый лямбда-зонд появился только спустя восемь лет — на Volvo модели 240/260 для рынка Северной Америки. Чуть позже и другие производители поняли, что без обратной связи с блоком управления нейтрализатору не обеспечить максимальную эффективность

Избавиться от сажи!

В начале 2000-х дошла очередь до дизелей. Их, оборудованных привычными уже каталитическими нейтрализаторами, стали оснащать сажевыми фильтрами (DPF, Diesel Particulate Filter). Дело в том, что температура выхлопных газов в режимах без нагрузки здесь ниже, чем у бензиновых моторов. Ее не хватает для полного сжигания углеродов, так получаются твердые частицы или сажа, которая может пройти через нейтрализатор.

Сажевый фильтр расположили перед катализатором. В нем тоже есть платина и такие же соты-каналы. Только расположены последние в шахматном порядке и делятся на впускные и выпускные. А между ними — фильтры-перегородки, сдерживающие твердые частицы с окислами азота. Первыми его внедрили французы из Peugeot, чуть позже немцы. Toyota в 2003-м пошла дальше — изобрела DPNR (Diesel Particulate NOx Reduction). Вроде бы тот же DPF, однако с принципиальным отличием. Он не накапливает твердые частицы — дожигает их при помощи кислорода, выделяемого из окислов азота, и дополнительной форсунки, подающей солярку в узел. Аналогом тойотовской системы является FAP (Filtre A Particules) от Peugeot. В ней для очищения фильтра от сажи служит присадка на основе редкоземельного элемента церия, которая впрыскивается в дизтопливо по сигналам ЭБУ. Что-то подобное встречается на некоторых моделях Citroen, Ford, Volvo.

Причем японцы всей системе DPNR дают гарантию, равную гарантии автомобиля. Нечто неординарное! Обычно элементы очистки выхлопных газов из договора о ней выводятся. Впрочем, о массовых проблемах с тойотовской NOx Reduction слышать не приходилось. Иное дело обычные DPF и катализаторы — что на дизелях, что на бензиновых моторах.

Впускные каналы сажевого фильтра открыты со стороны двигателя, но закрыты с другого конца. Выхлопные газы проходят через фильтрующие перегородки, оставляя на них сажу с NOx, и попадают в выпускные каналы, открытые со стороны расположенного за DPF нейтрализатора

Очищают выхлоп и с помощью мочевины или AdBlue, как этот продукт называется в Европе — жидкости на основе аммиака, которая реагирует с NOx, после чего образуется просто азот и водяной пар. Впервые появившаяся на Mercedes в 2005 году мочевинная нейтрализация получила большее распространение на тяжелой технике, где она выступает альтернативой системе EGR.

Daimler-Chrysler был как минимум одним из первых, кто обратился к нейтрализации окислов азота с помощью мочевины. У них система называется SCR — Selective Catalytic Reduction. Помимо лучшей экологичности, моторы с AdBlue еще и экономичнее дизелей без нее. Большинство производителей жестко привязывают двигатель к мочевине — без нее он теряет до половины своей отдачи (хотя все это обходится местными умельцами). Речь идет о грузовиках и автобусах. Правда, популярна аммиачная очистка и у американских производителей внедорожников и пикапов

Избавиться от нейтрализатора!

Ко всему прочему оставляет желать лучшего понимание того, с каким сложным и нежным узлом мы имеем дело. От этого страдает общая культура его эксплуатации. Так что же нужно знать и чего остерегаться?

Например, жестких контактов корпуса нейтрализатора о поверхность, от которых может разрушиться керамика. Переливов бензина в камеры сгорания — при неудачных пусках, пропусках зажигания и т. д. — когда топливо собирается в катализаторе и, не успев испариться, воспламеняется и спекает его соты. Попадания туда масла. Сажевый фильтр на дизеле вообще очень требователен к состоянию топливной аппаратуры. Наконец, даже парковать машину надо с умом — не над кучами листьев, сухой травой, прочими легкогорючими массами, способными вспыхнуть от раскаленного корпуса катализатора.

Слева металлические соты, справа — керамические. Не факт, что первые хуже справляются с вредными выбросами. Зато они безопасны для двигателя

Разница в повреждениях нейтрализатора может быть большая, это видно на снимках. Так или иначе, но керамическая пыль готова после этого попадать в цилиндры

Кстати, иной раз начинающие разрушаться керамические соты могут никак о себе не заявлять. Положиться здесь можно только на удачу. Либо на собственную осторожность — вскрыть, посмотреть. Хотя и вскрыть-то в некоторых случаях не удастся — на тех же катколлекторах. Но что делать, если все очевидно? Обратимся к специалистам. Фирм, оказывающих такую услугу, в крупных городах достаточно. И варианты существуют. Впрочем, тут многое зависит от марки, модели, даже рынка сбыта. И как бы это странно ни звучало, от программного обеспечения ЭБУ.

Сейчас ситуация активно меняется — японские производители приходят к блокам управления, в которых можно перепрошивать программное обеспечение. Для компаний из Европы и США это едва ли не традиция. В общем-то также ничего сложного — прошивка замещается той, что отвечает экологическим требованиям Евро-2, для соответствия которым нет необходимости в каталитическом нейтрализаторе. Тут не важно, бензиновый двигатель или дизельный. С последними, кстати, владельцы обращаются тогда, когда уже не помогает прожиг сажевого фильтра. Стоимость удаления аналогична — 3000 руб. Однако работы по электронике сильно зависят от марки и модели. Можно обойтись 14 000–16 000 руб. А в иных случаях цена поднимается до 40 000–50 000 руб. Все равно минимум вдвое дешевле, чем покупка оригинального каталитического нейтрализатора.

На дизельных американских пикапах система рециркуляции отработавших газов — увесистая конструкция (слева), на место которой встают заглушки (справа). Какая-никакая, а еще экономия массы

Словом, современные экотехнологии — тоже в духе нынешних тенденций автомобилестроения. Ладно, требуют вложений средств. Но могут и приговорить святая святых. Тот, кто один раз столкнулся с вынужденным ремонтом ЦПГ, вряд ли будет в будущем покупать новый катализатор — хоть универсальный, хоть от Патриота. Решит проблему кардинально.

Все бензиновые модели приспособлены для заправки неэтилированным топливом. Помимо этого, системы их питания разработаны с учетом последних жестких требований к охране окружающей среды и позволяют достаточно эффективно понизить токсичность выпускаемых в атмосферу отработавших газов. В стандартную комплектацию всех моделей входит система вентиляции картера. Большинство бензиновых моделей оборудованы каталитическим преобразователем и системой улавливания топливных испарений (EVAP) (см. выше в настоящей Главе).

На всех дизельных моделях также обеспечен строгий контроль за составом отработавших газов и предусмотрена система вентиляции картера. На некоторых моделях устанавливается каталитический преобразователь. Еще более полному уничтожению токсичных составляющих способствует введение на отдельных моделях системы рециркуляции отработавших газов (EGR). На оборудованных системой турбонаддува автомобилях EGR может использоваться в паре системой компенсации изменений атмосферного давления.

Ниже более подробно описаны принципы функционирования отдельных систем и устройств, использование которых способствует снижению токсичности отработавших газов.

Система вентиляции картера

Система позволяет снизить уровень эмиссии в атмосферу содержащихся в картерных газах углеводородов. Блок двигателя выполнен герметично, прорывающиеся в него в обход поршневых колец из камер сгорания газы вместе с масляными испарениями принудительно выводятся из картера во впускной трубопровод, и уничтожаются в процессе нормального функционирования двигателя. Прежде чем попасть во впускной трубопровод картерные газы прогоняются через сетчатый маслоотделитель.

При повышении глубины разрежения во впускном трубопроводе (холостые обороты, торможение двигателем) картерные газы высасываются из двигателя. Если глубина разрежения невысока (акселерация, движение с полностью открытой дроссельной заслонкой), газы выталкиваются за счет относительного повышения давления внутри картера. Если двигатель сильно изношен, давление в его картере будет постоянно повышенным (за счет более интенсивного продувания газов из камер сгорания в обход поршневых колец), что обеспечивает постоянный возврат части газового потока при любом давлении во впускном трубопроводе.

Каталитический преобразователь и l-зонд

С целью снижения уровня эмиссии в атмосферу токсичных продуктов сгорания в систему выпуска некоторых моделей устанавливается каталитический преобразователь. При этом включенный в систему выпуска кислородный датчик (l-зонд) обеспечивает обратную связь с ECU системы управления двигателем. На основании анализа получаемой от датчика информации об уровне содержания в отработавших газах кислорода ECU осуществляет мгновенную корректировку состава воздушно-топливной смеси, постоянно поддерживая оптимальные условия для функционирования каталитического преобразователя.
l-зонд оборудован встроенным электрическим нагревательным элементом, функционированием которого через реле кислородного датчика осуществляет ECU системы управления двигателем. Рабочий наконечник датчика регистрирует уровень содержания в отработавших газах О2 и функционирует эффективно только при достаточно высоких рабочих температурах, поддержание которых и обеспечивает нагревательный элемент. Датчик вырабатывает напряжение, амплитуда которого прямо пропорциональна уровню содержания кислорода в отработавших газах. При впрыскивании в двигатель переобогащенной воздушно-топливной смеси содержание кислорода в продуктах сгорания достаточно невелико, и датчик вырабатывает низковольтный сигнал. По мере обеднения смеси амплитуда вырабатываемого датчиком сигнала повышается. Наиболее полному сгоранию смеси с минимальным содержанием токсичных составляющих в продуктах сгорания соответствует соотношение содержания бензина к воздуху 1 : 14.7, т.е. на одну весовую часть воздуха должна приходиться одна весовая часть топлива. Данное соотношение называется стехиометрическим числом. Вблизи данной точки изменение амплитуды вырабатываемого датчиком сигнала происходит широкими скачками, ECU при этом незамедлительно вырабатывает команду на соответствующую корректировку состава воздушно-топливной смеси за счет изменения времени открывания инжекторов/форсунок.

Система улавливания топливных испарений (EVAP)

Данная система позволяет существенно снизить уровень эмиссии в атмосферу несгоревших углеводородных соединений. Система устанавливается на модели, оборудованные каталитическим преобразователем. Крышка заливной горловины топливного бака закрывается герметично. Позади радиатора, на левой стенке двигательного отсека установлен угольный адсорбер, аккумулирующий в себе топливные испарения, выделяющиеся в баке во время стоянки автомобиля. Продувка адсорбера после запуска двигателя осуществляется по команде ECU системы управления. Специальный клапан, открываясь, обеспечивает вывод скопившегося в адсорбере топлива во впускной тракт, откуда оно поступает в камеры сгорания и выжигается в процессе нормального функционирования двигателя.

Во избежание нарушения стабилизации оборотов холостого хода и для защиты каталитического преобразователя от эффекта воздействия переобогащенной смеси клапан продувки угольного адсорбера открывается только после того, как двигатель не прогреется до нормальной рабочей температуры и не окажется под нагрузкой. Далее ECU вырабатывает команды на периодические включения-выключения электромагнитного клапана. В процессе таких модуляций и происходит вывод скопившегося в адсорбере топлива во впускной тракт двигателя.

Информация по функционированию системы выпуска представлена в разделе Система выпуска отработавших газов - общая информация, снятие и установка.

Система вентиляции картера

См. выше подраздел "Бензиновые модели - системы вентиляции картера".

Каталитический преобразователь входит в комплектацию отдельных моделей и представляет собой помещенную в металлический контейнер мелкоячеистую сетку с включениями каталитических металлов. Сквозь сетку прогоняются разогретые до высокой температуры отработавшие газы двигателя. Катализатор способствует ускоренному окислению таких соединений, как монооксид углерода (СО), не до конца сгоревшие углеводородные соединения, сажа и т.п., позволяя существенно снизить токсичность выхлопа.

Система рециркуляции отработавших газов (EGR)

Система обеспечивает рециркуляцию части отработавших газов во впускной тракт двигателя и включения их в процесс горения воздушно-топливной смеси. При этом снижается уровень содержания в продуктах сгорания токсичных оксидов азота (NOx).

Объем рециркуляции контролируется электронным блоком управления системы.

Функциональная схема системы рециркуляции отработавших газов (EGR)

1 — Воздухоочиститель
2 — Переключатель нагрузки
3 — Термочувствительный датчик-выключатель (на 60°С)
4 — Система выпуска отработавших газов

5 — Клапан EGR
6 — Вакуумный насос
7 — Электромагнитный клапан управления

Система функционирует при температуре охлаждающей жидкости 60°С и нагрузке не выше регулировочного значения переключателя (2) на ТНВД. Блок управления открывает электромагнитный клапан (7), контролирующий функционирование всей системы. Создаваемое расположенным на конце распределительного вала вакуумным насосом разрежение заставляет срабатывать установленный в выпускном коллекторе клапан EGR (5), причем это срабатывание происходит только при открытом клапане управления (7).

Дополнительно, впускной трубопровод оборудован пластинчатой заслонкой, позволяющей корректировать соотношение состава смеси подаваемых во впускной тракт отработавших газов с всасываемым в двигатель воздухом. Кроме того, заслонка предотвращает подачу в трубопровод отработавших газов при работающем на холостых оборотах или под низкой нагрузкой двигателе, когда клапан в выпускном коллекторе полностью открыт.
Блок управления системы вырабатывает команды на основании анализа поступающей на него информации о температуре охлаждающей жидкости и частоте вращения двигателя (датчик ВМТ).

Система компенсации изменений атмосферного давления

Система позволяет приостановить корректировку опережения момента впрыска с целью снижения уровня задымленности при определенных соотношениях температуры двигателя и атмосферного давления. Система функционирует совместно с системой преднакала (см. Система преднакала - дизельные модели), используя информацию, поступающую от датчика температуры охлаждающей жидкости и датчика-выключателя атмосферного давления.

Информация по функционированию системы выпуска представлена в разделе Система выпуска отработавших газов - общая информация, снятие и установка.

Читайте также:

  
• Школа бехтерева в психологии кратко
  
• Должностная инструкция заместителя директора по хозяйственной работе в школе рб
  
• Проблемы развития современного китая демография экология ресурсы социальная политика кратко
  
• Прием отсроченная отгадка в начальной школе примеры
  
• Отчет по музыке в школе