 |
16. Каталитическая нейтрализация вредных веществ ДВС
|
|
|
|
16. Каталитическая нейтрализация вредных веществ ДВС
На современных автомобилях для снижения выбросов вредных веществ устанавливаются трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы. Трехкомпонентными их называют потому, что они нейтрализуют три вредных составляющих выхлопных газов: СО, СН и NO. Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор представляет собой корпус из нержавеющей стали, включенный в систему выпуска до глушителя. В корпусе располагается блок носителя с многочисленными продольными порами, покрытыми тончайшим слоем вещества катализатора, которое само не вступает в химические реакции, но одним своим присутствием ускоряет их течение. В качестве катализатора используется платина и палладий, которые способствуют окислению СО и СН, а родий ”борется” с NOx. В результате реакций в нейтрализаторе токсичные соединения CO, CH и NOx окисляются или восстанавливаются до углекислого газа СО2, азота N2 и воды Н2О.
Как правило, носителем в нейтрализаторе служит спецкерамика -монолит со множеством продольных сот-ячеек, на которые нанесена специальная шероховатая подложка. Это позволяет максимально увеличить эффективную площадь контакта каталитического покрытия с выхлопными газами - до величин около 20 тыс. кв. м. Впрочем, все шире в качестве носителей каталитического слоя используются тончайшие металлические соты. Это позволяет увеличить площадь рабочей поверхности, получить меньшее противодавление, ускорить разогрев каталитического нейтрализатора до рабочей температуры и, главное, расширить температурный диапазон до 1000-1050°С.
На первый взгляд может показаться, что установка катализатора решает все экологические проблемы. Однако, температура, при которой катализатор начинает действовать (температура активации), находится в пределах 250–350°С. Время же, необходимое для разогрева, может достигать нескольких минут и зависит от типа автомобиля, способа его эксплуатации и температуры воздуха. Холодный катализатор практически неэффективен – следовательно, необходимо уменьшить время достижения температуры активации. Проблему частично решили, приблизив нейтрализатор к выпускному коллектору (такое сочетание часто называют катколлектором). Кроме этого, коллектор изготавливают из тонкостенных стальных труб вместо массивных чугунных и дополнительно утепляют, уменьшив тем самым тепловые потери. Другой способ быстро прогреть нейтрализатор – подать в отработавшие газы дополнительную порцию воздуха и одновременно обогатить смесь. Топливо догорает уже на выпуске, температура выхлопных газов растет, и нейтрализатор быстрее выходит на рабочий режим. Иногда нейтрализатор разогревают электрическим термоэлементом, однако это влечет дополнительные энергозатраты.
|
|
|
Трехкомпонентный нейтрализатор наиболее эффективен при определенном составе отработавших газов. Если горючая смесь будет богаче, то упадет эффективность нейтрализации СО и СН, если беднее- NOx. Поддерживать стехиометрический состав горючей смеси можно было только одним способом- управлять смесеобразованием, немедленно получая информацию о процессе сгорания, то есть, организовав обратную связь.
17. Термический нейтрализатор
Термическая нейтрализация отработавших газов основана на процессе интенсификации окисления несгоревших продуктов путем повышения температуры и времени прохождения реакции. Принципиально термический нейтрализатор представляет собой теплоизолированный объем, проходя через который отработавшие газы доокисляются за счет его теплоты. Термический нейтрализатор имеет довольно сложное конструктивное решение и перспективен только для форкамерных карбюраторных двигателей, работающих на обедненных смесях.
|
|
|
18. Жидкостные нейтрализаторы
Жидкостная нейтрализация отработавших газов, основанная на их пропускании через слой воды, получила широкое распространение только на дизельных автомобилях МоАЗ, работающих в подземных выработках. В жидкостном нейтрализаторе отработавшие газы проходят через каталитический фильтр во впускном патрубке / и далее через газораспределитель и успокоитель, преодолевая сопротивление слоя воды с образованием мелких пузырьков (барботаж). выходят в выпускной патрубок. В процессе барботажа сажевые частицы отработавших газов осаждаются, а водорастворимые компоненты (альдегиды, оксиды серы, азота и др. ) нейтрализуются и также улавливаются жидкостью.
19. Газовое топливо, как способ снижения вредных выбросов двигателей.
История развития газомоторного топлива показывает, что применение газа в двигателях внутреннего сгорания зависит от следующих основных факторов: уровня технического прогресса; дефицита нефтяного моторного топлива; ухудшения экологии городов, вызванное вредными выбросами автомобилей, работающих на нефтяных топливах; ресурсами и уровнем добычи нефти и газа. Снижение выброса загрязняющих веществ в атмосферу при примене-нии газового топлива определяется теми же свойствами природного газа, что обеспечивают высокую топливную экономичность двигателей. Бензиновые двигатели в силу высокого значения предела обеднения (54 г топлива на 1 кг воздуха) вынужденно регулируются на богатые смеси, что приводит к недос-татку кислорода в смеси и неполному сгоранию топлива. В результате в выхло-пе такого двигателя может содержаться значительное количество угарного газа (СО), который всегда образуется при недостатке кислорода. В случае же, когда кислорода достаточно, в двигателе при сгорании развивается высокая темпера-тура (более 1800о С), при которой происходит окисление азота воздуха избы-точным кислородом с образованием окислов азота, токсичность которых в 41 раз превосходит токсичность СО – боевого отравляющего вещества. Кроме этих компонентов, в выхлопе бензиновых двигателей содержаться углеводоро-ды и продукты их неполного окисления, которые образуются в пристеночном слое камеры сгорания, где охлаждаемые водой стенки не позволяют жидкому топливу испариться за короткое время рабочего цикла двигателя и ограничива-ют доступ кислорода к топливу. В случае применения газового топлива все ука-занные факторы действуют значительно слабее, в основном вследствие более бедных смесей. Продукты неполного сгорания практически не образуются, так как всегда есть избыток кислорода. Окислы азота образуются в меньшем коли-честве, так как при бедных смесях температура сгорания значительно ниже. Пристеночный слой камеры сгорания содержит меньше топлива при бедных га-зо-воздушных смесях, чем при более богатых бензино воздушных. Таким обра-зом, при правильно отрегулированном газовом двигателе выбросы в атмосферу угарного газ оказываются в 5-10 раз меньше, чем у бензинового, окислов азота в 1, 5 – 2, 0 раза меньше и углеводородов в 2 –3 раза меньше. Это позволяет со-блюдать перспективные нормы токсичности автомобилей («Евро-2» и возмож-но и «Евро-3») при надлежащей отработке двигателей.
|
|
|
Экологическая безопасность определяется тремя факторами:
- сокращение расхода быстро истощающихся ресурсов;
- значительно меньшими выбросами в воздух загрязняющих веществ двигателями, работающими на газе, чем использующими нефтяные топлива;
- снижением выброса тепличных газов.
|
|
|
