Накопичувальний нейтралізатор відпрацьованих газів, Системи зниження токсичності автомобіля
За конструкцією він не відрізняється від звичайного трикомпонентного нейтралізатора.
Крім виконання функцій трикомпонентного нейтралізатора, він здатний накопичувати оксиди азоту. При роботі двигуна на гомогенній стехіометричній суміші накопичувальний нейтралізатор працює як звичайний трикомпонентний нейтралізатор. При роботі двигуна на бідних пошаровій та гомогенній сумішах цей нейтралізатор не може перетворювати оксиди азоту звичайним способом, але він здатний їх утримувати. Як тільки кількість утриманих оксидів азоту досягає граничного для даного нейтралізатора значення двигун переводиться на режим регенерації. Сірка, що міститься в паливі, також може утримуватися нейтралізатором, займаючи місце оксидів азоту, з якими вона має хімічну спорідненість.
Принцип дії накопичувального нейтралізатора ось у чому. У накопичувальному нейтралізаторі крім трьох прошарків із платини, родію та паладію передбачено четвертий прошарок з оксиду барію. Цей прошарок здатний зв'язувати оксиди азоту при роботі двигуна на бідних сумішах. Процес зв'язування оксидів азоту починається з їх перетворення на діоксид азоту в присутності платини і завершується реакцією, в результаті якої оксид барію переводиться в нітрат барію.
Мал. Накопичення оксидів азоту при коефіцієнті надлишку повітря більше одиниці
Регенерація проводиться за рахунок молекул CO, які надміру утворюються при роботі двигуна на багатих сумішах. Спочатку нітрат барію знову окислюється до оксиду барію за допомогою оксиду вуглецю. У процесі цієї реакції утворюються також діоксид вуглецю та оксид азоту. У присутності родію та платини оксиди азоту відновлюються до азоту, а оксид вуглецю окислюється додіоксиду вуглецю.
Мал. Регенерація при коефіцієнті надлишку повітря менше одиниці
Регенерація нейтралізатора проводиться, якщо концентрація оксидів азоту в газах, що пройшли через нього, перевищила певне значення. Таким чином блок управління двигуном «дізнається» про переповнення нейтралізатора та неможливість накопичення в ньому оксидів азоту. В результаті він переводить двигун на режим регенерації. При цьому проводиться перехід з бідних сумішей на збагачені суміші, що викликають підвищений викид вуглеводнів і оксидів азоту з газами, що відпрацювали.
Для випалювання сірки необхідно вживати особливих заходів, оскільки вона міститься зазвичай як хімічно стабільних сульфатів, які розпадаються у процесі нормальної регенерації нейтралізатора NOx. Сірка займає місця оксидів азоту в покритті нейтралізатора матриці, знижуючи його здатність до накопичення останніх і викликаючи скорочення часу між процесами регенерації.
Видалити сірку з нейтралізатора складніше, ніж оксиди азоту, оскільки вона стійка до високих температур. При регенерації нейтралізатора від оксидів азоту сірка не видаляється, а накопичується. Очищення нейтралізатора від сірки слід проводити, якщо знижується його здатність до накопичення оксидів азоту, що проявляється у скороченні періодичності його регенерації.
Блок керування двигуном зі скорочення періодів регенерації нейтралізатора отримує інформацію про накопичення в ньому сірки, яка обмежує здатність до уловлювання оксидів азоту. Очищення нейтралізатора від сірки проводиться при русі автомобіля зі швидкостями, що перевищують певне мінімальне значення, що залежить від моделі автомобіля. Цикл регенерації триває близько двох хвилин, він починається з наступних операцій:
- двигунпереводиться на гомогенну суміш
- встановлюється пізнє запалювання, внаслідок чого температура газів, що відпрацювали, підвищується до значень, що перевищують 650 °C
Робота двигуна з великою частотою обертання і з великими навантаженнями автоматично призводить до випалювання сірки, оскільки двигун працює на гомогенній суміші, а температура нейтралізатора підвищується до необхідного для окислення сірки рівня.
Основним недоліком каталітичних нейтралізаторів є висока вартість. Крім того, при їх встановленні на автомобілі не допускається застосування етилованих бензинів.