Нейтралізатори відпрацьованих газів автомобільних двигунів
Нейтралізатори відпрацьованих газів
Нейтралізатори служать для зниження концентрації у відпрацьованих газах токсичних компонентів. Основними токсичними речовинами у газах, що відпрацювали, є оксид вуглецю (СО), група оксидів азоту (NOx, основний з них NO2) і вуглеводні (CmHn).
Розрізняють термічні та каталітичні нейтралізатори.
У термічних нейтралізаторах відбувається повне відновлення СО в СО2 та догорянні СН. Оксид вуглецю (СО) має значну теплоту згоряння, але горить при температурі вище 700 ˚С. Для спалювання оксиду вуглецю відпрацьовані гази підігрівають (при необхідності) в термоізольованій камері і подають до неї додаткову порцію повітря. Застосування додаткової подачі палива для підігріву газів та нагнітання повітря призводять до збільшення витрат палива до 15%.
Найбільш поширені каталітичні нейтралізатори. Їхня дія заснована на зниженні енергії, що виділяється при хімічних процесах окислення токсичних речовин, шляхом застосування каталізаторів (платини, паладію, родію).
Каталітичні нейтралізатори діляться на кшталт окислювальні (переводять СО в СО2) і відновлювальні (розщеплюють NOx на вільний азот і кисень), і навіть трикомпонентні (нейтралізують всі три токсину – СО, СН і NOx, т. е. є окислювально-відновними).
Каталітичні нейтралізатори можуть бути однокамерними та двокамерними. Носій може бути керамічний чи металевий.
Найчастіше застосовують трикомпонентні нейтралізатори. Найбільш ефективно вони працюють у поєднанні з λ-зондами, однак і без них здатні знизити викиди токсинів на 50%. λ-зонд являє собою датчик визначення кількості вільного кисню у відпрацьованихгазів. За отриманими від датчика даними електронний мікропроцесор визначає коефіцієнт надлишку повітря α, коригуючи після цього кількість палива, що подається в циліндри.
Ефективна робота каталітичного нейтралізатора відповідає дуже вузькому діапазону значень коефіцієнта надлишку повітря (0,98≤α≤1). При відхиленні складу займистої суміші від зазначених значень ефективність дії каталізатора різко падає. Використання мікропроцесора спільно з λ-зондом дозволяє підтримувати склад суміші з точністю ±1%.
Пристрій каталітичного нейтралізатора
Каталітичний нейтралізатор складається з металевого корпусу (Мал. 7), в якому знаходиться носій 2, покритий активним каталітичним шаром. Носій може бути насипний або монолітний, керамічний або металевий. Найчастіше застосовують монолітні нейтралізатори із термостійкої кераміки. У їхньому корпусі виконані канали квадратного перерізу. Поверхні каналів покриті тонкою плівкою каталізатора – платиною, паладієм, родієм (у співвідношенні 1:16:1). На один нейтралізатор потрібно 1,5-3 г благородних металів. Платина сприяє окислювальним процесам, родій – відновлювальним. Шаром благородних металів покривають попередньо нанесений на кераміку шар оксиду алюмінію, який збільшує активну поверхню каталізатора та стимулює прискорення реакцій.
Щоб підвищити опір кераміки ударним навантаженням та компенсувати термічне розширення металевих деталей, між корпусом та перегородками поміщають набивання з високолегованого дроту. Нормальна робота каталітичних нейтралізаторів протікає за нормальної температури 250 ˚С, т. е. після значного прогріву двигуна. Найбільш ефективно вони працюють при температурі 400...800 ˚С, тобто воптимальному тепловому режимі двигуна При більш високій температурі відбувається спікання проміжного шару з каталізатором, ефективність роботи нейтралізатора знижується і він передчасно втрачає працездатність.
Причини виходу з ладу каталізаторів
У нормальних умовах автомобільний каталізатор може вийти з ладу після згоряння каталітичного шару - через зменшення його площі каталізатор не в змозі допалювати до кінця вихлопні гази і тому кількість шкідливих речовин на виході з глушника збільшується.
Найчастіше каталізатори стають непридатними через несправність системи сумішоутворення або системи запалення. В цьому випадку стільники забиваються і не дають можливості каталізатору окислювати суміш. Ушкодження автомобільного каталізатора може статися і через погану якість бензину, у складі якого для штучного збільшення октанового числа міститься велика кількість тетраетилсвинцю. Тетраетилсвинець покриває частину каталітичного шару і не дає пристрою повноцінно виконувати свої функції. Крім того, причиною виходу каталізатора з ладу може бути потрапляння в камеру згоряння олії або антифризу або потрапляння води на каталізатор. Шкідливий вплив на довговічність каталізаторів має тривала робота двигуна на холостому ході.