Каталітичні нейтралізатори.

Основна частка шкідливих речовин, що містяться у відпрацьованих газах двигунів і забруднюють навколишнє середовище, складається з окислу вуглецю С, оксидів азоту NOx, вуглеводнів CnHm (або просто СН). а також вуглецю С (сажі) у дизелів. З перерахованих речовин С, СН є продуктами неповного згорання палива. Кількість NOx у вихлопних газах зв'язана, в основному, з високою температурою згорання. Оксиди азоту утворюються в двигуні при взаємодії кисню і азоту, що містяться в повітрі. Чим вище температура згорання, тим більше утворюється NOx. На температуру згорання впливають конструктивні чинники (наприклад, ступінь стиснення) і режим роботи двигуна (склад суміші, навантаження). У бензинового двигуна найбільший вплив на утворення шкідливих речовин надає склад

Рис. 8.5. Система випуску с двома каталізаторами

Зменшення кількості і зміна якісного складу шкідливих речовин, що викидаються в навколишнє середовище з відпрацьованими газами, досягається цілим комплексом заходів. Серед них слід зазначити ряд конструктивних розробок - спеціальні конструкції камер згорання для роботи на бідних сумішах, зокрема з різними типами форкамер, рециркуляція відпрацьованих газів, тобто подача їх частини на вхід в двигун, системи регулювання фаз газорозподіли, що зменшують перекриття клапанів на знижених режимах і так далі Проте навіть при використанні в конструкції двигунів всіх самих передових рішень відповісти нормам токсичності, встановленим, наприклад, в США, Японії і країнах Європи, не вдається. Внаслідок цього сучасні автомобілі з бензиновими двигунами забезпечуються каталітичними нейтралізаторами.

Сьогодні будь-який автомобіль, що випускається в цивілізованих країнах, оснащується каталітичним нейтралізатором. Але він, як і всі вузли, розрахований на певний термін служби, багато в чому залежний від умов експлуатації машини...

Призначення і конструкція

При згоранні робочої суміші в двигуні утворюються шкідливі для природи і здоров'я людини окисел вуглецю (С), різні вуглеводні (СН) і оксиди азоту (NOх). У масштабі всієї планети автомобілями викидається в атмосферу половина всіх оксидів азоту, 40% вуглеводнів, 65% чадного і 15% вуглекислого газів. Із забрудненням навколишнього середовища покликаний боротися каталітичний нейтралізатор пристрій у випуской системі, в якому відбувається складний хімічний процес. Усередині корпусу з неіржавіючої сталі розташована «цеглина», що має стільникову структуру. У цього моноліту величезна площа поверхні, покрита якнайтоншим шаром спеціального сплаву, що містить платину, родій і паладій, він і є каталізатором. Відпрацьовані гази «омивають» поверхню моноліту. Коли температура досягає критичної відмітки 270°С, починається каталітична реакція. При цьому значна частина токсичних речовин перетворюється на малотоксичних. Окисел вуглецю (С) в двоокис (вуглекислий газ СО2), вуглеводні (СН) у воду (Н2о) і знову ж таки двоокис вуглецю (СО2), а оксиди азоту (NOх) у воду (Н2О) і азот (N). Ці речовини безпечні або менш шкідливі для навколишнього середовища і людини.

Робочий елемент – основа каталізатора – може бути виготовлений як з кераміки, так і з металу.

Різновиди

У сучасн их

дизеля х https://www.autocentre.ua/images/magazines/issues/ac/08/36/images/14/Kataliz_f

каталіз атор часто

суміща ють в одному

корпусі

з фільтром сажі.

iltr.jpg

Перші нейтралізатори були односекционными двокомпонентними і могли боротися лише з CO і CH. До складу сучасних трикомпонентних двосекційних окислювальновідновних нейтралізаторів входить ще і родій, що перетворює оксиди азоту у власне азот.

Найбільш ефективним є трикомпонентний селективний двосекційний каталітичний нейтралізатор із зворотним зв'язком, який забезпечує лямбда-зонд (кисневий датчик), що відстежує об'єм вільного кисню у вихлопі і подає електроніці сигнал збагачувати або обідняти суміш. Проте оснащений каталізатором двигун втрачає від 5 до 10% максимальної потужності – залежно від відповідності тим або іншим нормам.

Каталізатор служить приблизно 150 тис. км., причому це багато в чому залежить від справності систем живлення і запалення, а також якості палива.

Симптоми «хворого» каталізатора

Початок кінця дає про себе знати пропажею часом тяги і погіршенням «прийомистості» машини на високих оборотах. Гарячий двигун гірше запускається, а обороти набирає поволі. Існує суб'єктивна перевірка стану каталізатора «повний газ з неодружених». Якщо при цьому мотор поволі набирає обороти і зупиняється на трьох-чотири тисячах, винен, найімовірніше, саме каталізатор.

Якщо двигун взагалі не заводиться, у момент запуску докладете руку до вихлопної труби, щоб відчути, чи йдуть звідти відпрацьовані гази. Якщо їх немає, значить, каталізатор взагалі «запікся».

Нарешті отримати об'єктивну відповідь на питання, чи справний каталізатор, допоможе перевірка рівня З у вихлопі, тиск у випускному колекторі або від'єднання випускної системи від приймальної труби (якщо не використовується катколлектор, де корпус каталізатора суміщений з випускним колектором).

Причини «смерті»

Каталізатор виходить з ладу з кількох причин. Це може бути механічне пошкодження, наприклад, від удару, внаслідок чого розсипається керамічна серцевина.

Проте основна причина скорочення ресурсу каталізатора неякісне паливо. Якщо бензин містить велика кількість залізовмісних присадок, то частинки металу покривають активну поверхню, із-за чого реакції припиняються. Каталізатор також не любить відхилень у складі робочої суміші.

Неотрегульований двигун з підвищеним вмістом вуглеводнів у вихлопі просто знищує його. Дуже бідна суміш викликає перегрів моноліту, від чого він також страждає. Якщо у випускний тракт проникає масло (наприклад, із-за зношеної поршневої групи), воно осідає на активній поверхні і «запікається» подібно до лаку. При запуску мотора «з товкача», за допомогою буксира, в каталізатор може потрапити незгорілий бензин, що здатне викликати хімічну реакцію аж до вибуху. Не любить розжарений до 900 градусів корпус і контакту з холодною водою під час форсування водних перешкод.

За твердженням фахівців СТО, останнім часом проблеми з каталізаторами виникають також із-за перенасичення бензину присадками, які підвищують температуру відпрацьованих газів. Це стає причиною оплавлення його сотів і виходу з ладу.

Вирішення проблеми

Щоб корпус вибитого каталізатора (2) не був джерелом додаткового шуму, на його місце краще встановити пряму трубу (2) або полум'ягасник

У разі виходу каталізатора з ладу проблему вирішують двома шляхами – покупкою і установкою нового вузла або вибиванням з корпусу старого забитого робочого елементу. Перший варіант значно дорожчий, проте він не створює додаткових проблем. Та і атмосфера забруднюється менше. При вибиванні старого каталізатора можуть виникнути побічні негативні ефекти. По-перше, із-за зміни характеристик випускного тракту може підвищитися витрата палива. По-друге, якщо каталізатор видалити з системи з двома лямбда-зондами, може потрібно перепрограмування ЕБУ мотора (1500–3000 грн.), оскільки електроніка постійно подаватиме сигнал несправності.

Крім нейтралізатора, на багатьох японських і американських двигунах встановлюють так звані термічні реактори. Такі пристрої дозволяють при підмішуванні до відпрацьованих газів повітря доокислить С і СН, знижуючи їх концентрацію за рахунок реакції з киснем повітря при високій температурі (зверху 500°С). Реактори особливо ефективні на режимах багатої суміші при великих навантаженнях, не виходять з ладу з часом, проте не дають повного окислення С і СН, тому застосовуються як додаткові пристрої перед нейтралізатором.

Рециркуляція відпрацьованих газів застосовується на двигунах не менш широкого. Основне завдання рециркуляції - зниження викидів NOx. Це особливо важливо, коли в нейтралізаторі не забезпечена точна підтримка складу суміші (подібна ситуація характерна для карбюраторної системи живлення). Рециркуляція припускає відбір вихлопних газів в кількості до 10-12% і подачу їх на вхід двигуна на режимах середніх і повних навантажень.

Оскільки кожна з розглянутих систем виконує своє завдання, на практиці, особливо на японських автомобілях, вони нерідко зустрічаються одночасно - термічний реактор, система рециркуляції і каталітичний нейтралізатор. Це припускає істотне ускладнення функцій системи управління. На двигунах японських автомобілів минулих років випуску з карбюраторами це виражалося в значному числі пневмоклапанів і шлангів в системі управління двигуна.

На відміну від бензинових двигунів дизелі мають істотно нижчий рівень викидів С, NOx і СН. Найбільш низький рівень викидів С і СН досягається зазвичай на режимах середніх навантажень. Великі відмінності в рівні і характері зміни викидів залежно від складу суміші у дизелів в порівнянні з бензиновими двигунами пов'язані з іншою природою процесу згорання - у бензинового двигуна за допомогою свічки підпалюється добре перемішана суміш повітря і пари палива, а в дизелі відбувається самозаймання у факелі палива, що розпилюється, в зонах з концентрацією палива біля а = 1.

У вихлопних газах дизеля присутні, іноді у великих кількостях, частинки вуглецю (сажа). Це відбувається із-за наявності зон багатої суміші в струмені палива, що розпилюється. Сажеутворення дизеля створює характерний чорний дим вихлопу і так же, як і інші речовини, обмежується нормами токсичності. Зниження сажеутворення досягається ранішим уприскуванням (обмеженим, правда, " жорсткістю" згорання і підвищенням навантажень на деталі) і обмеженням подачі насоса. Серед конструктивних заходів слід зазначити збільшення швидкості уприскування і якості розпилювання палива за рахунок збільшення тиску подачі, а також електронне регулювання подачі. Димлення двигуна різко зростає при наближенні складу суміші до стехіометричного (а = 1), тому дизелі, не дивлячись на те, що поблизу а = 1 потужність і момент, що крутить, максимальні, мають обмеження по межі димлення. Порівняно низький рівень С, СН і NOx у відпрацьованих газах дизеля не вимагав у минулому установки спеціальних пристроїв для зниження токсичності. Проте останніми роками посилювання норм токсичності торкнулося і дизелів - на багатьох моделях автомобілів з дизельними двигунами вже з'явилися системи зниження токсичності вихлопу, що включають рециркуляцію вихлопних газів, каталітичний нейтралізатор і спеціальний фільтр сажі.

Основні правила експлуатації автомобіля з каталітичним нейтралізатором

Для забезпечення ефективної роботи нейтралізатора необхідно використовувати тільки якісне неетильоване паливо, оскільки тетраетилсвинець, що міститься в бензині, необоротно “отруює” каталітичну поверхню.

У час і після роботи двигуна корпус нейтралізатора має достатньо високу температуру. У зв'язку з цим, щоб уникнути пожежі, не слід паркувати автомобіль над легко займистими предметами, наприклад сухим листям, травою, папером і так далі.

Слід дотримувати основні правила, приведені в інструкції з експлуатації автомобілів. Вони направлені на попередження ситуації, коли в нейтралізатор може потрапити значна кількість незгорілого палива. В цьому випадку можливий спалах може привести до його руйнування.

Найбільш загальні рекомендації можна викласти таким чином:

- не слід марно крутити двигун стартером тривалий час;

- у холодну пору року, якщо двигун не запустився з першої спроби, необхідно уникати повторних включень стартера через короткі проміжки часу; не можна пускати двигун шляхом буксирування; забороняється перевіряти роботу циліндрів, відключаючи свічки запалення.