Нейтрализатор выхлопных газов дизельного двигателя: Нейтрализатор отработанных газов. Устройство и принцип действия

Нейтрализатор отработанных газов. Устройство и принцип действия

Назначение

Нейтрализатор отработанных газов предназначен для нейтрализации вредных веществ, находящихся в отработанных газах выпускной системы.

Принцип работы

Постоянные усилия разработчиков по улучшению процессов сгорания, оптимизации управления системами двигателя достигли определённой точки, при которой требовались новые методы и способы для уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу многочисленными автомобилями. Разработаны и применяются т.н. нейтрализаторы отработанных газов, которые устанавливаются в выпускной системе. В настоящее время используются нейтрализаторы нескольких типов:

• каталитические;
• термические;
• накопительные;
• и др.

В каталитических процесс нейтрализации интенсифицируется за счёт применения катализаторов, а в термических — за счёт высокой температуры с добавлением воздуха к отработанным газам.

Каталитические нейтрализаторы

Каталитические нейтрализаторы называют окислительными, т. к. они предназначены для окисления СО и СН, находящихся в отработанных газах. За короткое время, пока газы проходят через нейтрализатор, все реакции должны завершиться при температуре 250 — 800 град.

При температуре менее 250 град, эффективность нейтрализатора мала, а при температуре выше 1 000 гр. происходит «спекание» мелких кристаллов платины и разрушение активной поверхности, т.е. дезактивация нейтрализатора.

Рис. Окислительный нейтрализатор

На рисунке представлена конструкция каталитического нейтрализатора. 1 — керамическая пористая основа с нанесённым покрытием из платины и родия, 2 — изоляционные и теплоотводящие компоненты, 3 — датчик содержания кислорода в отработанных газах. Дезактивация катализатора особенно велика в первые 20 тыс.км. Особенно быстро дезактивация наступает при использовании этилированного бензина. Повторим, что рабочая температура в нейтрализаторе 400-700 гр., поэтому для быстрого прогрева и эффективной работы нейтрализатор располагают ближе к выпускному коллектору. Такое расположение является положительным фактором при холодном пуске и прогреве двигателя — нейтрализатор быстрее начинает работать, но при этом повышается его эксплуатационная температура, а это может способствовать дезактивации катализатора.

Блок-носитель каталитического нейтрализатора делают из керамики сотовой структуры, гофрированной фольги из нержавеющей стали или в виде сферических гранул из оксида алюминия, которые укладывают в металлический цилиндр, закрытый по торцам сетками. На поверхность носителя наносится каталитический материал и помещают внутрь корпуса из нержавеющей жаропрочной стали. Между блоком-носителем и корпусом ставится терморасширяющаяся прокладка. Для уменьшения вибрационных нагрузок нейтрализатор присоединяется шарнирными соединениями или компенсаторами колебаний.

Рис. Эффективная зона работы нейтрализатора

На рисунке показана зона эффективной работы нейтрализатора. Заштрихованная область — зона «стехиометрической» смеси, по оси абсцисс (В) отображено отношение «воздух-топливо», по оси ординат (А)-эффективность работы нейтрализатора.

В зоне «богатых» смесей — от 10 до 14,6 преобладают высокие концентрации оксида азота(NОх) и низкие СО и СН. Нейтрализаторы, преобразующие СО, СН, N0, называют трёхкомпонентными или бифункциональными. Для нейтрализации смеси оксида азота, получающегося в процессе сгорания смеси, используются реакции его восстановления до азота N2 и аммиака Nh4. В материалах, служащих катализатором при нейтрализации вредных веществ, используются платина, палладий, родий и др.

Трёхкомпонентные нейтрализаторы являются окислительными и восстановительными. В связи с тем, что состав вредных веществ резко меняется в зависимости от «обогащения» или «обеднения» топливовоздушной смеси, необходимо поддерживать работу двигателя в районе «стехиометрической» смеси.

Для выполнения такой задачи используется электронное управление работой двигателя с системой обратной связи (замкнутая система). Датчики, обеспечивающие работу обратной связи, называются: лямбда зондами (отношение «воздух-топливо») и устанавливаются до и после нейтрализатора, а также термометры газов в зоне процессов нейтрализации и окисления вредных веществ.

Термические нейтрализаторы

Термические нейтрализаторы представляют собой камеру, в которой при высокой температуре окисляются СО и СН. При работе двигателя на обогащенной смеси, требуется подача воздуха перед нейтрализатором. При работе на обеднённой смеси температура будет не высокой и требуется дополнительный прогрев нейтрализатора. Термический нейтрализатор начинает работать при температуре 600 гр, что существенно выше, чем у каталитических нейтрализаторов. Кроме этих требований, нужны более прочные и жаростойкие материалы, стойкость к высокой коррозионной агрессивности. Не получили широкого распространения.

Ранее отмечалось, что нейтрализатор не работает на режимах прогрева двигателя, т.к. температура в нём не достаточно высока, кроме того, двигатель в это время работает на обогащенных смесях и в отработанных газах нет достаточного количества кислорода, необходимого для окисления СН в нейтрализаторе.

Для ускоренного прогрева нейтрализатора уменьшается угол опережения зажиганием, или электрическим подогревом нейтрализатора путём сжигания перед ним топлива в горелке, или подачи воздуха в, поток отработанных газов с помощью специального насоса.

Рис. Методы подогрева нейтрализатора: 1 — топливная форсунка, 2 — нейтрализатор, 3 — свеча для поджигания смеси, 4 — воздушный насос

В некоторых системах используют «стартовый» нейтрализатор, который устанавливается перед или параллельно основному При параллельном расположении весь поток отработанных газов направляется в стартовый нейтрализатор, который быстро прогревается и начинает эффективно работать.

После прогрева двигателя поворотом заслонки поток газов направляется в основной нейтрализатор. На рисунке приведена одна из схем построения системы с параллельным и основным нейтрализаторами.

Рис. Система со стартовым нейтрализатором: 1 — двигатель, 2 — стартовый нейтрализатор, 3 — глушитель, 4 — основной нейтрализатор, 5 — кислородный датчик (лямбда-зонд), 6 — заслонка

При очистке отработанных газах дизельных двигателей внимание уделяется сокращению содержания твёрдых частиц и оксидов азота (NOx). Приведём краткое описание некоторых способов очистки ОГ, применяемых в дизельных двигателях.

Фильтр твёрдых частиц используется для сбора и их дальнейшей регенерации. Используется с окислительным нейтрализатором. Перед и после нейтрализатора и фильтра твёрдых частиц устанавливаются датчики давления и температуры, по которым косвенным способом определяется загрязнение элементов. Далее ЭБУ двигателем переводит работу двигателя на разные режимы для запуска системы регенерации твёрдых частиц.

Накопительный нейтрализатор NOx

Накопительный нейтрализатор NOx собирает на своей поверхности оксиды азота, а затем конвертирует их в азот (N2). При холодном пуске отработанные газы нагреваются для сокращения количества NOx. ЭБУ двигателем периодически обогащает, а затем обедняет рабочую смесь и, тем самым, создаёт условия для разложения оксидов азота.

Расположение

После выпускного коллектора сразу в подкапотном пространстве или под днищем автомобиля. Обычно снизу дополнительно защищен металлической сетчатой пластиной.

Неисправности

Засоряется от некачественных (или несгоревших) топлив и масел. Разрушается при уларах. Обычно двигатель не запускается при правильности всех параметров, т.к. отработанным газам некуда выходить — выпускная система забита.

Методика проверки

Если возникли подозрения на неисправность нейтрализатора, необходимо проверить давление газов перед нейтрализатором. Холостой ход — не более 0,9 bar и режим нагрузок (примерно 3000 оборотов) не более 2,5 bar. Если нет измерительного манометра — просто выкрутить кислородный датчик для выпуска отработанных газов. Если двигатель запустился, значит нейтрализатор «забит». Признаком неисправности нейтрализатора служат раскалённые газы, идущие из выпускной системы; перегрев двигателя и «хлопки» во впускной коллектор.

Ремонт

Нейтрализатор отработанных газов ремонту не подлежит. Пробивать отверстие в нейтрализаторе нельзя, можно разрезать и удалить все внутренности, что не приветствуется по причине нарушения экологических норм выброса отравляющих веществ. Лучше заменить на новый, как обычный сменный элемент со своим сроком службы (примерно 150 тыс.км.).

Нейтрализаторы отработавших газов автомобильных двигателей.



Нейтрализаторы служат для снижения концентрации в отработавших газах токсичных компонентов. Основными токсичными веществами в отработавших газах являются оксид углерода (СО), группа оксидов азота (

NO_x, основной из них NO₂) и углеводороды (C_mH_n).

Различают термические и каталитические нейтрализаторы.

В термических нейтрализаторах происходит полное восстановление СО в СО₂ и догорании СН. Оксид углерода (СО) обладает значительной теплотой сгорания, но горит при температуре выше 700 ˚С.
Для сжигания оксида углерода отработавшие газы подогревают (при необходимости) в термоизолированной камере и подают в нее дополнительную порцию воздуха. Применение дополнительной подачи топлива для подогрева газов и нагнетание воздуха приводят к увеличению расхода топлива до 15 %.

Наиболее распространены каталитические нейтрализаторы. Их действие основано на понижении энергии, выделяющейся при химических процессах окисления токсических веществ, путем применения катализаторов (платины, палладия, родия).

Каталитические нейтрализаторы делятся по типу на окислительные (переводят СО в СО₂) и восстановительные (расщепляют NO_x на свободный азот и кислород), а также трехкомпонентные (нейтрализуют все три токсина – СО, СН и NO_x, т. е. являются окислительно-восстановительными).

Каталитические нейтрализаторы могут быть однокамерными и двухкамерными. Носитель может быть керамический или металлический.

Чаще всего применяют трехкомпонентные нейтрализаторы. Наиболее эффективно они работают в сочетании с λ-зондами, однако и без них способны снизить выбросы токсинов на 50 %.
λ-зонд представляет собой датчик определения количества свободного кислорода в отработавших газах. По полученным от датчика данным электронный микропроцессор определяет коэффициент избытка воздуха

α, корректируя после этого количество подаваемого в цилиндры топлива.

Эффективная работа каталитического нейтрализатора соответствует очень узкому диапазону значений коэффициента избытка воздуха (0,98≤α≤1). При отклонении состава горючей смеси от указанных значений эффективность действия катализатора резко падает.
Использование микропроцессора совместно с λ-зондом позволяет поддерживать состав смеси с точностью ±1 %.



Устройство каталитического нейтрализатора

Каталитический нейтрализатор состоит из металлического корпуса (Рис. 7), в котором находится носитель 2, покрытый активным каталитическим слоем.
Носитель может быть насыпной или монолитный, керамический или металлический.

Чаще применяют монолитные нейтрализаторы из термостойкой керамики. В их корпусе выполнены каналы квадратного сечения. Поверхности каналов покрыты тонкой пленкой катализатора – платиной, палладием, родием (в соотношении 1:16:1). На один нейтрализатор требуется 1,5…3 г благородных металлов. Платина способствует окислительным процессам, родий – восстановительным.
Слоем благородных металлов покрывают предварительно нанесенный на керамику слой оксида алюминия, который увеличивает активную поверхность катализатора и стимулирует ускорение реакций.

Чтобы повысить сопротивление керамики ударным нагрузкам и компенсировать термическое расширение металлических деталей, между корпусом и перегородками помещают набивку из высоколегированной проволоки. Нормальная работа каталитических нейтрализаторов протекает при температуре 250 ˚С, т. е. после значительного прогрева двигателя. Наиболее эффективно они работают при температуре 400…800 ˚С

, т. е. в оптимальном тепловом режиме двигателя. При более высокой температуре происходит спекание промежуточного слоя с катализатором, эффективность работы нейтрализатора снижается, и он преждевременно теряет работоспособность.

Причины выхода из строя катализаторов

В нормальных условиях автомобильный катализатор может выйти из строя после сгорания каталитического слоя — из-за уменьшения его площади катализатор не в состоянии дожигать до конца выхлопные газы и поэтому количество вредных веществ на выходе из глушителя увеличивается.

Наиболее часто катализаторы приходят в негодность из-за неисправности системы смесеобразования или системы зажигания. В этом случае соты забиваются и не дают возможности катализатору окислять смесь.
Повреждение автомобильного катализатора может произойти и из-за плохого качества бензина, в составе которого для искусственного увеличения октанового числа содержится большое количество тетраэтилсвинца. Тетраэтилсвинец покрывает часть каталитического слоя и не дает устройству полноценно выполнять свои функции.

Кроме того, причиной выхода катализатора из строя может быть попадание в камеру сгорания масла или антифриза, либо попадание воды на катализатор. Вредное влияние на долговечность катализаторов оказывает длительная работа двигателя на холостом ходу.

***

Токсичность отработавших газов двигателя



Главная страница

• Страничка абитуриента

Дистанционное образование

• Группа ТО-81
• Группа М-81
• Группа ТО-71
  

Специальности

• Ветеринария
• Механизация сельского хозяйства
• Коммерция
• Техническое обслуживание и ремонт автотранспорта

Учебные дисциплины

• Инженерная графика
• МДК.01.01. «Устройство автомобилей»
•    Карта раздела
•       Общее устройство автомобиля
•       Автомобильный двигатель
•       Трансмиссия автомобиля
•       Рулевое управление
•       Тормозная система
•       Подвеска
•       Колеса
•       Кузов
•       Электрооборудование автомобиля
•       Основы теории автомобиля
•       Основы технической диагностики
• Основы гидравлики и теплотехники
• Метрология и стандартизация
• Сельскохозяйственные машины
• Основы агрономии
• Перевозка опасных грузов
• Материаловедение
• Менеджмент
• Техническая механика
• Советы дипломнику

Олимпиады и тесты

• «Инженерная графика»
• «Техническая механика»
• «Двигатель и его системы»
• «Шасси автомобиля»
• «Электрооборудование автомобиля»

Как работает дизельный преобразователь?

15. 11.2019 0 комментариев   В нашей последней статье — Как работает каталитический нейтрализатор? — мы объяснили, что происходит в типичном трехходовом преобразователе на автомобиле с газовым двигателем. Однако автомобили с дизельным двигателем немного отличаются. Выбросы такие же, но есть определенные аспекты дизельного двигателя, которые требуют немного другого подхода, когда речь идет о очистке выхлопных газов. Покупателю конвертера лома полезно иметь представление о том, что делает каждый компонент дизельного конвертера и как он влияет на стоимость переработки. (Заранее извиняюсь за все трехбуквенные аббревиатуры, содержащиеся в этой статье.) Разница между дизельными и газовыми двигателями… Дизельные двигатели принципиально отличаются от бензиновых двигателей. Газовые транспортные средства (автомобили с двигателем внутреннего сгорания) используют искру для воспламенения топлива. Дизель, с другой стороны, использует сжатие для воспламенения топлива. Этот метод требует высокого отношения воздуха к топливу, чтобы присутствовало много кислорода для обеспечения полного воспламенения. Дизельные двигатели обычно более эффективны, чем газовые двигатели, но этот «бедный» метод сжигания создает проблемы для катализатора. Устройство дизельного нейтрализатора… Катализатор окисления дизельного топлива (DOC) Каждая дизельная система должна иметь катализатор окисления дизельного топлива. Это то, что превращает окись углерода в двуокись углерода, а также расщепляет любое неизрасходованное топливо. Функционально этот аспект дизельной каталитической системы работает так же, как и в газовой каталитической системе. ​DOC обычно является наименьшим компонентом дизельного нейтрализатора, но также и с самой высокой ценностью рециркуляции; большая часть платины и палладия находится в этой секции конвертера. Это почти всегда первый компонент в выхлопной системе. Дизельный сажевый фильтр (DPF) Карбид кремния DPF Дизельные двигатели выделяют дополнительные загрязняющие вещества, которых нет у двигателей внутреннего сгорания: твердые частицы (или «сажа»). DPF предназначен для улавливания этих твердых частиц за счет использования монолита стенового потока, который состоит из чередующихся открытых/закрытых каналов, что позволяет твердым частицам попадать в конвертер со стороны входа и удерживает их до тех пор, пока они не будут разрушены и удалены. в процессе, называемом «регенерация». Регенерация аналогична процессу окисления в DOC, где органический материал сжигается с образованием CO2 и воды. Чтобы помочь на этапе регенерации, DPF загружен небольшими количествами платины и палладия, которые помогают катализировать реакцию. Кроме того, DPF необходимо нагреть до высокой температуры, что позволит саже сгореть и пройти через стенки фильтра и выхлопную трубу. Регенерация обычно контролируется бортовым компьютером автомобиля. Селективное каталитическое восстановление (SCR) Катализатор SCR может вызвать недоумение у некоторых покупателей преобразователя. Эта секция дизельного конвертера обычно самая большая, но, тем не менее, имеет очень малую рециркуляционную ценность. Это компонент, который выполняет восстановление газов NOx. В трехкомпонентном конвертере родий является драгоценным металлом, который катализирует реакцию восстановления; который преобразует NOx в газообразный азот и кислород. Однако из-за высокого содержания кислорода в дизельных выхлопах родий не может эффективно уменьшить выбросы NOx в дизельном конвертере. Поэтому дизельные нейтрализаторы обычно НЕ содержат родий. Вместо этого SCR использует присадку, называемую «жидкостью для дизельных выхлопных газов» (DEF), которая состоит из аммиака или мочевины. Керамический монолит по-прежнему содержит каталитические материалы, но они обычно не имеют ценности для вторичной переработки. DEF вместе с каталитическими материалами способны адекватно удалять NOx из выхлопных газов. Некоторые катализаторы SCR содержат небольшую секцию в задней части печенья, называемую «катализатором аммиачной проскальзывания», которая содержит небольшое количество платины. Его цель состоит в том, чтобы сжечь любой избыток аммиака из DEF. Как правило, количество платины на этом участке настолько мало, что перерабатывать ее экономически невыгодно. Другим методом снижения содержания NOx в дизельной системе является процесс, называемый рециркуляцией выхлопных газов. Этот процесс не требует катализатора SCR или DEF, поэтому не все дизельные автомобили обязательно будут иметь бисквит SCR. SCR и DPF всегда находятся после DOC, но положение любого из них можно поменять местами. Например, система Ford, изображенная выше, имеет SCR перед DPF, но также нередко можно увидеть DPF перед SCR. Переработка дизельных каталитических нейтрализаторов. Дизельные двигатели представлены во многих формах; от личного транспорта и коммерческого транспорта до тяжелой техники и промышленного применения. Существует поразительное разнообразие размеров, конфигураций и содержания драгоценных металлов, о которых следует знать при покупке дизельных нейтрализаторов. Размер печенья может ввести в заблуждение, и не всегда легко определить, какой компонент является ценным DOC или бесполезным SCR. Нашим покупателям и поставщикам предоставляются инструменты, необходимые для принятия обоснованных решений при ценообразовании дизельных нейтрализаторов, при этом новые дизельные двигатели тестируются по мере их появления. Если у вас есть нейтрализаторы дизельного топлива для продажи, свяжитесь с нами для справедливой и точной оплаты ваших DOC и DPF. 0 комментариев

О Здесь можно найти образовательные статьи, отраслевые новости и обновления, касающиеся LSR.

Преобразователь газового двигателя в сравнении с преобразователем дизельного двигателя

Эдмунд Швенк, металлург / генеральный директор Noble6, ранее работавший PGM Recovery Systems, американским экспертом по автомобильным драгоценным металлам, обсуждает разницу между CAT для бензиновых и дизельных двигателей и их ценность для автопереработчик.

 

Эдмунд Швенк

В отрасли переработки каталитических нейтрализаторов мы получаем много вопросов о различных типах каталитических нейтрализаторов и ценности, связанной с каждым типом. Все автомобили, работающие на ископаемом топливе, требуют каталитического нейтрализатора для соответствия стандартам контроля выбросов. В зависимости от типа транспортного средства в каждом из них содержится разное количество драгоценных металлов. Когда вы перерабатываете каталитические нейтрализаторы, стоимость драгоценных металлов, обнаруженных в керамическом монолите, — это то, за что вам платят. Внутри находятся три ценных драгоценных металла: платина, палладий и родий. В этой статье объясняются различия между двумя наиболее распространенными типами каталитических нейтрализаторов; один для бензинового двигателя и один для дизельного двигателя.

Для чего нужен каталитический нейтрализатор?

Каталитический нейтрализатор отвечает за преобразование токсичных выбросов из внутренних органов автомобиля в безопасный воздух для дыхания . Это достигается за счет катализа примерно 90% токсичных выбросов в результате химических реакций с участием редкоземельных элементов, таких как платина, палладий и родий. Поскольку эти важные драгоценные металлы очень ценны, существует высокий спрос на переработку каталитических нейтрализаторов. Переработка этих драгоценных металлов из компонентов, которые уже содержат их, гораздо более рентабельна, чем добыча их из земли. Однако значение сильно варьируется в зависимости от типа перерабатываемого преобразователя.

Преобразователи для бензиновых двигателей

Стоимость

Каталитические нейтрализаторы для бензиновых двигателей имеют высокую стоимость. Это связано с тем, что загрузка драгоценных металлов становится все более плотной по мере ужесточения стандартов выбросов. В преобразователе требуется больше драгоценных металлов для правильной работы и поддержания чистоты воздуха. Платина, палладий и родий являются драгоценными металлами, используемыми в этих каталитических нейтрализаторах.

Размещение

Каталитический нейтрализатор часто находится рядом с выпускным коллектором двигателя. Поскольку нейтрализатор подвергается воздействию очень горячих выхлопных газов, он быстро нагревается, что позволяет снизить нежелательные выбросы в атмосферу в период прогрева двигателя. Преобразователь может нагреваться и активировать каталитические соединения тем быстрее, чем ближе он находится к двигателю.

Преобразователи для дизельных двигателей

Каждое транспортное средство с дизельным двигателем оснащено каталитическим нейтрализатором, который преобразует окись углерода в двуокись углерода и расщепляет любое неизрасходованное топливо. Это известно как дизельный катализатор окисления (DOC).

Значение

Каталитические нейтрализаторы для дизельных двигателей менее ценны, чем для бензиновых двигателей. Это связано с низкой стоимостью материалов, используемых для изготовления каталитических нейтрализаторов, а также с тем, что содержащиеся в них драгоценные металлы имеют гораздо меньшую плотность. Это связано с тем, что дизельное топливо чище бензина. При сгорании топлива выделяется меньше углекислого газа, чем при сжигании бензина. Кроме того, найденные драгоценные металлы содержат только платину и палладий, а не родий.

Размещение

В дизельном двигателе, в отличие от бензинового, отсутствуют свечи зажигания; вместо этого в дизелях используется воспламенение от сжатия и свечи накаливания для нагрева камеры сгорания, чтобы облегчить воспламенение при холодном двигателе. В результате каталитический нейтрализатор устанавливается после выпускного коллектора.

Заключение

Каталитические нейтрализаторы, в двух словах, снижают токсичные выбросы, производимые внутренними механизмами автомобиля. Плотность загрузки драгоценных металлов в нейтрализаторах бензиновых двигателей по сравнению с нейтрализаторами дизельных двигателей объясняет разницу в стоимости. Преобразователь дизельного двигателя содержит меньше драгоценных металлов, потому что дизельное топливо чище и производит меньше токсичных выбросов.