Каталитического нейтрализатора – Почему выходит из строя каталитический нейтрализатор — журнал За рулем

Каталитический нейтрализатор (катализатор)

Ни для кого не секрет, что транспортные средства оснащенные двигателями внутреннего сгорания является одним из основных источников загрязнения окружающей среды — воздуха. С момента изобретения автомобиля до 80-х годов 20 века на проблему токсичного выхлопа не обращали особого внимания. На первом этапе количество транспортных средств было незначительным, соответственно и выбросы не представляли большой угрозы — концентрация в воздухе незначительная. Но постепенно, автомобиль перестал быть средством роскоши и стал средством передвижения, количество автомобилей росло с геометрической прогрессией, как и количество выбросов. Человеку пришлось задуматься над решением этой проблемы. И выход был найден. Но… состав и качество бензинов не позволяло применить изобретенное устройство, в последствии названное каталитическим нейтрализатором, для бензиновых двигателей, большое содержание свинца «убивало» устройство наповал. В 1992 году страны Евросоюза ввели на своей территории норму Евро-1, которая устанавливала предельно допустимое содержание токсичных веществ в выхлопных газах автомобилей, фактический с этого момента не один автомобиль без каталитического нейтрализатора — не автомобиль.В течение каждых последующих 4-5 лет Евросоюз ужесточал эти нормы.

Еще на этапе разработки современного двигателя внутреннего сгорания главная задача — задача достижения оптимальных параметров работы, настройки, выполнения условий при которых будет достигнуты минимальные выбросы — достижения такого соотношения топливо-воздух (топливо-воздушная смесь), при котором все топливо будет сожжено. Для оптимального сгорания бензина, необходимо выполнение условия — соотношение воздух/бензин должно быть около 14.7/1, это означает, что на каждый литр бензина, необходимо 14,7 литров воздуха, это в теории. На практике, топливо-воздушная смесь далека от оптимального значения. Смесь бедная — воздух/бензин выше, чем 14,7, богатая — воздух/топливо ниже, чем 14.7. Причины — разные режимы работы двигателя, режимы движения.

• Азот (N2) — Air составляет 78 процентов азота, и большая часть этого проходит сквозь двигатель автомобиля.
• Углекислый газ (CO2) — это один из продуктов сгорания. Углерода в топливе связей с кислородом в воздухе.
• Водяной пар (h3O) — это еще один продукт сгорания. Водорода в топливных связей с кислородом в воздухе.

Углекислый газ, способствуют глобальному потеплению. Потому что процесс сгорания никогда не совершенна, некоторые небольшие количества вредных выбросов в атмосферу более производятся также в автомобильных двигателях.

Каталитические преобразователи предназначены для снижения:

• Окиси углерода (СО) — ядовитый газй, который не имеет цвета и запаха.
• Углеводорода или летучих органических соединений (ЛОС) являются одним из основных компонентов смога производится в основном из испарилась, несгоревших. Топлива.
• Оксида азота (NO и NO2, вместе именуемые NOx) являются фактором смога и кислотных дождей, что также вызывает раздражение слизистых оболочек человека.

Так что такое катализатор?

Вспомним химию. Катализатор — вещество, которое вызывает или ускоряет химическую реакцию. Катализаторы участвуют в реакциях, но ни реагенты, ни продукты реакции, они катализируют. В человеческом организме, ферменты естественных катализаторов ответственность за многие важные биохимические реакции.

При каталитической очистке газов протекают одновременно две химические реакции:

1. Реакция восстановления, в результате которой у некоторых компонентов газов отбирается кислород:

2. Реакция окисления, в результате которой другие компоненты газов окисляются -дожигаются.

На сегодняшний день существует два различных типа работы катализатора: катализатором восстановления и окисления. Оба типа состоят из керамической структуры покрыта металлическим катализатором, обычно платина, родий и(или) палладий. Идея состоит в том, чтобы создать структуру, которая предоставляет максимальную площадь поверхности катализатора в поток выхлопных газов, а также сведение к минимуму количество катализатора требуется, так как материалы стоят очень дорого. Некоторые новейшие преобразователи даже начали использовать золото смешивается с более традиционными катализаторами. Золото стоит дешевле, чем другие материалы и может привести к увеличению окисления, химические реакции, что снижает загрязняющих веществ, до 40 %.

Снижение катализатора первой стадии каталитического нейтрализатора. Он использует платину и родий для снижения выбросов NOx. Когда NO или NO2 молекула связывается с катализатором, катализатор срывает азота атом из молекулы и имеет на нее, освобождая кислород в форме O2.Связи атомов азота с другими атомами азота, которые также застряли в катализаторе, образуя N2.

Пример:

2NO => N2 + O2 2NO2 или => N2 + 2O2

2NO => N2 + O2 2NO2 => N2 + 2O2

Катализатора окисления является вторым этапом каталитического нейтрализатора. Это снижает не сгоревших углеводородов и окиси углерода при сжигании (окислительный) их в присутствии катализатора платины и палладия. Этот катализатор помогает реакция СО и углеводородов, а остальные кислорода в выхлопных газах. Например:

2CO + O ₂ => 2CO 

2

Есть два основных типа конструкций, используемых в каталитических нейтрализаторов — сотовая и керамические бусы. Большинство автомобилей сегодня используют сотовую структуру.

Третий этап преобразования системы управления, которая контролирует поток выхлопных газов, и использует эту информацию для управления системой впрыска топлива. Там на датчик кислорода установлен на входе в каталитический нейтрализатор, то есть это ближе к двигателю, чем преобразователь. Этот датчик сообщает движка, сколько кислорода в выхлопных газах. Двигатель компьютера можно увеличить или уменьшить количество кислорода в выхлопе, регулируя воздух-топливо. Эта схема управления позволяет двигателю компьютер, чтобы убедиться, что двигатель работает на близком к стехиометрической точке, а также чтобы убедиться, что есть достаточное количество кислорода в выхлопе, чтобы окисление катализатора для сжигания не сгоревших углеводородов и СО

Каталитический нейтрализатор делает большую работу по снижению загрязнения, но он все еще может быть существенно улучшилась. Одной из самых больших недостатков является то, что он работает только при достаточно высокой температуре. При запуске холодного автомобиля, каталитический нейтрализатор практически ничего не делает, чтобы уменьшить загрязнение в выхлопных газах.

Одним из простых решений этой проблемы состоит в перемещении каталитический нейтрализатор ближе к двигателю. Это означает, что горячие выхлопные газы достигают конвертер и он нагревается быстрее, но это может также сократить срок службы преобразователя, выставляя его на очень высоких температурах. Большинство автопроизводителей положение преобразователя под передним пассажирским сиденьем, достаточно далеко от двигателя для поддержания температуры до уровня, который не повредит ее.

Подогрев каталитического нейтрализатора является хорошим способом для сокращения выбросов. Самый простой способ для подогрева преобразователя является использование электрических нагревателей сопротивления. К сожалению, 12-вольтовых электрических систем на большинстве автомобилей не обеспечивают достаточной энергии или мощности для нагрева каталитического конвертера достаточно быстро. Большинство людей не будет ждать несколько минут, каталитический нейтрализатор, чтобы нагреться, прежде чем начать свою машину. Гибридные автомобили, которые имеют большой, высокого напряжения батареи может обеспечить достаточно энергии, чтобы разогреть каталитический конвертер очень быстро.

Катализаторы в дизельных двигателях не работают, а также в сокращении выбросов NOx. Одной из причин является то, что дизельные двигатели запустить прохладнее, чем стандартные двигатели и преобразователи работают лучше, так как они нагреваются. Некоторые из ведущих экспертов-экологов автоматического придумали новую систему, которая помогает бороться с этим. Они вводят раствор мочевины в выхлопную трубу, прежде чем он попадает на преобразователь, испаряться и смешиваться с выхлопными и создают химическую реакцию, которая приведет к снижению выбросов NOx. Мочевина, также известная как карбамид, является органическое соединение углерода, азота, кислорода и водорода. Это обнаруживается в моче млекопитающих и земноводных. Мочевина реагирует с NOx, чтобы производить азот и водяной пар, располагая более чем на 90 процентов окислов азота в выхлопных газах.

Каталитический нейтрализатор(катализатор) — предназначен для понижения токсичности отработанных газов (выхлопных газов). В нейтрализаторе выхлопные газы при контакте с катализатором (веществом) значительно ускоряющим окислительные процессы преобразуется в СО2 и Н2О.

Если разрезать катализатор, то можно увидеть что он разделен на две камеры: камера окисления, камера восстановления. С камерой окисления вроде все понятно, смотри выше, а про камеру восстановления поговорим поподробнее. Камера восстановления — восстановительная среда для NO, позволяет химическим путем связать кислород содержащейся в выхлопных газах. При попадании выхлопных газов в камеру восстановления оксид азота превращается в аммиак, который разлагается в камере окисления.

Каталитические нейтрализаторы по типу носителя делят на керамические и металлические. Носителем выступает керамика в виде сот или метал. На сегодня более распространены керамические катализаторы. Основной недостаток керамического катализатора — хрупкость. Каталитический нейтрализатор находится за приёмной трубой глушителя (встречается объединенный) или непосредственно в выпускном коллекторе, очень редко за ним. При втором варианте ремонт очень трудоемкий и затратный. Катализатор в выпускном коллекторе установлен в большинстве новых автомобилях. Позволяет добиться экологических норм ЕВРО-4.

Катализатор — устройство предназначенное для снижения выброса вредных веществ в атмосферу с отработавшими газами образовавшимися в двигателе внутреннего сгорания автомобиля.

Система нейтрализации отработавших газов — совокупность компонентов, обеспечивающих снижение выбросов загрязняющих веществ с отработавшими газами при работе двигателя.

Какой срок службы катализатора?
Срок службы автомобильного катализатора главным образом зависит от качества автомобильного бензина. При определенных условиях катализатор можно убить выездив полный бак некачественного топлива. Средний срок службы катализатора от 180 до 200 тысяч километров.

avtocar.su

Каталитический нейтрализатор — устройство и проблемы

В последнее время одна из самых обсуждаемых проблем — охрана окружающей среды. Страх глобального потепления усиливает законодательные инициативы по сокращению выбросов в атмосферу токсичных веществ, таких как окись азота (NO), которая имеют чрезвычайно вредное воздействие на озоновый слой. Одним из основных загрязнителей атмосферы, в глобальном масштабе, является автомобильный транспорт. Именно по этой причине, ежегодно применяется более строгий надзор и вводятся ограничения на автопроизводителей.

Сегодня их продукция должна соответствовать ряду экологических требований, которые становятся более жёсткими из года в год. Конструкторские отделы автомобильных компаний находятся в непрерывной гонке, создавая новые системы для уменьшения вредных выбросов. Это привело к появлению одного из ключевых компонентов расположенного во всех современных автомобилях — «Автомобильного каталитического нейтрализатора», более известного в качестве катализатора. Катализатор является составной частью выхлопной системы автомобиля и имеет важное значение для сокращения выбросов отработанных газов в атмосферу.

Устройство и принцип действия катализатора

Катализатор состоит из одного или нескольких керамическими или металлическими элементов сделанных в виде множества трубок с толщиной стенки 0,2 мм. Они заключены в корпус из нержавеющей стали и термостойкой ваты. Современные катализаторы изготавливаются из керамических компонентов на основе кордиерита и покрыты очень тонким слоем (20–60 микрон) драгоценных металлов, которые имеют важное значение для протекания химического процесса окисления. Это металлы, относящиеся к группе платины — Pt, Pd, Rh. Платина предпочтительна, поскольку обеспечивает лучшее окисление монооксида углерода и углеводородов. Кроме того, она устойчива к воздействию соединений серы, которые присутствуют в выхлопных газах. Использование палладия или родия (особенно родия) полезно для растворения оксидов азота. Действие катализатора основано на химической реакции окисления, вызванной высокой температурой. При достижении температуры катализатора в 250-300 °C, начинаются реакции окисления вредных газов: СО — угарный газ, HC — углеводород и NO — оксид азота. Они нейтрализуют путём добавления молекулы кислорода. Таким образом вредные элементы становятся соответственно: СО2 — углекислый газ, N2 — азот и h3O — вода.

Каталитический нейтрализатор в разрезе

В бензиновом автомобиле вместо керамической вставки, близко к двигателю находится «сетка» из металлической фольги. Она изготовлена из нержавеющей стали и также покрыта тонким слоем драгоценных металлов. Катализаторы отличаются разнообразием и сложностью, но в целом можно разделить на два основных типа — «окислительные» и «тройные катализаторы».

Окислительные катализаторы использовались в США с 70-х годов. Они убирают больше углеводородов и угарный газ, но не справляются с оксидом азота.

В современных бензиновых автомобилях чаще всего используются «тройные катализаторы». В них протекают три типа реакций окисления СО, НС и NO до получения CO2, h3O и N2.

В дизельных двигателях используют «NO абсорбирующие катализаторы» и «сажевые фильтры» (DPF). В последние годы все большее число дизельных двигателей, используют «селективное каталитическое восстановление» как метод снижения выбросов оксидов азота. Это делается с помощью аммиака или прекурсоров аммиака в среде, богатой кислородом. Благодаря этому выхлопные газы очищаются от сажи и т. п.

Проблемы и засорение катализатора

Перегрев внутреннего пирога катализатора является одной из наиболее распространённых причин блокирования и повреждения. Это обычно связано с обогащением топливной смеси и следовательно, попаданию не сгоревшего топлива в выхлопную систему. Там оно воспламеняется, что приводит к резкому повышению температуры и каталитическому горению. Очень часто это происходит из-за неверно выставленного зажигания или избыточного давления топлива, которое догорает в катализаторе глушителя, разрушая его структуру.

Проблема с катализатором может возникнуть при использовании топлива богатого свинцом. Свинец наслаивается на каталитический слой, отверстия сот становятся меньше и уменьшает проницаемость системы в целом. По этой причине не стоит злоупотреблять всевозможными присадками к бензину. Элементы, входящие в состав присадок, также оседают на катализаторе.

Если двигатель автомобиля дымит — горит масло, оно также может привести к закупорке решётки катализатора.

Часто встречаются и механические повреждения катализатора из-за сильных ударов, продолжительного и сильного резонанса и прочих причин, которые вредят хрупкой сетке.

Удаление катализатора

Широко распространено мнение, что после пробега в 150 — 180 тыс.км., катализатор перестаёт функционировать и становится неработоспособным. Часто, основываясь только на пробеге, гаражные «мастера» решают, что каталитический нейтрализатор не годен и должны быть удалён. Истина в том, что есть много факторов, которые влияют на производительность катализатора и, если автомобиль эксплуатируется правильно, с хорошим топливом и исправной топливной системой, ресурс у него гораздо больше. Стоит иметь в виду, что в Западной Европе, где покупается большинство подержанных автомобилей, соблюдают очень строгие экологические стандарты при прохождении техосмотра. Кроме того, топливо значительно лучше, чем в России. Так что если вы недавно купили свежий автомобиль, а на сервисе настаивают на удалении катализатора, усомнитесь в их мотивах. У охотников за драгоценными металлами, содержащимися в катализаторе, этот приём является обычной практикой для его удаления у наивных клиентов без уважительных причин. Затем, они продаются за довольно хорошие деньги в точках сбора цветных металлов. Это явление превратилось в целую индустрию, такие случаи не редкость, а ваш катализатор просто украден!

Прежде чем приступить к удалению катализатора рекомендуется проверить газоанализатором выхлопные газы. Такие приборы имеются в большинстве пунктов техобслуживания и мастерских. Если уровень угарного газа повышен, то это почти верный признак неисправности катализатора.

Другие признаки — необычных запах тухлых яиц и аммиака из выхлопной трубы, нестабильный холостой ход, низкое давление выхлопных газов на выходе.

Совет. Если Вы водите автомобиль, особенно в городе, преодолевая короткие участки с резким набором скорости, двигатель работает с не постоянными оборотами, то теоретически можно «разблокировать» катализатор изменив стиль вождения, старайтесь двигаться плавно с постоянной скоростью.

Если катализатор забит, можно почувствовать значительно возросший расход топлива и отсутствие предполагаемой тяги. В этом случае необходимо его удаление. Имейте в виду, что цена на новый катализатор очень высокая, поэтому если вы удалили его и не можете позволить себе новый, на его место целесообразно поставить резонатор.

На самом деле, отсутствие катализатора не повлияет негативно на автомобиль. Напротив — вы можете почувствовать большую мощность и низкий расход топлива. Правда в том, что большинство производителей автомобилей ставят катализаторы, потому что их обязали по строгим законам экологии, введённых по всему миру.

Несмотря на преимущества в движении без катализатора рекомендуем сохранять его как можно дольше. Вскоре в России обратят внимание на экологические требования и ужесточат либеральный режим экологических стандартов и проверок. Тогда владельцы автомобилей, с удалённым катализатором, будет вынуждены платить обременительный налог или восстанавливать его, чтобы пройти технический осмотр.

avtofakti.ru

Каталитический нейтрализатор — структура и типы. Каталитические нейтрализаторы окислительного и восстановительного типа

Каталитический нейтрализатор имеет внутри корпуса носитель, на поверхность которого наносится покрытие из каталитического материала. В качестве носителя применяется гранулированная или монолитная керамическая основа. Монолитная структура характеризуется следующими преимуществами: максимальным использованием каталитической поверхности, долговечностью, физической прочностью, низкой тепловой инерционностью.

Каталитический нейтрализатор

Активный каталитический слой состоит из тончайшего покрытия благородными металлами (Pt, Rh, Pd), чувствительными к содержанию свинца в топливе, при отложении которого активность каталитического слоя быстро падает. Поэтому двигатели с каталитическими нейтрализаторами должны эксплуатироваться исключительно на неэтилированном бензине. Степень эффективности нейтрализатора является функцией рабочей температуры. Нейтрализатор начинает работать при достижении температуры приблизительно 250⁰С. Рабочие температуры в диапазоне 400…800⁰С обеспечивают оптимальную нейтрализацию отработавших газов и большого срока службы нейтрализатора.

При размещении нейтрализатора отработавших газов непосредственно вблизи двигателя ускоряется его прогрев до рабочей температуры, что приводит к оптимальной эффективности нейтрализатора, но одновременно – к высоким тепловым нагрузкам. Так как максимальная допустимая температура находится в диапазоне 1000⁰С, нейтрализаторы обычно устанавливаются под полом автомобиля. Нарушения в работе двигателя, например пропуски воспламенения, могут приводить к увеличению температуры нейтрализатора и его разрушению. Для устранения этого эффекта должны использоваться надежные и не требующие обслуживания системы зажигания.

Каталитические нейтрализаторы окислительного типа осуществляют окисление CO и CH за счет использования избыточного воздуха в обедненных смесях или подачи дополнительных порций воздуха.

Нейтрализаторы восстановительного типа, с другой стороны, могут работать при дефиците воздуха, т.е. обеспечивают снижение выбросов NO_x без подачи воздуха.

Каталитические нейтрализаторы восстановительного и окислительного типа могут также комбинироваться для получения двухсекционных нейтрализаторов. В таком устройстве применяется подача дополнительного воздуха между двумя секциями, что позволяет осуществлять снижение не только NO_x, но также CO и CH. Его недостатками являются конструктивная сложность и необходимость работы двигателя в условиях высокого расхода топлива (λ = 0,9).

Трехкомпонентный или селективный нейтрализатор с лямбда-зондом является наиболее эффективной системой очистки отработавших газов. Он обеспечивает требуемый уровень всех трех основных токсичных компонентов отработавших газов двигателя, работающего на стехиометрической смеси.

Системы контроля токсичности отработавших газов

В США, Европе и Японии только каталитическая очистка отработавших газов с использованием трехкомпонентных нейтрализаторов и системой с обратной связью обеспечивает удовлетворение существующим нормам по предельным концентрациям CO, NOx, и CH в отработавших газах.

Коэффициент избытка воздуха λ используется для определения пропорций воздуха и топлива в рабочей смеси и отношений между действительным и стехиометрическим составами смеси.

Система с обратной связью для λ = 1

Эта система обеспечивает снижение до минимума концентрации токсичных компонентов в отработавших газах. Двигатель должен работать в узком диапазоне значений λ = 1 ± 0,005 («окно» каталитического нейтрализатора). Такая точность достигается использованием системы с обратной связью по составу рабочей смеси с лямбда-зондом, установленным перед нейтрализатором. Второй аналогичный кислородный датчик располагается за нейтрализатором, что еще более увеличивает точность формирования состава смеси.

Система с обратной связью при λ > 1 (обедненная смесь)

Основным преимуществом такого контроля является снижение расхода топлива в результате сгорания обедненной смеси (качественное регулирование без дросселирования). Эффективность системы определяется использованием нейтрализаторов, которые могут снизить выбросы NOx во время сгорания обедненной смеси. Для двигателей с искровым зажиганием пределом обеднения смеси является λ ≈ 1,7. Превышение этого значения ведет к возникновению пропусков воспламенения, несмотря ни на какие конструктивные меры.

Другие статьи по системам нейтрализации отработавших газов

carspec.info

22.3.66. Каталитические нейтрализаторы. Область применения.

Назначение: Каталитический метод очистки выхлопных газов автотранспорта и промышленных газов от окиси углерода, углеводородов, окислов азота Область применения: Автомобильная промышленность. Горнодобывающая промышленность

Краткое описание Каталитический нейтрализатор представляет собой сотовую структуру со множеством продольных каналов. Устанавливается вместо штатного глушителя или в выхлопной линии. Эффективность очистки составляет: по СО — 90-100 %; по углеводородам — 85-95 %; по окислам азота для дизельного двигателя — 35 %. Преимущества: Надежность, дешевизна.

При сгорании рабочей смеси образуется ряд вредных для здоровья человека продуктов сгорания, в частности, окись углерода (СО), различные углеводороды (СН) и окислы азота (NO). Хотя эти вещества и составляют всего 1% от общего выхлопа (остальное – это азот, двуокись углерода и водяной пар), они очень вредны и требуют нейтрализации. Существует несколько способов борьбы с вредными выхлопами – например, обеднение смеси, на которой работает двигатель или рециркуляция выхлопа – но ни один из них не сравнится по эффективности с каталитическим нейтрализатором.

Каталитический нейтрализатор – это простое устройство, в котором происходит сложный химический процесс. Внутри корпуса из нержавеющей стали находится керамический или металлический «кирпич», имеющий сотовую структуру. У этого монолита огромная площадь поверхности, причем вся она покрыта тончайшим слоем специального сплава – собственно катализатора, содержащего платину, родий и палладий. Именно эти драгоценные металлы отвечают за чудесные свойства катализатора, они же определяют его высокую стоимость. Выхлопные газы «омывают» поверхность монолита, и, когда температура достигает «критического» значения 270° С, начинается каталитическая реакция. Окись углерода превращается в двуокись (углекислый газ), углеводороды превращаются в воду и опять же двуокись углерода, а окислы азота превращаются в воду и азот. Все это для окружающей среды менее вредно.

Каталитические нейтрализаторы способны довольно эффективно снижать токсичность выхлопа, при этом они не влияют на потребление топлива и мощность двигателя. При наличии катализатора слегка возрастает обратное давление выхлопа, от чего двигатель теряет 2–3 л.с., но это, практически, вся «плата» за очистку выхлопа. Однако, установка каталитического нейтрализатора – не идеальное решение. Теоретически, он должен служить бесконечно, так как вышеупомянутые драгметаллы служат лишь катализатором, который при химической реакции, как известно, не расходуется. На практике же жизнь катализатора имеет свой предел…

ЧТО ЕГО ГУБИТ Отказ каталитического нейтрализатора может произойти по нескольким причинам, хотя, обычно, это процесс постепенный, уловить который без специального оборудования невозможно. «Сердцевина» большинства катализаторов изготовлена из керамики – материала, который известен своей хрупкостью. Автомобиль может на скорости попасть в выбоину, удариться обо что-то или даже просто «чиркнуть» корпусом катализатора по камню, и от этого каталитический «кирпич» может треснуть. После этого потеря «сердцевиной» своих рабочих качеств – дело времени. Конверторы нового поколения, содержащие металлический монолит, не столь уязвимы по этой части. Разбить их, конечно, можно, но, во всяком случае, не так просто.

ВРАГИ КАТАЛИЗАТОРА Кроме физического разрушения существует еще одна частая причина выхода из строя катализатора. Топливо. Он чрезвычайно чувствителен к составу топлива. Если бензин этилированный, то тетраэтил свинца, содержащийся в нем, откладывается на активной поверхности каталитического «кирпича» и быстро «засаливает» ее, от чего всякие реакции прекращаются. Уж, кажется, на заправках и наконечники шлангов стали ставить разного размера, и раздаточные колонки красят в разные цвета, и пишут об этом на каждом углу, а все равно потребители иногда путают и заливают не тот бензин. А ведь достаточно «сжечь» полбака такого бензина, и катализатор погибнет безвозвратно. Но не только этилированный бензин – враг катализатора. Катализатор можно погубить и неэтилированным, если неисправна система управления двигателем, неполностью сгорает смесь или двигатель сильно изношен.

Тройные каталитические нейтрализаторы («тройные» потому, что катализатором служит совокупность трех драгоценных металлов) устанавливают только на те машины, двигатели которых оборудованы замкнутой системой контроля выхлопа. Перед катализатором установлен кислородный датчик, который отслеживает состав выхлопа и передает эти данные в центральный процессор. В зависимости от содержания кислорода в выхлопе, БЭУ регулирует состав горючей смеси и зажигание так, чтобы поддерживались их оптимальные значения. Это служит главной защитой для катализатора, а также обеспечивает экономию топлива и эффективность работы двигателя. Катализатор не переносит больших отклонений в составе рабочей смеси. Плохо отрегулированный двигатель с повышенным содержанием углеводородов в выхлопе просто гробят катализатор. Если же смесь слишком бедная, это может вызвать резкий перегрев катализатора, от чего снова пострадает монолит, только уже «физически». Таким образом, «жизнь» катализатора зависит от исправности системы управления двигателем.

Многое зависит и от исправности самого кислородного датчика. С «возрастом» он становится «ленивым» или совсем выходит из строя, что сказывается на составе смеси и, соответственно, на исправности катализатора.

Испортить катализатор может и выхлоп сильно изношенного двигателя, сжигающего масло. Оно, попадая вместе с выхлопом в катализатор, «запекается» на поверхности монолита, подобно лаку, и не дает катализатору работать.

Есть и другие вредные факторы. Например – свечи. Неподходящие свечи не будут давать полного сгорания, что может вызвать в катализаторе губительную реакцию расплавления.

Будьте очень осторожны в применении присадок к бензину или маслу. Большинство об этом не задумывается, а ведь присадки тоже могут вредно воздействовать на катализатор. Если на продукте не написано: «совместим с катализатором», лучше не рискуйте.

Еще один опасный случай – запуск двигателя буксировкой. При этом может происходить попадание в катализатор просто чистого бензина. Это, во-первых, отравляет катализатор, но также может вызвать мгновенную реакцию и даже взрыв. Смотрите также, куда едете – старайтесь не попадать в глубокие лужи. Рабочая температура катализатора составляет порядка 900° С. Внезапное попадание его в воду может быть фатальным.

В целом, замечено, что на срок службы катализатора влияют условия эксплуатации. Больше страдают катализаторы на машинах, эксплуатируемых в городских условиях, когда двигатель часто заводят. С другой стороны, при длительной высокоскоростной езде по магистралям катализатор также портится от того, что перегревается. Наконец, вы поступите разумно, если станете регулярно осматривать всю систему выхлопа. Если сломаны кронштейны или отвалились резиновые подвески, выхлопная труба будет вибрировать, передавая на катализатор ненужные нагрузки.

studfiles.net

Каталитический нейтрализатор: устройство и принцип работы

С каждым годом требования к экологической безопасности автомобилей возрастают. В первую очередь это относится к самому опасному в экологическом отношении фактору автомобиля, то есть к токсичности выхлопных газов. К счастью, технический прогресс не стоит на месте, и сегодня это проблема вполне решаема.

Кроме того, что сама конструкция двигателей современных автомобилей позволяет уменьшить токсичность выхлопных газов, на автомобили также устанавливаются и специальные устройства, так называемые каталитические конвертеры – нейтрализаторы, или как называют их автомобилисты — катализаторы.

Каталитический конвертер

Это устройство, интегрированное в выхлопную систему автомобиля, дополнительно снижает токсичность выхлопа. Работает катализатор посредством дожигания несгоревших остатков углеводорода и угарного газа, за счет полученного при восстановлении оксидов азота кислорода, для такого дожигания.

Конструкция катализатора довольно проста (рис. выше) – он состоит из керамического мелкоячеистого наполнителя, поверхность которого покрыта специальным слоем платиноиридиевого сплава. Ячеистая конструкция наполнителя позволяет получить максимальную площадь контакта выхлопных газов, проходящих через наполнитель с его поверхностью, за счет чего увеличивается активная рабочая поверхность катализатора.

Как происходит процесс нейтрализации вредных веществ?

Катализатор позволяет значительно снизить в выхлопных газах содержание таких вредных веществ как:

• окись углерода;
• углеводороды;
• оксиды азота.

Сам процесс нейтрализации проходит так:

1. Остатки не сгоревших веществ в выхлопных газах (CO, HC, NOx, O2), проходя через катализатор и взаимодействуя с его поверхностью, покрытой каталитическим слоем, окисляются. То есть, как бы дополнительно дожигаются кислородом, который тоже присутствует в выхлопных газах.
2. Во время этой реакции выделяется тепло, которое в свою очередь дополнительно активизирует реакцию окисления.

Благодаря такому процессу на выходе катализатора выхлопные газы содержат в своем составе N2, h3O, CO2.

Вещества входящие в катализатор и элементы выходящие

Следует заметить, что нормальная работа катализатора может быть обеспечена только при нормальном, так называемом стехиометрическом соотношении топлива и кислорода в горючей смеси. В автомобилях, оснащенных инжекторной системой впрыска топлива с электронным управлением, условия для такой оптимальной работы каталитического нейтрализатора обеспечивает электронная система, регулирующая состав горючей смеси.

Специальный кислородный датчик, установленный в выхлопной системе, определяет содержание кислорода, оставшегося в выхлопных газах. По этому показателю электронный блок управления корректирует состав рабочей смеси, увеличивая или уменьшая подачу топлива в камеры сгорания.

При неполадках в системе подачи топлива, в результате чего нарушается оптимальное соотношение воздуха и топлива в горючей смеси, катализатор также не может работать в оптимальном режиме. Это даже может сократить его срок службы.

Смотрите познавательное видео, как устроен каталитический конвертер-нейтрализатор:

Катализаторы на дизельных двигателях

Катализаторы, устанавливаемые на дизельные двигатели, схожи по принципу работы, но, несколько отличаются по своей конструкции. Такие катализаторы нерегулируемые, из-за особенностей работы дизельного мотора.

Катализатор для дизельного двигателя

Дело в том, что в камеру сгорания дизеля, воздуха поступает всегда больше, чем нужно для полного сгорания топлива, поэтому такая регулировка состава смеси по контролю за количеством оставшегося в выхлопных газах кислорода, просто не нужна. Катализатор для дизельного мотора преобразует токсичный угарный газ и углеводород в углекислый газ и воду, кроме того, устраняет неприятный запах выхлопных газов.

К сожалению, дизельные катализаторы плохо справляются с нейтрализацией оксидов азота (NO и NO2), содержащихся в выхлопе. Это связано с относительно низкой температурой выхлопных газов дизеля, из-за чего процесс нейтрализации проходит хуже.

Для решения этой проблемы, катализаторы для дизельных двигателей, стараются размещать ближе к двигателю, то есть там, где температура газов выше, или снабжают катализаторы собственными встроенными электрическими нагревателями.

Загрузка…

avto-i-avto.ru

Что такое каталитический нейтрализатор

Все современные выхлопные системы автомобилей включают в себя каталитический нейтрализатор. Это устройство предназначено для снижения уровня выброса вредных веществ с отработанными газами в атмосферу. Каталитический нейтрализатор применяют как на дизельных силовых агрегатах, так и на бензиновых. Устанавливают его или сразу за выпускным коллектором, или непосредственно перед глушителем. Нейтрализатор выхлопных газов состоит из блока-носителя, теплоизоляции, корпуса.

Устройство

Основным элементом считается блок-носитель. Он изготавливается из огнеупорной керамики. Конструкция такого блока состоит из большого количества продольных ячеек, существенно увеличивающих площадь соприкосновения с отработанными газами. Поверхность их покрывается специальными веществами-катализаторами (палладий, платина и родий). Благодаря этим элементам, происходит ускорение протекания химических реакций.

Палладий и платина являются окислительными катализаторами. Они обеспечивают окисление углеводородов и, соответственно, способствуют превращению их в оксид углерода, углекислый газ и водяной пар. А родий является восстановительным катализатором. Он применяется для восстановления оксидов азота в безвредный азот. Получается, что три вида катализаторов понижают в отработанных газах содержание трех разных вредных веществ. Поэтому подобное устройство получило название трехкомпонентный каталитический нейтрализатор.

Блок-носитель размещается в металлическом корпусе. Между ними располагается теплоизоляционный слой. В корпусе катализатора находится кислородный датчик.

Эффективная работа рассматриваемого устройства достигается при температуре 300^о Цельсия, в таком случае задерживается около 90 процентов вредных веществ (для этого каталитический нейтрализатор устанавливается сразу же за выпускным коллектором).

Особенности

Катализаторы довольно эффективно снижают токсичность выхлопных газов и при этом практически не влияют на мощность двигателя и расход топлива. При наличии этого устройства незначительно возрастет обратное давление, в результате которого силовой агрегат автомобиля теряет 2-3 л. с. Теоретически катализатор выхлопных газов может служить вечно, ведь драгоценные металлы во время химических реакций не расходуются. Однако, как показывает практика, срок службы этих приборов имеет свой предел.

Например, одна из ходовых причин выхода из строя нейтрализаторов — это хрупкая керамика ячеек, которая от резкого сотрясения (если автомобиль на скорости ударится, попадет в выбоину или даже чиркнет корпусом катализатора по чему-либо) может разрушиться, что и приводит к выходу из строя упомянутого прибора. Сейчас начали появляться конверторы, у которых вместо керамики – металлический монолит. Они более устойчивы к разрушениям. Еще одна причина поломки каталитического нейтрализатора – это топливо. Этилированный бензин богат тетраэтилсвинцом, который «засаливает» поверхность ячеек. В результате все реакции прекращаются. Следующим врагом катализатора является неправильный состав горючего. Так, смесь, содержащая повышенное количество углеводородов, просто гробит устройство, а слишком бедная вызывает резкий перегрев, что может привести к разрушению монолита. Не менее опасны и резкие перепады температур, например, когда автомобиль въезжает в лужу. Это также может привести к повреждению керамики.

В целом, на каталитический нейтрализатор, как и на любой другой механизм, влияют условия эксплуатации.

fb.ru

Трёхкомпонентный каталитический нейтрализатор — КиберПедия

Трёхкомпонентный каталитический ней­трализатор устанавливается в системах ре­гулирования эмиссии вредных веществ с отработавшими газами как двигателей с впрыском топлива во впускной коллектор, так и двигателей с непосредственным впрыском бензина.

Назначение

В процессе сгорания топливовоздушной смеси в бензиновых ДВС образуются три основных токсичных компонента — углево­дороды СН, оксид углерода СО и оксиды азота NO_x. Трёхкомпонентный каталити­ческий нейтрализатор служит для преоб­разования этих вредных веществ в неток­сичные компоненты. Продуктами этого преобразования являются водяные пары (Н₂О), диоксид углерода (СО₂) и азот (N₂).

Принцип действия

Преобразование токсичных компонентов осуществляется в две стадии. Сначала про­исходит окисление оксида углерода и угле­водородов (таблица G, уравнения 1 и 2). Кислород, необходимый для процесса окисления, содержится в отработавших га­зах в виде остаточного кислорода по при­чине неполного сгорания или отбирается у оксидов азота, количество которых при этом уменьшается (G, уравнения 3 и 4). Концентрация вредных веществ в неочищен­ных отработавших газах есть функция коэф­фициента избытка воздуха А (рис. 2а). Для оксида углерода и углеводородов (СН) сте­пень преобразования неуклонно повышается по мере увеличения коэффициента избытка воздуха (рис. 2Ь). При А = 1 концентрация этих вредных веществ в неочищенных отра­ботавших газах очень мала, и при увеличении А (А > 1) остаётся на низком уровне. Преобразование оксидов азота (NO_x) в об­ласти богатой смеси (А < 1) является вполне допустимым. Самый низкий уровень со­держания NO_x имеет место при стехиометрическом составе смеси (А. = 1), но даже небольшое увеличение содержания кисло­рода в отработавших газах, вызванное работой при А > 1, препятствует снижению оксидов азота и вызывает резкий рост их концентрации в отработавших газах. Для того чтобы поддерживать максимально возможный высокий уровень преобразова­ния всех трёх токсичных компонентов в трёхкомпонентном каталитическом нейтра­лизаторе, они должны находиться в отрабо­тавших газах в химическом равновесии. Это означает, что состав топливовоздушной смеси должен быть стехиометрическим ), поэтому «окно» состава смеси, близ­кое к единице, является очень узким. Состав топливовоздушной смеси должен регулиро­ваться замкнутым контуром управления с кислородным датчиком (обратной связью).

Уравнения химических реакций в трёхком­понентном каталитическом нейтрализаторе

(1) 2 СО + О₂ _х 2 СО,

(2) 2С₂Н +7О₂ _> 4СО_г + 6Н₂О

(3) 2 NO + 2 СО _^ N₂ + 2 СО₂

(4) 2NO₂ +2CO_^ N₂ + 2СО₂ + О₂

Рис.2

а — Перед каталити­ческой очисткой отработавших газов

b — После каталити­ческой очистки

с — Характеристи­ческая кривая напряжения на узкополосном кислородном датчике

 

Устройство и конструкция

Каталитический нейтрализатор (рис. 3) со­стоит из стального корпуса 6, носителя (под­ложки) 5 и активного каталитического пок­рытия из благородных металлов 4.

Носитель (подложка)

Применяются два типа носителей — керами­ческие и металлические монолиты.

Керамические монолиты

Керамические монолиты представляют со­бой керамические тела, содержащие тысячи узких каналов, через которые проходит по­ток отработавших газов. Керамика состоит из термостойкого магниево-алюминиевого силиката. Монолит, который чрезвычайно чувствителен к механическим напряже­ниям, закрепляется внутри металлического корпуса посредством минерального объём­ного материала (типа матов) 2, который при первом нагревании расширяется, надёжно фиксируя монолит в данном положении. В то же самое время этот материал обеспечи­вает стопроцентное уплотнение для газов. Керамические монолиты наиболее часто ис­пользуются как основание для каталитичес­ких покрытий.

Металлические монолитыМеталлический монолит (металлический каталитический преобразователь) является альтернативой керамическому монолиту. Он изготовляется из гофрированной тонкой металлической фольги толщиной 0,05 мм, которая сворачивается и закрепляется в процессе высокотемпературной пайки. Благодаря тонким стенкам на одной и той же площади может размещаться значительно больше каналов, что означает меньшее со­противление потоку отработавших газов. Это, в свою очередь, очень важно для мощ­ных современных двигателей.

Покрытие

Керамические и металлические монолиты требуют подложки из оксида алюминия А1₂О₃, абсорбционного слоя («Washcoat») 4. Это покрытие служит для увеличения эф­фективной каталитической поверхности практически в 7000 раз. В каталитическом нейтрализаторе окислительного типа ката­литическое покрытие, наносимое на под­ложку, содержит благородные металлы пла­тину и/или палладий. В трёхкомпонентных каталитических нейтрализаторах применя­ется также родий. Платина и палладий уско­ряют окисление углеводородов СН и оксида углерода. Родий ускоряет снижение концен­трации оксидов азота NO_x. В зависимости от рабочего объёма двига­теля содержание благородных металлов в каталитическом нейтрализаторе составляет 1…3 грамма.

Эксплуатационные условия

Рабочая температура

Температура в каталитическом катализаторе играет решающую роль в эффективности процесса снижения вредных выбросов. Ре­альное преобразование токсичных компо­нентов в трёхкомпонентном каталитическом нейтрализаторе начинается только после до­стижения температуры 300° С. Идеальной с точки зрения высокого уровня преобразова­ния и длительного срока службы нейтрали­затора является температура 400…80СГС. В диапазоне температур 8ОО…1ООО°С уско­ряется термическое старение из-за спека­ния благородных металлов и слоя А1₂О₃, что приводит к уменьшению эффективной поверхности нейтрализатора. Губительное влияние на нейтрализатор оказывает про­должительность работы в этом темпера­турном диапазоне, поскольку при темпера­туре свыше 1000° С термическое старение резко ускоряется и приводит к тому, что каталитический нейтрализатор становится практически полностью неэффективным.

 

Рис.3

1-Кислородный датчик 2-Объёмный слой минерального материала 3-Теплоизоляци­онный двойной слой 4-Подложка Al₂O₃ с покрытием из благородных металлов 5-Монолит 6-Корпус

Нарушения работы двигателя (пропуски зажигания) могут привести к повышению температуры в каталитическом нейтрали­заторе больше 1400° С. Поскольку при этой температуре плавится материал подложки и полностью разрушается катализатор, не­обходимо обеспечить надёжную работу системы зажигания, которая не должна требовать технического обслуживания. Современные системы управления двига­телей могут определять пропуски зажига­ния и нарушения процесса сгорания, и в таких случаях прекращать впрыск топлива в данный цилиндр, чтобы предотвратить поступление несгоревшей топливовоздуш-ной смеси в выпускную систему.

Неэтилированное топливо Другойпредпосылкой долговременной ра­боты является использование неэтилиро­ванного топлива. В противном случае со­единения свинца осаждаются в порах ак­тивной поверхности нейтрализатора и уменьшают их число. «Отравлять» катали­затор и полностью повреждать его могут также отложения моторного масла.

Место установки

Строгие законодательные нормы по конт­ролю эмиссии вредных веществ требуют применения специальной концепции на­грева каталитического нейтрализатора при пуске двигателя. Такие концепции (напри­мер, подача дополнительного воздуха, уменьшение угла опережения зажигания, то есть позднее зажигание) определяют место установки каталитического нейтра­лизатора. Место установки каталитического нейтрализатора диктуется также его чувствительностью к температурному пре­делу его нагрева. Температурные условия, необходимые для обеспечения высокого уровня преобразования токсичных компо­нентов, делают обязательной установку трёхкомпонентного каталитического ней­трализатора близко к двигателю. Возможна конфигурация с двумя катали­тическими нейтрализаторами, в которой первый нейтрализатор («pre-cat») устанав­ливается рядом с двигателем, а после него под днищем автомобиля устанавливается второй (главный) каталитический нейтра­лизатор. Каталитические нейтрализаторы, располагаемые близко к двигателю, тре­буют специальной технологии покрытия, которая должна быть оптимизирована для обеспечения стабильности при высокой температуре. С другой стороны, нейтрали­заторы, расположенные под днищем авто­мобиля, требуют оптимизации при низких пусковых температурах (так называемые «low light-off») и обеспечения высокого уровня очистки от NO_x. Альтернативой здесь может быть только «об­щий» каталитический нейтрализатор, кото­рый устанавливается близко к двигателю.

Эффективность

Для бензиновых двигателей, работающих на гомогенной топливовоздушной смеси с Л = 1, в настоящее время наиболее эффек­тивным способом очистки отработавших газов является использование трёхкомпонентного каталитического нейтрализатора. В такую систему включён кислородный датчик с замкнутым контуром управления (с обратной связью), отслеживающий со­став топливовоздушной смеси. При ис­пользовании трёхкомпонентного катали­тического нейтрализатора вредные вы­бросы оксида углерода, углеводородов и оксидов азота могут быть практически уст­ранены при условии, что двигатель рабо­тает на распределённой гомогенной топли­вовоздушной смеси стехиометрического состава. Несмотря на то, что эти идеальные условия не всегда могут выполняться, можно исходить из того, что средний уро­вень снижения концентрации вредных ве­ществ при указанных эксплуатационных условиях составляет больше 98%.

 

Каталитический нейтрализатор NO_X аккумуляторного типа

Назначение

При работе двигателя на бедной смеси трёхкомпонентный каталитический ней­трализатор не может полностью преобра­зовать оксиды азота, которые образовались в процессе сгорания. Именно в таких слу­чаях кислород, который требуется для окисления оксида углерода и углеводоро­дов, не расщепляется из оксидов азота, а используется остаточный кислород, кото­рый в большом количестве содержится в отработавших газах. Каталитический ней­трализатор NO_x аккумуляторного типа снижает содержание оксидов азота другим способом.

cyberpedia.su