13. Снижение токсичности отработавших газов каталитическими нейтрализаторами. Их устройство и принципы работы.

Каталитические нейтрализаторы. Всеми

исследователями выполнение норм Евро-3 связывается с

применением каталитических нейтрализаторов отработавших газов

для всех типов двигателей внутреннего сгорания.

Каталитический нейтрализатор отработавших газов, а

сокращённо просто катализатор, стал сейчас уже обязательной

деталью для всех выпускаемых автомобилей в развитых странах.

Предназначение катализатора – окислять вредные соединения,

содержащиеся в выхлопных газах. Конструкция его достаточно

проста, но содержание солей платины, родия или палладия заметно

увеличивает стоимость катализатора.

Конструктивно - каталитический нейтрализатор (КН)

представляет собой керамический блок с множеством продольных

каналов, площадь отверстий которых ~ 1 мм2 и толщина стенки 0,1–

0,5 мм. На внутреннюю поверхность этих сот-трубок напылен тонкий

слой платины и родия. Эти металлы выступают в роли катализаторов

химических реакций. Проходя вдоль ячеек КН, выхлопные газы при

высокой температуре подвергаются нейтрализации и превращаются в

безопасные вещества – двуокись углерода (CO2), водяной пар (H2O) и

азот (N2). Катализаторы снижают токсичность выхлопа примерно на

90 %, то есть позволяют при сохранении уровня загрязнения воздуха

увеличить численность автотранспорта почти в десять раз.

Каталитические нейтрализаторы могут быть различными по

конструкции, но чаще всего они имеют вид двухкамерного реактора

(рис. 5.1). В левой камере (восстановительный блок) происходит

восстановление оксидов азота по следующей схеме:

2CO+2NO→N2+2CO2.

В правой камере (окислительный блок) такого реактора

осуществляется окисление угарного газа и углеводородов:

2CO+O2→ 2CO2.

Для окисления угарного газа в КН осуществляется дополнительная

подача воздуха.

Рис. 5.1. Схема двухкамерного каталитического нейтрализатора

Нейтрализаторы различаются по типу носителя, на который

непосредственно наносится каталитический слой. Это может быть

керамический блок в виде сот, или блок, выполненный из

металлической ленты. Керамические КН более распространены, чем

металлические, и менее дороги. Основной недостаток керамического

КН – его хрупкость. Достаточно даже несильного удара об камень на

дороге, чтобы нейтрализатор получил серьезные повреждения. Ещё

одной причиной разрушения керамики КН могут быть неполадки в

системе зажигания. Если при попытке пуска двигателя не происходит

воспламенение топлива в камере сгорания, то несгоревший бензин

скапливается в ближайшей ёмкости выпускного тракта, в области

катализатора, и когда, наконец, двигатель заводится, то скопившийся

бензин детонирует, а соты нейтрализатора, естественно,

рассыпаются. Металлический блок более надёжен и может

длительное время выдерживать различные механические нагрузки.

При всех достоинствах КН, у них существуют серьезные

недостатки:

1. Керамический и металлический КН чувствительны к:

 некачественному или этилированному бензину;

 попадающему в камеру сгорания маслу или антифризу;

 некондиционным техническим жидкостям, используемым в

целях промывки топливной системы;

 переобогащённой топливовоздушной смеси;

 длительной работе двигателя на холостом ходу.

В результате воздействия вышеперечисленных факторов, кроме

потери способности КН дожигать вредные примеси, происходит

засорение каналов, что приводит к уменьшению их общего

проходного сечения. А это в свою очередь приводит к потере

мощности ДВС и к перегреву самого нейтрализатора. То есть

использование КН требует аккуратности в эксплуатации.

2. Второй недостаток – КН довольно дороги. Их высокая

стоимость объясняется использованием в КН благородных и

редкоземельных металлов – платины и родия. Хотя новые высокие

технологии открывают перспективу для получения и применения

высокоэффективных недорогих катализаторов для КН.