Снижение токсичности отработавших газов может быть достигнуто путем введения в конструкцию нейтрализаторов и фильтров твердых частиц (сажи) как дополнительного оборудования, встраиваемого в выпускной тракт ДВС. Для этого могут быть использованы окислительные каталитические нейтрализаторы и окислительно-восстановительные нейтрализаторы с дополнением их сажевым фильтром.
Окислительный каталитический нейтрализатор функционирует при температурах 680... 880 К и осуществляет окисление оксида углерода и низкомолекулярных углеводородов в диоксид углерода с эффективностью до 95 %. Блок-носитель нейтрализатора выполняется из керамики с сотовой структурой, из гофрированной фольги нержавеющей стали толщиной 0, 03—0, 04 мм или в виде гранул из оксида алюминия, которые укладываются в цилиндрический металлический корпус, закрытый с торцов сет- и ками.
Рис. 1. Схемы характерных типов нейтрализаторов ОГ ДВС: а — каталитический; б — комбинированный (нейтрализатор-фильтр-глушитель); в — абсорбционный нейтрализатор-фильтр
Окислительно-восстановительный нейтрализатор отличается от окислительного тем, что он дополнительно комплектуется ступенью для восстановления оксида азота. Восстановительная ступень катализатора содержит насадку на основе благородных металлов (платина, палладий, рутений и др. ). Однако могут применяться катализаторы на основе переходных материалов, в частности меди, хрома, кобальта, никеля и их сплавов. Эти катализаторы менее долговечны, чем использующие благородные металлы. Их эффективность меньше при высоких объемных скоростях химических реакций, а требуемая степень нейтрализации продуктов неполного сгорания достигается при более высоких температурах, чем, например, на платиновых. Поэтому, несмотря на высокую стоимость, для каталитической нейтрализации ОГ предпочитают использовать катализаторы на основе благородных металлов.
Для обеспечения восстановительной среды перед первой ступенью нейтрализатора ДВС должен быть отрегулирован для работы с коэффициентом избытка воздуха а, близким к стехиометрическому значению. При α> 1, 05 активность катализатора резко уменьшается, поскольку среда становится окислительной. Однако после восстановительного катализатора к ОГ для создания окислительной среды требуется подвести вторичный воздух.
Рис. 2. Принципиальная схема установки каталитического нейтрализатора в
выпускном тракте ДВС:
1 — отработавшие газы двигателя; 2 — выпускная труба; 3 — нейтрализатор;
4 — электронный блок; 5 — клапан; 6 — ресивер; 7— обратный клапан
Здесь отработавшие газы от двигателя 1 поступают по выпускной трубе 2 к нейтрализатору 3, после чего выбрасываются в атмосферу. Для поддержания необходимой температуры газов перед окислительной ступенью катализатора используется электронный блок 4, регулирующий с помощью клапана 5 подачу воздуха через ресивер 6 и обратный клапан 7 из атмосферы в нейтрализатор.
Как отмечалось выше, в системе должна быть осуществлена необходимая регулировка ДВС по значению а. В связи с этим в современных конструкциях нейтрализатор дополнительно комплектуется кислородным датчиком (λ-зондом), системой впрыска топлива (вместо карбюратора), поскольку необходимо дозировать топливо с высокой точностью, так как только вблизи а = 0, 98—0, 99 достигается максимальный эффект нейтрализации одновременно по трем компонентам — СО, СmНn и NOx.
Однако использованию каталитических нейтрализаторов ОГ на дизелях препятствует большое наличие сажи в выбросах: По этому здесь в первую очередь требуется очистка выбросов от этого компонента. Одним из лучших конструктивных решений сажеуловителя считают фильтры регенеративного типа. Они представляют собой сотовую насадку с ячейками прямоугольного сечения. В качестве материала фильтра используется пористый кордиерит (пористая керамика) с достаточной механической прочностью, стойкостью к агрессивным химическим веществам, сопротивлением к оплавлению и образованию трещин при тепловых воздействиях, а также термической стабильностью.
Рис. 3. Схема сажеуловителя с сотовой насадкой
Накопившуюся в фильтре сажу' следует периодически удалять. Это осуществляется двумя способами. Первый — термическое окисление: отходящие газы необходимо нагреть до 450 °С и выше, что приводит к воспламенению накопившейся сажи. Второй вариант предусматривает применение каталитических активаторов горения сажи. При этом упрощается система регенерации фильтра, поскольку все сводится к аварийному отключению при его недопустимо высоком аэродинамическом сопротивлении. В качестве каталитических активаторов горения сажи ис- пользуют металлоорганические соединения и вещества на основе железа, цезия, марганца, наличие которых обеспечивает поддержание температуры отработавших газов на необходимом уровне. При этом концентрация активаторов горения сажи в топливе должна составлять порядка 0, 02 %.
Используемая литература: Графкина М. В., Михайлов В. Л., Иванов К. С.
Экология и экологическая безопасность автомобиля : учебник / М. В. Графкина, В. А. Михайлов, К. С. Иванов. — М. :
ФОРУМ, 2009. — 320 с. — (Высшее образование).
Скачать реферат: