Нейтрализаторы выхлопных газов дизельного двигателя

Нейтрализация отработавших газов дизельных двигателей

При очистке отработавших газов дизелей особое внимание уделяется сокращению содержания двух компонентов:

· твердых частиц, которые возникают из-за неоднородного распределения смеси в камере сгорания;

· оксидов азота ( NO _х ), которые образуются при высоких температурах сгорания топливовоздушной смеси в дизеле.

В последние годы, благодаря совершенствованию систем впрыска топлива дизельных двигателей, уровень эмиссии этих компонентов отработавших газов значительно снизился.

Чтобы быстрее достигнуть рабочей температуры, окислительный нейтрализатор 9 (рис. 1) должен располагаться в системе выпуска как можно ближе к двигателю. Он уменьшает уровень эмиссии углеводородов (СН), оксида углерода (СО) и летучих составляющих твердых частиц, превращая все это в воду (Н₂О) и диоксид углерода (СО₂).

Рисунок 1 – Система выпуска отработавших газов с окислительным нейтрализатором, фильтром твердых частиц и системой добавления присадок:

1 – блок управления добавлением жидкой каталитической присадки; 2 – блок управления работой двигателя; 3 – насос для добавления жидкой каталитической присадки; 4 – датчик уровня жидкой каталитической присадки; 5 – бак с жидкой каталитической присадкой; 6 – клапан дозирования жидкой каталитической присадки; 7 – топливный бак; 8 – двигатель; 9 — окислительный нейтрализатор; 10 – фильтр твердых частиц; 11 – датчик температуры; 12 — дифференциальный датчик давления; 13 – сажевый датчик

Окислительные нейтрализаторы уже выпускаются серийно. Особыми версиями (т. н. «трехкомпонентными») можно одновременно сократить уровни эмиссии оксидов азота ( NO_x ), CH и СО, причем содержание NO_x снижается на 5. 10%.

2.Фильтр твердых частиц

В фильтре 10 (рис. 1) собираются содержащиеся в ОГ твердые частицы. Падение давления за фильтром твердых частиц — это возможный индикатор его загрязнения сажей, и в этом случае фильтр нуждается в очистке и регенерации. Необходимая для дожигания этой сажи температура (свыше 600°С) при нормальных режимах работы дизеля не возникает. С помощью некоторых регулировок аппаратуры подачи топлива и воздуха, например, установкой позднего момента начала впрыскивания и дросселированием воздуха на впуске, можно повысить температуру ОГ.

К настоящему времени разработаны специальные фильтры из пористой керамики, которые уже применяются серийно на легковых автомобилях.

Добавлением в топливный бак каталитических присадок обеспечивается снижение температуры дожигания твердых частиц в фильтре на 100°С. Разумеется, противодавление ОГ будет постепенно увеличиваться во время работы дизеля, так как негорючие отложения (пепел каталитических присадок) задерживаются фильтром. Это повышает расход топлива и ограничивает срок службы фильтра.

Система регенерации фильтра

При наличии системы регенерации фильтр твердых частиц подсоединяется к окислительному нейтрализатору, который окисляет содержащийся в ОГ оксид азота NO в диоксид азота NO ₂ . В этом случае собранная в фильтре сажа непрерывно сжигается при подаче сюда N О₂ уже при температуре 250°С, что значительно ниже температуры сгорания твердых частиц в обычных фильтрах, где происходит сгорание с подачей обычного кислорода О₂.

Датчики температуры, дифференциальный датчик давления и датчик сажи за фильтром твердых частиц контролируют функционирование системы регенерации фильтра. Для длительной работы окислительных нейтрализаторов, из-за их чувствительности к сере, требуется топливо с низким ее содержанием.

Окислительный нейтрализатор и фильтр твердых частиц могут быть интегрированы в один конструктивный элемент с каталитическим покрытием фильтра. Этот фильтр сокращенно именуется CSF ( Catalyzed Soot Filter , т. е. фильтр с каталитическим покрытием) или CDPF ( Catalyzed Diesel Particulate Filter , т. е. каталитический дизельный фильтр твердых частиц).

3.Накопительный нейтрализатор NO_x

Дизель всегда работает с избытком воздуха (бедная смесь), поэтому трехкомпонентный нейтрализатор, применяемый на бензиновых двигателях со впрыском топлива во впускной трубопровод, не может использоваться для снижения количества оксидов азота ( NO_x ). При избытке воздуха СО и СН реагируют с остаточным кислородом ОГ до образования СО₂ и Н₂О и, таким образом, не могут быть использованы для превращения NO_x в азот ( N ₂ ).Для снижения концентрации оксидов азота в ОГ дизелей легковых автомобилей разработан накопительный нейтрализатор NO_x , который уменьшает содержание оксидов азота другим способом: собирает их, а затем конвертирует. Этот процесс протекает в два этапа:

· накопление NO_x из ОГ при работе дизеля на бедной смеси ( a > 1; от 30 секунд до нескольких минут);

· выделение NO_x и восстановление (конверсия) в ОГ при работе дизеля на богатой смеси ( a

Оксиды азота при избытке кислорода в ОГ превращаются с помощью металлических окислительных нейтрализаторов на поверхности накопительного нейтрализатора NO_x в нитраты. При этом к накопительному нейтрализатору добавлен окислительный нейтрализатор 3 (рис. 2), который окисляет NО в N О₂.

Рисунок 2 – Схема системы выпуска отработавших газов с накопительным нейтрализатором NO_X :

1 – двигатель; 2 – система электрического подогрева отработавших газов; 3 – окислительный нейтрализатор; 4 – датчик температуры; 5 – широкополосный лямбда-зонд; 6 – накопительный нейтрализатор NO_X ; 7 – датчик NO_X или лямбда-зонд; 8 – блок управления работой двигателя

С возрастанием количества накопленных оксидов азота уменьшается способность нейтрализатора их связывать.

Имеются две возможности узнать, когда нейтрализатор нагружен так, что фазу накопления необходимо завершить:

· количество накопленных оксидов азота рассчитывается смоделированным процессом с учетом температуры нейтрализатора;

· датчик N О _X за накопительным нейтрализатором измеряет концентрацию оксидов азота в ОГ.

Начиная с определенной степени загрузки, накопительный нейтрализатор NO_x должен регенерироваться, т. е. накопленные оксиды азота должны снова высвобождаться и преобразовываться в азот и кислород. Для этого двигатель кратковременно переключается на режим работы с недостатком воздуха ( a = 0,95). При двухступенчатой регенерации (рис. 2) возникают диоксид углерода (СО₂) и азот ( N ₂ ).

Существуют два различных способа определить конец фазы восстановления:

· смоделированный процесс рассчитывает количество оставшихся на нейтрализаторе оксидов азота;

· лямбда-зонд 7 (рис. 2), установленный за нейтрализатором, измеряет концентрацию кислорода в ОГ, и изменение напряжения с состава ОГ с недостатком воздуха ( a a > 1) указывает на то, что процесс восстановления закончен (отсутствие СО).

Чтобы и при холодном пуске достичь значительного сокращения уровня содержания NO_x , можно применить систему 2 электрического подогрева ОГ.

В процессе очистки ОГ по принципу SCR ( Selective Catalytic Reduction , т. е. селективное каталитическое восстановление) в ОГ очень точно добавляется восстановитель, например, раствор мочевины с концентрацией 32,5% по массе. В гидролизном нейтрализаторе из раствора мочевины добывается аммиак (рис. 3).

Рисунок 3 – Система выпуска отработавших газов с селективным каталитическим восстановлением:

1 – двигатель; 2 – датчик температуры; 3 – окислительный нейтрализатор; 4 – форсунка для впрыскивания восстановителя; 5 – датчик NO_X ; 6 – гидролизный нейтрализатор; 7 — нейтрализатор SCR ; 8 – заграждающий нейтрализатор NH ₃ ; 9 – датчик NH ₃ ; 10 – блок управления работой двигателя; 11 – насос восстановителя; 12 – бак для восстановителя; 13 – датчик уровня восстановителя

Аммиак реагирует в нейтрализаторе SCR с NO_x , в результате чего образуются азот и вода. Современные нейтрализаторы SCR могут исполнять функции гидролизного нейтрализатора так, что последний становится не нужен.

Окислительный нейтрализатор перед добавлением восстановителя увеличивает эффективность системы. Окислительный нейтрализатор (заграждающий нейтрализатор NH ₃ ),установленный за нейтрализатором SCR , предотвращает возможный выброс NH ₃ .

Благодаря высокой степени снижения NO_x возможна регулировка двигателя, оптимальная по расходу топлива. Таким образом, с этой системой можно сэкономить до 10% топлива.

Для соблюдения будущих норм состава ОГ для многих дизельных автомобилей необходимо будет наличие систем очистки ОГ, которые делают возможным как фильтрацию твердых частиц, так и максимально эффективное снижение уровня эмиссии NO_x . Такие системы называются четырехкомпонентными, поскольку наряду с NO_x и твердыми частицами они снижают также содержание СН и СО.

Комбинация систем требует эффективного управления работой дизеля. К настоящему времени разработаны комбинации накопительного нейтрализатора NO_x и фильтра твердых частиц, а также нейтрализатора SCR и фильтра твердых частиц.

Пример комбинированной системы

Сажа непрерывно окисляется фильтром с каталитическим покрытием ( CDPF ), установленная далее система SCR снижает уровень эмиссии NO_x . Добавка восстановителя осуществляется в зависимости от режима и температуры или от концентрации NО_х в ОГ перед нейтрализатором. За функционированием комплексной системы наблюдают газовые датчики ( NO _х и/или NH ₃ ) и датчики температуры.

Что такое дизельный катализатор и как его продать в Москве

Что такое дизельный катализатор

8 800 600 12 72 — наша бесплатная, горячая линия

+7 (903) 130-29-99 — прием в цеху / выезд специалиста

Автомобильные моторы, которые работают на дизеле, предполагают такой нюанс, как избыток воздуха в процессе их деятельности. Строение таких двигателей также предполагает систематические выбросы углеводорода и угарного газа. Следствие таких процессов в автомобильном моторе – практически не хватает окиси углерода для восстановления окиси азота. Именно это и стало причиной создания нового типа устройств, которые получили название дизельный катализатор. Эти устройства разработаны для того, чтобы существенно уменьшить концентрацию ядовитых веществ в выхлопе автомобиля.

Строение и свойства дизельного катализатора

Вопрос,что такое дизельный катализатор, вызывает достаточно много спорных мнений. Это обусловлено тем, что на практике привычно использовать катализаторы, работающие с бензиновыми двигателями. На самом деле это устройство, конечно же, имеет свои особенности не только строения, но и функционирования.

Катализатор, работающий с дизельным двигателем, в принципе достаточно схож с обыкновенным нейтрализатором. Единственное отличие – это состав его покрытия. Если в большинстве обыкновенных каталитических конвертеров присутствуют такие драгоценные компоненты, как золото, медь, платина, палладий, родий, никель, хром, то в дизельном варианте состав основывается на присутствии в нём только двух основных компонентов.

Таким образом, можно выделить несколько ценных металлов, являющихся основой каталитического покрытия:

• Платина;
• Небольшое количество палладия.

Именно эти вещества позволяют качественно очищать вырабатываемые мотором транспортного средства выхлопные газы.

Благодаря наличию небольшого количества оговариваемых компонентов происходит тщательное предотвращение попадания токсичных веществ в атмосферу.

Внешний вид дизельного катализатора имеет форму цилиндра. Основной материал, из которого он изготавливается – металл. Благодаря прочной основе устройство может предотвратить повреждение внутренней составляющей, которая имеет важное значение и является основой конструкции. Внутри цилиндра располагается пластина с базовыми керамическими ячейками, выступающими в качестве барьера для сажи и копоти. Именно тут оседает большая часть вырабатываемых двигателем вредных веществ, обеспечивая тем самым минимальный выброс токсичных веществ в атмосферу.

Необходимость дизельного катализатора в работе автомобиля

Отрасль автомобилестроения развивается с невероятной скоростью. Ежедневно на рынки поступает огромное количество машин, которые незамедлительно реализуются. Таким образом, количество автомобилей на дорогах неумолимо растёт. А это значит, что и ответственность авто-владельцев значительно расширяется. Каждый автолюбитель должен позаботиться о том, чтобы работающий двигатель в его транспортном средстве никоим образом не навредил природе или человечеству в целом.

Собственно, вред заключается в выхлопных газах, которые появляются после длительной работы машин. Несмотря на то, какой двигатель установлен в автомобиле, он может нанести существенный урон окружающей среде. Это связано с вырабатываемыми выхлопными газами, а точнее с их неочищенным составом.

Для предотвращения распространения ядовитых компонентов в воздухе используется нейтрализатор.

Почему нейтрализатор выходит из строя?

Частой проблемой дизельного катализатора становится его выход из строя. Постоянная работа двигателя наряду с второстепенными факторами, которые систематически негативно воздействуют на катализатор, провоцируют поломку устройства. Теоретически работа катализатора должна быть без нареканий до достижения определённого километража пробега автомобиля. Чаще всего упоминается цифра 100.000 – 150.000 км. Но в жизни автомобильные нейтрализаторы доживают максимум до 80.000 км. Это связано с рядом причин, среди которых:

• Некачественное топливо;
• Низкокачественные расходные материалы (масла и жидкости);
• Механические повреждения;
• Загрязнение ячеек катализатора и т.д.

Все эти факторы пагубно влияют не только на работу устройства, но и на работу всего автомобиля. Вышедший из строя катализатор практически не подлежит ремонту. Такое устройство уже непригодно для дальнейшего использования.

Многие владельцы автомобилей прибегают к некоторой хитрости, которая заключается в замене дизельного катализатора на пламегаситель. Такой подход к решению проблемы обусловлен высокой стоимостью оригинального прибора. Но тут есть один нюанс, пламегаситель – это всего лишь имитация существования полноценного очищающего устройства. Иными словами, очищения выхлопных газов нет и стоимость такой детали существенно ниже оригинальной или универсальной.

Что делать с отработанным катализатором?

Рано или поздно любое устройство в системе автомобиля может прекратить свою работу. Особенно, если дело касается беспрерывной очистки выхлопных газов. Дизельный катализатор при поломке подаёт определённый сигнал, который достаточно сложно не заметить. Первое, что привлекает внимания автомобилиста при поломке, это загорание индикатора «Check engine». И если этот признак неисправности может каким-то образом сбить с толку неопытного автолюбителя, то существует ещё несколько явных признаков, говорящих о проблеме в нейтрализаторе. Этими признаками являются:

• Увеличение объёма дыма при выхлопе;
• Большая плотность дыма и резкий запах;
• Ухудшение тяги транспортного средства;
• Уменьшение мощности мотора.

Все эти проявления явно определяют место проблемы. Так как автомобильные нейтрализаторы не подлежат ремонту, наиболее оптимальным выходом из данной ситуации будет сдать дизельный катализатор в Москве, а полученные средства за его реализацию потратить на новое устройство.

Автомобильные нейтрализаторы – удовольствие не дешёвое, но весьма необходимое. Отсутствие данной детали в системе автомобиля может не только навредить природе и самому транспортному средству, но и существенно ударить по бюджету авто-владельца, ведь за неисправное устройство можно схлопотать немалый штраф.