Что такое катализатор в двигателе внутреннего сгорания - Авто журнал kupim-avto57.ru
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое катализатор в двигателе внутреннего сгорания

Незаменимые в быту и хозяйственной деятельности человека автомобили представляют наибольшую опасность для среды обитания человека. Вредное воздействие продуктов сгорания автомобильных двигателей имеет глобальные и локальные последствия:

  • Глобальные. Толщина и площадь озонового слоя, защищающего Землю от космических излучений, за последние десятилетия катастрофически уменьшилась, что в перспективе создает опасность для существования человечества.
  • Локальные. В мире есть еще немало территорий с чистой экологией. Но это никак не касается городов, где уже сегодня дышать чистым воздухом практически невозможно.

Как в этих процессах участвуют наши автомобили? Самым непосредственным образом! Их доля в загрязнении окружающей среды составляет не менее 70%. Всего за один год эксплуатации среднестатистический автомобиль выбрасывает в атмосферу:

  • 135 кг окиси углерода;
  • 25 кг оксидов азота;
  • 20 кг углеводородов;
  • 4 кг двуокиси серы;
  • 1,2 кг твердых частиц;
  • до 10 кг бензопропилена.

Всего получается не менее 12 миллионов тонн веществ, которые уничтожают не только среду обитания человека, но и разрушают защитный озоновый слой планеты. С каждым годом количество автомобилей увеличивается, что в перспективе не сулит ничего хорошего.

В связи с этим на международном уровне приняты стандарты качества топлива и количества вредных веществ, попадающих в атмосферу в процессе его сгорания в автомобильном двигателе. С 2005 года в странах Евросоюза установлен экологический стандарт Евро-5 для всех производимых транспортных средств. В России переход на стандарт Евро-4 осуществлен в 2015 году.

Рекомендации по установке и использованию катализаторов:

Для надежной работы катализаторов необходимо учитывать следующее:

  • Катализатор встраивается перед глушителем, чтобы предотвратить засорение
    отделяющимися
    волокнами абсорбера. Засорение катализатора приводит к повышению противодавления
    и снижению эффективности устранения вредных
    веществ. Волокна очень сложно удалять из каналов катализатора.
  • Для катализаторах ГПУ во избежание теплового старения следует
    поддерживать температуру ОГ на входе в катализатор на уровне 400 — 560°C. Экзотермическая
    реакция в катализаторе приводит к
    повышению температуры ОГ.
    Эта температура не
    должна превышать 650°C.
  • Катализаторы, встраиваемые после дизельных двигателей, должны работать при
    температуре более 430°C, т.к. только в этом случае не происходит загрязнение частицами сажи.
  • Во влажном состоянии необходимо обеспечить защиту катализатора от замерзания.Единственное исключение: остаточная влага от конденсата, образуемого при холодном запуске при низкой температуре окружающей среды. Например, допускается монтаж на крыше контейнера, если полностью исключена возможность проникновения наружной влаги в выпускную трубу.
  • В биогазовых установках и
    при работе со свалочными или очистными газами
    и при работе ДГУ на сырой/товарной нефти или мазуте применение стандартных катализаторов не предусмотрено.
  • Твердые вещества, которые содержатся в потоке ОГ и образуют отложения на катализаторе, не наносят непосредственного вреда, однако со временем эффективность катализатора снижается. Активная
    поверхность частично закрывается. По мере роста отложений происходит засорение отдельных каналов. Поток ОГ может протекать только через оставшиеся свободные каналы. В результате увеличивается
    объемная скорость и ухудшается обмен. Рост противодавления в
    выхлопной системе приводит к снижению мощности и последующему отключению двигателя. Этот процесс можно контролировать путем простого измерения разности давления.

Срок службы катализаторов во многом
определяется качеством топлива и настройкой ДВС. Обычно замена катализатора происходит либо
при его засорении (в этом случае растет противодавление системы) либо при
постепенном устаревании каталитических блоков
(в этом случае противодавление не растет, но ухудшается качество
окисления CO, что может быть замерено специальным зондом). Как правило, срок
службы катализатора составляет от 1 года до 3 лет.

Как катализатор охраняет окружающую среду?

  • Как катализатор охраняет окружающую среду?
  • 1. Назначение и общее описание выхлопной системы.
  • 2. Конструкция катализатора.
  • 3. Принцип работы катализатора.

Выхлопная система в автомобиле предназначается для того, чтобы выпускать все отработанные газы из транспортного средства наружу. В своей конструктивной составной имеет выпускной коллектор, каталитический конвертер и глушитель.

  • 1. Назначение и общее описание выхлопной системы.
  • 2. Конструкция катализатора.
  • 3. Принцип работы катализатора.

Если вникнуть глубоко в суть и принцип работы выхлопной системы, то можно разобраться для себя, что данное устройство является достаточно простым, а необходимыми знаниями сможет оперировать даже новичок в автомобильном деле. Важнейшим аспектом рассмотрения выхлопной системы – это определение смысла и сущности данного устройство. Так, приоритетной и важнейшей целью эксплуатации данного узла является вывод всех отработанных газов и очищение от тех же газов камеры сгорания. В тот момент, когда начинает открываться выпускной клапан непосредственно во впускной коллектор постепенно начинает направляться массе этих отработанных газов.

1. Назначение и общее описание выхлопной системы.

Одним из основных элементов выхлопной системы автомобиля является коллектор. Именно посредством этого узла и происходит вывод всех отработанных газов непосредственно из камеры сгорания. Все отходы, которые выходят, будут поступать в особые трубки, которые являются лишь посредниками и промежуточными звеньями во всей процедуре вывода отработанных газов наружу.

Важно заметить, что именно устройство коллектора в большинстве случаев подвергается тюнингу разными специалистами. Делается это для того, чтобы максимально обеспечивать подачу топлива в цилиндры, вследствие чего в разы увеличиться мощность двигателя внутреннего сгорания.

Читать еще:  Датчик температуры двигателя ниссан пульсар

Вслед за устройством коллектора следует каталитический нейтрализатор. Данное устройство предназначается для того, чтобы обеспечивать наименьший уровень токсичности отработанных газов. Если внедриться непосредственно в структурные особенности устройства катализатора в разрезе, то можно обнаружить, что состоять оно будет из внешней оболочки, выполненной из керамики, и тонких каналов, которые располагаются на ней. Все эти каналы внутри покрываются специальным небольшим платиновым слоем. В более простых случаях платина заменяется на более редкие металлы, такие как родий или палладий.

Важно заметить, что из-за того, что изготовление устройства катализатора предусматривает использование очень дорогих материалов, его себестоимость также является достаточно высокой. Вслед за устройством катализатора располагается устройство резонатора. Основная функциональная составная данного узла будет заключаться в том, чтобы резко расширить все отработанные газы. Именно из-за этого процесса будет значительно снижаться противодавление канала выхлопа, вследствие чего будет на порядок снижаться возникающая ударная волна.

Заключительным узлом и устройством, который является квинтэссенцией конструкции выхлопной системы автомобиля, является глушитель. Именно данная часть несет ответственность за то, какой именно звук издает автомобиль при езде. В современном мире автомобильные производители используют три вида глушителя, которые имеют свои особенности и свои негативы: ограничитель, отражатель и поглотитель.

После того, как было детально рассмотрено устройство выхлопной системы транспортного средства, следует приступить к разбору схемы, которая обеспечивает успешную работу данной системы. Принцип работы выхлопной системы является достаточно простым, вследствие чего даже новичок сможет разобраться с этим устройством. Выше мы уже определили, каким именно образом все отработанные газы направляются и попадают наружу, так что повторяться в этой отросли не следует.

Но важно заметить, что если речь идет о двигателе дизельном, а не бензиновом, то все отработанные газы сначала будут активизировать крыльчатку турбокомпрессора, лишь после чего направляться прямиком в трубу.

Тем не менее, очень важной является схема выхлопной системы, так как она напрямую связана с принципом ее работы. Так, данная схема предусматривает, что за приемной трубой газы будут направляться непосредственно в катализатор, где будет происходить очистка на увеличенных температурах, около 250 градусов. Важно заметить, что температура будет полностью контролироваться установленным лямбда-зондом.

Уже в зависимости от того, какие именно показатели будет выдавать температурный специальный датчик, непосредственно в цилиндры двигателя внутреннего сгорания будет направляться и поступать определенное количество топлива и воздуха. После этого отработка газов будет проходить процесс гашения, который проходит в резонаторе, вследствие чего будет произведен прямой вывод газов наружу посредством глушителя.

2. Конструкция катализатора.

Устройство катализатора предназначается для того, чтобы очищать все отработанные выхлопные газы. Являет собою устройство форму емкости, которая изготовлена из металла и имеет внутренний огнеупорный слой. Непосредственно во внутренней части емкости располагается тепло катализатора, которое разделяется условно на две подкатегории – металлическое и керамическое.

Устройство керамического катализатора представляет собою трехкомпонентный нейтрализатор выхлопа. Первым элементом является проволочная сетка, выполненная из нержавеющей стали, которая будет покрывать подушку, которая выполнена из керамического материала. Зачастую это обычный силикат, который сделан из алюминия и имеет частицы слюды. Третьим элементом является теплоизоляция, которую представляет термоустойчивый корпус с двойными стенками. Устройство металлического катализатора располагает гофрированной фольгой, которая покрыта активным слоем (палладий или же платина). В целом, если разобраться, то его конструкция полностью совпадает с катализатором керамического типа.

3. Принцип работы катализатора.

Катализатор, как правило, должен устанавливаться непосредственно после приемной трубы. Довольно часто также встречаются конструкции, где катализатор прикрепляется уже к фланцу устройства выпускного коллектора. Устройство каталитического нейтрализатора имеет корпус, блок носитель и теплоизоляцию. Важно знать, что при ударе корпуса катализатора об бордюр или камень будет происходить разрушение всех керамических сот картриджа, который располагается внутри устройства.

Устройства блока носителя, который состоит из большого количества сот-ячеек, играет основную функциональную роль в устройстве катализатора. Все соты покрываются особым рабочим составом. Важно заметить, что состав начинает свою эффективную работу непосредственно после прогревания, когда температура уже будет достигать 300 градусов.

Посредством устройства катализатора будет осуществляться сдерживание окиси углерода, углеводородов, сажи и иных веществ в выхлопных газах, посредством которых происходит разрушение слизистых оболочек. Важно заметить, что соты оболочки покрываются очень тонкой пленочкой, которая выполняется из платиноиридиевого сплава.

Все несгоревшие остатки нежелательных вредных веществ будут соприкасаться с раскаленной поверхностью каталитического слоя, вследствие чего будет происходить их тотальное истребление – они будут догорать. При непосредственном процессе горения будет использоваться остаток кислорода, который содержится в отработанных газах. Уже на выходе из катализатора будет обретен безвредный продукт из веществ, которые не несут никакой опасности жизни человека и окружающей среде.

Таким образом следует отметить, что именно катализатор является основным и центральным устройством всей выхлопной системы автомобиля, так как именно посредством данного устройства происходит тотальной искоренение всех нежелательных веществ из отработанных выхлопных газов. Принцип работы данного устройства является достаточно простым, так что каждый сможет ознакомиться, а вследствие и разобраться с ним.

Если автомобилист сталкивается с определенными трудностями, или же чувствует фактами, что выхлопная система пришла в негодность или неисправность, то следует незамедлительно обратиться в ближайший профессиональный сервисный центр, так как неисправность данного узла может послужить тотальному краху всей автомобильной системной цепи, ремонт которой обойдется автолюбителю в очень круглую сумму.

Читать еще:  Вакуумный бензонасос для 4t двигателя принцип работы

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Каталитическое обезвреживание выхлопных газов тяжёлой техники

Тарарыкин А.Г., Успенская А.Ю.

Что служит основным источником загрязнения воздуха?

В общем деле загрязнения атмосферы вследствие человеческой деятельности, двигатели внутреннего сгорания (ДВС), безусловно, находятся на первом месте. И не просто лидируют, а значительно опережают все остальные вместе взятые техногенные источники. «Первенство» объясняется просто подавляющим численным преимуществом именно этих загрязнителей, по сравнению с суммой всех остальных техногенных источников.

Бензиновые ДВС

Относительно «малотоксичный» бензиновый ДВС, кроме полезной работы, «производит» вредные выбросы в атмосферу, лишь из того, что у него имеется в бензобаке. Поэтому в выхлопе бензинового двигателя содержится какое-то количество недогоревшего топлива (СxНy) и угарного газа (СО). Для успешного их окисления в нейтрализаторе бензинового ДВС существуют вполне благоприятные условия:

вредные продукты – легко окисляемы, а необходимый для реакции каталитического окисления (сжигания) кислород в достаточном количестве присутствует в выхлопе двигателя.

Поэтому, нормально отрегулированный бензиновый двигатель, оснащённый каталитическим нейтрализатором выхлопных газов, достаточно легко и надёжно окисляет вредные примеси до безопасных уровней: углекислого газа (CO2) и воды (H2O):

Дизельный двигатель существенно вреднее своего бензинового «собрата»

Как источник загрязнения атмосферы, дизельный ДВС существенно более опасен. И дело вовсе не в распространенном заблуждении, что дизельное топливо (в просторечии солярка), якобы – хуже или грязнее бензинов высоких экологических стандартов.

Дизельный ДВС также, как и работающий на бензине, разумеется, обеспечивает поступление в атмосферу стандартного набора из угарного газа и остатков недогоревшего топлива. К сожалению этим дело не ограничивается. Повышенная опасность дизельных ДВС «обеспечивается» ещё двумя дополнительными и абсолютно объективными причинами. Первая причина. Более высокие параметры работы дизеля, а именно – давление и температура в цилиндрах уже достаточны для запуска процесса химического синтеза высокотоксичного «букета» – оксидов азота, общей формулы (NОх).

Причём сырьём для этого химического процесса, служат кислород (О2) и азот (N2), то есть обычный чистый воздух, потребляемый дизельным двигателем для работы:

Ни качество топлива, ни регулировки двигателя, или какиелибо другие параметры не способны отменить законы химии и термодинамики при работе дизельного ДВС. Цилиндры двигателя становятся «химическими реакторами», синтезирующими одни из самых токсичных видов атмосферных загрязнений непосредственно из чистого воздуха.

Вторая причина повышенной опасности. В то время как нейтрализация выхлопа бензинового ДВС – это окисление примесей имеющимся в достатке кислородом, нейтрализация же оксидов азота NOx – это строго противоположный процесс химического восстановления. И присутствие кислорода в выхлопе двигателя препятствует процессу нейтрализации, вплоть до полного его прекращения. Таким образом, при каталитической нейтрализации токсичных продуктов дизельного ДВС, нужно организовать протекание в нейтрализаторе двух, строго говоря, несовместимых процессов – окисления и восстановления одновременно. Тем не менее, современные разработки катализаторов уже дают примеры достаточно результативного обезвреживания выхлопа дизельных ДВС.

Дизельные двигатели карьерной, дорожной и строительной техники

Дизельный ДВС грузового автомобиля, равномерно двигающегося по карьерной дороге или шоссе или его стационарный аналог, например, работающий в составе дизель-электрогенератора, основное время работы выдают полезную мощность в стационарном режиме.

Существенно снизить вред, наносимый окислами азота организму человека и окружающей среде, в таком случае возможно с помощью современных каталитических нейтрализаторов, например работающих по технологии Селективного Каталитического Восстановления (SCR), где используются специальные катализаторы или даже химические добавкиреагенты.

Совсем иное дело – работающий экскаватор, оснащённый дизельной силовой установкой. Назвать эксплуатацию его дизельного двигателя «нестационарной» было бы сильным преувеличением: мгновенный набор мощности, остановки, вибрации, рывки и удары, и снова остановки. Ни о каких оптимальных регулировках работы двигателя, здесь не может быть и речи. Процесс дозирования и смешения реагентов, как и сам химический процесс нейтрализации – инерционны, и для режимов работы тяжёлой горной техники – неприменимы по определению. Видимо поэтому на экскаваторах, грейдерах, гидромолотах даже ведущие мировые производители нейтрализаторы не устанавливают, предполагая, что свежий ветер стройки и карьера, способен разогнать облака токсичных выхлопов.

Наихудший вариант – дизельные двигатели тяжёлой техники, помещенные в шахту, тоннель, глубокий карьер

В ситуации закрытого объёма (тоннель, шахта, глубокий разрез) все ядовитые компоненты выброса остаются в призабойном пространстве работы машины, где свежего ветра – не предвидится. Даже качественная вентиляция – не способна полностью устранить проблему локальных избыточных концентраций токсичных веществ. А проблема из области экологии переходит в область здоровья и безопасности людей.

Существуют ли способы разрешения этой проблемы?

И всё-таки, устранение проблемы возможно с помощью каталитических технологий очистки выхлопных газов ДВС.

Для этого достаточно использовать грамотно спроектированный каталитический реактор-нейтрализатор, устанавливаемый вместо штатного глушителя.

Читать еще:  406 двигатель слабое давление на горячую

В корпусе нейтрализатора располагается перфорированная корзина, куда засыпается гранулированный катализатор (ШПК-1), изготавливаемый на основе специального шарикового носителя с платиной в качестве активного каталитического элемента.

В комплексе это позволяет преодолеть большинство трудностей, возникающих при эксплуатации в замкнутых объёмах шахт и тоннелей таких сложных объектов, как тяжёлая горная техника. Механические воздействия – вибрации и удары – не сильно сказываются на работоспособности шарикового катализатора. Дымовые выбросы элементарной сажи компенсируются самоочищающимся действием вибрирующего слоя катализатора. Локальные термические перегревы в сочетании с выбросом водяных паров не способны привести к растрескиванию шарикового носителя, как это бывает с монолитными керамическими блоками сотовой структуры, где имеются узкие длинные микроканалы, которые помимо растрескивания, могут забиваться сажей и коксовыми отложениями.

Отработанная конструкция самого реактора, предусматривающая гранулированную засыпку, исключает необходимость в специальных уплотнениях блоков, термокомпенсациях и прочих ухищрениях. А если нет уплотнений, то, следовательно, нечему и разрушаться, создавая каналы, через которые отработанные газы выбрасываются в атмосферу неочищенными. Такая система проверена несколькими десятилетиями успешной эксплуатации нейтрализаторов.

Служит ли каталитический нейтрализатор панацеей, снимающей все проблемы?

Условия эксплуатации, которые рассмотрены в данной статье, не могут принести полного устранения проблемы очистки и токсичных выхлопов. Однако, такие компоненты как угарный газ (СО) и остатки топлива (СХНy) могут быть нейтрализованы практически полностью, а объёмы выбросов наиболее сложных – оксидов азота, за счёт высокого качества катализатора реально снижаются на 15–40%.

Несколько сотен единиц работающей в нашей стране техники, оснащённой такими нейтрализаторами, реально и ежедневно подтверждают это.

Ре­ко­мен­да­ции

Для обес­пе­че­ния эф­фе­к­тив­ной ра­бо­ты ней­т­ра­ли­за­то­ра не­об­хо­ди­мо ис­поль­зо­вать толь­ко ка­че­ст­вен­ное не­эти­ли­ро­ван­ное то­п­ли­во, так как со­дер­жа­щий­ся в бен­зи­не те­т­ра­этил­сви­нец (ТЭС) не­об­ра­ти­мо “от­ра­в­ля­ет” ка­та­ли­ти­че­скую по­верх­ность.
Во вре­мя и по­с­ле ра­бо­ты дви­га­те­ля кор­пус ней­т­ра­ли­за­то­ра име­ет до­с­та­точ­но вы­со­кую тем­пе­ра­ту­ру. В свя­зи с этим, во из­бе­жа­ние по­жа­ра, не сле­ду­ет пар­ко­вать ав­то­мо­биль над лег­ко вос­пла­ме­ня­ю­щи­ми­ся пред­ме­та­ми, на­при­мер су­хи­ми ли­сть­я­ми, тра­вой, бу­ма­гой и т.д.
Сле­ду­ет со­блю­дать ос­нов­ные пра­ви­ла, при­ве­ден­ные в ин­ст­рук­ции по экс­плу­а­та­ции ав­то­мо­би­лей. Они на­пра­в­ле­ны на пре­ду­пре­ж­де­ние си­ту­а­ции, ко­гда в ней­т­ра­ли­за­тор мо­жет по­пасть зна­чи­тель­ное ко­ли­че­ст­во не­сго­рев­ше­го то­п­ли­ва. В этом слу­чае воз­мож­ная вспыш­ка мо­жет при­ве­с­ти к его раз­ру­ше­нию. На­и­бо­лее об­щие ре­ко­мен­да­ции мож­но из­ло­жить сле­ду­ю­щим об­ра­зом:
· не сле­ду­ет бес­по­лез­но кру­тить дви­га­тель стар­те­ром дли­тель­ное вре­мя;
· в хо­лод­ное вре­мя го­да, ес­ли дви­га­тель не за­пу­с­тил­ся с пер­вой по­пыт­ки, не­об­хо­ди­мо из­бе­гать по­втор­ных вклю­че­ний стар­те­ра че­рез ко­рот­кие про­ме­жут­ки вре­ме­ни;
· нель­зя пу­с­кать дви­га­тель пу­тем бу­к­си­ров­ки;
· за­пре­ща­ет­ся про­ве­рять ра­бо­ту ци­лин­д­ров, от­клю­чая све­чи за­жи­га­ния.

1 Основным источником образования несгоревших остатков является гашение пламени в пристеночных зонах, в зазоре между поршнем и цилиндром, между поршневыми кольцами и канавками в поршне и т.д. Другая причина — неравномерность состава смеси по объему цилиндра, особенно у непрогретого двигателя и на переходных режимах.

Признаки неисправности катализатора на машине

Водитель, даже с малым опытом, без проблем сможет определить наличие неисправности в системе выпуска, которая, чаще всего, связана с катализатором. Если отработавшие газы начали плохо проходить на выхлоп, это отразится следующим образом на «поведении» машины и мотора:

  • Машина начнет с трудом набирать скорость. При этом проблема чувствуется до определенного момента, который зависит от степени загрязненности или повреждения катализатора. Например, при разгоне по загородной трассе автомобиль медленно будет увеличивать скорость на низких передачах, а при переходе на повышенную (и набор высокой скорости) он начнет работать в обычном режиме. Может сложиться ощущение, что сзади в автомобиле находится тяжелый груз, из-за чего разгон происходит медленно;

Горит лампочка Check Engine. При сильном загрязнении катализатора некоторые электронные блоки управления зажигают лампочку с требованием проверки двигателя, чтобы водитель понимал о наличии неисправности. При этом на бортовом компьютере может загореться оповещение об ошибке P0420 – проблема с эффективность мотора;

  • Повысился расход топлива. Из-за загрязненного катализатора увеличивается расход топлива. Обращайте внимание, что повышение расхода говорит о неисправности в системе выхлопа только в том случае, если имеется проблема с медленным набором скорости.
  • Если катализатор сильно поврежден или забит, двигатель может не заводиться. Или же мотор будет стартовать, но через несколько секунд работы глохнуть.

    Устранение неисправностей

    Двигатель современного автомобиля, его выхлопная система очень сложные и состоят из дорогостоящих деталей. Каталитический нейтрализатор стоит очень дорого, особенно трехкомпонентный. Поэтому оптимальный вариант исправления поломок – замена катализатора. Но в отечественной практике поступают проще и экономнее, производится удаление катализатора, в ряде случаев на его место ставится пламегаситель. Практика сомнительная, а реальная экономия единовременная и не очевидна. Например, может повыситься расход топлива, плюс штрафы ГИБДД и в результате вся экономия сойдет на нет. Для диагностики и Замены катализатора следует обращаться в техцентры и СТО со специализацией ремонт выхлопной системы , узел дорогостоящий и требует аккуратного обращения, оборудования и опыта при выявлении неисправностей, их устранении.

    голоса
    Рейтинг статьи
    Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector