Назначение и расположение катализатора в автомобиле
Практически с самого начала создания автомобиля и до сегодня у конструкторов стоит несколько вопросов, над которыми они постоянно «бьются». Один из этих вопросов – максимальное снижение выбросов вредных веществ в атмосферу, ведь при сгорании топлива в цилиндрах двигателя появляется отработанные газы, которые в своем составе имеют ядовитые элементы. А поскольку эти газы отводятся во внешнюю среду – значит, отравляющие вещества выходят из силовой установки авто постоянно, пока она работает.
Одним из самых действенных способов снижения вредных выбросов авто, который является вполне распространенным – использование каталитического нейтрализатора, в народе называющийся сокращенно катализатором.
Для того чтобы понять, для чего нужен этот нейтрализатор, упомянем немного теории.
Теоретическая часть
Устройство автомобильного катализатора
Выхлопной газ, выходящий из цилиндров силового агрегата состоит из многих элементов, выделившихся в результате химической реакции, которой и является горение.
Даже стандарты ЕВРО, постоянно ожесточающиеся, подразумевают определенное наличие опасных веществ, которые автомобили не должны превышать. В некоторых странах за экологией следят очень серьезно, поэтому авто, не соответствующие определенным нормам ЕВРО, и не оснащенные катализаторами, продавать и использовать запрещено.
Несколько слов о металлах, которые выступают нейтрализаторами. Они отличаются по химической реакции с вредными веществами. Так, палладий и сплав на основе платины являются окислительными, то есть, при вступлении в реакцию с вредными веществами, они их окисляют, разделяя на безвредные вещества.
Родий же является нейтрализатором восстановительным. Он при реакции оксиды азота восстанавливает до обычного безвредного азота.
На деле все происходит так: выхлопные газы и выпускного коллектора подаются в емкость, где находится специальная бобина с нейтрализующим металлом, проходя через которую, часть вредных веществ химически нейтрализуется, а затем уже выхлопной газ идет дальше – в резонатор и глушитель.
Сейчас все чаще применяются все три металла в одном катализаторе на авто – для улучшенной очистки отработанных газов. То есть, внутри катализатора размещаются одна за другой три бобины, каждая со своим металлом.
Конструкция катализатора
А теперь более подробно об устройстве катализатора. Располагается он зачастую за выпускным коллектором. Состоит он из корпуса, утеплителя и блок-носителя – той самой бобины.
О корпусе особо говорить нечего – герметичная жестяная емкость с двумя выходами для установки ее в систему отвода выхлопных газов. Утеплитель предотвращает просачивание газов мимо блок-носителя. Помимо этого, он сохраняет температуру, необходимую для протекания реакций. Дело в том, что быстрее всего реакции, при которых нейтрализуются вредные вещества проходят при температуре не менее 300 град. Поэтому зачастую нейтрализатор и располагается сразу за коллектором.
Принцип работы катализатора
А вот сами блок-носители по конструкции довольно интересны. Указанные металлы являются очень дорогостоящими, поэтому сделать один блок-носитель полностью из этого металла – удовольствие невыгодное. Поэтому основой для блок-носителя выступает керамика, сделанная в виде сотов. На поверхность этих сотов и наносится слой нейтрализующих металлов. Такая конструкция позволяет не только снизить расход дорогих металлов, но еще и по максимуму увеличить площадь контакта металла с газами.
Некоторые блок-носители состоят из свернутой в рулон керамической ленты с сотами, поэтому в разрезе она похожа на бобину. Но это не всегда так, есть и блок-носители, похожий на сигаретный фильтр, но только значительно увеличенный в размерах.
Работа катализатора
Одной из особенностей использования катализатора на авто является то, что бортовой компьютер следит за его работой. Для этого в систему отвода включены лямбда-зонды. В авто, которое не оснащено катализатором, данный зонд только один и нужен он для определения количества остаточного кислорода в отработанных газах для коррекции работы системы питания.
Расположение катализатора в выхлопной системе. Кислородные датчики — это и есть лямбда-зонды
А вот в машине с каталитическим нейтрализатором таких лямбда-зондов два, первый установлен перед и катализатором и он определяет состав выхлопных газов для системы питания. Второй располагается за катализатором и определяет он состав выхлопных газов уже прошедших дополнительную очистку. После бортовой компьютер сравнивает показания двух зондов.
Если значения будут выравниваться, это укажет на выход из строя катализатора, о чем просигнализирует индикатор «Check engine».
Неисправности каталитического нейтрализатора
Все дело в том, что катализатор не вечен и со временем выходит из строя. Средний срок службы его составляет около 100 тыс. км. Если авто прошло такой километраж, и возникли проблемы с катализатором – это укажет на естественный износ. В таком случае слой нейтрализующих металлов с поверхности керамических сотов выгорел и выхлопные газы уже не очищаются.
Видео: Как пробить катализатор
Однако проблемы с катализатором могут возникнуть и значительно раньше. Виной тому может стать нарушенная работа системы зажигания или питания. По их вине может пройти засорение сотов сажей и другими продуктами горения, после чего работа катализатора нарушается.
Еще причиной поломки катализатора может стать некачественный бензин, особенно это проблема актуальна у нас. Часто для повышения октанового числа в бензин добавляется тетраметилсвинец. Октан он хоть и повышает, но в цилиндрах полностью не сгорает, а выходя из цилиндров – оседает на поверхности сотов блок-носителя, после чего катализатор перестает действовать.
Устранение проблем в работе
Решений проблем, возникших с каталитическим нейтрализатором – несколько. Первая и самая простая – замена катализатора на оригинальный. То есть, обращаетесь к официальным дилерам, они заказывают новый элемент, заменяют его и авто продолжает эксплуатироваться дальше. Но в этом есть одна значительная проблема – стоимость. Сейчас производители авто поступают по-хитрому – зачастую выпускной коллектор выполнен заодно с катализатором. А поскольку сам катализатор – не дешевый, а еще если и добавить коллектор, то и вовсе сумма за ремонт может выйти приличной.
Вторым способом решения проблемы является установка универсального катализатора. При этом восстановление работоспособности авто может обойтись значительно дешевле. Для авто подбирается определенная модель катализатора, подходящая по параметрам автомобиля. Далее неисправный катализатор вырезается из системы отвода выхлопных газов, на его место вваривается новый – универсальный.
Видео: Катализатор и пламегаситель, сравнение до и после, 0-100(120) км\ч Nissan Almera N16 QG15DE
И последний способ восстановления – замена катализатора на пламегаситель. Это самый «варварский» способ. Катализатор с выхлопной трубы вырезается, на его место вваривается пламегаситель, он же предварительный резонатор, который стабилизирует поток выхлопных газов при прохождении через него, но он никаких очистных работ не проводит. После производится перепрошивка бортового компьютера, и проблем с катализатором больше не возникает.
Катализатор в авто — зачем он нужен?
Катализатор или каталитический нейтрализатор – это элемент выхлопной системы автомобиля, который предназначен для очистки вредных выхлопов до безопасной формы. Очищение происходит методом доокисления до водяного пара и углекислого газа при высоком нагреве. Это позволяет наносить меньше вреда окружающей среде. Данный процесс происходит на сотах, поверхность которых покрыта тонким слоем благородных металлов платиновой группы.
Принцип работы автомобильного катализатора
Вредные выхлопные газы выходят из камеры сгорания и попадают в каталитический нейтрализатор, внутри которого установлено по 2-3 блока сот с напылением благородных металлов. Газы разогреваются до нужной температуры 750-850 градусов, происходит химическая реакция, в результате которой вредные соединения распадаются на безопасные.
Строение катализатораПроблемы связанные с катализатором
Основная проблема, которая возникает при эксплуатации каталитического нейтрализатора, связана с его коротким сроком службы. Указанный производителем срок эксплуатации бывает 100-150 тысяч километров пробега, но на практике он получается еще меньше. В связи с этим, многие автовладельцы сталкиваются с необходимостью его замены, поскольку при забитом катализаторе датчик посылает сигнал на ЭБУ, в результате чего автомобиль выдает ошибку и начинает корректировать процесс зажигания топлива и состав топливо-воздушной смести, после которого машина теряет в мощности.
Оплавление катализатораРешение проблемы
Решение проблемы с отработанным катализатором кажется очевидной – просто установить новый, но проблема в дороговизне данного элемента из-за наличия благородных металлов. Кроме того, новый катализатор также быстро выйдет из строя как старый, поэтому многие автолюбители ищут другое, более эффективное решение этой проблемы.
На относительно старых моделях с одним датчиком кислорода была возможность просто выбить соты и ездить без них. Хотя вредные вещества начинали попадать в атмосферу, проблема для автовладельца решалась. В третьем поколении каталитических нейтрализаторов стали устанавливать два датчика кислорода до и после катализатора, что не позволяло просто выбить соты, так как второй датчик фиксирует неочищенные выхлопные газы и продолжает посылать ошибку.
Чтобы решить эту проблему можно перепрошить ЭБУ под Евро-2. Евро-2 – это экологический стандарт, при котором устанавливался один датчик кислорода на катализатор. В прошивке удаляются все упоминания о нижней лямбде, это позволит ездить с выбитыми сотами. Сложность этого метода заключается в необходимости найти действительно хорошего специалиста и быть предельно осторожными при установке новых прошивок.
Мини-катализатор на датчик кислородаДругой метод решения проблемы – это установка обманки во второй датчик кислорода. Вторая лямбда начинает фиксировать допустимое количество вредных веществ, поскольку из-за обманки в нее поступает только ограниченное их количество. Для Евро-3 подходили совсем простенькие пустотелые обманки, а для Евро-4 и Евро-5 уже придуманы другие с мини-катализаторами, которые имитируют реальный каталитический нейтрализатор. Помимо этого есть электронные обманки.
Пламегаситель вместо катализатораИз недостатков выбивания катализатора можно назвать появление неприятных запахов, которые особенно могут чувствоваться в пробках. Также меняется звук выхлопа, но это решается установкой пламегасителя, который снижает температуру выхлопных газов и уменьшает их резонанс. При удалении катализатора мощность прибавляется незначительно, но вместе с установкой специальной системы “паук” можно добиться примерно 6-процентроной прибавки, что уже существенно.
Специфика корейских автомобилей
Каталитический нейтрализатор отработавших газов | Автомобильный справочник
Законодательство в области ограничения токсичности отработавших газов устанавливает пределы содержания в них токсичных веществ. Для выполнения этих требований меры, связанные с совершенствованием конструкции двигателей, оказываются недостаточными. В дополнение к снижению количества неочищенных выбросов большое внимание уделяется каталитической очистке отработавших газов, с целью преобразования токсичных веществ. Вот о том как происходит каталитическая очистка отработавших газов, мы и поговорим в этой статье.
Содержание
Каталитические нейтрализаторы преобразуют загрязняющие вещества, образующиеся в процессе сгорания топлива, в безвредные компоненты.
Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор отработавших газов
Современные технологии очистки отработавших газов для двигателей, работающих при стехиометрическом составе смеси, представляет трехкомпонентный каталитический нейтрализатор. Его задачей является преобразование токсичных веществ — НС (углеводородов), СО (оксида углерода) и NOх (оксидов азота), образующихся в процессе сгорания топлива, в безвредные составляющие. Конечными продуктами являются Н2О (водяной пар), С0 2 (диоксид углерода) и N2 (азот).
Конструкция и принцип действия каталитического нейтрализатора
Каталитический нейтрализатор состоит из контейнера из листовой стали, подложки, покрытия из пористого оксида и активного каталитического металлического покрытия. Подложка обычно представляет собой керамический монолит, хотя для специальных применений также используются металлические монолиты. На монолит наносится слой подложки, который увеличивает эффективную площадь каталитического нейтрализатора примерно в 7000 раз. Каталитический слой поверх подложки содержит благородные металлы, такие как платина или палладий и родий. Платина и палладий ускоряют окисление НС и СО, в то время как родий несет ответственность за восстановление NО.
Окисление СО и НС происходит в соответствии со следующими реакциями:
2 СО + О2 —> 2 СО2,
Восстановление оксидов азота происходит в соответствии со следующей реакцией:
2 NO + 2 СО —► N2+ 2 СO2
Кислород, требующийся для процесса окисления, либо присутствует в отработавших газах (в результате неполного сгорания топлива), либо забирается из оксидов азота NОX, которые в то же время восстанавливаются.
Концентрация токсичных веществ в отработавших газах (перед каталитическим нейтрализатором) зависит от коэффициента избытка воздуха λ (см. рис. а, «Эффективность каталитического нейтрализатора в функции коэффициента избытка воздуха λ» ). Для как можно более полного преобразования трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором всех трех токсичных составляющих требуется стехиометрический состав топливно-воздушной смеси (λ = 1, см. рис. Ь, «Эффективность каталитического нейтрализатора в функции коэффициента избытка воздуха λ» ). При λ = 1 имеет место состояние равновесия между реакциями окисления и восстановления, что способствует полному окислению НС и СО с одновременным восстановлением NО, При этом НС и СО действуют в качестве восстановителей для NO. «Окно» (диапазон регулирования λ), в пределах которого должно находиться среднее значение λ, очень невелико Отсюда следует, что смесеобразование должно корректироваться с использованием замкнутой системы регулирования λ с применением в качестве устройства, вырабатывающего сигнал обратной связи, кислородного датчика λ (см. рис. с, «Эффективность каталитического нейтрализатора в функции коэффициента избытка воздуха λ» ) (см. «Регулирование λ»).
Каталитический нейтрализатор кислородного типа
Точность регулирования λ в динамическом диапазоне, как правило, составляет 5 %, т.е. отклонения от значения λ = 1 являются неизбежными. Каталитический нейтрализатор способен сам компенсировать небольшие колебания состава смеси. Он обладает способностью запасать избыточный кислород во время работы двигателя на бедной смеси и освобождать его при обогащении смеси. Слой подложки содержит цероксид, который может запасать и освобождать кислород в соответствии со следующей обратимой реакцией:
Се2Оз + О2 <-> 4 СеO2
Следовательно, задача системы управления двигателем представляется вполне ясной. Усредненное по времени значение λ перед каталитическим нейтрализатором должно поддерживаться очень точно (допустимое отклонение составляет несколько тысячных долей). Отклонения, переведенные в количество запасаемого и освобождаемого кислорода, не должны превышать количества кислорода, которое может удерживать каталитический нейтрализатор. Типичные значения этого количества лежат в диапазоне от 100 мг до 1 г; в процессе старения каталитического нейтрализатора эти значения Уменьшаются. Все обычные методы диагностики каталитического нейтрализатора основаны на прямом или косвенном определении его способности к накоплению кислорода.
При нормальной рабочей температуре каталитического нейтрализатора степень преобразования ограниченного количества токсичных веществ достигает 99%.
Каталитический нейтрализатор NOx аккумуляторного типа
Во время работы двигателя на бедной смеси трехкомпонентный каталитический нейтрализатор не способен преобразовывать оксиды азота, произведенные в процессе сгорания топлива. СО и НС окисляются остаточным кислородом, содержащимся в отработавших газах, и, следовательно, не могут служить в качестве восстановителей оксидов азота.
Каталитический слой каталитического нейтрализатора NОx, аккумуляторного типа содержит вещества, способные накапливать NОx, например, оксид бария. Все обычные покрытия, накапливающие NОx, также обладают свойствами трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, в результате чего каталитический нейтрализатор NОx аккумуляторного типа при λ = 1 работает таким же образом, как трехкомпонентный каталитический нейтрализатор.
При работе двигателя на бедной смеси в режиме послойного распределения заряда NОx преобразуются в три этапа. Вовремя накопления NОx сначала окисляются до диоксида азота NO2, который затем реагирует со специальными оксидами на поверхности каталитического нейтрализатора и кислородом (O2) с образованием нитратов, например, нитрата бария.
По мере того как количество накопленных NОx (нагрузка) возрастает, способность нейтрализатора связывать NОx понижается. При определенной нагрузке аккумулятор NОx должен быть регенерирован, т.е. связанные в нем оксиды азота должны быть снова освобождены и преобразованы. С этой целью двигатель кратковременно переводится в режим работы на богатой однородной смеси (λ < 0,8) для восстановления NО до N2 без выработки в ходе процесса СО и НС.
Время окончания фазы хранения и начала фазы освобождения либо вычисляется с использованием модели, либо определяется при помощи кислородного датчика λ после каталитического нейтрализатора.
Десульфатация
Содержащаяся в топливе сера также вступает в реакцию с аккумуляторным материалом в каталитическом слое. В результате с течением времени количество материала, имеющегося в наличии для накопления NОх, уменьшается. Это приводит к образованию сульфатов, например, сульфата бария, которые обладают очень высокой тепловой стойкостью и не восстанавливаются во время регенерации NОх. Для десульфатации каталитический нейтрализатор необходимо нагреть до 600-650 °С, а затем в течение нескольких минут двигатель должен попеременно работать на богатой (λ = 0,95) и бедной (λ = 1,05) смеси. В ходе этого процесса количество сульфатов уменьшается.
Используя различные методы нагрева каталитического нейтрализатора NOx аккумуляторного типа, расположенного под днищем автомобиля, следует соблюдать осторожность, чтобы не допустить перегрева первичного каталитического нейтрализатора.
Рабочая температура каталитического нейтрализатора
Каталитические нейтрализаторы не могут начать преобразование до тех пор, пока не достигнут определенной рабочей температуры (температуры запуска). Для трехкомпонентного каталитического нейтрализатора эта температура составляет приблизительно 300 °С. Идеальные условия для преобразования достигаются при температуре от 400 до 800 °С. Для каталитического нейтрализатора NОх, аккумуляторного типа благоприятный диапазон температур ниже: он достигает максимальной накопительной способности при температуре от 300 до 400 °С.
Температуры от 800 °С до 1000 °С вызывают ускоренное тепловое старение каталитического нейтрализатора. Это старение вызывается спеканием благородных металлов и слоя подложки, в результате которого уменьшается активная поверхность катализатора. При температурах свыше 1000 °С тепловое старение происходит настолько быстро, что каталитический нейтрализатор вообще перестает оказывать какой-либо эффект.
Конфигурации каталитических нейтрализаторов
Требуемая рабочая температура трехкомпонентного каталитического нейтрализатора ограничивает варианты его установки. При установке каталитического нейтрализатора вблизи двигателя он быстро достигает рабочей температуры, но затем может испытывать очень высокие тепловые нагрузки.
Широко используется конфигурация трехкомпонентного каталитического нейтрализатора с разделенным на две части первичным нейтрализатором и главным каталитическим нейтрализатором, устанавливаемым под днищем автомобиля. Первичный каталитический нейтрализатор оптимизирован в отношении высокотемпературной стабильности, а главный нейтрализатор — в отношении низкой температуры активации. Различные возможные конфигурации первичного и главного (устанавливаемого под днищем) каталитических нейтрализаторов показаны на рис. «Конфигурация установки каталитических нейтрализаторов» . В связи с их более низкими максимально допустимыми рабочими температурами каталитические нейтрализаторы NОх, аккумуляторного типа всегда устанавливаются под днищем автомобиля.
Нагрев каталитического нейтрализатора отработавших газов
Количество выбросов НС и СО особенно велико, когда двигатель холодный, поскольку при этом топливо конденсируется на холодных стенках цилиндров, а затем выходит из камеры сгорания несгоревшим. Проблему усугубляет тот факт, что для эффективной работы каталитический нейтрализатор должен достичь минимальной рабочей температуры. Поэтому крайне важно снизить количество необработанных отработавших газов во время прогрева двигателя, пока каталитический нейтрализатор не достиг рабочей температуры. Отсюда следует необходимость принятия мер к быстрому нагреву каталитического нейтрализатора до рабочей температуры. Требуемое для этого тепло может быть обеспечено за счет повышения температуры отработавших газов и увеличения их массового расхода. Это может быть сделано следующим образом.
Регулирование момента зажигания
Основным способом повышения температуры отработавших газов является сдвиг момента зажигания в сторону запаздывания. При этом сгорание смеси происходит во время такта расширения. К окончанию такта расширения отработавшие газы имеют относительно высокую температуру. Позднее сгорание топлива оказывает неблагоприятное влияние на к.п.д. двигателя.
Увеличение оборотов холостого хода
Дополнительной мерой является увеличение оборотов холостого хода и, соответственно, массового расхода отработавших газов. Повышение оборотов позволяет еще больше сдвинуть момент зажигания в сторону запаздывания. Тем не менее, в целях обеспечения устойчивой работы двигателя запаздывание зажигания ограничивается диапазоном от 10 до 15° после ВМТ. Дополнительного тепла, полученного вышеуказанными способами, не всегда оказывается достаточно для надлежащего снижения содержания токсичных веществ в отработавших газах.
Регулирование фаз газораспределения
При необходимости, можно использовать еще один способ увеличения теплового потока, заключающийся в регулировании фаз газораспределения. При как можно более раннем открытии выпускных клапанов происходит раннее прерывание процесса задержанного сгорания топлива, и количество произведенной механической работы уменьшается. Соответствующее количество энергии становится доступно в виде тепла для повышения температуры отработавших газов.
Разделение впрыска
Системы прямого впрыска бензина в принципе предоставляют возможность многократного впрыска топлива. Это позволяет быстро нагреть каталитический нейтрализатор до рабочей температуры без использования каких-либо дополнительных компонентов. Режим «разделения» заключается в первоначальном создании однородной бедной смеси посредством впрыска топлива во время такта впуска. Последующий впрыск топлива во время такта сжатия с переходом в режим послойного распределения заряда топлива позволяет сдвинуть момент зажигания в сторону запаздывания и повысить температуру отработавших газов. При этом достижимые тепловые потоки отработавших газов сравнимы с потоками, которые могут быть получены посредством нагнетания вторичного воздуха.
Система подачи дополнительных порций воздуха
Тепловое дожигания несгоревшего топлива повышает температуру в системе выпуска отработавших газов. С этой целью состав топливно-воздушной смеси регулируется в пределах от λ = 0,9 (богатая смесь) до λ = 0,6 (очень богатая смесь). Насос вторичного воздуха подает кислород в систему выпуска отработавших газов (см. рис. «Система подачи вторичного воздуха» ) в целях обеднения состава отработавших газов. Если базовая смесь очень богатая (λ = 0,6), несгоревшие составляющие топлива окисляются перед поступлением в каталитический нейтрализатор с выделением тепла (экзотермическая реакция) и подъемом температуры выше определенного порогового значения. Для достижения этой температуры необходимо: с одной стороны — сдвинуть момент зажигания в сторону запаздывания, а с другой стороны — подать вторичный воздух как можно ближе к выпускным клапанам. Экзотермическая реакция в системе выпуска отработавших газов увеличивает тепловой поток в направлении каталитического нейтрализатора и, следовательно, сокращает период его нагрева. НС и СО восстанавливаются в основном до поступления в каталитический нейтрализатор.
Если базовая смесь умеренно богатая (λ = 0,9), существенной реакции перед каталитическим нейтрализатором не происходит. Несгоревшие составляющие топлива окисляются в каталитическом нейтрализаторе, что вызывает его нагрев изнутри. Однако для этого сначала необходимо довести температуру каталитического нейтрализатора до уровня «запуска» посредством обычных мер, например, сдвига момента зажигания в сторону запаздывания.
Как правило, используется умеренно богатая базовая смесь, поскольку в случае очень богатой смеси экзотермическая реакция перед каталитическим нейтрализатором может стабильно протекать только при стабильных граничных условиях.
Нагнетание вторичного воздуха осуществляется электрическим насосом, который включает реле при увеличении требуемой эффективной мощности двигателя. Поскольку клапан в системе вторичного воздуха предотвращает обратный поток отработавших газов в насос, когда насос выключен он должен быть закрыт. В качестве такого клапана может использоваться пассивный обратный клапан, электромагнитный клапан или (как показано на рис. «Система подачи вторичного воздуха» ) пневматический клапан с электромагнитным управляющим клапаном. При включении управляющего клапана — клапан подачи вторичного воздуха открывается под действием разрежения во впускном трубопроводе. Управление системой подачи вторичного воздуха осуществляется электронным блоком управления двигателем.
Альтернативные концепции активного нагрева
В некоторых случаях для быстрого нагрева каталитического нейтрализатора применяется электрообогрев. Нейтрализаторы с электрообогревом были ранее использованы в отдельных мелкосерийных проектах.
λ-регулирование
Для обеспечения как можно более высокой скорости преобразования НС, СО и NО, трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором компоненты реакции должны присутствовать в стехиометрическом соотношении. Для этого требуется поддержание значения λ = 1,0; т.е. стехиометрического соотношения воздух/топливо с очень высокой точностью.
Для этого управление процессом смесеобразования должно осуществляться при помощи замкнутой системы регулирования, поскольку требуемая точность не может быть достигнута только посредством управления дозированием топлива при использовании замкнутой системы регулирования λ отклонения от заданного значения соотношения воздух/топливо могут быть обнаружены и скорректированы посредством изменения количества впрыскиваемого топлива. В качестве показателя состава топливно-воздушной смеси используется остаточное содержание кислорода в отработавших газах, измеряемое при помощи кислородных датчиков (см. двухступенчатые и широкополосные кислородные датчики).
Двухступенчатое регулирование λ
Система двухступенчатого регулирования λ служит для поддержания стехиометрического состава смеси с λ = 1. Преобразованная переменная величина, включающая скачки и участки линейного изменения напряжения, изменяет свое направление при каждом скачке выходного напряжения двухступенчатого кислородного датчика. Это означает переход от богатой смеси к бедной или наоборот (см. рис. «График изменения преобразованной переменной с регулируемым сдвигом в режиме разомкнутого регулирования» ). Типичная амплитуда колебаний этой преобразованной переменной должна быть в пределах 2-3 % от ее среднего значения. Результатом является ограничение динамики контроллера, которое в основном определяется суммой значений времени реакции (обусловленных предварительным накоплением топлива во впускном трубопроводе, четырехтактным принципом действия двигателя внутреннего сгорания и временем прохождения газов).
Асимметричная форма кривой преобразованной переменной позволяет скомпенсировать типичную недостоверность сигнала двухступенчатого датчика, вызванную колебаниями состава топливно-воздушной смеси. При этом предпочтительным методом является задержка линейного возрастания преобразованной переменной в течение регулируемого времени выдержки tv после скачка выходного напряжения датчика.
Непрерывное регулирование λ
Динамическая характеристика системы двухступенчатого регулирования может быть улучшена только в том случае, если может быть измерено фактическое отклонение от значения λ = 1. Для непрерывного регулирования с поддержанием λ = 1 с очень низкой амплитудой колебаний в сочетании с высокими динамическими характеристиками может быть использован широкополосный кислородный датчик. Параметры регулирования вычисляются и адаптируются в соответствии с рабочими режимами двигателя. Кроме того, при такой системе регулирования λ компенсация неизбежного смещения характеристики системы регулирования как в стационарном, так и нестационарном режиме осуществляется значительно быстрее.
Широкополосный кислородный датчик также позволяет регулировать состав смеси в случае его отклонения от λ = 1. Это позволяет осуществлять контролируемое обогащение смеси (λ < 1), например, для защиты компонентов, или контролируемое обеднение (λ > 1), например, во время прогрева каталитического нейтрализатора.
Система регулирования λ с использованием двух кислородных датчиков
Когда кислородный датчик находится перед каталитическим нейтрализатором, он испытывает высокие тепловые нагрузки и подвергается воздействию необработанных отработавших газов, что ограничивает точность измерения. Изменения состава отработавших тазов могут вызывать сдвиг точки скачка выходного напряжения двухступенчатого кислородного датчика или характеристической кривой широкополосного кислородного датчика. Кислородный датчик, расположенный после каталитического нейтрализатора, подвергается этим воздействиям в значительно меньшей степени. Однако, система регулирования λ с использованием только кислородного датчика, расположенного поcле каталитического нейтрализатора, демонстрирует ухудшение динамической характеристики, обусловленное конечным временем прохождения газов, и замедленной реакцией на изменения состава смеси.
Более высокая точность может быть достигнута в системе, включающей два датчика. Здесь контур двухступенчатого или непрерывного регулирования λ дополняется более медленным корректирующим контуром, содержащим дополнительный двухступенчатый кислородный датчик (см. рис. а, «Места установки кислородных датчиков» ). С этой целью выходное напряжения двухступенчатого кислородного датчика после каталитического нейтрализатора сравнивается со значением установки (например, 600 мВ). В зависимости от величины отклонения, система регулирования соответствующим образом ступенчато изменяет установку состава смеси в сторону обогащения или обеднения для первого контура регулирования, или значение установки для контура непрерывного регулирования.
Система регулирования λ с использованием трех кислородных датчиков
Установка третьего кислородного датчика после главного каталитического нейтрализатора рекомендуется для облегчения диагностики каталитических нейтрализаторов и обеспечения повышенной стабильности состава отработавших газов для автомобилей категории SULEV (Автомобили со сверхнизким выбросом вредных веществ). Система регулирования с двумя кислородными датчиками (первый каскад) дополнена контуром регулирования с очень низким быстродействием с использованием третьего кислородного датчика, установленного после главного каталитического нейтрализатора (см. рис. Ь, «Места установки кислородных датчиков» ).
Поскольку требования, предъявляемые к категории SULEV, относятся к величине пробега 150 000 миль, старение первичного каталитического нейтрализатора может привести к снижению точности измерения двухступенчатого кислородного датчика после первичного каталитического нейтрализатора. Этот эффект компенсируется посредством установки дополнительного двухступенчатого кислородного датчика после главного каталитического нейтрализатора.
РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:
Что такое катализатор – в мельчайших деталях!
Катализатор – это очень простой элемент выхлопной системы, но от него зависит многое. Сегодня мы поможем вам узнать, какие вредные вещества формируются при работе автомобильного двигателя. Вы также получите информацию о том, как каталитический преобразователь уменьшает количество вредных выбросов.
Каждый современный автомобиль (не учитывая электрокаров, конечно) является серьезным источником загрязнения. В особенности эта проблема актуальна для жителей мегаполисов, так как именно в таких населенных пунктах количество автомобильных выхлопных газов порой очень высоко.
Для того чтобы хоть как-то препятствовать этой проблеме правительства различных стран ограничивают уровень загрязнения, создаваемого автомобилями. В последние годы многие компании, которые выпускают транспортные средства, серьезно модернизировали двигатели и выхлопные системы своих моделей, чтобы соответствовать определенным нормам.
Одним из достаточно серьезных шагов на этом пути стало производство катализатора или каталитического преобразователя. Что такое катализатор в автомобиле и как он работает? Как мы уже упоминали выше, его работа заключается в том, чтобы вовремя преобразовать вредные вещества, содержащиеся в выхлопных газах, в менее вредные продукты. Причем катализатор должен сделать это ещё до того, как выхлопные газы окажутся за пределами машины.
Ликбез по вредным выбросам
Для того чтобы максимально уменьшить содержание вредных веществ в выхлопных газах, производители «научили» двигатели автомобилей следить за количеством расходуемого топлива. Электронный блок управления двигателем контролирует оптимальную пропорцию топливо-воздушной смеси. Для этого используется такая характеристика, как стоихиометрический коэффициент. В теории, при таком соотношении топливо должно сгореть с применением определенного количества кислорода.
К примеру, стоихиометрический коэффициент бензина составляет примерно 14,7 к 1. А это значит, что для сожжения 1 единицы бензина необходимо сжечь 14,7 единицы воздуха. В реальных условиях сгорание смеси топлива имеет некоторые отличия от оптимальной пропорции. Порой смесь становится обедненной (при повышении коэффициента), а иногда – слишком богатой (при падении данного показателя).
Автомобильный двигатель вырабатывает такие вредные продукты:
- N2 (газообразный азот). Воздух на нашей планете на 78% состоит именно из этого вещества, причем большая его часть попадает в силовой агрегат авто.
- h3O (водяной пар). Продукт сгорания, формирующийся при соединении кислорода и водорода.
- СО2 (диоксид углерода). Это также продукт сгорания, который появляется в результате соединения углерода с кислородом.
По сути, перечисленные вещества не представляют опасность для нашего здоровья, однако ученые утверждают, что углекислый газ приводит к ухудшению ситуации с глобальным потеплением. Поскольку процесс горения далеко не всегда соответствует планам разработчиков двигателей, определенный объем вредных веществ, все же, попадает в выхлопную систему. Именно для этого и существует катализатор. Каталитический преобразователь предназначен для сокращения количества следующих веществ:
- СО (окись углерода) – вредный бесцветный газ, не имеющий запаха;
- летучие органические соединения или углеводороды – ключевая составляющая смога, который формируется в результате неполного сгорания бензина;
- NO и NO2 (оксиды азота) – ещё одна составляющая смога и так называемых кислотных дождей.
Далее мы поможем вам понять, как работает катализатор в автомобиле.
Кстати, рекомендуем периодически выполнять проверку катализатора. Подробнее о признаках забитого катализатора читайте в нашей недавней статье.
Принцип работы катализатора
Ещё со школьного курса химии многие люди знают, что катализатор – это вещество, применяемое для вызова или повышения скорости химической реакции. При этом каталитический преобразователь не становится продуктом реакции. Катализаторы принимают участие в реакциях, но их нельзя назвать реактивами или продуктами химической реакции. К примеру, в организме каждого человека есть ферменты, которые необходимы для осуществления большого количества биохимических реакций.
Что такое катализатор вы уже знаете. Рассмотрим подробнее их устройство. Сегодня существуют два основных типа катализаторов: окислительные и восстанавливающие. Они имеют керамическую структуру, которую покрывает катализатор из металла. Суть состоит в формировании структуры, которая сможет подставить под выхлопные газы максимально возможную площадь каталитического преобразователя. При этом задействуется минимальное количество катализатора, поскольку стоимость применяемых материалов является очень высокой.
Интересно, что в некоторых устройствах применяют даже золото. По сравнению со всеми иными вариантами золото оказалось самым дешевым. Оно может увеличить уровень окисления на 40%, без чего невозможно сократить объем вредных веществ.
Многие современные автомобили имеют системы выпуска с тремя катализаторами. Каждый из них отвечает за уменьшение количества выбросов определенного вещества.
Сначала выхлопные газы попадают в восстанавливающий катализатор. В нём применяются родий и платина, которые сокращают количество молекул NO и NO2. В момент их контакта с молекулами каталитического преобразователя происходит отделение атома азота, в результате чего высвобождается O2, то есть кислород. Затем происходит связывание атомов азота, в результате чего появляется N2.
Следующий этап – фильтрация в окислительном катализаторе. Это необходимо для уменьшения объема окиси углерода и оставшегося топлива. Они окисляются с использованием палладия и платины. Данный катализатор способствует вступлению окиси углерода в реакцию с оставшимся кислородом, что приводит к образованию СО2, то есть углекислого газа.
Современные автомобили оснащаются катализаторами с конструкциями типа “керамические бусины” и “соты”. Очень часто можно увидеть преобразователи со структурой в виде сот.
Не знаешь, как происходит замена катализатора на пламегаситель? Подробнее по ссылке – https://avtopub.com/kak-sdelat-plamegasitel-svoimi-rukami-vmesto-katalizatora/
Далее вы узнаете, как происходит последний этап преобразования. Также Автопаб расскажет о том, как улучшить эффективность работы катализатора.
Оптимизация работы выхлопной системы автомобиля
На последнем этапе преобразования осуществляется контроль выхлопных газов. Полученная информация позволяет регулировать работу системы подачи топлива. Между двигателем и катализатором расположен специальный датчик кислорода (его ещё называют лямбда-зондом). Он сообщает электронике автомобиля количество кислорода в составе выхлопных газов.
После получения этой информации компьютер регулирует объем воздуха, который подаётся для приготовления оптимальной топливо-воздушной смеси. Благодаря такому решению силовой агрегат автомобиля функционирует на пропорции, максимально приближенной к стехиометрической точке. Также это позволяет проверить количество кислорода, ведь он нужен для правильной работы окислительного катализатора.
Катализатор – это устройство, которое создано для борьбы с загрязнением окружающей среды, однако его эффективность можно серьезно повысить. Среди «минусов» стоит отметить, что он функционирует лишь при высоких температурах. Сразу после запуска двигателя этот элемент практически не работает.
Для получения оптимального результата можно изменить расположение катализатора. Он должен находиться ближе к мотору. В таком случае его нагрев будет происходить гораздо более оперативно. Правда, такое решение негативно влияет на эксплуатационный срок каталитического преобразователя по причине регулярного воздействия повышенных температур. Многие производители монтируют катализатор приблизительно под креслом переднего пассажира, что защищает конвертер от воздействия слишком горячих выхлопных газов.
http://www.youtube.com/watch?v=ZFt2IY3fnfs
Для уменьшения количества выбросов используют также подогрев катализатора. Простейшее решение – установка электронагревателей. Нагреть катализатор очень быстро не получится, так как почти на всех автомобилях используется электросеть на 12 Вольт. Подобные решения применяются в современных гибридах (например, в автомобиле Тойота Приус), оснащенных высоковольтными аккумуляторами.
Катализаторы на автомобилях с дизельными двигателями не очень эффективно борются с вредными выбросами NO и NO2. Специалисты отмечают, что дизельные моторы работают в более низком режиме температур, по сравнению с бензиновыми агрегатами, а катализаторы функционируют эффективнее при нормальном нагреве.
Отдельные мастера изобрели современную систему выпуска, у которой нет такой проблемы. Они обеспечивают подачу карбамида (органическое соединение кислорода, азота и водорода) в выхлопную трубу ещё до контакта газов с катализатором. Это приводит к химической реакции, сокращающей объем NO и NO2.
Карбамид (мочевина) присутствует в составе мочи земноводных, а также млекопитающих, поэтому это вещество и получило такое имя. Данное соединение вступает в реакцию с NOx, в результате чего формируется водяной пар и азот, а количество оксидов азота уменьшается примерно на 90%.
Нейтрализаторы отработавших газов автомобильных двигателей.
Нейтрализаторы отработавших газов
Нейтрализаторы служат для снижения концентрации в отработавших газах токсичных компонентов. Основными токсичными веществами в отработавших газах являются оксид углерода (СО), группа оксидов азота (NOx, основной из них NO2) и углеводороды (CmHn).
Различают термические и каталитические нейтрализаторы.
В термических нейтрализаторах происходит полное восстановление СО в СО2 и догорании СН. Оксид углерода (СО) обладает значительной теплотой сгорания, но горит при температуре выше 700 ˚С.
Для сжигания оксида углерода отработавшие газы подогревают (при необходимости) в термоизолированной камере и подают в нее дополнительную порцию воздуха. Применение дополнительной подачи топлива для подогрева газов и нагнетание воздуха приводят к увеличению расхода топлива до 15 %.
Наиболее распространены каталитические нейтрализаторы. Их действие основано на понижении энергии, выделяющейся при химических процессах окисления токсических веществ, путем применения катализаторов (платины, палладия, родия).
Каталитические нейтрализаторы делятся по типу на окислительные (переводят СО в СО2) и восстановительные (расщепляют NOx на свободный азот и кислород), а также трехкомпонентные (нейтрализуют все три токсина – СО, СН и NOx, т. е. являются окислительно-восстановительными).
Каталитические нейтрализаторы могут быть однокамерными и двухкамерными. Носитель может быть керамический или металлический.
Чаще всего применяют трехкомпонентные нейтрализаторы. Наиболее эффективно они работают в сочетании с λ-зондами, однако и без них способны снизить выбросы токсинов на 50 %.
λ-зонд представляет собой датчик определения количества свободного кислорода в отработавших газах. По полученным от датчика данным электронный микропроцессор определяет коэффициент избытка воздуха α, корректируя после этого количество подаваемого в цилиндры топлива.
Эффективная работа каталитического нейтрализатора соответствует очень узкому диапазону значений коэффициента избытка воздуха (0,98≤α≤1). При отклонении состава горючей смеси от указанных значений эффективность действия катализатора резко падает.
Использование микропроцессора совместно с λ-зондом позволяет поддерживать состав смеси с точностью ±1 %.
Устройство каталитического нейтрализатора
Каталитический нейтрализатор состоит из металлического корпуса (Рис. 7), в котором находится носитель 2, покрытый активным каталитическим слоем.
Носитель может быть насыпной или монолитный, керамический или металлический. Чаще применяют монолитные нейтрализаторы из термостойкой керамики. В их корпусе выполнены каналы квадратного сечения. Поверхности каналов покрыты тонкой пленкой катализатора – платиной, палладием, родием (в соотношении 1:16:1). На один нейтрализатор требуется 1,5…3 г благородных металлов. Платина способствует окислительным процессам, родий – восстановительным.
Слоем благородных металлов покрывают предварительно нанесенный на керамику слой оксида алюминия, который увеличивает активную поверхность катализатора и стимулирует ускорение реакций.
Чтобы повысить сопротивление керамики ударным нагрузкам и компенсировать термическое расширение металлических деталей, между корпусом и перегородками помещают набивку из высоколегированной проволоки. Нормальная работа каталитических нейтрализаторов протекает при температуре 250 ˚С, т. е. после значительного прогрева двигателя. Наиболее эффективно они работают при температуре 400…800 ˚С, т. е. в оптимальном тепловом режиме двигателя. При более высокой температуре происходит спекание промежуточного слоя с катализатором, эффективность работы нейтрализатора снижается, и он преждевременно теряет работоспособность.
Причины выхода из строя катализаторов
В нормальных условиях автомобильный катализатор может выйти из строя после сгорания каталитического слоя — из-за уменьшения его площади катализатор не в состоянии дожигать до конца выхлопные газы и поэтому количество вредных веществ на выходе из глушителя увеличивается.
Наиболее часто катализаторы приходят в негодность из-за неисправности системы смесеобразования или системы зажигания. В этом случае соты забиваются и не дают возможности катализатору окислять смесь.
Повреждение автомобильного катализатора может произойти и из-за плохого качества бензина, в составе которого для искусственного увеличения октанового числа содержится большое количество тетраэтилсвинца. Тетраэтилсвинец покрывает часть каталитического слоя и не дает устройству полноценно выполнять свои функции.
Кроме того, причиной выхода катализатора из строя может быть попадание в камеру сгорания масла или антифриза, либо попадание воды на катализатор. Вредное влияние на долговечность катализаторов оказывает длительная работа двигателя на холостом ходу.
***
Токсичность отработавших газов двигателя
Главная страница
Дистанционное образование
Специальности
Учебные дисциплины
Олимпиады и тесты
Катализатор выхлопной системы заставили работать всего при 150 градусах
Атомная структура катализатора CeO2/Pt, полученная с помощью просвечивающей электронно микроскопии. Полосы на фоне — слои оксида церия. Кружками обведены отдельные атомы платины
L. Nie et al./ Science, 2017
Химики разработали новый катализатор для переработки автомобильных выхлопов на основе платины и оксида церия. Стопроцентной конверсии угарного газа на таком катализаторе удается добиться при 150 градусах Цельсия, что примерно на 100 градусов ниже, чем во всех современных каталитических системах, пишут ученые в Science.
Чтобы повысить эффективность работы автомобильных двигателей, инженеры стремятся свести к минимуму количество энергии, уходящей в окружающую среду. Это приводит к тому, что и температура выхлопных газов постоянно снижается. Снижение температуры, в свою очередь, затрудняет работу катализаторов в автомобильных конвертерах, с помощью которых вредные компоненты выхлопов преобразуются в более безопасные для атмосферы и здоровья человека газы. Поэтому проблема разработки материала, позволяющего окислять угарный газ при умеренных температурах (до 200 градусов Цельсия) — одна из важных проблем современной химии катализаторов.
Чтобы можно было окислять оксид углерода при нужных температурах, химики из Китая и США под руководством Юн Вана (Yong Wang) из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории предложили использовать новый тип катализатора на основе платины и оксида церия. Этот материал относится к относительно новому типу катализаторов на отдельных атомах. Он состоит из активных атомов платины, равномерно распределенных по поверхности оксида церия (с помощью похожего катализатора, в котором атомы платины распределены по поверхности медной подложки, можно, например, гидрировать непредельные углеводороды).
Для того, чтобы этот катализатор работал, его сначала при 750 градусах активировали с помощью обработки в гидротермальных условиях. При активации атом платины встраивается на место церия в поверхностном слое. Авторы работы отмечают, что подобную методику активации катализатора часто используют в цеолитных материалах, но для катализаторов на отдельных атомах его можно использовать лишь очень аккуратно и в отдельных случаях, чтобы не допустить образования металлических наночастиц.
Благодаря такой активации кислородные вакансии выходят на поверхность катализатора, и в них встраиваются молекулы воды. В результате образовавшаяся система с двумя атомами водорода легче адсорбирует молекулы угарного газа и кислорода, и осуществляет реакцию 2CO + O2 → 2CO2.
Изменение структуры поверхности катализатора в процессе гидротермальной обработки. На графике приведены температурные зависимости свободной энергии двух химических структур, которые пересекаются при температуре активации катализатора
L. Nie et al./ Science, 2017
Это приводит к тому, что температура, при которой происходит полная конверсия угарного газа (то есть весь угарный газ превращается в углекислый) снижается с 320 градусов Цельсия до 148. Отдельно ученые отмечают, что во время катализа не происходит дезактивации катализатора основными или побочными продуктами реакции. При этом катализатор продолжает работать и при повышении температуры (вплоть до температуры активации в 750 градусов), не подвергаясь механической и химической деградации и не снижая своей эффективности.Авторы работы отмечают, что для эффективной работы такого катализатора необходимо наличие молекул воды в реакционной смеси, однако в автомобильных выхлопных газах они всегда присутствуют. При этом, кроме реакций конверсии угарного газа такой катализатор оказывается эффективным и для окисления других компонентов выхлопов: насыщенных и ненасыщенных углеводородов и оксидов азота. По мнению химиков, такие катализаторы уже в ближайшее время могут выйти на промышленное производство.
Оксид церия в качестве катализатора для реакций с участием кислорода используется довольно часто, но полностью объяснить его эффективность ученым до недавнего времени не удавалось. Лишь недавно химики смогли описать выигрыш энергии в процессе каталитической реакции с помощью введения нового вида конфигурационной анизотропии.
Александр Дубов
8.4 Материалы катализатора выхлопных газов
1. Предпосылки разработки материалов
В настоящее время большая часть потребления энергии в мире обеспечивается ископаемыми видами топлива (нефть, уголь и природный газ) с углеводородами (CxHy) в качестве основного компонента. Предполагая будущее истощение запасов ископаемого топлива, разработка «возобновляемых источников энергии» продолжается, что выражается в производстве солнечной и ветровой энергии, но ожидается, что зависимость от ископаемого топлива будет продолжать расти еще как минимум 20 лет1) .
Химическая энергия, содержащаяся в ископаемом топливе, по большей части потребляется путем преобразования в электрическую или механическую энергию системами сжигания. Типичные системы сгорания включают двигатели внутреннего сгорания, используемые в автомобилях и локомотивах, и газотурбинные системы при производстве тепловой энергии.
Системы сгорания определяются как системы, которые отбирают электрическую или механическую энергию (работу), вызывая химические реакции между топливом и окислителями и превращая их в выхлопные газы (рис.8.4.1). При использовании чистых углеводородов и кислорода в качестве топлива и окислителя соответственно только диоксид углерода (CO2) и вода (h3O) выбрасываются в качестве выхлопных газов из систем сжигания, когда теоретическая энергоэффективность реализуется термодинамически.
В реальных системах сгорания в качестве окислителя обычно используется воздух вместо чистого кислорода. Помимо выброса окиси углерода (CO) и углеводородов (CxHy), образующихся при неполном сгорании топлива, также выводится оксид азота (NOz), образующийся при окислении азота (N2), содержащегося в воздухе.CO и NOz — это газы, которые очень токсичны для человека. Известно, что метан (Ch5) и закись азота (N2O), которые являются основными компонентами CxHy и NOz соответственно, обладают сильными парниковыми эффектами. Во всем мире правила в отношении токсичных газов, присутствующих в выхлопных газах систем сгорания, постоянно ужесточаются в течение последних нескольких десятилетий (рис. 8.4.2) 2).
Глава 8
Рис. 8.4.2 Контроль выхлопа для легковых автомобилей в США2)
2. Тенденции развития материалов
Чтобы соответствовать требованиям, предъявляемым к выхлопным газам, которые становятся более строгими с каждым годом, с 1970-х годов были разработаны «материалы катализатора выхлопных газов», которые детоксифицируют компоненты токсичных газов в выхлопных газах, превращая их в CO2, h3O или N2. Соединенные штаты.Трехкомпонентные катализаторы (TWC) являются репрезентативными примерами, основным применением которых является очистка выхлопных газов автомобилей.
TWC обычно представляют собой сложные материалы, образованные путем диспергирования и нанесения наночастиц благородных металлов, таких как платина, родий или палладий, на пористые материалы, состоящие в основном из оксидов, таких как γ-оксид алюминия (γ-Al2O3), кремнезем (SIO2) и оксид церия (CeO2). (Рис. 8.4.3) 2-5).
8.4 Материалы катализатора выхлопных газов
1. Предпосылки разработки материалов
В настоящее время большая часть потребления энергии в мире обеспечивается ископаемыми видами топлива (нефть, уголь и природный газ) с углеводородами (CxHy) в качестве основного компонента.Предполагая будущее истощение запасов ископаемого топлива, разработка «возобновляемых источников энергии» продолжается, что выражается в производстве солнечной и ветровой энергии, но ожидается, что зависимость от ископаемого топлива будет продолжать расти еще как минимум 20 лет1) .
Химическая энергия, содержащаяся в ископаемом топливе, по большей части потребляется путем преобразования в электрическую или механическую энергию системами сжигания. Типичные системы сгорания включают двигатели внутреннего сгорания, используемые в автомобилях и локомотивах, и газотурбинные системы при производстве тепловой энергии.
Системы сгорания определяются как системы, которые отбирают электрическую или механическую энергию (работу), вызывая химические реакции между топливом и окислителями и превращая их в выхлопные газы (рис. 8.4.1). При использовании чистых углеводородов и кислорода в качестве топлива и окислителя соответственно только диоксид углерода (CO2) и вода (h3O) выбрасываются в качестве выхлопных газов из систем сжигания, когда теоретическая энергоэффективность реализуется термодинамически.
В реальных системах сгорания в качестве окислителя обычно используется воздух вместо чистого кислорода.Помимо выброса окиси углерода (CO) и углеводородов (CxHy), образующихся при неполном сгорании топлива, также выводится оксид азота (NOz), образующийся при окислении азота (N2), содержащегося в воздухе. CO и NOz — это газы, которые очень токсичны для человека. Известно, что метан (Ch5) и закись азота (N2O), которые являются основными компонентами CxHy и NOz соответственно, обладают сильными парниковыми эффектами. Во всем мире правила по токсичным газам, присутствующим в выхлопных газах систем сгорания, постоянно ужесточаются в течение последних нескольких десятилетий (рис.8.4.2) 2).
Глава 8
Рис. 8.4.2 Контроль выхлопа для легковых автомобилей в США2)
2. Тенденции развития материалов
Чтобы соответствовать требованиям, предъявляемым к выхлопным газам, которые становятся более строгими с каждым годом, с 1970-х годов были разработаны «материалы катализатора выхлопных газов», которые детоксифицируют компоненты токсичных газов в выхлопных газах, превращая их в CO2, h3O или N2. Соединенные штаты. Трехкомпонентные катализаторы (TWC) являются репрезентативными примерами, основным применением которых является очистка выхлопных газов автомобилей.
TWC обычно представляют собой сложные материалы, образованные путем диспергирования и нанесения наночастиц благородных металлов, таких как платина, родий или палладий, на пористые материалы, состоящие в основном из оксидов, таких как γ-оксид алюминия (γ-Al2O3), кремнезем (SIO2) и оксид церия (CeO2). (Рис. 8.4.3) 2-5).
КАТАЛИЗАТОРЫ ОЧИСТКИ ГАЗА | ||||
---|---|---|---|---|
21 | RС-220 | APK-2 | Катализатор очистки от NOx | Высокотемпературная очистка — удаление оксидов азота (NOx) и моноксида углерода из газовых выбросов при производстве азотной кислоты и капролактама |
20 | RC-211 | KMG | Катализатор очистки газа | Очистка промышленных газовых выбросов от оксида азота и органических веществ.Технологическая очистка редких газов от кислорода |
19 | RC-210 | Forkontakt | Катализатор разложения пероксида водорода | Разложение диоксида водорода при ее получении антрахиноновым методом |
18 RC | -209 | KRO | Катализатор разложения озона | Каталитическое разложение озона (O 3 ). Обеззараживание выхлопных газов в плазменных установках. |
17 | RC-208 | KSU | Катализатор удаления кислорода | Удаление ацетилена (С 2 Н 2 ) и оксидов азота из коксового газа |
16 | RC-207 | ПК-3Ш | Катализатор очистки газа | Удаление горючих примесей — водорода (H 2 ) и оксида углерода (CO) из диоксида углерода (CO 2 ) при производстве карбамида |
11 | RC-201 | APN | Катализатор очистки газа | Удаление кислорода из технологических газов (водород, аргон и азот) и инертной защитной атмосферы.Подготовка технологического газа в химической и металлургической промышленности |
15 | RC-206 | PK-1 | Катализатор удаления кислорода | Удаление кислорода (или водорода) из технологических газов и инертной атмосферы в металлургической промышленности |
14 | RC-204 | РПК-1 | Катализатор очистки газов | Удаление оксидов азота (NO x ), ацетилена (С 2 Н 2 ) и водорода (Н 2 ) из конвертированных газов при производстве аммиака и карбамида |
13 | RC-203 | AVK-10 | Катализатор СКВ (NOx) | Низкотемпературная селективная очистка газа — удаление оксидов азота (NOx ) при производстве азотной кислоты.Селективное каталитическое восстановление NOx с помощью аммиака |
Анализ выхлопных газов по наилучшей цене — Отличные предложения по анализу выхлопных газов от глобальных продавцов анализа выхлопных газов
Отличные новости !!! Вы попали в нужное место для анализа выхлопных газов. К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях.Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.
Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, каждый из которых предлагает быструю доставку и надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.
AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене.Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, поскольку этот топ-анализ выхлопных газов вскоре станет одним из самых востребованных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что анализировали выхлопные газы на AliExpress. Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.
Если вы все еще не уверены в анализе выхлопных газов и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress — отличное место для сравнения цен и продавцов.Мы поможем вам решить, стоит ли доплачивать за высококачественную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь. А если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе.Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца. Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово — просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.
А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет. Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны — и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы согласитесь, что вы получите анализ выхлопных газов по самой выгодной цене.
У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы. На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните самый лучший шоппинг прямо здесь.
.