6.2. Катализатор


ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ



Катализатор



1 – корпус,

2 – уплотнение,

3 – соты катализатора


Элементы, входящие в катализатор и продукты, выходящие из катализатора



На всех автомобилях устанавливаются катализаторы для уменьшения количества вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу с выхлопными газами.


Катализатор отработанных газов имеет корпус из нержавеющей стали, к которому  сваркой присоединены впускной и выпускной конусы с патрубками и крепежными  фланцами, а также теплоотражатели, удерживающие керамическую обшивку. Весь  внутренний объем корпуса занят керамическим пористым монолитом, зафиксированным  кольцами или сеткой из нержавеющей стали. Структура монолита представляет собой  обычный фильтр, но вся внутренняя и внешняя поверхность пор, контактирующих с  газами, покрыта очень тонким молекулярным слоем сплава, который содержит платину,  родий и палладий. Пористость монолита имеет большую площадь поверхности, покрытой  этим сплавом из очень дорогих металлов, что в основном и определяет высокую цену  катализаторов, см. рис. Катализатор. 


В катализаторе происходит реакция, в результате которой потенциально опасный углеводород и окись углерода в выхлопных газах превращаются в безопасные газы и водяной пар.


Двигатель выбрасывает в атмосферу вместе с отработанными газами продукты  полного (водяной пар Н2О, азот N2 и т. п.) и неполного (оксид углерода СО, а также CnHm,  оксиды азота NOx) сгорания топлива. Общее число компонентов, которые содержатся в  этих газах, превышает несколько сотен, и большинство из них вредны для здоровья  человека. 


Отработанные газы, проникая через пористую поверхность монолита, во-первых,  нагревают его, а во-вторых, доокисляются. Из СО получается СО2, то есть нетоксичный  углекислый газ, CnHm в несколько этапов переходит в СО2 и Н2О, NOx превращается в  молекулярный N2, который содержится в обычном воздухе, и в воду. Словом, в  катализаторе происходят довольно сложные химические реакции, благодаря высокой  температуре и наличию специального покрытия из дорогих металлов. 


Главный позитивный эффект катализатора – полная нейтрализация трех компонентов –  СО, CnHm, NOx, – которых в отработанных газах больше, чем других вредных веществ. И  достигается он не только благодаря наличию платины, родия и палладия. Важную роль  играет температура, выдерживающаяся в границах 300–800° С. Если она снижается до  250° С, химические реакции нейтрализации СО, CnHm, NOx, несмотря на наличие  металлов-катализаторов, не произойдут. А при температуре около 900° С начинает  плавиться и разрушаться каталитическая пленка.


Бензиновые двигатели


На всех моделях с катализатором система питания топливом замкнутого типа, то есть  на основании сигнала от датчика кислорода, установленного в выхлопной системе блок  управления постоянно оптимизирует состав топливо-воздушной смеси. В зависимости  от содержания кислорода в выхлопных газах датчик кислорода индуцирует напряжение  от 0,1 В (высокое содержание кислорода, бедная смесь) до 0,9 В (низкое содержание  кислорода, богатая смесь). На основании этих данных блок управления двигателем  изменяет время открытия топливных форсунок и изменяет соотношение топлива в  топливо-воздушной смеси. Метрическое соотношение топливной смеси, при котором  происходит ее полное сгорание и в выхлопных газах отсутствуют вредные вещества, –  это 14,7 весовых частей воздуха на 1 часть топлива, см. рис. Элементы, входящие в  катализатор и продукты, выходящие из катализатора. 


Катализатор работает эффективно при температурах +300° С – +800° С.


Дизельные двигатели


На автомобилях с дизельными двигателями очистка выхлопных газов производится не регулируемым окислительным катализатором.


Уменьшение процентного содержания окислов азота в выхлопных газах дизельного  двигателя достигается за счет установки на автомобиле системы повторного сжигания  части отработанных газов (EGR). Клапан EGR системы повторного сжигания  отработанных газов установлен в колене выхлопной системы и управляется вакуумным  регулятором. Клапана EGR на прогретом двигателе направляет часть отработанных  газов в камеры сгорания двигателя, в результате чего снижается температура и при  этом уменьшается процент окислов азота в выхлопных газах.