Нейтрализаторы отработавших газов
Токсичные компоненты отработавших газов двигателей можно
снижать путем термической и каталитической нейтрализации.
Термическая нейтрализация предполагает дожигание СН и СО
и превращение их в С02 и Н20 при температуре газов выше 700 °С.
Для этого используют термические реакторы. В случае работы дви-
гателя при а = 0,8...0,9 содержание углеводородов в отработав-
ших газах понижается до 50 %. В объем термического реактора
вторичный воздух подается специальным насосом с ременным
приводом или за счет использования волновых явлений в систе-
ме выпуска. Организация работы двигателя на обогащенной сме-
си, повышение противодавления на выпуске, а также затраты
энергии на привод насоса вызывают значительное (до 15 %) уве-
личение расхода топлива.
Каталитическая нейтрализация отработавших газов основана на
повышении скорости протекания химических процессов за счет
использования специальных катализаторов. При прохождении га-
зов вдоль поверхностей, покрытых активным каталитическим сло-
ем, происходят три основных процесса: адсорбция, собственно
сами химические реакции и десорбция.
Такие системы классифицируют по следующим признакам:
по типу — окислительные (окисляют СО и СН до С02 и Н20),
восстановительные (восстанавливают азот из NOx) и трехкомпо-
нентные (окисляют СО, СН и восстанавливают NOx);
по назначению — главные и пусковые;
по исполнению — одно- и двухкамерные;
по типу носителя катализатора — с насыпным или монолит-
ным носителем;
по материалу носителя — с керамическим или металлическим
носителем;
по материалу активного каталитического слоя — с благород-
ными или обычными материалами.
В окислительных нейтрализаторах увеличиваются скорости про-
текания реакций преобразования СН и СО в С02, Н20, Н2 при
наличии 02. Для работы такого нейтрализатора необходим свобод-
ный кислород. Поэтому в двигателе с искровым зажиганием при
а < 1 перед нейтрализатором в поток отработавших газов вводят
дополнительное количество кислорода (с вторичным воздухом).
В нейтрализаторах восстановительного типа происходят реак-
ции превращения СН, СО и NO в С02, Н20, N2. Нейтрализаторы
этого типа в настоящее время не используются, поскольку для их
эффективного применения необходима работа двигателя при а < 1,
что ухудшает экономичность двигателя.
Трехкомпонентныенейтрализаторы снижают содержание в от-
работавших газах СО, СН и NOx. Нормальная работа данных ней-
трализаторов требует поддержания стехиометрического состава по-
ступающей в цилиндры двигателя смеси, т.е. а ~ 1. Кислородные
датчики (А,-зонды) позволяют организовать работу двигателя с ис-
пользованием обратной связи по составу отработавших газов и
предполагают использование электронных систем впрыскивания.
Недостатки данных нейтрализаторов: из-за работы на стехио-
метрическом составе смеси несколько ухудшаются экономические
и мощностные показатели двигателя; использование в качестве
катализаторов благородных металлов (платины или палладия —
окислителей и родия — восстановителя) повышает стоимость си-
стемы; при применении этилированного бензина происходит бы-
строе «отравление» каталитически активного слоя: частицы со-
единений свинца, как и продукты сгорания моторного масла, за-
бивают поры каталитического слоя, уменьшая его активную по-
верхность.
Нейтрализатор состоит из металлического корпуса, в котором
расположен носитель с развитой поверхностью, покрытой актив-
ным каталитическим слоем. Насыпные носители в виде керамичес-
ких гранул сейчас практически не применяются из-за создаваемо-
го ими высокого гидравлического сопротивления, медленного про-
грева и малого срока службы в связи с их истиранием при вибра-
ции. Монолитные носители из термостойкой керамики получают вы-
давливанием и имеют прямоугольную или круглую форму. Для ус-
транения влияния механических нагрузок при движении на авто-
мобиле между носителем и корпусом размещают упругую набивку
из высоколегированной проволоки. Данные носители медленно про-
греваются до рабочих температур. Металлические носители, исполь-
зующие фольгу толщиной 0,04...0,05 мм из жаропрочной аусте-
нитной стали, легированной хромом, алюминием, цирконием и
кальцием, припаивают к корпусу. Металлический и керамичес-
кий носители для повышения эффективности имеют подслой из
оксида алюминия.
Металлический носитель обеспечивает небольшое гидравличе-
ское сопротивление, быстрый прогрев до рабочих температур, вы-
сокую прочность, термическую стойкость, малые габаритные раз-
меры при высокой эффективности нейтрализации, но имеет вы-
сокую стоимость.
Для нормальной работы нейтрализатора необходимо поддержи-
вать требуемый состав смеси, обеспечивать рабочий температур-
ный режим, создавать необходимое соотношение объемов отра-
ботавших газов и нейтрализатора.
Нейтрализатор начинает работать при температуре 250 °С. Поэто-
му очень важно быстро прогревать его на режимах пуска двигателя.
Эту проблему можно решать путем приближения нейтрализатора к
двигателю, дополнительным подогревом или установкой специаль-
ного пускового нейтрализатора. С наибольшей эффективностью ней-
трализатор работает при температурах 400... 800 °С. При температурах
выше 800... 1000 °С происходит спекание промежуточного и катали-
тических активных слоев, что уменьшает активную поверхность ка-
тализатора. Поэтому нейтрализатор размещают перед глушителем на
расстоянии от двигателя, исключающем его перегрев.
При слишком позднем зажигании температура отработавших
газов может доходить до 1400 °С и выше, что также за короткий
срок может расплавить поверхность носителя. Избежать этого по-
зволяет электронное зажигание.
Контрольные вопросы
1. Назовите виды глушителей шума выпуска. Сравните области их при-
менения.
2. Сопоставьте различные виды нейтрализаторов отработавших газов,
их достоинства и недостатки.
Глава 19
СИСТЕМЫ ПУСКА ДВИГАТЕЛЕЙ
19.1.Способы пуска двигателя
Для пуска любого двигателя, чтобы обеспечить хорошее смесе-
образование и надежное воспламенение топлива, необходимо пред-
варительно, преодолевая общее сопротивление вращению, рас-
крутить коленчатый вал до минимальной пусковой частоты вра-
щения. Для двигателей с искровым зажиганием эта частота состав-
ляет 35... 50 мин-1, а для дизелей — 150...200 мин"1.
Момент, необходимый для пуска, должен обеспечить преодоле-
ние следующих составляющих: сопротивления сил трения, затрат
энергии на привод вспомогательных агрегатов, потерь на газооб-
мен (впуск и выпуск), противодействия сил инерции подвижных
частей при разгоне двигателя до пусковой частоты вращения. Зна-
чения этих параметров зависят от типа и рабочего объема двигате-
ля, вязкости масла и ряда других факторов.
Требования к пусковым системам: малые затраты времени и энер-
гии на осуществление пуска; малые габаритные размеры пуско-
вых устройств; надежность работы в различных климатических ус-
ловиях.
На современных автотракторных двигателях применяют следу-
ющие способы пуска: электрическим стартером; вспомогательным
пусковым двигателем; инерционным стартером; сжатым воздухом;
с помощью гидромоторов; ручной.
Пуск электрическим стартером наиболее распространен. Элек-
тростартер представляет собой электродвигатель постоянного тока,
питаемый от аккумуляторных батарей. При включении системы
пуска шестерня стартера входит в зацепление с зубчатым венцом
маховика и передает вращение коленчатому валу.
Пуск автономным пусковым двигателем обычно используется в
тракторных дизелях. Однако такой способ пуска предполагает на-
личие крупногабаритного пускового устройства и топлива для
работы пускового двигателя.
Ручной пуск обычно является резервным для двигателей малой
мощности.
Пуск инерционным стартером базируется на использовании спе-
циального маховика, который запасает энергию при его раскру-
чивании электродвигателем или вручную. Его недостаток — боль-
шие затраты времени на пуск.
Пуск сжатым воздухом может выполняться с использованием
пневматического стартера или подачей сжатого воздуха непосред-
ственно в цилиндры двигателя. Последний метод предполагает по-
дачу из баллонов сжатого воздуха с помощью воздухораспредели-
теля в цилиндры двигателя в соответствии с порядком их работы.
Недостаток способа — сложность пуска при низких температурах.
Пуск гидромотором обеспечивается за счет жидкости, поступа-
ющей из гидропневматического аккумулятора. В аккумуляторе име-
ется два резервуара с рабочей жидкостью и воздухом, сжатым до
30 МПа, которые разделены подвижной мембраной.