|
|
Конструкция катализатора
Имеются два основных типа катализаторов — монолитный и
шариковый. В монолитном катализаторе необходима большая
площадь каталитической поверхности, контактирующей с газом,
что достигается благодаря применению сотовой конструкции,
тогда как катализатор шарикового типа состоит из
определенного количества покрытых алюминием проволочных
корзинок, в которых расположено каталитическое вещество в
виде засыпки.
В настоящее время наиболее подходящими каталитическими
веществами являются такие драгоценные металлы, как платина,
палладий и родий, при этом тип катализатора зависит от того,
какие металлы используются. В двухходовых окислительных
катализаторах используются платина и палладий, тогда как в
трехходовых окислительно-восстановительных катализаторах
используются платина и родий. Поскольку каждый катализатор
содержит около 4 граммов драгоценного металла, в настоящее
время разрабатываются более дешевые катализаторы, в которых
в качестве базовых металлов используются медь и хром. Тем не
менее, эти металлы более склонны «заражаться» небольшими
количествами имеющейся в топливе серы. Все катализаторы
становятся неэффективными в случае, если
вещество-катализатор вступает в контакт со свинцом. Заливка
по ошибке не того топлива приводит к тому, что свинец
осаждается на поверхности катализатора, в результате чего
катализатор изолируется от контакта с отработанным газом.
Монолитный тип. Конструкция этого «моноблочного»
катализатора изображена на рис. 21.1. В катализаторе этого
типа покрытая алюминием керамика или стальные сотовые ячейки
образуют стабильную и жесткую базу для нанесения на них
вещества-катализатора, обеспечивая площадь контакта с
отработанным газом равную площади нескольких футбольных
полей.
Когда он используется с двигателем,
работающим на обедненной горючей смеси, лишний кислород,
выбрасываемый из двигателя, реагирует внутри этого
двухходового катализатора с углеводородами. В случае, если
на обычном двигателе устанавливается трехходовой
катализатор, окись азота, содержащаяся в отработанных газах,
действует в качестве окисляющего агента, способствуя
сгоранию моноокиси углерода и углеводородов, с образованием
двуокиси углерода и воды, тогда как окислы азота, после
отщепления кислорода, превращаются в азот.
Трехходовой катализатор работает эффективно только в том
случае, если он используется совместно с системой контроля
топлива, такой, как электронная система управления
двигателем с петлей обратной связи; это обеспечивает
поддержание соотношения воздух/топливо на точном
стехиометрическом уровне (обеспечение химически правильного
соотношения).
В изображенной конструкции первый слой содержит трехходовой
катализатор, а второй слой содержит окислительный
катализатор. Первый слой расщепляет NOx на простой азот и
кислород, а затем высвободившийся кислород используется для
окисления некоторой части НС и СО. Кроме того, воздух,
нагнетаемый насосом в камеры между слоями, смешивается с
оставшимися НС и СО и позволяет газам полностью окисляться
при прохождении через второй слой. При этом выделяется
значительное количество тепла.
Для того, чтобы катализатор работал
эффективно, а также для того, чтобы уменьшить опасность
воспламенения в области катализатора, необходимо соблюдать
следующие правила:
* НЕ использовать этилированное топливо
* НЕ допускать длительную работу двигателя на холостом ходу
* НЕ проверять работу свечей зажигания путем замыкания их на
«массу»
* НЕ допускать длительных тестов на проверку компрессии
* НЕ допускать таких условий работы, когда несгоревшее
топливо может попадать в систему выпуска.
Двигатели, работающие на обедненной горючей смеси. В
последние годы разрабатывается много двигателей, которые
могут эффективно работать при соотношении воздух/топливо до
22:1. В сравнении с обычными двигателями, такой двигатель
обеспечивает большую экономию топлива и меньшее количество
вредных выбросов. Для автомобилей, оснащенных двигателем с
рабочим объемом менее 2 литров, уменьшение количества
вредных выбросов, увеличение степени компрессии и
возможность использования топлива с низким октановым числом
делает конструкцию, работающую на обедненном составе горючей
смеси, весьма привлекательной.
Двумя главными причинами неполного сгорания углеводородов
(НС) в обычном двигателе являются:
1 Трещины в камере сгорания, в которые попадает несгоревшая
смесь, в особенности трещины в области поршневых колец и
прокладки головки цилиндров.
2 Поглощение и выделение НС масляной пленкой и ее
наслоениями в камере сгорания.
Принимая во внимание эти факты и применяя устройства,
обеспечивающие высокую турбулентность при низких нагрузках
без большого уменьшения объемной производительности при
высоких нагрузках, можно разрабатывать двигатели,
удовлетворительно работающие на обедненных смесях. При
движении с эксплуатационной скоростью это дает уменьшение
выбросов НС, а поскольку температура сгорания низкая,
выбросы NOx также уменьшаются. Работающие на обедненной
смеси двигатели имеют меньшие потери мощности из-за выброса
горячих газов в атмосферу, на передачу и рассеяние тепла,
благодаря чему достигается лучшая по сравнению с обычными
двигателями экономия топлива.
В большинстве работающих на обедненном составе горючей смеси
двигателей используется четырехклапанная камера сгорания с
каналами специальной формы, которая способствует образованию
завихрений газа, как изображено на рис. 21.3.
Вращающееся движение газа продолжается
вплоть до окончания такта сжатия, и на этой стадии большое
завихрение разбивается на множество мелких завихрений, как
изображено на рис. 21.3b. Благодаря этой «микротурбуленции»,
возникающей непосредственно перед моментом зажигания,
двигатель может работать на обедненных смесях.
Окислы азота (NOx)
Окислы азота образуются в том случае, если температура
горения превышает заданную величину. Этот недостаток
преодолевается следующими способами:
1 Уменьшением скорости горения. Система рециркуляции
отработанных газов направляет часть отработанных газов назад
во впускной коллектор, для замедления горения, когда
двигатель работает не с полной нагрузкой. Естественно,
действие этой системы уменьшает максимальную мощность
двигателя
2 Изменением формы камеры сгорания. Форма камеры изменяется
для увеличения скорости распространения пламени. При
использовании в сочетании с малыми степенями сжатия, такие
камеры помогают уменьшить содержание NOx, но обычно только
за счет экономии топлива.
3 Увеличением соотношения воздух/топливо. Наиболее высокая
скорость горения и высокое содержание NOx имеют место тогда,
когда горючая смесь имеет степень обогащения приблизительно
на 12 процентов больше, чем химически правильное значение. В
двигателях, предназначенных для работы на обедненной смеси,
решается проблема выбросов, но ходовые характеристики
автомобиля ухудшаются, если только не выполнить все
регулировки с очень большой точностью. (В данном случае под
ходовыми характеристиками понимается то, как автомобиль
откликается на ускорение, а также равномерность работы
двигателя во всем диапазоне оборотов коленчатого вала, в
особенности в период прогрева.) Некоторые двигатели, такие,
как двигатели с расположением горючей смеси в камере
сгорания в виде слоев, предназначены для работы со
сверхобедненными смесями, когда соотношение воздух/топливо
выше, чем рабочая граница у обычных двигателей. В таких
двигателях имеется слой обогащенной смеси в области свечи
зажигания, для обеспечения зажигания весьма обедненной смеси
в основной части цилиндра. Изменением момента зажигания.
Клапан контроля зажигания в вакуумном трубопроводе к
распределителю зажигания при помощи вакуумной регулировки
уменьшает опережение зажигания на заданное время, при
открывании дроссельной заслонки. Свинец имеется в
отработанных газах в тех случаях, когда тетраметилсвинец и
тетраэтилсвинец используются в качестве дешевых присадок для
увеличения октанового числа топлива, то есть для улучшения
сопротивления топлива детонационному сгоранию. При величине
октанового числа 98 RON (Research Octane Number — расчетное
октановое число) используется высокая степень сжатия, 9:1,
благодаря чему достигается высокий термический КПД и хорошая
экономия топлива.
В соответствии с принятыми в странах ЕЭС законами,
количество добавок свинца к топливу постепенно снижалось от
величины 0,84 г/л в 1972 году до величины 0,15 г/л в 1989
году. В результате многие производящие бензин компании
столкнулись с трудностями в поддержании минимального
октанового числа бензина на уровне 97 RON, который необходим
для без детонационной работы двигателей с высокой степенью
сжатия.
Для автомобилей, оборудованных катализаторами, допускается
применение только неэтилированного топлива, с содержанием
свинца не более 0,005 г/л.
Неэтилированное топливо с более низким октановым числом (95
RON) может использоваться приблизительно для 60 процентов
двигателей, выпущенных в промежутке между 1985 и 1988
годами, при условии, что двигатель приспособлен для
использования такого топлива. По сравнению с последующими
разработками, эти двигатели имеют меньшую степень сжатия,
меньшее опережение зажигания, а материал клапанов и седел
клапанов позволяет использовать низко октановое топливо без
повреждения этих деталей.
Начиная с 1990-х годов, в странах ЕЭС разрешено производство
только таких двигателей, которые могут работать на
неэтилированном топливе. В соответствии с принятым вслед за
этим законом, продажа этилированного топлива была полностью
запрещена.
назад
>> |
|
