Основные пути снижения токсичности отработавших газов

Бензиновые двигатели

Для ограничения выбросов вредных веществ с ОГ в разных странах установлены допустимые количественные нормы их содержания в ОГ. Исторически сложившимся путем снижения токсичности является путь воздействия на рабочий процесс двигателя с целью его совершенствования. Так, отказ от карбюраторов и переход на непосредственный впрыск бензина с электронным управлением подачей топлива и искры позволил работать на более бедных смесях, подбирать состав приготавливаемой смеси в наибольшей степени соответствующей режимам работы двигателя, что позволило увеличить полноту сгорания топлива. Оптимизация поверхности камеры сгорания приводит к уменьшению ее поверхности, и к снижению концентрации углеводородов.

Перевод двигателей с воспламенением от искры с бензина на сжатый и сжиженный газ приводит к некоторому снижению выбросов токсичных составляющих в ОГ. Однако возможности снижения токсичности ОГ двигателей с воспламенением от искры путем перевода на газ практически исчерпаны. Это потребовало разработки и применения дополнительных специальных мер.

Нейтрализация отработавших газов. Нейтрализаторами называются специальные устройства, предназначенные для нейтрализации токсичных компонентов ОГ. Они делятся на окислительные и окислительно-восстановительные. Окислительные служат для окисления СО и СН и эффективно работают при температуре ОГ 300 800⁰ С. Материалом служат платина и палладий. Для работы таких нейтрализаторов при α < 1 необходима дополнительная подача воздуха. Для этого предусмотрен специальный воздушный насос. В окислительных нейтрализаторах остается нерешенным вопрос нейтрализации NO_х.

Современные трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы являются окислительно-восстановительными и позволяют дополнительно переводить NO в азот N₂ и аммиак NH_3. При работе двигателя на смеси при α = 1,0 продуктом восстановления NO является N₂, а при работе на богатых смесях в основном образуется NH₃(аммиак). При восстановлении NO одновременно происходит окисление CO и CH. Поэтому такой нейтрализатор называется трехкомпонентным или бифункциональным. Для снижения стоимости нейтрализатора применяют триметаллический катализатор: платина, палладий, родий. Расход платины на один катализатор составляет от 1,5 до 3 г. Применение этилированного бензина не допускается из-за быстрого выхода из строя нейтрализатора. Наиболее полная нейтрализация по трем компонентам наблюдается при работе двигателя на слегка обогащенной смеси. Для поддержания нужного для этого состава смеси в систему выпуска помещен λ-зонд (кислородный датчик). Длительность впрыска задается электронным блоком управления 1 в зависимости от сигналов измерителей расхода воздуха и частоты вращения и кислородного датчика. Такая схема управления показана на рис. 12.1.

При пуске холодного двигателя из-за низкой температуры функционирование каталитического нейтрализатора прекращается. Так как при работе холодного двигателя смесь обогащенная, то из-за недостатка кислорода повышено образование СH. Для ускорения вступления в работу нейтрализатора, его устанавливают как можно ближе к двигателю, применяют электрический нагрев катализатора и др.

К снижению выбросов токсичных веществ с ОГ приводит сжигание обедненных смесей. Так как воспламенение таких смесей из-за малой скорости распространения пламени затруднено, то предложено применять расслоение свежего заряда. Вблизи свечи образуется заряд с α=0,9 0,95, а в остальном объеме смесь имеет состав α = 1,5 1,7. Это обеспечивает снижении присутствие в ОГ СО и СН, но требует эффективной нейтрализации NO_х. Для этого разработан адсорбционно-каталитический нейтрализатор.

Рис.12.1. Схема управления топливоподачей с применением λ – зонда: 1 – электронный блок управления; 2 – трехкомпонентный нейтрализатор;

3 – λ зонд; 4 – форсунка; 5 – измеритель расхода воздуха