Меню Закрыть

Влияние катализатора на работу двигателя: Что такое катализатор и чем он опасен для мотора

Содержание

что делать и чем это грозит мотору

Каталитический нейтрализатор или по-простому катализатор – это элемент выпускной системы автомобиля. Призван уменьшить количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу.

Непосредственно на работу мотора он не влияет. Но при этом неисправность катализатора может быстро вывести двигатель из строя. Давайте разберемся, как вовремя заметить проблему и возможен ли ремонт этого узла или только замена?

Устройство катализатора достаточно простое. Основа его конструкции – блок из огнеупорной керамики, состоящий из множества ячеек. На каждой есть напыление из драгоценных металлов для ускорения химических реакций. Конечно, такая «ювелирная» начинка сказывается на цене.

Ресурс катализатора довольно приличный – порядка 120-160 тысяч километров и даже больше.

Однако его состояние напрямую зависит от исправности двигателя и условий эксплуатации. Чаще всего соты забиваются продуктами сгорания некачественного топлива или сомнительных присадок. Другая причина проблем: сбои в системе зажигания или неправильное образование топливной смеси, из-за чего ее часть догорает уже внутри блока, вызывая деформацию элементов.

«Соты начинают слипаться, пропускная способность для выхлопных газов становится меньше. Соответственно, это все сказываться на мощности мотора», – поясняет руководитель отдела продаж официального дилера Александр Новиков.

Как следствие – явная потеря динамики, плюс неустойчивая работа двигателя и повышенный расход. Система самодиагностики при этом зажигает лампу Check engine. Хотите вы этого или нет, но долго ездить с такими симптомами не получится.

«Если катализатор выходит из строя, он может также раскрошиться. И тогда эти крошки могут попасть через циркуляцию выхлопных газов назад в двигатель. Керамика достаточно твердая, попадая в цилиндры, может вызвать большие задиры», – предупреждает руководитель отдела продаж официального дилера Александр Новиков.

Или проще говоря, глубокие царапины, а это уже гарантированный капитальный ремонт.

Причем надо иметь в виду, что в большинстве случаев катализатор не ремонтируется, а меняется. А вот на что – решать вам. Самый простой вариант– поставить оригинальную деталь.

Правда, даже у бюджетных моделей она стоит от 20 тысяч и выше. У некоторых авто катализаторов может быть и два, и даже четыре. Более компромиссное решение – универсальный катализатор. Обойдется он дешевле, но могут возникнуть трудности с подбором под конкретный двигатель.

Наконец, наименее затратный способ – установка так называемого пламегасителя. Стоит он относительно недорого, но требует перепрограммирования блока управления двигателем.

Но главное в этом случае, вы не пройдете обязательный техосмотр, что на фоне ужесточения правил делает этот вариант совсем уж сомнительным.

Влияет ли отсутствие катализатора на работу двигателя .

Влияет ли отсутствие катализатора на работу двигателя

Если ваш автомобиль работает исправно, то вопрос, зачем удалять нейтрализатор выхлопных газов не возникает, но в то же время многих интересует, может ли повлиять неисправный автокат на производительность и функционал двигателя.

Чтобы несведущему автомобилисту разобраться во взаимодействии мотора и автокатализатора, достаточно удалить последний.

Это вполне распространенная практика, так как нейтрализаторы выходят из строя не только по причине окончания срока службы, но и из-за некачественного топлива, неровностей дорог и прочих факторов. В большинстве случаев вместо автоката устанавливают пламегаситель, но есть такие умельцы, которые вообще снимают это устройство, в надежде, что возрастет мощность двигателя и производительность действительно увеличивается, но всего лишь на 3-4 процента.

Нужно сразу оговорить, что автомобильные нейтрализаторы выхлопа неремонтопригодны и их можно только заменить или аналогичным оригинальным автокатом или альтернативным устройством, к которым относятся универсальные, каты, пламегасители, резонаторы, различные обманки и прочее.

Если авто перестает нормально работать по причине выхода из строя катализатора, то самое простое решение – извлечь сотовую внутренность, то есть просто выбить спекшиеся пластины. В этом случае также появится дополнительная мощность. Иногда на место автокатализатора вваривают кусок глушителя и эффект по мощности мотора будет аналогичный. Но как обычно не обойтись без нескольких «но».

  1. После того как автокат выломан, нужно в обязательном порядке перепрограммировать ЭБУ, в ином случае работа всего авто нарушится, так как выхлопная система разработана с расчетом на сопротивление нейтрализатора.
  2. Для кислородного датчика, закрепленного за катом, придется делать обманку, так как этот лямбда-зонд должен реагировать на чистый газ, а он в любом случае будет загрязненным.
  3. Техосмотр машины после удаления катализатора станет невозможным, так как уровень токсинов в выхлопе будет зашкаливать.
  4. В салоне авто поселится запах отработанных газов, особенно это актуально для мегаполисов, когда машины часами стоят в заторах.

Но в целом для мотора удаление катализатора вреда никакого не несет, ведь до середины 1970-х годов они вообще не применялись. Однако удаление катализатора это всегда сделка с совестью, и если в плане функционала машинки отсутствие данного фильтра большого вреда не несет, то без очистки выхлопа интенсивно загрязняется токсинами окружающая атмосфера, в которой существуем и мы.

 

Для чего нужен катализатор и как он влияет на работу двигателя

Процесс сгорания топлива в цилиндрах автомобильного двигателя неизбежно приводит к образованию вредных веществ. Самые опасные из них:
• СО, окись углерода, ядовитый газ без цвета и запаха;
• СН, углеводороды, летучие органические соединения, главный компонент смога;
• NOx, оксиды азота NO и NO2, так же «участники» смога, кроме того, выпадающие еще и в составе кислотных дождей.
Задача каталитического нейтрализатора (чаще называемого катализатором) – путем химических реакций превращать эти вещества в другие продукты горения, практически безвредные:
• СО2, углекислый газ;
• N2, газобразный азот, из которого на 78% состоит атмосфера Земли;
• и h3O – водяной пар.
Разработан каталитический преобразователь был еще в далекие 70-е года, но массовое использование его началось с введением экологических стандартов – Euro 2 и выше. Сегодня катализатор – неотъемлемая часть выхлопной системы каждого автомобиля, без него невозможен не только выпуск с конвейера, но и эксплуатация.

СТРОЕНИЕ КАТАЛИЗАТОРА

Основная составляющая нейтрализатора – каталитический носитель: керамические или металлические соты, покрытые тонким слоем драгоценных металлов: палладия, родия или иридия, обладающих высокой химической активностью. Выхлопные газы, проходя через катализатор и касаясь напыления сот, входят с металлами в реакцию и химически связываются.
 Большинство современных катализаторов – трехкомпонентные, то есть, состоят из трех элементов, последовательно очищающих газы. Первый элемент связывает оксиды азота, второй – удаляет несгоревшие частички топлива и борется с окисью углерода, а в третьем расположен один из датчиков кислорода, анализирующий состав газов на выходе из нейтрализатора 

и передающий данные в ЭБУ – блок управления двигателем. Кроме этого кислородного датчика, называемого диагностическим, в системе еще предусмотрен управляющий датчик (лямбда-зонд), установленный до катализатора. 

        
Большинство современных катализаторов – трехкомпонентные, то есть, состоят из трех элементов, последовательно очищающих газы. Первый элемент связывает оксиды азота, второй – удаляет несгоревшие частички топлива и борется с окисью углерода, а в третьем расположен один из датчиков кислорода, анализирующий состав газов на выходе из нейтрализатора и передающий данные в ЭБУ – блок управления двигателем. Кроме этого кислородного датчика, называемого диагностическим, в системе еще предусмотрен управляющий датчик (лямбда-зонд), установленный до катализатора.
Каталитический нейтрализатор чаще всего представляет собой бочонок овальной (приплюснутой) формы, внедренный в выхлопную систему автомобиля. Если первые катализаторы монтировались под передней частью днища, примерно посередине между выпускным коллектором и первым глушителем (резонатором), то на машинах, отвечающих нормам токсичности Евро-4 и Евро-5 они располагаются уже намного ближе – крепятся к головке блока цилиндров.
Несмотря на то, что такой метод существенно затрудняет компоновку моторного отсека, он повышает эффективность очищения, поскольку каталитические реакции возможны в основном только при температуре свыше 300°C, и, чем ближе нейтрализатор расположен к двигателю, тем быстрее он прогреется и приступит к работе. А вот без катализатора полное преобразование СО и СН возможно лишь при 700-850°С, да и то, если есть в избытке кислорода, а нейтрализация NOx невозможна в принципе.


НЕИСПРАВНОСТИ КАТАЛИТИЧЕСКОГО НЕЙТРАЛИЗАТОРА

Хотя обычно производители автомобилей не предусматривают регламента по замене катализатора, то есть, по умолчанию предполагают, что он рассчитан на весь период эксплуатации автомобиля, средний срок службы этих деталей – 100-150 тысяч км пробега. При этом катализаторы с керамическими сотами чаще всего выходят из строя раньше металлических.

Основные неисправности можно поделить на три группы:

1. Оплавление. Соты катколлектора спекаются, затрудняя проход выхлопных газов. Происходит при экстремальном повышении температуры газов, выше 900°С. Несмотря на то, что поначалу спекание охватывает не весь внутренний диаметр, проходимость катализатора снижается, что приводит к повышению в нем температуры и повреждению других сот по «принципу домино».
2. Разрушение керамики. Хрупкие керамические соты имеют свойство крошится, что чревато не только повреждением катализатора, но и попаданием осколков в рабочую камеру, что может привести к повреждению других узлов: например, турбины или даже поршневой группы, и, как следствие, к капремонту или замене двигателя. Особенно актуально, когда нейтрализатор установлен прямо на ГБЦ.
3. Засорение. Катализатор забивается продуктами неполного сгорания топлива и, в отдельных случаях, масла, что приводит к его непроходимости.
Понять, что нейтрализатор нуждается в замене, можно по таким признакам, как:
• снижение мощности двигателя;
• невозможность поднять обороты до отсечки даже без нагрузки;
• слишком ровный и слабый выхлоп;
• проблемы с пуском двигателя, как холодного, так и горячего;
• увеличение расхода топлива;
• грохот под днищем;
• неприятный запах из системы выпуска (сероводород, «тухлые яйца»).
Во всех этих случаях необходима незамедлительная замена каталитического нейтрализатора во избежание проблем с другими узлами двигателя.

ПРИЧИНЫ ВЫХОДА КАТАЛИЗАТОРА ИЗ СТРОЯ

К неисправностям каталитического нейтрализатора могут привести несколько факторов, вот основные из них:
1. Некачественное топливо. Чаще – бензин с низким октановым числом. ЭБУ в этом случае переводит двигатель на позднее зажигание, что вызывает догорание смеси на выпуске и повышение температуры выхлопных газов.
2. Пропуски зажигания. Недогоревшее топливо сгорает в нейтрализаторе.
3. Неправильный состав смеси. Эффект тот же, что и в предыдущем случае, но вызван он неисправностями датчиков или форсунок.
4. Механическое повреждение катализатора. Керамические соты не любят повышенных вибраций и ударов по корпусу нейтрализатора.
5. Термоудары. Резкое охлаждение катализатора водой из лужи или другой водной преграды может вызвать трещины на его корпусе.
6. Добавление присадок в топливо. Нежелательные присадки в бензин могут повысить температуру его сгорания.
7. Газ. Температура сгорания газа и его октановое число выше, что приводит к тому, что частично газ может догорать в катализаторе.
8. Конструкция двигателя. Как ни странно, иногда создатели конструктивно создают условия, способствующие быстрому разрушению катализатора – например, новые конструкции двигателей с минимальной токсичностью запрограммированы на быстрый прогрев. В холода ЭБУ переобогащает смесь, что приводит к ее догоранию в нейтрализаторе.

Чтобы избежать проблем с катализатором, необходимо следовать некоторым несложным рекомендациям:
• не крутить двигатель долгое время стартером, чтобы не перелить топливо;
• не запускать двигатель «с толкача»;
• не проверять работу цилиндров, отключая свечи зажигания.

Кроме того, следует помнить, что катализатор во время работы нагревается до очень больших температур, что может быть чревато возгоранием, и не заезжать для парковки на сухую траву, на деревянные помосты и в прочие подобные места.


ВАРИАНТЫ РЕМОНТА И ЗАМЕНЫ

Оригинальный каталитический нейтрализатор – довольно недешевый узел из-за применения в нем дорогостоящих материалов. Поэтому при выходе его из строя некоторые владельцы автомобилей рассматривают альтернативные варианты ремонта, вплоть до удаления катализатора из выхлопной системы. Наиболее распространенные варианты:
1. Выбивание сот. Система выпуска разбирается таким образом, чтобы иметь доступ к внутренностям катализатора, после чего керамические соты выколачиваются длинным металлическим предметом (например, ломиком), а их остатки удаляются. Недостатками такого ремонта являются ошибки check engine, которые устраняются перепрошивкой ЭБУ или установкой «обманок»: механических, закрывающих кислородные датчики, или электронных, посылающих в блок «правильные» импульсы. Кроме того, неизбежно снижается экологический класс автомобиля, что может вызвать проблемы с прохождением техосмотра. Нередки случаи повышения громкости выхлопа до дискомфортного уровня, а также локальных перегревов в районе катализатора.
2. Установка пламегасителя. Неисправный катализатор удаляется, а на его место устанавливается деталь, похожая на еще один резонатор. Пламегаситель (он же «стронгер»), как правило, представляет собой цилиндр с двухслойным корпусом и сложной (чаще Х-образной) внутренней структурой. Стронгер также, как и штатный катализатор, уменьшает шум от работы двигателя, замедляет и частично охлаждает выхлопные газы, но не нейтрализует их. Поэтому установка пламегасителя влечет за собой ровно те же проблемы с экологией и электроникой, что и в предыдущем случае.
3. Универсальный катализатор. Из всех способов сэкономить при замене «каталика», установка неоригинальной детали единственная не переходит «границ добра и зла» и, в принципе, рекомендуется к использованию. В этом случае нет необходимости вмешиваться в программное обеспечение двигателя, да и с экологическими нормами чаще всего проблем не возникает. Главный минус эрзац-катализаторов – их низкий, по сравнению с оригиналом ресурс, редко достигающий показателей более 60 000 – 80 000 км.
Самостоятельно провести работы по замене каталитического нейтрализатора – как на оригинальную деталь, так и на альтернативные варианты – довольно сложно, а вмешательство в прошивку ЭБУ без достаточного опыта и квалификации и вовсе не рекомендуется. Поэтому в случаях проблем с катализатором, как и с другими системами автомобиля, обращайтесь к профессионалам – например, на любую из СТО сети умных автосервисов Wilgood.

Что дает удаление катализатора? | Spider Tuning

C такими катализаторами зачастую ездят наши соотечественники

Каких последствий можно ждать от удаления катализатора? Многие автолюбители считают, что после этой процедуры их железный конь станет резвее, его «голос» станет более «породистым», а «аппетит» – более умеренным. Более того, большинство придерживающихся этого мнения водителей полагает, что эта деталь является совершенно ненужной. Так ли это на самом деле, давайте разберемся.

Для чего нужен катализатор

Данная деталь предназначена для дожигания и доокисления вредных составляющих отработавших газов до безвредных веществ – СО2 и Н2О. Соответственно, если вас хотя бы немного беспокоит экологическое состояние окружающей среды, считать катализатор ненужным вы станете вряд ли.

Мифы и правда

Мнение о том, что каталитический нейтрализатор «душит» мотор, у наших соотечественников сложилось по одной простой причине – очень многие из них ездят с забитым катализатором. Чаще всего это случается из-за использования некачественного бензина, который сгорает медленнее, а взрыв происходит наполовину в камере сгорания, а наполовину – в выхлопной, прямо над самим преобразователем. Катализатор начинает «сыпаться» и засорять сам себя. Нетрудно догадаться, что на пути у нагретых выхлопных газов появляется преграда, в результате чего мотор теряет тягу и перегревается.

Дальше постепенно нарушается работа газораспределительной системы, на стенках цилиндров накапливается высокоабразивная паста из смеси керамической пыли и машинного масла и работа двигателя становится, мягко говоря, менее эффективной.

Естественно, удаление катализатора в этом случае (если успеть сделать это до выхода мотора из строя) приводит к тому, что двигатель снова начинает работать корректно, как если бы нейтрализатор не был забит. По понятным причинам и звук выхлопа становится другим. Окрыленный водитель начинает ошибочно считать, что во всех бедах был виноват именно преобразователь, и советовать всем своим знакомым так же избавиться от этой ненужной детали. Кстати, многие решают, что удаление катализатора можно осуществить и своими руками. В хит-параде самых варварских можно найти даже такие способы, как просверливание дырки в преобразователе или проделывание ее любым другим механическим способом.

Между тем, исправный катализатор на самом деле никаких преград выхлопным газам не создает. Соответственно, с целью именно оптимизировать работу двигателя, его удалять бесполезно. Это делается совершенно иным и гораздо более эффективным способом – чип-тюнингом.

Исправный катализатор на работу двигателя не влияет никаким образом

Как эффективно оптимизировать работу двигателя?

Чип-тюнинг не подразумевает никаких механических манипуляций с мотором и не имеет ничего общего с форсированием двигателя в традиционном понимании. Принцип работы блока увеличения мощности сводится к коррекции заводской программы электронного блока управления двигателем и высвобождению тех его «скрытых резервов», которые производитель мотора по каким-то своим причинам предпочел оставить в бездействии.

В итоге увеличение крутящего момента на турбированных двигателях может достигать 30%, экономия расхода топлива – 20%. Улучшаются динамические характеристики автомобиля на трассе, исчезают провалы педали газа при трогании и разгоне.

Причем установка блока увеличения мощности, такого как модуль Spider, не требует от владельца машины каких-либо специальных знаний и навыков, ее можно осуществить самостоятельно в течение нескольких минут. А поскольку никаких действий непосредственно с двигателем не происходит, гарантия производителя на автомобиль сохраняется.

как проверить исправность самостоятельно, что делать если вышел из строя

Катализатор, как и любая иная система автомобиля, рано или поздно обязательно выйдет из строя. Среди водителей бытует мнение, что он:

  • совершенно не адаптирован к невысокому качеству отечественного бензина и заметно снижает мощность двигателя;
  • быстро забивается и повышает расход бензина, поэтому его лучше удалить.

Что делать – удалять или периодически проверять его работоспособность? Отказ от катализатора, конечно же, снимет проблемы его проверки, замены. Но ведь он предназначен для того, чтобы максимально удалять из выхлопных газов вредные для здоровья человека компоненты.

Если демонтировать катализатор, то электронный блок управления отнесется к этому как к поломке в выхлопной системе и соответствующим образом выдаст ошибку. Это проблему можно решить только перепрошивкой электронного блока управления.

Признаки забитого катализатора

Неисправность всегда связана с тем, что отработанные газы с трудом проходят по выхлопной системе, что оказывает заметное влияние на поведение автомобиля:

  • машина утратила прежнюю приемистость. Это может наблюдаться не постоянно, не при всех режимах движения. Нередко бывает, что двигатель «тупит» исключительно при разгоне. А когда автомобиль уже разогнался на трассе, мотор начинает работать в нормальном режиме. При этом у водителя возникает ассоциация с буксировкой тяжело нагруженного прицепа;
  • увеличивается потребление бензина. Вероятных причин повышенного расхода может быть множество. Явным признаком является комплекс проблем – автомобиль медленно набирает скорость и увеличился расход;
  • самый явный признак неполадок двигателя – сигнал электронного блока управления Check Engine и появление на дисплее бортового компьютера сообщения Р0420. 

Если водитель не будет своевременно реагировать на приведенные выше тревожные признаки, то когда-нибудь мотор его автомобиля вообще не заведется или же позволит начать движение, но вскоре заглохнет надолго. До тех пор, пока не будут приняты все меры для восстановления его работоспособности.

Катализатор не работает: причины

Причины некорректной работы и полной неработоспособности простые и понятные – ячейки катализатора или забиты грязью, или он деформирован:

  • бензин низкого качества. К сожалению, на наших АЗС водителям нередко предлагают в лучшем случае коктейль, состоящий из высококачественного топлива и низкооктанового бензина с повышающими октановое число добавками. Результат – топливо сгорает не полностью, а его остатки догорают в катализаторе, заполняя его сажей и прочими продуктами. Со временем он забивается и препятствует свободному прохождению выхлопных газов;
  • ячейки слишком малого размера. Скорее всего, причина в том, что это неоригинальное устройство несоответствующего качества. Нередко такое случается и при использовании оригинала, предназначенного для пользователей США, где бензин отличного качества не забивает продуктами сгорания даже мелкие соты;
  • неисправность двигателя. Причин неисправности, следствием которых может быть увеличенный расход, потеря мощности великое множество. Разобраться в них поможет только диагностика самостоятельная или в условиях сервисной станции. При чем здесь катализатор? Он просто симптом того, что в системах ДВС не все в порядке;
  • езда по пересеченной местности, агрессивный стиль вождения по бездорожью, неаккуратное преодоление барьеров, рано или поздно приведет к деформации распложенных на днище автомобиля устройств выхлопной системы.

Подведем предварительный итог – водителю следует со всей ответственностью относиться к качеству бензина, поведению на дороге и подбору вышедших из строй запасных частей и узлов. В противном случае для устранения возникшей проблемы понадобится много денег.

Как проверить катализатор самостоятельно

Проверить работоспособность узла можно на любой станции технического обслуживания, но это вовсе не исключает варианта определить состояние устройства самостоятельно.

Визуальный осмотр

Ничто не мешает водителю поставить свой автомобиль на смотровую яму или эстакаду и осмотреть целостность элементов выхлопной системы. Если поломка обнаружена, то можно предполагать, что соты катализатора могут быть повреждены. Если все с виду в порядке:

  • запустите мотор и посмотрите, не выходят ли из катализатора выхлопные газы;
  • приложите ладонь к выходу выхлопной трубы. Если она в порядке, то вы почувствуете давление. Если катализатор забит, то особого сопротивления не наблюдается.

Чтобы осмотреть, забито ли внешне недеформированное устройство, его придется снять, а это довольно трудоемкая работа. Универсального алгоритма демонтажа не существует, поскольку у каждого автопроизводителя катализатор установлен по-своему. Серьезной проблемой может оказаться и прикипание, когда фиксатор можно снять с использованием отрезного круга.

Снятый катализатор можно привести в рабочее состояние тщательной чисткой, но это возможно далеко не на всех моделях автомобилей.

Проверяем противодавление

Это самый доступный метод самостоятельной проверки без отсоединения устройства. Суть проверки состоит в замере и сравнении давления газов с показателями, которые свойственны новому катализатору. Для этого вам нужно вооружиться обычным манометром и сделать для него переходник.

В этом случае машина должна быть на яме или эстакаде. Затем необходимо отсоединить лямбда-зонд и прикрутить на его место манометр. Просто так это не получится, поэтому вам придется использовать самодельный переходник. Например, кусок резинового шланга. Главное, чтобы манометр в систему был подключен герметично.

Запустите двигатель и на 10-20 секунд установите его обороты на 3000. В это время вы или ваш помощник фиксирует показания манометра. Затем остается их сравнить с такими параметрами:

  • 0,3 – с катализатором нет проблем;
  • 0,35 – тоже норма, но при условии, что двигатель не доработанный;
  • 0,5 и больше – катализатор забит.

Приведенные выше показатели ориентировочные, среднестатистические. Желательно для диагностики найти показатели для своей модели автомобиля.

Мотор-тестер

Это серьезный прибор, который используется для определения параметров различных систем автомобиля. Датчик устройства вкручивается на место свечи зажигания и его показания выводятся на экран осциллографа. Нужно быть специалистом, чтобы на основе полученных данных сделать правильный вывод и принять верное решение.

Контроль качества выхлопных газов периодически проводится на постах проверки в принудительном порядке. Если он показал превышение содержания вредных веществ, то есть повод пройти его там, где вы полностью доверяете персоналу и технике.

Что делать?

Забитый отходами катализатор восстановлению и ремонту не подлежит. По этой причине его остается только утилизировать. Можно в дальнейшем ездить и без него. Но подумайте о здоровье – и своем, и своих детей и о том, в каком состоянии мы оставим природу своим внукам.


Как катализатор влияет на расход топлива?

Каталитический нейтрализатор (катализатор) присутствует практически в любом современном автомобиле – это важнейший элемент выхлопной системы машины, служащий для снижения токсичности отработанных выпускных газов двигателя внутреннего сгорания. В российских условиях катализаторы особенно часто забиваются шлаком по причине использования не всегда качественного топлива, плохого состояния дорог и т.п. причин, что предопределяет преждевременный выход из строя этого дорогостоящего узла выхлопной системы.

Пожалуй, нет такого автовладельца, который ни разу в жизни в своей автомобильной практике не задавался вопросом: что происходит с расходом топлива, когда катализатор начинает забиваться?

На многочисленных форумах автомобилистов часто появляются запросы о том, взаимосвязано ли удаление катализатора с изменением расхода топлива? В ответах встречаются разные мнения, однако большинство участников дискуссии, ссылаясь на свой опыт и собственные субъективные ощущения отмечают, что выхлопная система после удаления катализатора склонна «дымить» в большей степени, однако топлива при этом расходуется все-таки меньше.

В данной статье мы коснемся теории и практики в отношении актуальных вопросов автовладельцев:

  • Как влияет вышедший из строя катализатор на расход топлива?
  • Действительно ли после удаления катализатора расход топлива уменьшается?
  • Нужно ли при удалении катализатора производить обманку лямбда-зонда, чтобы добиться снижения расхода топлива?

    Но давайте обо всем по порядку.

    Как взаимосвязаны забитый катализатор и фактор расхода топлива?

    Одним из признаков того, что катализатор в выхлопной системе Вашего авто терпит бедствие или, проще говоря, уже забит под завязку – является повышенный расход топлива. Как только у Вас возникло ощущение, что автомобиль начал потреблять больше топлива, чем обычно, советуем Вам незамедлительно обратить внимание на катализатор. Не поленитесь, сделайте это самостоятельно или же пройдите соответствующую диагностику в автосервисе, поскольку последствия промедления в данном вопросе могут обойтись Вам существенно дороже.

    Заметим, что некоторые грамотные, но не совсем чистые на руку автомеханики вместо непосредственного устранения данной проблемы попробуют «развести» Вас на множество других, по сути, ненужных процедур, например, замену свечей, промывку форсунок для снижения расхода топлива и т.п. Чтобы и Вы были подкованы в данном вопросе, давайте разберемся, как влияет катализатор на расход топлива и как вообще выхлоп может повлиять на расход топлива?

    Все дело в том, что выхлопная система автомобиля еще с завода оснащается специальными кислородными датчиками, которые еще называют лямбда-зондами. Обычно в выхлопной системе устанавливаются два лямбда-зонда – до и после катализатора, в некоторых марках авто бывает и больше. При этом принцип установки лямбда-зондов вне зависимости от их количества является одним и тем же – до катализатора и после него. Лямбда-датчики нужны для того, чтобы передавать информацию о составе выхлопного газа в блок электронного управления автомобиля, который на основании полученных данных корректирует состав топливо-воздушной смеси и её дозировку в режиме реального времени в процессе эксплуатации авто. Второй лямбда-зонд показывает на то, как эффективно отработал катализатор.

    В начальный момент времени, когда катализатор только начал забиваться, показания второго лямбда-зонда будут отличаться от нормы, однако индикатор на приборной панели с кодом ошибки «CHECK ENGINE» еще пока загораться не будет – все дело в том, что электронный блок управления по началу будет пытаться скорректировать показания датчика с помощью изменения расхода топлива. Именно в эти моменты Ваш автомобиль начнёт больше «кушать».

    Определить, что этот момент настал можно элементарным образом самостоятельно и без всяких компьютерных диагностик. Что для этого нужно сделать: откручиваете катализатор и светите фонариком через его соты с противоположной стороны от Ваших глаз, при этом возможны два варианта:

  • если света на том конце нет, то можно ставить однозначный диагноз – катализатор забит напрочь;
  • если свет едва виднеется где-то посередине, то процесс закупорки начался и уже достиг необратимого уровня – в этом случае катализатор можно прикрутить обратно и еще поэксплуатировать авто некоторое время, пока он совсем не закупорится, а можно сразу заменить забитый катализатор на новый или же произвести его удаление с последующей заменой на пламегаситель.

    Действительно ли после удаления катализатора расход топлива уменьшается?

    Забитый катализатор по своей сути является дополнительным сопротивлением для отходящих газов в выхлопном тракте, что обуславливает некоторое увеличение эксплуатационных расходов вследствие роста расходов на топливо. После удаления источника сопротивления, т.е. забитого катализатора, расход топлива снова приходит в норму. Однако возникает вопрос: на что можно заменить забитый катализатор?

    Что делать если забился катализатор?

    Вполне очевидно, что решить проблему забитого катализатора можно либо его заменой на новый аналогичный элемент, либо путем его полного удаления.

    Самый простой вариант – заменить катализатор на новый. Однако такое решение могут позволить себе только состоятельные автовладельцы по причине его сравнительно большой стоимости.

    Просто удалить катализатор, открутив его корпус в гараже, вытряхнув остатки внутренностей и собрав в обратном порядке – не вариант! В этом случае Вашему авто гарантированы дикий рев и постоянно горящий индикатор «CHECK ENGINE». В этом случае выхлопные газы не будут встречать на своем пути никакого сопротивления и раскалённым прямотоком полетят по выхлопной системе, отсюда возникает рёв, кроме того, задний кислородный датчик будет показывать критичные показания, отсюда и горящая ошибка по чеку.

    Оптимальным вариантом будет замена забитого катализатора на пламегаситель, который будет рассекать и замедлять поток выхлопных газов.

    Что такое обманка лямбда-зонда?

    Обманка лямбда зонда – это трубка, в которую вкручивается датчик, устроена обманка таким образом, чтобы датчик передавал в электронный блок управления показания в пределах нормы. Компьютер авто при этом будет воспринимать информацию, что катализатор не только на своём месте, но и даже исправен. Сама обманка вкручивается на место второго лямбда-зонда. Существуют различные типы обманок и их установку все-таки лучше доверить профессионалам в данной области. Установив обманку лямбда-зонда и перепрошив блок электронного управления, мы достигаем главной цели: «отучаем» лямбда-зонд контролировать содержание кислорода в выхлопе, а, следовательно, влиять на изменения расхода топлива.

  • Забитый катализатор: признаки и симптомы неисправности

    Last Updated on 16.11.2019 by Дмитрий

    При соблюдении эксплуатационных регламентов автотранспортного средства заводские катализаторы обычно служат столько же, сколько и сам автомобиль. Однако в некоторых случаях срок использования этих элементов выхлопной системы истекает раньше. Основной причиной тому является забитый катализатор, последствия чего могут быть легко диагностируемыми.

    Как ведет себя машина если забит катализатор

    Существует семь основных признаков забитого катализатора:

    •  Неустойчивая работа силового агрегата. Мотор может запускаться и сразу останавливаться либо неожиданно глохнуть в процессе передвижения автотранспортного средства.
    •  Повышенное сопротивление педали газа нажатию.
    •  Забитый катализатор влияет на расход топлива, который может существенно увеличиться.
    •  Бортовая система автомобиля сигнализирует о необходимости осуществления диагностики двигателя.
    • Явный симптом забитого катализатора — при холодном пуске силового агрегата ощущается нехарактерный сильный запах.
    • Расход масла при забитом катализаторе также бывает выше нормируемого, что происходит по причине износа маслосъемных колец, в результате чего забивается каталитический фильтра. В этом случае обычно выхлопные газы приобретаю синеватый оттенок, вне зависимости от того, забит катализатор дизеля или бензинового ДВС.
    • Динамика разгонных процессов ухудшается.

    В некоторых случаях может проявляться посторонний шум при работающем моторе, напоминающий трение гравия о металлическую поверхность.

    Основные причины выхода из строя катализирующего элемента выхлопной системы и способы диагностики этой неисправности

    К неисправности каталитического нейтрализатора могут привести различные факторы. Чаще всего срок службы этого элемента выхлопной системы сокращается по причине механических повреждений, неполадок в системе зажигания или выхлопа, попадания большого количества масла, длительного использования в процессе эксплуатации автотранспортного средства низкокачественного бензина (или солярки).
    Самостоятельно определить, что катализатор забитый, можно следующими способами:

    • Визуально. Посветив фонариком внутрь этого устройства, зачастую можно увидеть явное несоответствие цвета каталитического элемента нормальному.
    • Тактильно. Подставив ладонь к выхлопной трубе двигателя, функционирующего в режиме холостого хода, при исправном катализаторе можно ощутить давление, оказываемое выходящими выхлопными газами.
    • С помощью обоняния. Если каталитический нейтрализатор источает неприятный резкий запах, значит он требует замены.

    Также диагностику работоспособности катализатора можно произвести практически на любом СТО. Стоимость такой процедуры и временные затраты, требуемые для ее производства, незначительны.

    Чем опасен забитый катализатор

    Если продолжать эксплуатацию автотранспортного средства с неработоспособным каталитически нейтрализатором, существенно снижается ресурс ДВС. Может потребоваться капитальный ремонт при попадании керамических частиц в рабочие цилиндры.

    Мастер Центра ремонта Глушителей

    границ | Анализ влияния каталитического нейтрализатора на производительность автомобильных двигателей с помощью имитационных моделей в реальном времени

    Введение

    В последние десятилетия постоянная потребность в сокращении выбросов загрязняющих веществ от двигателей внутреннего сгорания (ДВС) побудила производителей оригинального оборудования как усовершенствовать существующие подсистемы (например, впрыск топлива, системы привода клапана и т. Д.), Так и внедрить инновационные решения (с особым упором на последующие — лечебные устройства). Фактически, для того, чтобы эти технологии были действительно эффективными, требуется надлежащая и одновременная разработка компоновки завода, систем контроля и стратегий управления.

    Сложность систем и большое количество управляющих переменных требуют глубокого понимания процессов, которые определяют поведение управляемой трансмиссии как системы в целом. Проектирование архитектуры системы и ее устройств управления определенно требует прочной теоретической поддержки со стороны физических моделей, чтобы описать общее поведение системы, которое в большинстве случаев является нелинейным и поэтому трудно предсказуемым. Математические модели являются мощным инструментом для оценки влияния компоновки системы и стратегий управления на конечный результат, что сокращает путь от проектных спецификаций до дорожных испытаний (Guzzella and Onder, 2010).

    Применение быстрых математических моделей при проектировании силовых агрегатов и связанных с ними систем управления хорошо известно уже более десяти лет, и несколько примеров можно найти в литературе (Gambarotta and Lucchetti, 2011). Подробный сценарий изложен в (Guzzella and Onder, 2010). Обычно подходы наполнения и опорожнения (F&E) и квази-установившегося потока (QSF) используются для построения 0D моделей с сосредоточенными параметрами, которые используются как для впускных и выпускных систем, так и для процессов в цилиндрах, но при этом учитывают « в реальном времени »(Gambarotta et al., 2011; Гамбаротта и Луккетти, 2013). Даже если химические и физические процессы, происходящие в цилиндре, очень сложны, «быстрые» модели требуют упрощенных однозонных 0D-подходов, в которых сгорание рассматривается посредством определения надлежащей функции сжигания топлива (Heywood, 1988), а реакции образования загрязняющих веществ с помощью упрощенного механизмы или — чаще — модели черного ящика (Guzzella, Onder, 2010). Большинство коммерческих инструментов основано на этих методологиях (как описано в Gambarotta and Lucchetti, 2011, 2013).

    Этот сценарий подчеркивает важную роль быстрых математических моделей в моделировании сложных систем, общее поведение которых возникает из-за взаимодействия различных компонентов и процессов сложным и нетривиальным образом. После этого рассмотрения и с целью исследования влияния различных подложек катализатора на характеристики силовых агрегатов была разработана модель системы последующей обработки, которая сочетается с моделью двигателя с «углом поворота коленчатого вала» (Gambarotta and Lucchetti, 2013).Особое внимание было уделено пенам как инновационному материалу для подложек (Bach and Dimopoulos Eggenschwiler, 2011). Полученные результаты представлены в статье.

    Пенопласт с открытыми ячейками — это ячеистые материалы, состоящие из соединенных между собой твердых распорок, расположенных в ячейках, которые охватывают пустотные области и открытое окно или поры. Такие пены могут быть легко изготовлены с использованием различных технологий и материалов, начиная от полимеров, керамики (Al 2 O 3 , кордиерита или SiC) и металлов (Santoliquido et al., 2017). Пенопласт с открытыми ячейками — это инновационные субстраты, характеризующиеся высокой пористостью, низкой плотностью и высокой механической прочностью. В последние годы они рассматривались для различных промышленных применений, таких как фильтры, теплоизоляторы, поглотители механической энергии, глушители, теплообменники и каталитические реакторы. В качестве подложек катализаторов они обладают рядом преимуществ по сравнению с сотовыми монолитами и насадочными слоями. Структура с открытыми ячейками обеспечивает более высокую однородность потока, что является критическим фактором для эффективности преобразования загрязняющих веществ и долговечности катализатора (Zygourakis, 1989; Martin et al., 2000; Gaiser et al., 2003). В сотовых монолитах ламинарный поток в каналах приводит к низкому тепло- и массообмену. Вместо этого сеть твердых стоек решеток открытых ячеек характеризуется извилистыми путями, которые усиливают взаимодействие газа со стенкой и способствуют снижению тепловой инерции (Giani et al., 2005; Lucci et al., 2016). В автомобильной промышленности критическим параметром является падение давления, которое влияет на эффективность двигателя. Пены имеют более высокий перепад давления по сравнению с монолитом с такими же размерами (Twigg, Richardson, 2007; Lucci et al., 2015; Фон Рикенбах и др., 2015). Это может быть компенсировано увеличением массопереноса, что позволяет уменьшить размер катализатора (Dimopoulos Eggenschwiler et al., 2009) или другой геометрической конфигурацией реактора (Koltsakis et al., 2008). Некоторые усилия были потрачены на их моделирование. С одной стороны, было проанализировано высококачественное сканирование пенопласта с помощью КТ (компьютерной томографии), с другой стороны, чтобы уменьшить вычислительную нагрузку, пены были смоделированы как регулярные структуры с ячейками Кельвина (Boomsman et al., 2003; Джани и др., 2005; Инаят и др., 2011). Было продемонстрировано, что обычные субстраты с ячейками Кельвина работают лучше, чем их соответствующие рандомизированные пены, с точки зрения компромисса между массопереносом и падением давления (Lucci et al., 2016).

    Недавно было предложено изменение структуры пены, основанное на достижениях технологий аддитивного производства (AM). Такие «пены» состоят из повторяющихся элементарных ячеек различной формы (Inayat et al., 2016; Bracconi et al., 2018; Papetti et al., 2018). Были предложены различные элементарные ячейки для построения взаимосвязанных структур. (Papetti et al., 2018) описывает систематическую геометрическую оптимизацию обычной подложки с открытыми ячейками и сочетает в себе численное моделирование и методы AM для реализации первой в мире, насколько известно авторам, подложки катализатора с 3D-печатью из кордиерита для реальных транспортных средств. Приложения.

    Определить количественно влияние структуры подложки катализатора на характеристики двигателя непросто из-за различного динамического поведения сотов и пен во время переходных процессов, а также из-за высокой нелинейности всей системы двигателя.Для сравнения влияния сотовых и вспененных оснований был разработан оригинальный математический инструмент 0D, который использовался для моделирования современного дизельного двигателя с турбонаддувом объемом 1,6 л. Результаты моделирования, полученные в отношении ездового цикла EUDC, представлены в документе, показывающем влияние этих различных опор на тепловые переходные процессы катализатора и на расход топлива.

    Моделирование в реальном времени системы последующей обработки двигателя и выхлопных газов

    Двигатель с углом поворота коленчатого вала, модель

    Для целей данной работы модель двигателя, описанная в Gambarotta et al.(2011) и Gambarotta and Lucchetti (2013), рассматривая двигатель с турбонаддувом и системой рециркуляции отработавших газов. Процессы внутрицилиндрового обмена и газообмена были описаны с использованием подхода QSF для впускных и выпускных клапанов и метода F&E для коллекторов и цилиндров. Сгорание считается определяющим надлежащую скорость тепловыделения (HRR), а образование загрязняющих веществ оценивается с помощью подмоделей черного ящика. Был разработан оригинальный алгоритм для интегрирования уравнений сохранения в цилиндре с подходящим временным шагом (настроенным на сохранение углового шага ~ 1 ° CA для любой частоты вращения двигателя n ), при сохранении большего общего временного шага для впуска. и выхлопные системы.Модель топливной системы учитывает динамику топливной рампы (через ее объемный модуль), характеристики потока форсунок и утечки и позволяет рассчитать расход впрыскиваемого топлива на основе давления в рампе p Rail и времени включения ET. Модели на основе карт черного ящика использовались для компрессора C и турбины с изменяемой геометрией (VGT).

    Усредненное за цикл значение коэффициента эквивалентности φ рассчитывается из общей массы всасываемого воздуха (полученной путем интегрирования массового расхода воздуха по каждому циклу) и общей массы впрыскиваемого топлива за цикл (оценивается на основе расхода впрыскиваемого топлива).Массовые расходы рассматриваемых загрязняющих веществ (CO, HC и PM), необходимые для расчета концентраций загрязняющих веществ X mi в выхлопных газах, а затем тепла, выделяемого реакциями окисления внутри катализатора (см. Модель катализатора), являются оценивается как функция коэффициента эквивалентности φ и частоты вращения двигателя n с помощью экспериментальных карт, расположенных в справочных таблицах в следующей форме:

    Модель и ее причинно-следственная схема описаны в Gambarotta et al.(2011) и Гамбаротта и Луккетти (2013). Он использовался для моделирования нескольких автомобильных двигателей (как SI, так и дизельных), откалиброванных и проверенных для сравнения выходных данных модели с экспериментальными данными, как подробно описано в Gambarotta and Lucchetti (2011, 2013) и Gambarotta (2017). Предложенная модель также использовалась в оригинальной системе Hardware-in-the-Loop (HiL) на базе ПК, разработанной авторами (Gambarotta et al., 2012), демонстрируя хорошую способность прогнозировать поведение и производительность движка и связанных с ним. подсистемы как в установившихся, так и в переходных режимах работы.

    Выхлопная система и катализатор модели

    Процессы теплопередачи в выхлопной системе играют ключевую роль в моделировании ДВС из-за значительного влияния температуры выхлопных газов на эффективность систем последующей обработки. Следовательно, тщательное описание процессов теплообмена является фундаментальным, особенно во время критических переходных процессов (например, «выключение» катализатора, регенерация улавливателя твердых частиц и т. Д.). Другими критическими фазами работы двигателя по выбросам являются длительная работа при низкой нагрузке, когда система последующей обработки значительно охлаждается, а также при максимальной нагрузке, когда температуры достаточно высоки, но массовый расход выхлопных газов вынуждает катализатор работать с пониженной массой. дефицит передачи.По этой причине, несмотря на ограничения, накладываемые подходом 0D, особое внимание было уделено моделированию теплового поведения выхлопной системы.

    Рабочая жидкость рассматривалась как смесь идеальных газов, определяемая вектором массовых концентраций X mi , относящимся к 7 химическим веществам, то есть N 2 , O 2 , CO 2 , H 2 O, CO, H 2 и NO. Экстенсивные свойства ρ и c p рассчитаны как средневзвешенные с учетом состава смеси, а k = c p / c v известно из c p и константа газовой смеси R .Таким образом нельзя рассчитать интенсивные свойства μ, Pr и λ. Динамическая вязкость μ рассчитывается как функция отношения эквивалентности φ посредством экспериментальной корреляции (Heywood, 1988):

    μ = 3,3 · 10-7Tm0,71 + 0,027φ, дюйм [Па · с]

    Pr оценивается следующим выражением (Heywood, 1988):

    Pr = 0,05 + 4,2 (k-1) -6,7 (k-1) 2, для φ≤1

    Наконец, λ получается из определения Pr :

    Модель выпускного коллектора

    Математическая модель выпускного коллектора была разработана на основе подхода F&E.Температура и давление получаются из уравнений сохранения массы и энергии, применяемых к коллектору, рассматриваемому как объем 0D. Оценивая тепловой поток через стенки коллектора, как это было предложено в работе Guzzella и Onder (2010), уравнение сохранения энергии для выхлопных газов внутри коллектора можно записать следующим образом:

    dUdt = m˙exhhexh-m˙turhtur-m˙EGRhEGR-Q˙in

    где Q˙in — тепловой поток от газовой смеси к стенкам коллектора. Энтальпия газов, выходящих из коллектора h tur и h EGR рассчитывается с учетом того, что температура газа равна температуре внутри коллектора.

    В представленной модели тепловая инерция выпускного коллектора была учтена при заданной общей массе m w и постоянной удельной теплоемкости c w для стенок коллектора (рисунок 1). Температура стенок коллектора предполагалась равномерной, и ее изменения были оценены с помощью следующего дифференциального уравнения:

    dTwdt = 1 мВт · cw (Q˙in-Q˙out)

    , где Q˙in и Q˙out — тепловой поток между газовым потоком и стенками и между стенками и окружающим воздухом соответственно.Эти тепловые потоки могут быть рассчитаны со ссылкой на хорошо известное схематическое описание, представленное на рисунке 1, где тепло передается за счет конвекции и излучения между газовым потоком и внутренними стенками, за счет теплопроводности через стены и за счет конвекции и излучения между внешними стенами и окружающей средой. воздух. Однако в предложенной модели внутреннее излучение считается незначительным. Даже если реальная геометрия коллектора сложна, он был смоделирован как одиночная цилиндрическая труба с надлежащей длиной L , чтобы сохранить вычислительную нагрузку в пределах подхода 0D.

    Рисунок 1 . Схема потоков выхлопного коллектора.

    Для оценки Q˙в использовалась конкретная корреляция, предложенная в литературе для систем впуска и выпуска ДВС в следующей форме (Depcik and Assanis, 2001):

    Член Pr c часто принимает значение, близкое к 1, а значения для a и b определяются на основе измерений. Значение Nu было оценено на основе корреляции Гниелинского, приведенной в Konstantinidis et al.(1997) и Кандилас и Стамателос (1999), предложив подходящий коэффициент конвективного увеличения для учета нестабильности и турбулентности потока, определенный следующим образом:

    , где Nu eff и Nu th — эффективное и теоретическое значение соответственно. Последнее значение можно оценить с помощью хорошо известных корреляций из Konstantinidis et al. (1997) и Кандилас и Стамателос (1999):

    Nuth = (f / 8) (Re-1000) Pr1.07 + 12,7 (f / 8) 1/2 (Pr2 / 3-1) 104 и

    Nuth = (f / 8) RePr1.07 + 12,7 (f / 8) 1/2 (Pr2 / 3-1) Re <104

    где

    и

    f = (0,790lnRe-1,64) -2 3000 Тогда можно рассчитать коэффициент конвекции и тепловой поток, так как:

    и

    Q˙in = Айнхин (Texh_man-Tw)

    , где Pr , μ и λ для выхлопного газа оцениваются как T exh _ man температура, принимаемая как однородная в выпускном коллекторе.

    Оценка конвективного теплового потока от стенок коллектора в окружающий воздух более трудна из-за геометрии компонентов и внешнего вида потока. Для простоты геометрия коллектора была принята как цилиндрическая, а внешнее поле потока однородно и связано со скоростью транспортного средства. Модель основана на корреляции, предложенной Konstantinidis et al. (1997) и Кандилас и Стамателос (1999), таким образом оценивая Nu следующим образом:

    Nuout = 0,3 + Nuout_lam2 + Nuout_tur2, 10 , где Nu out _ lam и Nu out _ tur являются функциями номеров Re и Pr следующим образом:

    Nuout_lam = 0.664Ре1 / 2Пр1 / 3

    и

    Nuout_tur = 0,037Re0,8Pr1 + 2443Re-0,1 (Pr2 / 3-1)

    Из Nu из Коэффициент конвекции и тепловой поток можно рассчитать, начиная с

    и

    Q˙conv_out = Острие (Тв-Цур)

    , где A out — внешняя область коллектора. Термодинамические свойства Pr , ρ, μ и λ оцениваются относительно температуры пленки (т. Е. Среднего значения между температурой стенок коллектора T w и температурой окружающего наружного воздуха T sur ).

    Поток тепла внешнего излучения Q˙rad_out был оценен в предположении, что внешняя стенка коллектора представляет собой серую поверхность в полости бесконечной протяженности. Следовательно, его можно рассчитать с помощью хорошо известных соотношений Стефана-Больцмана (Incropera et al., 2013):

    Q˙rad_out = Aoutεσ (Tw4-Tsur4)

    , где A out — внешняя площадь коллектора, ε — коэффициент излучения, σ — постоянная Стефана-Больцмана и T w и T на являются стенками и температуры наружного окружающего воздуха соответственно.

    Общий тепловой поток Q˙out от коллектора можно рассчитать исходя из значений конвекции и излучения как

    Q˙out = Q˙conv_out + Q˙rad_out
    Катализатор Модель

    Каталитический нейтрализатор представляет собой сложный компонент с точки зрения как потока газа, так и химических реакций. Гидродинамика, процессы тепломассопереноса играют важную роль в его поведении, и их следует тщательно учитывать. Принимая во внимание цели представленной работы, ни 3D (например, Lucci et al., 2014, 2015; Von Rickenbach et al., 2014), ни метод одномерного моделирования (например, Shamim et al., 2002; Pontikakis et al., 2004) не использовались. Применялся 0D-подход, предполагающий для каждого компонента однородное пространственное распределение термодинамических параметров и применение уравнений сохранения с эмпирическими корреляциями там, где это необходимо. Доказано, что разработанная модель способна моделировать поведение катализатора и его влияние на характеристики трансмиссии во время значительных переходных процессов (например, ездовых циклов) с очень коротким временем расчета и с учетом компоновки системы, размеров компонентов и стратегий управления, принятых во время переходных процессов.

    Модель была разработана в соответствии с причинно-следственной связью, представленной на Рисунке 2. Были рассмотрены два объема (выделены голубым цветом до и после каталитического ядра) в соответствии с подходом F&E. Модель ядра (выделена оранжевым цветом) была основана на процедуре QSF (т.е., предполагая отсутствие накопления массы и энергии). Поскольку процессы в каталитическом нейтрализаторе являются сложными и, как правило, трехмерными, необходимо было ввести правильные допущения, чтобы уловить их общие эффекты, все еще ограничивая нагрузку на моделирование.Поэтому процессы, происходящие в активной зоне, были упрощены путем разделения модели на два модуля, как показано на рисунке 3: «модель газа», которая описывает поток газа в катализаторе, и «модель монолита», которая воспроизводит тепловое поведение ядро катализатора. На каждом временном шаге массовый расход и изменения температуры через активную зону оценивались путем решения двух систем алгебраических уравнений из двух модулей, которые связаны посредством теплообмена между выхлопным газом и стенками подложки (в соответствии с рисунком 3).

    Рисунок 2 . Схема и причинно-следственная связь модели катализатора.

    Рисунок 3 . Макет модели ядра катализатора.

    «Модель газа» была разработана, как показано на рисунке 4. На каждом временном шаге значения давления p и температуры T в двух соседних объемах используются для вычисления разности давлений Δ p , среднего давления p м и температура T м (с учетом направления потока).Предполагая, что ядро ​​катализатора представляет собой концентрированное сопротивление потоку (без накопления массы), массовый расход газа можно оценить с помощью эмпирической алгебраической корреляции в следующей форме:

    , где ρ и μ (как другие свойства жидкости) рассчитываются как p m и T m с учетом состава выхлопных газов. Геометрия катализатора включает как габаритные размеры ядра, так и его морфологические характеристики (соты / пена, пористость и т. Д.).). Тогда температура газа на выходе из активной зоны может быть определена путем интегрирования уравнения сохранения энергии в 1D и в установившемся режиме:

    m˙cpdTdx = hA ′ (Tmon-T) + qgen

    , где не учитываются осевой теплообмен и изменение кинетической и потенциальной энергии в газе (как обычно считается; Pontikakis et al., 2004), A ‘ — удельная площадь контакта на единицу длины, а q gen — это одномерное распределение тепловыделения по осевой длине сердечника (между x = 0 и x = L ).Свойства газа оцениваются как p m и T m и принимаются постоянными.

    Рисунок 4 . Структура модуля «модель газа» (входные и выходные переменные выделены зеленым и красным цветом соответственно).

    Конвективный теплообмен между газом и активной зоной описывается, как обычно, с помощью коэффициента конвекции h , полученного из Nu , оцененного с помощью эмпирической корреляции в следующей форме (Konstantinidis et al., 1997; Кандилас и Стамателос, 1999):

    Температура стенки монолита T mon предполагается постоянной на временном шаге, то есть как осевой, так и радиальный градиенты температуры не учитываются в соответствии с подходом 0D, чтобы ограничить время моделирования.

    Молекулярная диффузия различных частиц и химические реакции в газовой смеси и в активной зоне не рассматривались. Однако общие эффекты окисления несгоревших частиц воспроизводятся с точки зрения выделяемого тепла с помощью следующего выражения (в [Вт / м]):

    , который представляет собой одномерное распределение тепловыделения по осевой длине сердечника (между x = 0 и x = L ).Q˙gen — это общий тепловой поток (в [Вт]), производимый в объеме активной зоны из-за реакций окисления загрязняющих веществ, и оценивается по массовому расходу выхлопных газов ṁ, концентрации загрязняющих веществ X mi , что соответствует более низкому значению. теплотворная способность LHV i и коэффициент преобразования η i следующим образом:

    Q˙gen = ∑i = 1Nm˙ · Xmi · LHVi · ηi

    Номер N и тип загрязнителей зависят от конкретного применения.В представленной модели были рассмотрены CO и один или несколько видов, представляющих HC, поскольку их реакции окисления были приняты как наиболее важные при определении температуры катализатора. Следует отметить, что рабочая жидкость рассматривалась как смесь 7 химических веществ, то есть N 2 , O 2 , CO 2 , H 2 O, CO, H 2 NO. Вектор концентраций загрязняющих веществ { X mi } в выхлопных газах (т.е.е., выхлопные газы двигателя) могут быть получены из экспериментальных данных в виде справочных таблиц как функции рабочих параметров двигателя (например, коэффициент эквивалентности φ, частота вращения двигателя n и выходная мощность; Fiorani et al., 2008). Таким же образом вектор {η i } эффективности преобразования может быть определен с помощью справочных таблиц, определенных экспериментально как функция температуры монолита T mon и скорости газа (Fiorani et al., 2008) . Этот подход (который в основном представляет собой черный ящик, как это обычно требуется для моделей реального времени) позволяет учитывать дальнейшие реакции, которые могут происходить в катализаторе, путем введения надлежащих эмпирических корреляций для моделирования различных каталитических нейтрализаторов и систем доочистки.

    Член q gen (который является функцией осевой координаты x , длины активной зоны L , количества N вовлеченных загрязняющих веществ и общего теплового потока Q˙gen от окисления несгоревшие соединения) зависит от скорости реакции в ядре катализатора, на которую влияют многие сложные процессы: химическая кинетика при низких температурах, диффузия в порах монолита при средних температурах и диффузия в газовой фазе при высоких температурах.Следовательно, если температуры достаточно высоки, химические вещества могут реагировать мгновенно, как только они достигают стенок субстрата. Предполагая, что концентрация химических веществ в текущих газах экспоненциально падает вдоль осевой абсциссы, и учитывая, что диффузионный массообмен пропорционален разнице в концентрациях, было принято экспоненциальное распределение тепла, выделяемого несгоревшими соединениями, выраженное в следующей форме:

    Коэффициенты a, и b могут быть определены исходя из того, что интеграл q gen по длине подложки равен общему тепловому потоку Q˙gen, генерируемому в сердечнике, т.е.э.,:

    и предполагая, что отношение q gen (0) / q gen (L) = 100. Таким образом, получаем следующие выражения для a и b :

    a = N · ln (N) · Q˙genL · (N-1) и b = — ln (N) L

    Интеграция уравнения сохранения энергии в 1D и в установившемся режиме между x = 0 и x = L позволяет определить изменения температуры газа вдоль активной зоны.Для x = л можно определить температуру газа на выходе T на выходе .

    Тепловой поток между газом и монолитом на каждом временном шаге можно оценить с помощью уравнения:

    Q˙int = Q˙gen-m˙ · cp · (Tout-Tin)

    Следует отметить, что, поскольку свойства газовой смеси определяются относительно средней температуры в активной зоне, значение T out оценивается посредством итерационного расчета (процедура do-while , рисунок 4 ) с 0.Порог 1К.

    Для оценки изменения средней температуры монолита T mon можно использовать уравнение сохранения энергии в следующем виде:

    dTmondt = 1mmon · cmon · (Q˙int-Q˙ext)

    Помимо теплового потока, обмениваемого с газами Q˙int и теплоемкости монолита м mon · c mon , требуется также тепловой поток во внешний окружающий воздух Q˙ext.

    Даже если могут быть найдены разные конфигурации, наиболее распространенным методом является установка монолита в металлический кожух со слоем вставленного изоляционного материала: такая компоновка была предусмотрена в разработанной модели, как схематично показано на рисунке 5.Передача тепла от монолита к окружающему воздуху происходит сначала за счет теплопроводности через слой изоляционного материала и металлический кожух, а затем за счет конвекции и излучения от внешних стен к окружающему воздуху. В этом случае конвекция может быть принудительной или естественной в зависимости от скорости автомобиля v , которая, следовательно, представляет собой входной параметр для модели. Следуя квазистационарному подходу, установившийся процесс теплопередачи может быть смоделирован на каждом временном шаге, предполагая два последовательно соединенных тепловых сопротивления, и поэтому общее тепловое сопротивление может быть выражено как:

    Rt_tot = Rt_cond + Rt_conv · Rt_irrRt_conv + Rt_irr

    , где R t _ cond связано с проводимостью, а R t _ conv и R t _ irr связаны с конвекцией и излучением передача тепла наружу.

    Рисунок 5 . Схема процессов течения и теплообмена в ядре катализатора.

    Принимая во внимание только слой изоляционного материала (т. Е. Пренебрегая термическим сопротивлением металлического корпуса) и предполагая цилиндрическую геометрию, R t _ cond был рассчитан по следующей формуле (Incropera et al. ., 2013):

    Rt_cond = Tmon-TwQ˙ext = ln (rins_extrins_int) 2π · L · λins

    Принудительную конвекцию в окружающий воздух можно рассматривать, принимая цилиндрический корпус с радиусом равным r ext : следовательно,

    Rt_conv = Tw-TextQ˙conv = 1Aext · hconv

    где

    , предполагая коэффициент усиления 3/2, чтобы учесть осевую проводимость в металлическом корпусе.

    Коэффициент конвекции h получается, начиная с Nu (Incropera et al., 2013): следующая корреляция из Черчилля и Бернштейна (которая не требует коэффициентов, которые изменяются с Re и действительна для широкого диапазона Re и Pr ) было использовано:

    Nuconv = 0,3 + 0,62Re1 / 2Pr1 / 3 [1+ (0,4 / Pr) 2/3] 1/4 [1+ (Re282000) 5/8] 4/5

    где

    v — скорость невозмущенного потока, предположительно равная скорости транспортного средства.Тогда h можно рассчитать по следующей формуле:

    Что касается теплового излучения, если предположить, что внешняя стенка металлического кожуха представляет собой серое тело внутри большой полости, соответствующий тепловой поток можно оценить как Incropera et al. (2013):

    Q˙irr = Aext · ε · σ · (Tw4-Text4)

    , из которых

    Rt_irr = 1Aext · ε · σ · (Tw2 + Text2) · (Tw + Текст)

    Наконец, тепловой поток к внешнему окружающему воздуху можно рассчитать как:

    Параметры принудительной и естественной конвекции рассчитаны с учетом свойств жидкости при средней температуре:

    , где T w известно из уравнения:

    Следовательно, значение T w оценивается посредством итеративного вычисления с 0.Порог 1К.

    Описанная процедура использовалась для моделирования различных субстратов катализатора (соты или пены) с использованием подходящих корреляций для увязки массовых расходов и изменений давления в ядре катализатора (концентрированное сопротивление потоку) и для определения Nu для теплообмена между выхлопной газ и монолит. Конкретные корреляции, используемые для сот и пен, рассматриваемых в настоящей работе, будут представлены в следующем параграфе.

    Физическая идентификация модели Catalyst

    Представленная модель системы последующей обработки была затем откалибрована с учетом конкретных геометрических форм сердцевины, сот и пен.Сопротивление потоку и процессы теплопередачи были определены из корреляций, доступных в литературе, и были использованы стандартные физические и геометрические свойства.

    В сотах газ должен двигаться по каналам очень малого сечения, поэтому поток в основном ламинарный. Корреляции, связывающие массовый расход с Δ p , очень похожи на корреляции, полученные для ламинарного потока в трубе, и могут быть выражены в форме p = f (ṁ), которую можно переписать в обратной форме ṁ = f ( p ), что подходит для блок-схемы рисунка 4.В настоящем исследовании использовалось следующее соотношение

    ΔpL = 28,5 · μ · m˙ρ · ε · A · Dc2

    или, положив Re = ρ · u · ε · Dcμ

    , как указано в Incropera et al. (2013) для полностью развитого ламинарного потока через канал квадратного сечения.

    Что касается пены, первое соотношение было получено из Giani et al. (2005), полученные в результате экспериментальных испытаний металлических пен с высокой пористостью. Геометрия этих пен была схематизирована в предположении кубических ячеек с аккуратно упакованными цилиндрическими стойками.Исходя из выражения для потерь нагрузки внутри пучка труб, авторы предложили следующее соотношение:

    ΔpL = 2ds · (0,87 + 13,56Re) · (11-G (ε)) 4 · G (ε) 4 · ρu2

    , где в Re характерным размером является диаметр стойки d s , а скорость u получается делением объемного расхода на площадь поперечного сечения A монолита. G ( ε ) — отношение диаметра стойки d s к диаметру пор D p : для рассматриваемой геометрии оно зависит только от пористости ε и может быть выражено как следует:

    G (ε) = dsDp = (4 · (1-ε) 3π) 1/2

    Вторая корреляция, предложенная Луччи и др.(2014), рассмотрено для пен. Чтобы избежать значительного разброса, типичного для экспериментальных данных (из-за изменчивости тестируемых пен), авторы предлагают 3D-моделирование CFD в качестве альтернативы реальным измерениям для характеристики поведения пены (аргументируя необходимость большего контроля над геометрическими параметрами). В частности, со ссылкой на пену, смоделированную как набор ячеек Кельвина (рис. 6), и отмечая, что падение давления в пене возникает из-за сил сопротивления, оказываемых жидкостью на стойки, авторы в Lucci et al.(2014) предлагают следующую корреляцию:

    -dpdx = SSA · ρu22 · χ2ε3 · CD

    , где χ называется «извилистостью» и представляет собой отношение между длиной фактического пути, по которому проходит жидкость, и соответствующим осевым смещением. Что касается сложной геометрии пен, χ обычно намного больше 1. Чтобы соответствовать результатам трехмерного моделирования, коэффициент сопротивления C D был определен в следующей форме (Lucci et al., 2014) :

    , где Re вычислено с D p в качестве характеристической длины, предполагающей среднюю скорость на площади поперечного сечения (поэтому ниже, чем эффективное значение внутри пены: по этой причине в предыдущем уравнении термин χ 2 / ε 3 добавлено).Хотя приведенное выше уравнение позволяет оценить градиент давления в осевом направлении (одномерная модель), его можно использовать для расчета общего Δ p , оценки свойств жидкости при p м и T м таким образом получив

    pL = SSA · ρu22 · χ2ε3 · (0,4 + 30Re0,8)

    Оценка теплового потока между выхлопными газами и внутренней поверхностью монолита была основана на вычислении коэффициента конвекции h , который может быть получен из Nu .Корреляция, используемая для сот, была получена из Giani et al. (2005) следующим образом:

    Nu = 2,977 · (1 + 0,095 · Re · Pr · DcL) 0,45

    где

    Re = ρ · u · Dcμ · ε = m · ˙dsμ · ε · A

    Для пен использовались две корреляции из литературы. Первый был предложен Giani et al. (2005), где авторы расширяют результаты, полученные экспериментально, для определения характеристик металлических пен. Nu выражается как функция от Re и Pr с классической формулировкой с двумя поправочными коэффициентами, определенными на основе экспериментальных данных следующим образом:

    , где Re = ρ · u · dsμ = m · ˙dsμ · A.

    Вторая корреляция была использована для пен, полученная из Lucci et al. (2014). Для оценки Nu было использовано следующее выражение:

    Nu = 1,28 · Hg0,32Pr13ε2,34

    , где номер Хагена Hg используется вместо Re , что определяется как:

    Следует напомнить, что первая корреляция (Giani et al., 2005) основана на схематизации пены как набора кубических ячеек (Рисунок 6), принимая диаметр стойки d s в качестве характерной длины. .При такой геометрии только два из четырех параметров D p , ε, d s и SSA являются независимыми, например, если известны D p и ε , d s и SSA получаются из следующих уравнений:

    G (ε) = dsDp = [4 · (1-ε) 3π] 12 и SSA = 2Dp [3π (1-ε)] 12

    Вторая корреляция (Lucci et al., 2014) получена из моделирования CFD, предполагая диаметр пор D p как характеристическую длину и моделируя пену как набор ячеек Кельвина (Рисунок 6).Также в этом случае задействованы два независимых параметра и выполняются следующие отношения:

    ε = 1-3π2 (dsDp) 2 + 7,54 (dsDp) 3 и SSA = 10,331-εDp-5,81- εDp

    В таблице 1 представлены различные соотношения гидравлического сопротивления и свойств передачи для структур, рассматриваемых в этой статье. Более подробную информацию о них можно найти в указанной литературе (Giani et al., 2005; Lucci et al., 2014).

    Таблица 1 . Использованы соотношения гидравлического сопротивления и переноса.

    Общий объем каталитического реактора принят равным 1,5 л при длине реактора 15 см. Стандартная сотовая структура, обозначенная далее как «h_Giani», используется в качестве эталонного случая и характеризуется пористостью ε = 63%, характерным диаметром канала D p = 1 мм и специфическим площадь поверхности SSA = 2700 м 2 / м 3 . Сотовую структуру сравнивают с двумя пеноподобными структурами с открытыми ячейками, настоящей пеной (Giani et al., 2005), идентифицированный как «f_Giani», и синтетическая структура клетки Кельвина (Lucci et al., 2014), идентифицированная как «f_Lucci». Обе ячеистые структуры имеют пористость ε = 73%, более высокую, чем у сотовой структуры, меньшую площадь поверхности SSA = 1000 м 2 / м 3 и характерный размер пор d p = 2 мм. Другие параметры, принятые для моделирования, представлены в Таблице 2: объем монолита считается одинаковым для сотовых и пенопластов (даже если для пенопласта требуются меньшие объемы).Значения d p и ε приводят к получению соты примерно 400 cpsi, что можно считать коммерческими стандартами, а значение D p приводит к образованию пены 12,7 PPI.

    Таблица 2 . Значения параметров, принятые для моделей катализаторов.

    Толщина s ins и λ ins изоляционного слоя была принята равной 6 мм и среднему значению для пенополиуретана.Значение общего коэффициента излучения полусферы ε для внешней металлической поверхности сильно зависит от отделки поверхности и степени окисления (от 0,1 для полированных поверхностей до 0,9 для сильно окисленных поверхностей): в этом случае, поскольку внешний кожух обычно не имеет определенной отделки. и, кроме того, он мог окисляться, было принято значение 0,6. Удельная плотность ρ mon и теплоемкость c mon монолита определены с учетом кордиерита для сот и Al 2 O 3 для пен.

    Однако следует помнить, что все вышеперечисленные параметры можно легко изменить в модели, что позволяет тестировать и сравнивать различные геометрические формы.

    Разработка и проверка модели двигателя

    Выхлопная система и модели с катализатором были объединены с моделью 0D «угол поворота коленчатого вала» дизельного двигателя с турбонаддувом. Структура модели (чередование объемных и не объемных блоков) позволяет избежать численных проблем и алгебраических циклов (Gambarotta and Lucchetti, 2013).

    Модель была идентифицирована со ссылкой на дизельный двигатель 1,6 л с турбонаддувом (основные технические данные приведены в таблице 3) на основе экспериментальных данных в установившемся режиме от производителя оригинального оборудования, которые использовались для определения справочных таблиц и коэффициентов интерполяция функций методом наименьших квадратов (т. е. коэффициентов расхода впускных / выпускных клапанов, коэффициентов потери давления воздушного фильтра и выхлопной системы и т. д.). Модели компрессоров и турбин были определены на основе их характеристик от производителя (Gambarotta and Lucchetti, 2013).Карты для оценки концентраций загрязняющих веществ в выхлопных газах взяты из Fiorani et al. (2008). Алгоритм, разработанный для интегрирования уравнений модели, использует постоянный главный временной шаг 2 мс и переменный временной шаг для процессов в цилиндре, чтобы сохранить угловой шаг ~ 1 ° CA независимо от частоты вращения двигателя n . В этом приложении на ПК с частотой 2 ГГц и 2 ГБ ОЗУ отношение времени моделирования к физическому времени всегда было заметно ниже 0,65.

    Таблица 3 .Основные технические данные рассматриваемого дизельного двигателя.

    Входными параметрами являются частота вращения двигателя, массовый расход топлива, управляющие сигналы для VGT и EGR, температура и давление окружающей среды. На выходе может быть каждый из параметров, оцениваемых моделью двигателя, например крутящий момент, bmep , эффективная выходная мощность, параметры состояния во впускном и выпускном коллекторе (например, p, T, X mi ) и т. д. После идентификации модель двигателя была испытана путем сравнения результатов расчетов с экспериментальными данными, измеренными на испытательном стенде в установившихся условиях эксплуатации изготовителем оборудования (кроме тех, которые использовались для идентификации), что дало хорошее согласие, как указано в Гамбаротта и Луккетти (2013).

    Условия эксплуатации из ездового цикла

    Чтобы подчеркнуть влияние характеристик субстрата на поведение двигателя, был выбран раздел «Дополнительный городской ездовой цикл» (EUDC) Нового европейского ездового цикла (NEDC). В этом смысле входные параметры (скорость вращения, массовый расход топлива, управляющие сигналы VGT и EGR) определялись с помощью обратной модели транспортного средства (разработанной Guzzella и Sciarretta, 2005). Данные автомобиля были идентифицированы со ссылкой на Alfa Romeo Giulietta 1.6 JTD. На основе хронологии скорости и передачи, предписанной для 400-секундного EUDC, мгновенные запрошенные значения скорости вращения и крутящего момента были вычислены и использованы в качестве входных данных для модели. Различия между целевым и фактическим крутящим моментом двигателя использовались для оценки посредством алгоритма ПИД-регулирования с обратной связью массового расхода впрыскиваемого топлива.

    Результаты моделирования для EUDC

    Поведение системы впуска и выпуска

    Проведено сравнение термодинамических параметров впускной и выпускной систем, полученных с разными подложками.В качестве примера ниже приведены некоторые результаты со ссылкой на EUDC, принимая сотовую основу в качестве базовой линии («h_Giani», сплошной красный цвет), и вычисленные различия между двумя пеноподобными структурами с открытыми ячейками (реальная пена «f_Giani» , »Сплошным зеленым цветом, а структура ячейки Кельвина« f_Lucci »- сплошным синим).

    Как и ожидалось, пенопласт приводит к более высоким потерям давления. На Фигуре 7 представлена ​​разность статического давления через катализатор Δ p DOC , показывающая максимальное увеличение примерно на 10 кПа для обоих рассмотренных пен.Однако значительные нелинейности из-за типичных процессов во впускной и выпускной системе приводят к общему нетривиальному поведению. Фактически, перепад давления через турбину Δ p tur немного ниже (Рисунок 8) и, следовательно, изменения давления в выпускном коллекторе p exh _ man (Рисунок 9 ) ниже ожидаемого (т.е. ниже, чем увеличение падения давления Δ p DOC , рисунок 7).Это приводит к выводу, что более высокие потери давления, вызванные пеной, могут частично уравновешиваться эффектами турбонагнетателя, по крайней мере, при высоких нагрузках двигателя. Результаты на Рисунке 8 показывают, что немного более высокий перепад давления пенных катализаторов приводит к более высокому КПД турбины (за счет немного более высокого уровня давления на выходе из турбины). Таким образом, в любом случае снижение расхода топлива частично уравновешивается более высоким КПД турбины.

    Рисунок 7 .Расчетные потери давления через различные подложки катализаторов.

    Рисунок 8 . Расчетные изменения давления через турбину.

    Рисунок 9 . Расчетное давление в выпускном коллекторе.

    Температурные профили внутри каталитического реакторного блока представлены на рисунке 10. Из-за более высокой пористости структуры с открытыми ячейками имеют меньшую тепловую инерцию и более короткие тепловые переходные процессы. На рисунке 10 показано, что и пена, и структуры с ячейками Кельвина способны достигать температуры выключения 550 K примерно в два раза быстрее, чем сотовые (следует отметить, что зеленые и синие линии почти полностью накладываются друг на друга).Однако по тем же причинам они характеризуются более быстрой фазой охлаждения.

    Рисунок 10 . Расчетная температура подложек.

    Прогноз экономии топлива

    Модель позволила оценить мгновенный и совокупный расход топлива на рассматриваемом EUDC: результаты представлены на рисунке 11. Сплошная красная линия представляет совокупный расход топлива для двигателя с сотовой подложкой («h_Giani»), который считается эталоном. чтобы подчеркнуть влияние субстратов с открытыми клетками.Таким образом, на Рисунке 11 синяя и зеленая линии показывают отклонение в процентах при использовании пенопласта (зеленая сплошная линия, «f_Giani») и подложек из ячеек Кельвина (синяя сплошная линия, «f_Lucci») по отношению к сотовой подложке («h_Giani» ).

    Рисунок 11 . Расчетный совокупный расход топлива во время EUDC.

    Анализ мгновенного расхода топлива ṁ f показывает, что в предполагаемых условиях для сотовой конструкции достигаются более низкие значения, чем для обеих структур пенопласта с открытыми ячейками.Однако разница в совокупном расходе топлива между вариантами составляет менее 0,20%. Кроме того, среди подложек с открытыми порами расход топлива с настоящими пенами («f_Giani») немного ниже, чем со структурами с ячейками Кельвина («f_Lucci»).

    Как было показано ранее, перепад давления через каталитический нейтрализатор выше для структур с открытыми ячейками (рис. 7) для всех проанализированных случаев, подтверждая, что структуры с открытыми ячейками характеризуются более высоким сопротивлением потоку. Это основная причина более высокого расхода топлива для рассматриваемых структур с открытыми ячейками, особенно при разгоне.При более высоких нагрузках двигателя и более высоких массовых расходах выхлопных газов увеличение перепада давления в выпускном коллекторе более выражено. Однако следует отметить, что в настоящем исследовании увеличение расхода топлива вызвано заменой сотовой подложки пенопластом с открытыми ячейками, принимающим одинаковую форму и объем. Но более высокие массообменные свойства структур с открытыми ячейками позволяют создавать более компактные реакторы по сравнению с сотовыми, и это приводит к снижению их гидравлического сопротивления, таким образом компенсируя недостаток в расходе топлива.

    Максимальное отклонение, наблюдаемое в мгновенном расходе топлива между всеми случаями, составляло 0,35%, появляясь только во время ускорений, когда требуется более высокий крутящий момент. В устойчивых условиях движения при постоянной скорости увеличенный мгновенный расход топлива из-за подложки с открытой ячеистой структурой ниже (приблизительно 0,10%). Эти изменения приводят к увеличению всего впрыскиваемого топлива всего на 0,20% за все 400 с цикла.

    Выводы

    Математические модели представляют собой интересный (и часто неизбежный) способ получить правильное понимание поведения сложных систем.Фактически, разработка теоретических инструментов требует хорошего компромисса между физическим и эмпирическим подходами для ограничения времени процессора.

    В статье была создана быстрая модель каталитического нейтрализатора для автомобильного применения, которая была интегрирована в модель 0D «угла поворота коленчатого вала» дизельного двигателя с турбонаддувом. После улучшения модели теплообмена для выпускного коллектора (для учета тепловой динамики во время переходных процессов) была разработана 0D-модель катализатора для моделирования связанных потоков и тепловых процессов.Затем модель катализатора была соединена с моделью двигателя для исследования поведения всей системы и влияния характеристик подложки катализатора. В этой связи реальный дизельный двигатель объемом 1,6 л с турбонаддувом и системой рециркуляции отработавших газов был смоделирован в рамках ездового цикла EUDC, сравнивая характеристики двигателя с различными субстратами катализатора.

    Было проанализировано поведение трех различных каталитических структур: сотовой структуры, вспененных материалов с открытыми ячейками и структур с открытыми ячейками Кельвина. Было показано, что при использовании реакторов того же объема увеличенный перепад давления, вызванный структурами с открытыми ячейками, приводит к увеличению общего расхода топлива не более 0.20%. С другой стороны, структуры с открытыми ячейками демонстрируют более быстрые тепловые переходные процессы из-за их более низкой тепловой инерции и, таким образом, способны быстро достигать температуры выключения.

    Следует отметить, что более высокие массообменные свойства структур с открытыми ячейками могут позволить создавать более компактные реакторы по сравнению с сотовыми структурами. Это может помочь снизить общее гидравлическое сопротивление пен, открывая новые возможности для повышения эффективности системы последующей обработки, снижая при этом удельный расход топлива.Представленный математический инструмент оказался очень эффективным для моделирования поведения комплексной системы (двигатель + система последующей обработки) и будет использован в будущем для исчерпывающего исследования этих тем.

    Напомним, что в представленной модели рабочее тело рассматривалось как смесь 7 химических веществ, т. Е. N 2 , O 2 , CO 2 , H 2 O, CO, H 2 NO. Количество N и тип загрязнителей зависит от конкретного применения.В представленной модели были рассмотрены CO и один или несколько видов, представляющих HC, поскольку их реакции окисления были приняты как наиболее важные при определении температуры катализатора. В ближайшем будущем могут быть рассмотрены различные системы доочистки, например трехкомпонентные катализаторы (что представляет собой очень интересное применение для этих новых решений). Однако моделирование трехкомпонентного катализатора является более сложным, поскольку оно включает кислородный баланс (бензиновые двигатели всегда работают почти в стехиометрическом режиме) и, таким образом, всегда работают в условиях нехватки кислорода.Представленный подход может быть использован для попытки моделирования трехкомпонентного катализатора в реальных условиях движения в режиме реального времени.

    Напоследок следует подчеркнуть, что в представленной работе модель транспортного средства еще не проработана. Поэтому необходимые входные параметры (то есть скорость вращения, массовый расход топлива, управляющие сигналы VGT и EGR) были определены с помощью обратной модели транспортного средства (разработанной в Guzzella и Sciarretta, 2005). Поэтому был выбран более простой цикл EUDC, поскольку это модальный цикл движения, все еще достаточно значительный, чтобы можно было проверить эффективность и гибкость предлагаемого инструмента моделирования.На следующем этапе деятельности будет разработана подходящая модель для транспортного средства, которая будет интегрирована с моделью двигатель + катализатор, чтобы дать возможность оценить скорость и крутящий момент двигателя в более сложных переходных циклах движения (как WLTC).

    Доступность данных

    Наборы данных, созданные для этого исследования, доступны по запросу соответствующему автору.

    Авторские взносы

    AG, вице-президент и PD участвовали в разработке и проведении исследования, анализе результатов и написании рукописи.

    Заявление о конфликте интересов

    Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

    Благодарности

    Авторы выражают благодарность Швейцарскому федеральному управлению по окружающей среде (FOEN) за финансовую поддержку проектов, Система последующей обработки выхлопных газов для минимального воздействия на окружающую среду, Транспортное средство для доставки на природном газе, Евро 7 и выше (EAS7 +), проект №.UTF 584.13.18 и имитация катализатора Vertrag Nr. 15.0002.PJ / S122-1359.

    Список литературы

    Бах К. и Димопулос Эггеншвайлер П. (2011). Керамические пенные катализаторы для катализаторов окисления дизельных двигателей: конверсия загрязняющих веществ и вопросы эксплуатации . Документ SAE № 2011-24-079.

    Google Scholar

    Boomsman, K., Poulikakos, D., and Ventikos, Y. (2003). Моделирование потока через металлические пены с открытыми порами с использованием идеализированной периодической ячеистой структуры. Внутр. J. Heat Mass Trans. 24, 825–834. DOI: 10.1016 / j.ijheatfluidflow.2003.08.002

    CrossRef Полный текст

    Bracconi, M., Ambrosetti, M., Okafor, O., Sans, V., Ou, X., Pereira, C.F., et al. (2018). Исследование падения давления в трехмерных реплицированных пенопластах с открытыми порами: сопоставление CFD с экспериментальными данными по аддитивным пенам. Chem. Англ. J. DOI: 10.1016 / j.cej.2018.10.060. [Epub перед печатью].

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Депчик, К., и Ассанис, Д. (2001). Универсальная корреляция теплопередачи для впускных и выхлопных потоков в двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием . Документ SAE 2002-01-0372.

    Google Scholar

    Димопулос Эггеншуилер, П., Циноглу, Д., Сейферт, Дж., Бах, К., Фогт, У., и Горбар, М. (2009). Подложки из вспененной керамики для автомобильных катализаторов: жидкостно-механический анализ. Exp. Жидкости 47, 209–222. DOI: 10.1007 / s00348-009-0653-2

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Фьорани, П., Гамбаротта, А., Лучкетти, Г., Аузиелло, Ф. П., Де Чезаре, М., и Серра, Г. (2008). Подробная модель среднего значения выхлопной системы автомобильного дизельного двигателя . Технический документ SAE, № 2008-28-0027.

    Google Scholar

    Gaiser, G., Oesterle, J., Braun, J., and Zacke, P. (2003). Прогрессивное распределение однородного спининлетного потока при жестких условиях . Технический документ SAE № 2003-01-0840.

    Google Scholar

    Гамбаротта, А.(2017). «Методы математического моделирования турбонагнетателей и двигателей с турбонаддувом», в книге Turbocharger and Turbocharging: Advancements, Applications and Research (Hauppauge, NY: Nova Science Publishers Inc.,), 375–434.

    Гамбаротта А. и Луккетти Г. (2011). Управляемое моделирование автомобильных двигателей на основе «угла поворота коленчатого вала» . Документ SAE NoICE2011-24-0144.

    Google Scholar

    Гамбаротта, А., Луккетти, Г. (2013). «Модель угла поворота коленчатого вала для моделирования дизельных двигателей в системах HiL / SiL в реальном времени», в 13-м Штутгартском международном симпозиуме по автомобильным технологиям и технологиям двигателей (Штутгарт).

    Гамбаротта А., Луккетти Г. и Важа И. (2011). Моделирование переходных режимов дизельных двигателей с турбонаддувом в реальном времени. Proc. Inst. Мех. Англ. Pt D J. Automob. Англ. 225, 1186–1203. DOI: 10.1177 / 0954407011408943

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Гамбаротта А., Руджеро А., Шолла М. и Луккетти Г. (2012). Система HiL / SiL для моделирования дизельных двигателей с турбонаддувом. МТЗ в мире 73, 48–53. DOI: 10.1365 / s38313-012-0143-4

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Джани, Л., Гроппи, Г., и Тронкони, Э. (2005). Характеристики массопереноса металлических пен в качестве носителей для структурированных катализаторов. Ind. Eng. Chem. Res. 44, 4993–5002. DOI: 10.1021 / ie04

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Guzzella, L., and Onder, C.H. (2010). Введение в моделирование и управление системами двигателей внутреннего сгорания . Берлин: Springer-Verlag.

    Guzzella, L., и Sciarretta, A. (2005). Двигательные установки транспортных средств .Берлин: Springer Verlag.

    Google Scholar

    Хейвуд, Дж. Б. (1988). Двигатели внутреннего сгорания, Основы . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Макгроу-Хилл.

    Google Scholar

    Инайят, А., Фройнд, Х., Цайзер, Т., и Швигер, В. (2011). Определение удельной поверхности пенокерамики: новый взгляд на модель тетракаидекаэдров. Chem. Англ. Sci. 66, 1179–1188. DOI: 10.1016 / j.ces.2010.12.031

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Инайят, А., Клумпп, М., фон Бейер, М., Фройнд, Х. и Швигер, В. (2016). Разработка нового соотношения перепада давления для пен с открытыми порами, полностью основанного на теоретических основаниях: с учетом формы стойки и геометрической извилистости. Chem. Англ. J . 287, 704–719. DOI: 10.1016 / j.cej.2015.11.050

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Incropera, Ф. П., Девитт, Д. П., Бергман, Т. Л., и Лавин, А. С. (2013). Принципы тепломассообмена, 7-е изд. .Нью-Йорк, Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья.

    Кандилас, И. П., и Стамателос, А. М. (1999). Конструкция выхлопной системы двигателя на основе расчета теплопередачи. Конвер. Энергии Управлять. 40, 1057–1072. DOI: 10.1016 / S0196-8904 (99) 00008-4

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Кольцакис, Г. К., Кацаунис, Д. К., Самарас, З. К., Науманн, Д., Сабери, С., Бом, А., и др. (2008). Разработка системы доочистки на основе пенопласта для дизельного легкового автомобиля .Технический документ SAE № 2008-01-0619.

    Google Scholar

    Константинидис П. А., Кольцакис Г. К. и Стамателос А. М. (1997). Моделирование переходных процессов теплопередачи в выхлопных системах автомобилей. Proc. Inst. Мех. Англ. Часть C 211, 1–14. DOI: 10.1243 / 0954406971521610

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Луччи, Ф., Делла Торре, А., Черногория, Г., и Димопулос Эггеншвилер, П. (2015). О каталитических характеристиках открытых ячеистых структур по сравнению с сотами. Chem. Англ. J. 264, 514–521. DOI: 10.1016 / j.cej.2014.11.080

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Луччи, Ф., Делла Торре, А., Черногория, Г., Кауфманн, Р., и Димопулос Эггеншвилер, П. (2016). Сравнение геометрических, импульсных и массообменных характеристик реальных пен с решетками ячеек Кельвина для применения в катализаторах. Внутр. J. Тепломассообмен . 108, 341–350. DOI: 10.1016 / j.ijheatmasstransfer

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Луччи, Ф., Делла Торре, А., Фон Рикенбах, Дж., Черногория, Г., Пуликакос, Д., и Димопулос Эггеншвилер, П. (2014). Выполнение рандомизированных структур клеток Кельвина в качестве каталитических субстратов: анализ на основе массопереноса. Chem. Англ. Sci. 112, 143–151. DOI: 10.1016 / j.ces.2014.03.023

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Мартин А. П., Уилл Н. С., Бордет А., Корнет П., Гондойн К. и Мутон X. (2000). Влияние распределения потока на характеристики выбросов каталитических нейтрализаторов .Технический документ SAE № 2000-05-0175.

    Google Scholar

    Папетти, В., Димопулос Эггеншвилер, П., Делла Торре, А., Луччи, Ф., Ортона, А., и Черногория, Г. (2018). Аддитивные полиэдрические структуры с открытыми порами используются в качестве подложек для автомобильных катализаторов. Внутр. J. Heat Mass Transf. 126, 1035–1047. DOI: 10.1016 / j.ijheatmasstransfer.2018.06.061

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Понтикакис Г. Н., Константас Г. С. и Стамателос А.М. (2004). Моделирование трехкомпонентного катализатора как современный инструмент инженерного проектирования. J. Eng. Газовые турбины Power 126, 906–923. DOI: 10.1115 / 1.1787506

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Сантоликвидо, А., Бьянки, Г., Димопулос Эггеншвилер, П., и Ортона, А. (2017). Аддитивное производство периодических керамических подложек для носителей автомобильных катализаторов. Внутр. J. Appl. Ceram. Technol. 14, 1164–1173. DOI: 10.1111 / ijac.12745

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Шамим, Т., Шен, Х., Сенгупта, С., Сон, С., и Адамчик, А. (2002). Комплексная модель для прогнозирования характеристик трехкомпонентного каталитического нейтрализатора. J. Eng. Газовые турбины Power 124, 421–428. DOI: 10.1115 / 1.1424295

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Твигг М. и Ричардсон Дж. (2007). Основы и области применения структурированных пенокерамических катализаторов. Ind. Eng. Chem. Res. 46, 4166–4177. DOI: 10.1021 / ie061122o

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Фон Рикенбах, Дж., Луччи, Ф., Нараянан, К., Димопулос Эггеншвилер, П., и Пуликакос, Д. (2014). Многомасштабное моделирование гетерогенных реакций, ограниченных массопереносом, в пенопластах с открытыми ячейками. Внутр. J. Тепломассообмен . 75, 337–346. DOI: 10.1016 / j.ijheatmasstransfer.2014.03.060

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Фон Рикенбах, Дж., Луччи, Ф., Нараянан, К., Димопулос Эггеншвилер, П., и Пуликакос, Д. (2015). Влияние диффузионного сопротивления покрытия в сотовых и пенных каталитических реакторах. Chem. Англ. J. DOI: 10.1016 / j.cej.2015.03.132

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Зигуракис, К. (1989). Переходный режим монолитных каталитических нейтрализаторов: двумерная модель реактора и эффекты радиально неоднородного распределения потоков. Chem. Англ. Sci. 44, 2075–2086.

    Google Scholar

    Номенклатура

    Каковы преимущества удаления каталитических нейтрализаторов с автомобилей?

    , Джейсон Медина

    Каталитические преобразователи, отвечающие за воспламенение и сжигание несгоревших выхлопных газов двигателя, стали стандартным автомобильным оборудованием на всех автомобилях, начиная с 1975 модельного года.Хотя каталитические нейтрализаторы помогают очистить выхлопные газы двигателя, они не лишены своих минусов. Ниже приводится краткий список потенциальных преимуществ удаления автомобильных каталитических нейтрализаторов.

    Повышенная мощность двигателя

    В автомобилях с удаленными каталитическими нейтрализаторами мощность двигателя увеличивается. Каталитические нейтрализаторы создают значительный источник противодавления двигателя из-за ограничивающего воздействия, которое они оказывают на выходящие из двигателя выхлопные газы.Удаление каталитических нейтрализаторов с автомобилей позволяет выхлопным газам выходить из двигателей намного быстрее и на более высоком уровне.

    Увеличенный пробег по газу

    Поскольку снятие каталитического нейтрализатора позволяет выхлопным газам выходить из двигателя автомобиля на повышенных оборотах, снижается противодавление двигателя, что снижает нагрузку на двигатель. Это снижение противодавления в двигателе и его деформации позволяет двигателю работать более легко и, таким образом, снижает расход топлива и увеличивает расход топлива.

    Пониженная рабочая температура двигателя

    Поскольку удаление каталитического нейтрализатора снижает нагрузку на двигатель автомобиля, позволяя выхлопным газам легче выходить из двигателя, чистым эффектом является снижение рабочей температуры двигателя.Чем легче двигатель функционирует и чем меньше работы он должен выполнять, тем меньше трение, меньше нагрузка и, в конечном итоге, рабочая температура.

    Дополнительные варианты топлива

    Автомобили, оборудованные каталитическими нейтрализаторами, работают только на неэтилированном бензине. Бензин на основе свинца, который обеспечивает большую мощность и лучшее сгорание двигателя, быстро разрушает внутренние материалы катализатора каталитических нейтрализаторов. Автомобиль без каталитического нейтрализатора сможет работать на различных видах топлива на основе свинца и / или высокоэффективных топливах, которые были бы невозможны с каталитическим нейтрализатором.

    Более здоровый звук выхлопных газов

    Каталитические нейтрализаторы работают как автомобильные глушители, единственная цель которых — заглушить звук выходящих выхлопных газов двигателя. Хотя каталитические нейтрализаторы сжигают несгоревшие выхлопные газы на выходе из двигателя, тем самым делая выхлоп из выхлопной трубы чище, они также дополнительно заглушают звук выхлопа автомобиля и издают несколько робкий, сдержанный звук выхлопа. Без каталитического нейтрализатора звук выхлопа автомобиля становится немного громче, глубже и отчетливее.

    Еще статьи

    Каталитические преобразователи: их назначение и важность

    Хотя нет никаких сомнений в том, что изобретение автомобиля сделало мир более удобным, оно также сделало его более загрязненным.

    Во время движения автомобили выбрасывают загрязнения , которые могут окрашивать здания в черный цвет и ухудшать качество воздуха. Независимо от того, насколько удобными могут быть автомобили, это загрязнение наносит вред окружающей среде и снижает качество жизни людей, которые живут в крупных городских районах с большим количеством автомобилей на улице.

    К счастью, технология нашла решение: каталитический нейтрализатор.

    Вот все, что вам нужно знать об этих удобных инструментах и ​​о том, как они выполняют свою работу:

    Двигатели и загрязнение 101

    Чтобы понять, почему каталитический нейтрализатор в двигателе так важен, важно сначала понять, почему и как двигатели создают загрязнение.

    Вот разбивка:

    Автомобильные двигатели работают на дизельном или бензиновом топливе.Нефть, в свою очередь, состоит из углеводородов. Когда углеводородное топливо горит кислородом воздуха, оно выделяет большое количество энергии. Поскольку бензин содержит около 150 различных химикатов (включая присадки), он производит больше, чем просто энергию: он производит загрязнение.

    Загрязнение, создаваемое сжиганием бензина, приводит к образованию окиси углерода, летучих органических соединений и окислов азота, которые вместе образуют смог и дымку. Это, в свою очередь, вредит окружающей среде и ухудшает качество жизни людей, живущих в густонаселенных районах.

    Что такое каталитический нейтрализатор?

    Хотя загрязняющие газы состоят из вредных молекул, эти молекулы состоят из атомов. Из-за этого лучший способ разложить газы — разделить частицы после того, как они покинут двигатель, но до того, как попадут в воздух.

    Это то, что делает каталитический нейтрализатор .

    Хотя это может показаться сложным процессом, это довольно просто. Катализаторы — это химические вещества, которые ускоряют химические реакции без изменения их общего процесса.Каталитический нейтрализатор — это металлический инструмент, прикрепленный болтами к днищу автомобиля. Он состоит из входного и выходного патрубков. Входная труба вытягивает горячие пары из двигателя, а выходная труба выталкивает пары наружу. Когда газы из двигателя обдувают катализатор, он вызывает серию химических реакций, предназначенных для изменения газов и превращения их в газы, которые не причинят вреда окружающей среде.

    Хотя каталитические преобразователи не устраняют загрязнение воздуха, они могут сыграть важную роль в сокращении непосредственного локального загрязнения воздуха, включая загрязнение с дорог.Каталитические нейтрализаторы также лучше всего работают, когда они теплые, что занимает около 10-15 минут езды или на холостом ходу . Это означает, что ваш автомобиль может по-прежнему выделять выхлопные газы в течение первых нескольких минут поездки.

    Чемодан для каталитических нейтрализаторов

    Хотя каталитические нейтрализаторы не на 100% эффективны в сокращении выбросов, они являются важным шагом на пути к снижению загрязнения от автомобилей. К сожалению, они работают хорошо только тогда, когда работают хорошо. Если вам нужно обслуживание глушителей или выхлопных систем, свяжитесь с нашей командой .Мы предлагаем широкий спектр услуг по ремонту автомобилей, чтобы вы в целости и сохранности двигались по дороге.

    Влияние катализаторов на реакции

    КАТАЛИЗАТОР — это вещество, которое может ускорить реакцию
    , но катализатор не изменяется этой реакцией

    Обычно катализаторы используются в катализаторах

    Каталитический нейтрализатор Random Technology
    (Random Technology)

    Каталитический нейтрализатор — специальное устройство, ускоряющее выход из строя вредные химические вещества (такие как несгоревшее топливо и окись углерода), которые обычно вызывают загрязнение автомобильные выхлопы.

    Внутри каталитического нейтрализатора находится катализатор . Это вещество используется для покрытия губчатого материал. Когда выхлоп автомобиля проходит через губку, катализатор вызывает ядовитый газы вступают в реакцию с кислородом воздуха …. делая их безопасными.

    Катализатор в каталитическом нейтрализаторе ускоряет реакцию, разрушающую ядовитые вещества. газы … но катализатор не израсходован в химической реакции.

    Преобразователь STIHL для двухтактных двигателей бензопил
    (STIHL)

    Воспользуйтесь приведенным выше отрывком, чтобы заполнить эти пропущенные слова…

    Катализатор — это вещество, вызывающее химическую реакцию. Это Единственное, что не изменилось после того, как реакция закончилась.

    Обычно катализаторы используются в нейтрализаторах. Катализатор в каталитическом нейтрализаторе меняет ядовитые на менее вредные. Например, газовый углерод превращается в углекислый газ, когда он реагирует с кислородом в.

    Катализатор в катализаторе используется для покрытия губки. Когда пары двигателя проходят через губка происходит реакция, которая разрушает их.

    Каталитический нейтрализатор, повышающий реакцию между кислородом и выхлопными газами автомобиля.

    Выхлопные газы меняют в нейтрализаторе, а внутри — нет.

    У вас были попытки исправить это

    Катализаторы очень полезны … потому что они ускоряют химические реакции и никогда не расходуются.
    Так почему бы нам не использовать их все время?
    Основная причина в том, что многие катализаторы изготовлены из очень дорогих веществ, например, из платины.

    А теперь ответьте на эти вопросы…

    Как называется вещество, ускоряющее реакцию?

    Катализаторы меняются в результате реакции, которую они ускоряют (да / нет) ?

    Какой преобразователь разрушает выхлопные газы автомобилей?

    В какой другой газ переходит окись углерода? Углерод

    Катализатор внутри каталитического нейтрализатора используется для покрытия чего?

    Через что проходят выхлопные газы автомобильных двигателей? Каталитический

    С каким газом (находящимся в воздухе) реагируют выхлопные газы?

    Катализатор в катализаторе заменен во время процесса (да / нет) ?

    Катализаторы в основном дешевые или дорогие ?

    Какой металл часто используют в качестве катализатора?

    Вы набрали 10 баллов в этом тесте

    Катализаторы контроля выбросов

    Катализаторы контроля выбросов

    Вт.Адди Маевски

    Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
    Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

    Abstract : Катализаторы контроля выбросов, представленные в 1970-х годах, в настоящее время используются во всех типах двигателей внутреннего сгорания, а также в ряде стационарных приложений. В каталитических реакторах для мобильных устройств, известных как каталитические преобразователи, используются монолитные подложки, покрытые катализатором.Термины, которые используются для характеристики характеристик катализатора, включают эффективность преобразования, температуру зажигания и объемную скорость.

    Фон

    Технологии экологических катализаторов уходят корнями в проблемы загрязнения воздуха легковыми автомобилями, работающими на бензине. Выбросы бензиновых автомобилей были главными целями первых законов о загрязнении воздуха, начиная с 1970-х и 1980-х годов. В США федеральные нормы выбросов основаны на четырех законах: Закон о чистом воздухе (CAA) 1967 года, CAA 1970 года и две поправки к нему, принятые в 1977 и 1990 годах [406] .

    После принятия CAA и вытекающих из этого стандартов выбросов для транспортных средств в середине 1970-х годов в США были начаты коммерческие поставки катализаторов окисления (первое коммерческое применение в автомобилях 1975 модельного года) для контроля выбросов CO и HC из бензина с искровым зажиганием (SI). приложения двигателя. Технология трехкомпонентного катализатора, представленная в 1980-х годах, также позволила контролировать выбросы NOx из двигателей SI на уровнях, которые значительно ниже, чем выбросы NOx из дизельных двигателей.Наконец, в 1990-х годах катализаторы окисления были внедрены в автомобили с дизельным топливом в Европе, а также в двигатели для дизельных автобусов и (в ограниченном масштабе) грузовых автомобилей в США. Еще с 1970-х годов дизельные катализаторы также использовались в некоторых профессиональных средах, например, в подземных горных выработках. В большинстве катализаторов во всех перечисленных выше областях применения в качестве активных компонентов используются благородные металлы платиновой группы.

    Рисунок 1 . Каталитический нейтрализатор на бензиновом автомобиле

    Вслед за успехом в области применения мобильных двигателей для стационарных применений были внедрены каталитические технологии для контроля летучих органических соединений (ЛОС) и выбросов NOx.Список применений катализаторов включает такие источники выбросов, как химические предприятия, процессы окраски и нанесения покрытий, печи, полиграфия, химчистка, производство электроэнергии и, наконец, что не менее важно, стационарные двигатели. Примеры каталитических технологий для стационарных двигателей включают неселективное каталитическое восстановление (NSCR) NOx из двигателей, работающих на обогащенном природном газе, и селективное каталитическое восстановление (SCR) NOx аммиаком из дизельных двигателей.

    Рисунок 2 . Каталитическая система SCR на стационарном дизельном двигателе

    Широкое распространение и популярность катализаторов для контроля выбросов из двигателей внутреннего сгорания можно объяснить рядом преимуществ, а именно:

    • простота и пассивность большинства каталитических систем,
    • незначительное отрицательное воздействие на двигатель или экономию топлива (низкий перепад давления),
    • эксплуатация, не требующая обслуживания или требующая минимального обслуживания,
    • доказали свою надежность, а
    • относительно невысокая стоимость.

    Катализаторы также имеют ряд недостатков и потенциальных проблем, которые необходимо тщательно учитывать при проектировании систем контроля выбросов. Некоторые из проблем включают:

    • Зависимость производительности от температуры. В случае двигателей внутреннего сгорания это означает зависимость производительности от условий работы двигателя и рабочего цикла.
    • Потеря активности из-за отравления и термической деактивации.
    • Возможность нежелательных реакций.В некоторых случаях над катализатором могут образовываться вторичные выбросы.
    • Недостаточное наличие на рынке некоторых каталитических материалов, таких как некоторые благородные металлы, может вызвать непредсказуемые колебания цен и дефицит предложения.
    • Металлы платиновой группы — в основном платина, палладий и родий — выделяемые каталитическими преобразователями в результате истирания, могут накапливаться в почве и растениях вдоль шоссе [1087] и были обнаружены в дорожной пыли и городских отходах, таких как сожженная зола сточных вод [2468] ] , а также в атмосферных твердых частицах в городской среде [1343] , экологические последствия которых остаются неясными.
    • Некоторые неблагородные металлы могут быть потенциальным источником вредного воздействия на здоровье и окружающую среду, если они выбрасываются из каталитического нейтрализатора в результате истирания или других процессов. Использование таких металлов может быть ограничено государственными постановлениями и / или руководящими указаниями (например, политика правительства Японии, принятая еще в 1970-х годах, ограничивает использование Cu, Ni, V, Co, Cr и Mn в катализаторах контроля выбросов).

    ###

    Влияние добавок к топливу и маслу на характеристики автомобильного катализатора

    С тех пор, как на рынке появились автомобильные катализаторы, был проведен значительный объем работ по изучению влияния примесей топлива и масла на активность катализатора.По этой теме опубликовано большое количество статей, особенно в отношении свинца и фосфора.

    В начале 1970-х исследования были сосредоточены на катализаторах окисления, но в последнее время в литературе преобладали эффекты на трехкомпонентных катализаторах. В этой статье будут рассмотрены некоторые из этих результатов и будут указаны только исследования, относящиеся к трехкомпонентным катализаторам с монолитной опорой, опубликованные с 1976 года.

    Все рассматриваемые здесь катализаторы контроля загрязнения содержат металлы платиновой группы, особенно комбинации платины и родия.Хорошо известно, что эти металлы не только обладают хорошими низкотемпературными характеристиками и высокой температурной стабильностью в выхлопной среде, но также более устойчивы к ядам, чем катализаторы из неблагородных металлов.

    Законодательство о выбросах, действующее в настоящее время в США, требует, чтобы катализаторы были долговечными не менее 50 000 миль по дороге. В Калифорнии предполагается, что к 1993 году выбросы от большинства транспортных средств будут сокращены еще больше, см. Таблицу I, с требованием долговечности на 100 000 миль (уже применимо для грузовиков малой грузоподъемности).Совсем недавно конгрессмены Ваксман и Дингелл внесли предложения сократить вдвое значения 1993 года.

    Таблица I

    Стандарты выбросов США

    91 50 9150 9150 9150 9150 9150 9150 9150
    Модельный год Загрязнитель, граммы на милю
    Окись углерода Углеводороды
    1975 15 1.5 3,1
    1980 7 0,41 2,0
    1983 3,4 0,41 1,0
    9 0,41 1,5
    1983 7 0,41 0,7
    1993 3,4 0,25 0.4

    Европейское законодательство

    В Европейском сообществе был принят закон, требующий снижения выбросов от транспортных средств с двигателем менее 1,4 л до уровней, которые считаются эквивалентными действующим стандартам США, которые приведены в таблице II. . Предполагается, что в 1990 году будут приняты Директивы, чтобы гарантировать, что к концу 1992 года все транспортные средства, независимо от объема двигателя, будут соответствовать этим нижним пределам; в частности, 19 г монооксида углерода на испытание и 5 г углеводородов на испытание плюс оксиды азота.Также предполагается, что будет включен более скоростной загородный ездовой цикл, который будет следовать непосредственно из городского цикла Европейской экономической комиссии. Пределы выбросов будут отражать комбинацию этих двух циклов, но предлагаемые значения все еще обсуждаются. Также обсуждается введение цикла износостойкости 80 000 км, аналогичного используемому в США

    Таблица II

    Стандарты выбросов Европейского сообщества

    91 9150
    Размер двигателя Даты введения Загрязняющие вещества, граммы на тест
    Новые модели Все новые автомобили Окись углерода Углеводороды + оксиды азота Оксиды азота
    Более 2 литров 1/10/88 10.01.1999 6.5 3,5
    1,4-2 литра 1/10/91 1/10/93 30 8
    Менее 1,4 литра
    Этап 1 1/10/90 1/10/91 45 15 6
    Этап 2 1/07/92 31.12 / 92 19 5

    Таким образом, очевидно, что к концу 1992 года трехкомпонентные катализаторы будут установлены на все новые автомобили в Европейском экономическом сообществе (E.E.C.). Более строгие нормы выбросов и повышенные требования к долговечности означают, что загрязнение ядами и их влияние на активность катализатора будут важными факторами в общем сроке службы системы выбросов. Таким образом, в обзоре будет изучено влияние свинца и марганца в топливе, а также фосфора и тяжелых металлов в нефти. Также будут рассмотрены результаты исследований по отказу от топлива в США.

    Деактивация катализатора по содержанию свинца в бензине

    За последнее десятилетие многие исследователи изучали влияние европейского этилированного бензина, обычно содержащего 0.4 или 0,15 г / л приводят к эффективности составов как окислительного, так и трехкомпонентного катализатора, некоторые из которых были разработаны с учетом толерантности к свинцу. Однако теперь E.E.C. принял закон, требующий, чтобы неэтилированный бензин продавался в Сообществе. В соответствии с тем же законодательством все новые автомобили, продаваемые с октября 1989 года, должны работать на неэтилированном бензине.

    Было показано, что дезактивация катализатора свинцом зависит от количества свинца, осажденного на катализаторе, и хотя это, вероятно, возрастет с повышением содержания свинца в бензине, необходимо также учитывать многие другие факторы, включая состав катализатора. , старение катализатора, условия эксплуатации и взаимодействие свинца с другими присадками к топливу и моторным маслам.

    Большая часть исследовательской работы, проводимой по этой теме, включала использование лабораторных установок для сжигания или испытательных стендов двигателей для старения катализаторов, а также установок для синтетических выхлопных газов для оценки характеристик катализаторов (1, 2, 3). Не существует стандартной универсальной процедуры испытаний для лабораторных исследований, и, учитывая влияние различных условий, включая температуру газа и соотношение воздух: топливо, возможно, неудивительно, что представленные данные различаются и в некоторых случаях противоречат друг другу. В последнее время работы проводились с транспортными средствами в реальных дорожных условиях (4).

    Долговечность трехкомпонентных катализаторов для применений в Европейском сообществе была исследована путем исследования их активности в зависимости от более высоких температур, встречающихся в режимах движения по автобану в течение продолжительных периодов времени (1). Уровни свинца 1, 3, 5 и 10 мг / л оценивались в исследованиях долговечности пульсаторов и старении динамометра, таблица III. Загрузки платино-родиевого катализатора 40 г / фут 3 и в соотношении 5: 1 поддерживали существенные трехкомпонентные превращения при старении в богатых условиях при максимальных температурах 900-1000 ° C с содержанием свинца 3 мг / л. .Старение при этих температурах привело к значительному уменьшению площади поверхности по БЭТ, что привело к повышению температуры испускания стехиометрических углеводородов. Чистая конверсия оксидов азота и углеводородов после зажигания была улучшена за счет более низкого удерживания свинца на катализаторе. Повышение уровня остаточного свинца до 10 мг / л при старении в импульсных пламенных реакторах при 1000 ° C значительно ухудшило характеристики трехкомпонентного катализатора после 4000 имитационных миль.

    Таблица III

    Влияние уровней свинца в топливе на активность пульсаторных катализаторов a

    661319 919 919
    Топливо b , мг свинца на литр Моделируемые мили × 1000 Конверсия,% Температура выключения углеводорода для 80-процентной конверсии
    Пульсатор (при 500 ° C) Устойчивый режим (при 550 ° C)
    R c = 1.15 R c = 1,05 R c = 1,60
    NO x CO HC Net NO x CO NO Gross HC 914 x CO HC
    3 14,4 67 67 63 98 98 95 373 ° С
    5 15.5 47 61 50 96 98 96 96/88 48 52 425 ° C
    10 37 92 95 92 68/67 45 52

    Влияние уровней свинца 3 и 10 мг / л на трехкомпонентную активность катализатора исследовали после старение при испытаниях пульсаторов, динамометров и транспортных средств (4).Эта работа показала, что после выдержки в пульсаторе при максимальных температурах 100 ° C катализаторы, состаренные с содержанием свинца 10 мг / л, были более дезактивированы, чем катализаторы, выдержанные с концентрацией 3 мг / л, причем эффект был более заметен, когда состав воздух: топливо был богат стехиометрией. , и в условиях возмущения. Снижение максимальной температуры старения до 730 ° C вызвало большее снижение активности, чем при 1000 ° C, для катализатора, состаренного с содержанием свинца 3 мг / л, даже несмотря на то, что площадь поверхности катализатора, состаренного при более низкой температуре, была на 50 процентов больше.Был сделан вывод, что отравляющее действие свинца, осажденного при более низкой температуре, было более значительным для эффективности катализатора, чем потеря такого количества площади поверхности.

    Старение динамометра до эквивалента 80000 км ездового цикла Ассоциации производителей автомобилей (AMA) с последующими испытаниями транспортного средства показало, что с 3 мг / л свинца автомобиль соответствовал установленным законодательством США ограничениям, но с 10 мг / л свинца были только оксиды азота. в пределах установленных законом пределов, в то время как выбросы углеводородов и окиси углерода были значительно выше.Ряд автомобилей был испытан между 50 000 и 80 000 км A.M.A. вождение в дорожном цикле с использованием свинца 10 мг / л или свинцового топлива в следовых количествах. Эти испытания совершенно ясно показали, что при концентрации свинца 10 мг / л невозможно выполнить ограничения законодательства США, отчасти из-за отравления датчика кислорода. Однако со следовым свинцовым топливом это было вполне возможно, см. Таблицу IV.

    Таблица IV

    Сводка результатов выбросов для автомобилей с долговечностью 80 000 км

    7 915 915 915 915 915 819 915 915 915 915 915 915 819 915 Возраст Hego 915 915 915 915 914 914 914 914 914 914 914 913 915 915 914 914 914 914 914
    Номер транспортного средства Расстояние, км × 10 3 Выбросы, граммы на милю Конверсия,%

    88

    Примечания
    HC CO NO x HC CO NO x
    1 0.32 2,26 0,77 Допустимый уровень 1,3 Фактор износа
    0 0,285 2,24 0,26 86,49 0,26 914 6,5 0,509 4,32 0,38 79,9 67,7 89,3
    50 1,012 7.66 0,41 71,4 55,6 86,3 В возрасте Hego a 10 мг Pb / I
    80 1,260 6,83
    80 0,748 4,14 0,87 75,1 66,3 73,8 Fresh Hego
    2 0,

    8
    1,07 0,61 89,4 89,3 80,7
    6,5 0,418 2,52 0,58 915 915 915 0,479 3,92 0,45 83,03 71,93 84,8 В возрасте Hego
    3 6,5 0,152 1.36 0,62 89,2 88,7 85,4
    80 0,607 6,00 0,70 65,0 915 916 80 0,358 2,86 1,03 76,7 79,1 76,2 Fresh Hego
    4 0 0,156 1.01 0,26 90,5 89,6 88,6 10 мг Pb / I
    6,5 0,358 2,24 0,63 78,316 0,63 78,316 0,675 3,32 1,18 71,8 69,0 59,7 В возрасте Hego
    5 0 0,175 0,817 01344 88,8
    6,5 0,184 1,16 0,70 89,8 86,9 77,01319 86,9 77,016 1,37 90,0 80,4 52,5 Возраст Hego

    Окончательные выводы из этой работы заключались в том, что уровни свинца 3 мг / л не должны вызывать беспокойства ни при каких условиях вождения; но постоянное длительное воздействие на уровнях 10 мг / л недопустимо для долговечности катализатора и датчика кислорода.Стандарт Европейского сообщества на неэтилированное топливо допускает максимальный уровень свинца 13 мг / л. Однако исследования рынка показывают, что в Западной Германии, Швеции, Швейцарии и Австрии уровень ниже 2,5 мг / л является нормой. Аналогичным образом, в Соединенном Королевстве, поскольку неэтилированное топливо стало более доступным, уровни свинца, измеренные в полевых условиях, значительно ниже максимальных и снижаются. Текущее неэтилированное топливо США и Японии содержит менее 1 мг / л свинца, таблица V. Аналогичные тенденции ожидаются в Сообществе по мере приближения 1992 года.

    Таблица V

    Топливные исследования Ассоциации производителей автомобилей США

    1975

    Год Неэтилированный бензин
    Свинец, мг на литр свинец, граммы на галлон США
    1,8 0,007
    1976 2,1 0,008
    1977 1,8 0,007
    1978 1.8 0,007
    1979 4,2 0,016
    1980 2,9 0,011
    1981 2,9

    91 91 914 914 914 914 914 914 914 914
    1983 0,8 0,003
    1984 0,8 0,003
    1984 Обычный этилированный бензин содержит 213 мг Pb / л

    Влияние прошлых пробуксовок Неправильная заправка, то есть использование этилированного бензина в транспортных средствах, предназначенных для использования неэтилированного топлива, была проблемой в США.S.A. Основными причинами этого явления было то, что этилированное топливо было немного дешевле, чем неэтилированное, и что некоторые владельцы ошибочно считали улучшение характеристик автомобиля при использовании этилированного топлива. В середине 1970-х годов, во время нехватки топлива, некоторые владельцы были неразборчивы в своем выборе, и иногда неэтилированный бензин был недоступен на более удаленных заправочных станциях, что приводило к неправильной заправке автомобилей с катализатором.

    В Европе неэтилированное топливо, как правило, дешевле, чем этилированное, и это устраняет любые стимулы для автовладельцев к намеренному вмешательству в свои автомобили с целью неправильной заправки топливом.Однако такая возможность будет существовать до тех пор, пока есть запасы этилированного топлива для старых автомобилей. В Европе, как и в США, были приняты аналогичные меры предосторожности: все автомобили, предназначенные для работы на неэтилированном топливе, снабжены более узкими отверстиями для топливного бака, чем автомобили, предназначенные для этилированного топлива. Бензонасосы, подающие неэтилированное топливо, имеют соответственно более узкие заправочные патрубки. Несмотря на эти шаги, опыт США показал, что неправильная заправка может происходить, если существует стимул к более дешевому этилированному топливу.Политика ценообразования на топливо в Европе, где неэтилированный бензин дешевле, должна минимизировать эту возможность.

    Два исследования, проведенных Агентством по охране окружающей среды, показали, что основными последствиями неправильной заправки топливом являются увеличение выбросов всех трех регулируемых загрязнителей. Наиболее пагубным эффектом является увеличение выбросов углеводородов, за которыми в порядке убывания следуют оксид углерода и оксиды азота (5, 6). Частота неправильных заправок менее важна, чем общее количество потребляемого этилированного топлива.Даже если неправильная заправка происходит периодически, это может в конечном итоге вызвать серьезную дезактивацию катализатора. Некоторая степень реактивации неправильно заправленных катализаторов возможна при условии, что количество инцидентов, связанных с ошибкой заправки топливом, невелико и они носят периодический характер, хотя реактивация никогда не бывает полной; активность углеводородов является наименее извлекаемой.

    Очевидно, что даже незначительные инциденты, связанные с неправильной заправкой топлива, наносят ущерб активности катализатора, и необходимо продолжать принимать меры, уже принятые для предотвращения и предотвращения неправильной заправки топливом.

    Деактивация катализатора марганцем

    В Северной Америке в 1974 г. был введен метилциклопентадиенилтрикарбонил марганца (ММТ) в качестве альтернативы или дополнения к свинцовым антидетонационным соединениям в топливе. Хотя его использование в неэтилированном топливе было запрещено в США в 1979 году, он все еще добавляется к этилированному топливу в этой стране и составляет 90 процентов неэтилированного топлива, используемого в Канаде на протяжении более десяти лет.

    Во время горения большая часть марганца превращается в оксид гаусманнита (Mn 3 0 4 ), на образование которого не влияет отсутствие или присутствие других топливных добавок (7).Хаусманнит не действует как химический дезактиватор, но при температурах на входе катализатора выше 850 ° C он может накапливаться на подложке катализатора, вызывая сужение пор и в конечном итоге закупоривая каналы монолита. (8). Оба эффекта приводят к дезактивации катализатора, и эти отложения можно удалить с катализатора только физическими средствами.

    Сжигание топлива, содержащего ММТ, приводит к более высоким уровням несгоревших углеводородов, чем топливо без ММТ, что, как следствие, приводит к более высоким выбросам углеводородов из выхлопной трубы (7, 8, 9).

    Данные, полученные в ходе программы полевых испытаний ММТ Координационного совета по исследованиям, показали отсутствие закупорки катализатора (9). Эта программа для 63 автомобилей, рассчитанная на 50 000 миль пробега, была предпринята с использованием максимальной концентрации ММТ в топливе 16 мг / л. Полевые испытания, проведенные Environment

    Canada, показали, что автомобили 1983-85 годов, работающие на неэтилированном бензине, содержащем MMT, будут соответствовать канадскому стандарту выбросов углеводородов 0,41 г / милю 1988 года.

    Совсем недавно было проведено исследование по определению влияния MMT на производительность ряда используемых катализаторов, которые работали в Канаде, и которые прошли от 22 000 до 43 000 миль (10).Авторы подтвердили отложение Mn 3 0 4 на поверхности катализатора и, по крайней мере, некоторую закупорку каналов. Это сопровождалось снижением функциональной активности и увеличением светимости катализатора.

    Дезактивация катализатора фосфором

    В этой статье будет рассмотрено только влияние фосфора, полученного из нефти, на активность катализатора. Некоторые исследования двигателей в лабораторных реакторах и на испытательных стендах показали, что фосфор, полученный из моторного масла, может вызывать потерю активности как трехкомпонентных катализаторов, так и катализаторов окисления (11, 12).Основным источником фосфора в выхлопных газах, вероятно, является диалкилдитиофосфат цинка (ZDDP), присутствующий в смазочном масле, который достигает камеры сгорания через поршневые кольца и уплотнения штока клапана. Как сгоревшие, так и несгоревшие формы ZDDP могут присутствовать в выхлопных газах, что приводит к различным эффектам выхлопа катализатора.

    Точная природа дезактивации весьма спорна, но, как правило, считается, что она является результатом низкотемпературного осаждения аморфного цинка и / или соединений фосфора на поверхности покрытия.Эти отложения невозможно удалить с катализатора, за исключением условий, которые могут вызвать термическую деактивацию (то есть очень высоких рабочих температур).

    Блокировка пор была идентифицирована как один из механизмов дезактивации (12). Сообщалось также о формировании на поверхности покрытия покрытия стекловидного слоя фосфата цинка, непроницаемого для выхлопных газов (11, 12). Взаимодействие благородный металл / фосфор не было идентифицировано как определенный механизм дезактивации. Старение в условиях обогащенного воздуха: соотношение топлива в присутствии сгоревшего ZDDP вызывает большую дезактивацию катализатора, чем аналогичное старение в обедненных условиях (11).

    Деактивация ZDDP может быть уменьшена путем увеличения отношения щелочноземельного металла к фосфору в присадках к моторному маслу, это показано данными, приведенными на рисунке 1. Это имеет эффект уменьшения количества фосфора, осажденного на катализаторе. Такие масла были разработаны и уменьшают дезактивацию катализатора без снижения износа двигателя (13, 14). В более поздних работах изучалось влияние уровня фосфора в смазочном масле на характеристики катализатора (14). Эта программа проверяла три уровня фосфора ниже 0.07, 0,07–0,09 и более 0,09%, и изучили влияние на активность катализатора путем прогона образцов в течение длительного периода времени на небольшом испытательном стенде одноцилиндрового двигателя.

    Рис. 1

    На каталитическую активность монолитных трехкомпонентных катализаторов окисления углеводородов может влиять состав любых отложений на поверхности. Дезактивацию из-за ZDDP в топливе можно уменьшить, увеличив долю щелочноземельных металлов.

    В исследовании сделан вывод о том, что отравление катализатора и, следовательно, потеря активности увеличивается с увеличением содержания фосфора в масле.Однако было обнаружено, что потребление масла не оказывает статистически значимого влияния на характеристики катализатора. Масла с высоким содержанием фосфора образовывали плотные когерентные отложения на поверхности катализатора, рис. 2, и проникали в покрытие на большую глубину, чем масла с низким содержанием фосфора, что приводило к едва заметным отложениям, рис. 3 (a) и (b). Эти толстые отложения действуют как диффузионный барьер для выхлопных газов, и, следовательно, происходит снижение активности катализатора.

    Рис. 2

    Рентгеновский микроанализ участка поверхности катализатора показывает нарастание когерентного слоя фосфора, который проникает в покрытие.

    Рис.3

    Профили диффузии оксидов, присутствующих в покрытиях катализатора, загрязненных присадками к смазочным маслам; (а) испытательные масла с низким и (б) высоким содержанием фосфора. В каждом случае основным обнаруженным элементом был фосфор, и он проникал на глубину до 30 микрометров в покрытие, с маслом с высоким содержанием фосфора

    Подобные отложения фосфора на кислородных датчиках замедляют их время отклика, что может повлиять на точность управления замкнутым контуром система после длительного срока службы.

    Исследование показало, что масла, разработанные с использованием подходящей технологии защиты от износа и пониженного содержания фосфора, являются полезными.

    Следует отметить, однако, что в некоторых из этих работ моделировались очень высокие уровни использования масла — до пяти раз превышающие нормальные — за относительно короткое время. Поэтому трудно установить взаимосвязь между этим типом испытаний и реальной долговечностью дороги. Другая работа по испытаниям на долговечность на смешанных дорогах протяженностью более 50 000 миль, когда использование масла не было чрезмерным, но в пределах нормы, показала, что не было никакой корреляции между выбросами выхлопной трубы в тесте FTP75 и уровнями фосфора до 0.1 вес. процентов в масле. Несмотря на эти результаты, вполне реально ожидать, что более низкие уровни фосфора в масле, при условии, что износ двигателя не будет оказываться неблагоприятным образом, должны способствовать увеличению срока службы катализатора.

    Выводы

    Основные выводы, которые можно сделать из этого обзора опубликованной литературы, заключаются в следующем: содержание свинца 3 мг на литр топлива должно быть приемлемым для большинства условий движения. Для непрерывного использования содержание свинца в топливе 10 мг / л слишком велико для того, чтобы автомобили, оснащенные трехкомпонентными катализаторами, соответствовали требованиям U.S. установленные законом ограничения или их эквивалент после 50 000 миль использования. Однако такие высокие уровни не будут регулярно возникать при использовании неэтилированного топлива, поскольку для того, чтобы не превышать максимальный уровень 13 мг / л на сопле насоса, средний уровень должен быть ниже, а на практике, вероятно, будет меньше 3 мг / л.

    Неправильная заправка автомобиля сильно влияет на активность катализатора, даже если инциденты случаются нечасто и периодически. Использование специальных заправочных форсунок и отверстий в баке исключает случайное неправильное заполнение топливом.

    Марганец, полученный из MMT, добавленного в топливо, показал некоторое отрицательное влияние на характеристики катализатора при тестировании с накоплением пробега. Эффект, похоже, зависит от температуры. Опыт применения MMT в условиях европейского вождения отсутствует, но ожидается, что MMT не будет использоваться в европейском топливе из-за возможного неблагоприятного воздействия на катализаторы и его токсичности для окружающей среды.

    Дезактивация фосфором, получаемым из моторного масла, может быть значительной, особенно когда катализаторы работают непрерывно в условиях низких температур и чрезмерного использования масла.Однако хорошо продуманные смазочные материалы и хорошо спроектированные каталитические системы обеспечат соответствие транспортных средств с катализаторами требуемым стандартам выбросов.

    Использование катализаторов, содержащих металлы платиновой группы, является наиболее подходящим методом обеспечения более высоких уровней выбросов и целевых показателей долговечности в будущем.

  • 1

    W. B. Williamson, H. S. Gandhi, M. E. Szpilka и A. Deakin, «Долговечность автомобильных катализаторов для европейских приложений», SAE Paper 852097

  • 2

    W.Б. Уильямсон, Х. К. Степьен, В. Л. Х. Уоткинс и Х. С. Ганди, Environ. Sci. Technol. , 1979, 13 , (9), 1109 — 1113

  • 3

    WB Williamson, HS Gandhi, ME Heyde и GA Zawack, SAE Paper 7

  • 4

    MA Kilpin, A. Deakin, и HS Gandhi, «Влияние свинца на автомобильные каталитические системы в окружающей среде Европы», in Proc. 1-й Int. Symp., «Катализ и борьба с автомобильными загрязнениями» (CAPOC, ed.А. Крук и А. Френнет, 1987, Эльзевир, Амстердам, стр. 445–456

  • 5

    Т.А. Тупай, «Обзор нескольких программ испытаний на утечку топлива из EPA», Отчет EPA Motor Vehicle Emission Laboratory, октябрь 1980 г.

  • 6

    Майкл РБ, «Недостаточное количество выбросов из транспортных средств с трехсторонним катализатором», документ SAE 841354

  • 7

    К. Отто и Р. Дж. Сулак, Environ. Sci. Technol. , 1978, 12 , (2), 181 — 184

  • 8 ​​

    I.Э. Лихтенштейн и Дж. П. Манди, «Забивание MMT катализатора окисления на керамической и металлической подложке во время динамометрических исследований двигателя на долговечность катализатора», SAE Paper 780005

  • 9

    JD Benson, RJ Campion и LJ Painter, «Результаты исследования Программа полевых испытаний MMT Координационного исследовательского совета », документ SAE 7

  • 10

    Р.Г. Херли, В.Л.Х. Уоткинс и Р.К. Гриффис,« Характеристика автомобильных катализаторов, подвергающихся воздействию топливной добавки MMT », документ SAE 8

  • 11

    W.B. Williamson, J. Perry, RI Goss, HS Gandhi и RE Beason, SAE Paper 841406

  • 12

    GC Joy, FS Molinaro and EH Homeier, SAE Paper 852099

  • 13

    Y. Niura and К. Окубо, «Влияние соединений фосфора на разрушение катализатора и средства правовой защиты», документ SAE 852220

  • 14

    П.С. Бретт, А.Л. Невилл, У.Х. Престон и Дж. Уильямсон, «Исследование отравления автомобильного трехкомпонентного топлива, связанного с смазочными материалами. Катализаторы и лямбда-датчики », SAE Paper 8

  • Как работают каталитические нейтрализаторы?

    Как работают каталитические нейтрализаторы? — Объясни это Рекламное объявление

    Почерневшие здания и удушье улицы — если это ваш опыт когда вы открываете входную дверь утром, вы, вероятно, живете в большом такой город, как Лос-Анджелес, Лондон, Париж или Пекин. Автомобили, автобусы и грузовики стали большим подарком миру, потому что они помогают нам перемещаться себя (и то, что нам нужно) быстро и качественно. Но их загрязнение двигателя портит места, где мы живем и вредит нашему здоровью. К счастью, сейчас большинство автомобилей оснащены уменьшающие загрязнение агрегаты, называемые каталитическими конвертеры (иногда называемые «коты» или «кошки-минусы»), которые превращают вредные химические вещества в выхлопных газах автомобиля превращаются в безвредные газы, такие как Стим.Давайте подробнее рассмотрим эти блестящие гаджеты и то, как они Работа!

    Artwork: Основная концепция каталитического нейтрализатора: расположенный между двигателем вашего автомобиля и выхлопной трубой, он поглощает грязный воздух и удаляет из него значительное количество загрязнений с помощью химических катализаторов.

    Почему двигатели загрязняют окружающую среду

    Фото: Колонны Парфенона в Афинах, Греция, почернели из-за загрязнения автомобиля. Афины — один из самых загрязненных автомобильным транспортом городов мира.Фото Майкла М. Редди любезно предоставлено Геологическая служба США.

    Автомобильные двигатели работают на бензине или дизельном топливе, которые сделаны из нефти. Большая часть нашей нефти образуется, когда останки крошечных морских существ гниют, нагреваются и сдавливаются слои горных пород морского дна. Нефть состоит из углеводородов (молекулы, построенные из атомов углерода и водорода) потому что живые организмы тоже в основном состоят из этих атомов.

    Теоретически, если вы сжигаете любое углеводородное топливо с кислородом из воздуха, вы выделяете много энергии и не производят ничего, кроме углекислого газа и воды, которые являются чистыми и относительно безвредными.Однако на практике бензин представляет собой смесь около 150 различных химикатов, не только углеводородов, но и добавок, и он горит не так чисто, как хотелось бы. Это означает, что вы обычно получаете загрязнение воздуха как побочный продукт. Загрязняющие газы, производимые автомобильными двигателями, включают: ядовитый газ, называемый монооксидом углерода, а также ЛОС (летучие органические соединений) и оксидов азота, вызывающих «смог» (вид удушья, облачное загрязнение транспортных средств, которое мы все знаем и ненавидим).

    Рекламные ссылки

    Что такое каталитический нейтрализатор?

    Загрязняющие газы состоят из вредных молекул, но эти молекулы сделаны из относительно безвредных атомов.Итак, если бы мы могли найти способ расщепление молекул после того, как они покидают двигатель автомобиля и до они выбрасываются в воздух, мы могли бы решить проблему загрязнение — по крайней мере, некоторая его часть. Это работа каталитического нейтрализатора.

    Фото: экспериментальный новый каталитический нейтрализатор. тестируется под автомобилем. Фотография любезно предоставлена ​​Юго-Западным исследовательским институтом и Министерство энергетики США / Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (DoE / NREL).

    Эти устройства намного проще, чем кажется.Катализатор это просто химическое вещество, которое заставляет химическую реакцию протекать быстрее без самого себя меняется в процессе. Это немного похоже на тренера по легкой атлетике, который стоит на обочине трассы и кричит бегунам, чтобы те ехали быстрее. В тренер никуда не бежит; он просто стоит, машет руками, и заставляет бегунов разгоняться. В каталитическом нейтрализаторе Задача катализатора — ускорить удаление загрязнений. Катализатор изготовлен из платины или аналогичного платиноподобного металла. такие как палладий или родий.

    Каталитический нейтрализатор — это большой металлический ящик, прикрепленный болтами к днищу автомобиля, из которого выходят две трубы. Один из них («вход» преобразователя) подключен к двигателю и выводит горячие загрязненные пары из цилиндров двигателя (где топливо сгорает и вырабатывает энергию). Вторая труба («выход» преобразователя) подсоединяется к выхлопной трубе (выхлопной трубе). Когда газы из выхлопных газов двигателя обдувают катализатор, на его поверхности происходят химические реакции, разлагающие загрязняющие газы и превращающие их в другие газы, которые достаточно безопасны, чтобы безвредно выбрасывать их в воздух.

    Одна очень важная вещь, которую следует отметить в отношении каталитических нейтрализаторов, заключается в том, что они требуют, чтобы вы используйте неэтилированный бензин, потому что свинец в обычном топливе «отравляет» катализатор и не позволяет ему поглощать вредные вещества в выхлопных газах. газы.

    Что происходит внутри конвертера?

    Фото: Инженеры постоянно стараются улучшить производительность каталитических нейтрализаторов, например, путем разработки катализаторов, которые более эффективно работают на более низкие температуры.Это пример низкотемпературного катализатора окисления из оксида олова и платины. Фото CPL Bryant V любезно предоставлено Исследовательским центром NASA в Лэнгли (NASA-LaRC).

    Внутри конвертера газы проходят через плотные соты. конструкция из керамики с покрытием с катализаторами. Сотовая структура означает, что газы соприкасаются с большая площадь катализатора сразу, поэтому они быстрее преобразуются и эффективно.

    Обычно в одном катализатор:

    • Один из них решает проблему загрязнения оксидом азота с помощью химический процесс, называемый восстановлением (удаление кислорода).Это расщепляет оксиды азота на азот и кислородные газы (которые безвредны, потому что они уже существуют в воздухе вокруг нас).
    • Другой катализатор работает за счет противоположного химического процесса, называемого окислением (добавление кислород) и превращает окись углерода в двуокись углерода. Другая реакция окисления превращает несгоревшие углеводороды в выхлопных газах в диоксид углерода и воду.

    Фактически, одновременно происходят три разные химические реакции. Вот почему мы говорим о трехкомпонентных каталитических нейтрализаторах.(Некоторые, менее эффективные преобразователи проводят только вторые две (окислительные) реакции, поэтому они называются двухкомпонентными каталитическими нейтрализаторами.) После того, как катализатор выполнил свою работу, из выхлопной трубы выходит в основном азот, кислород, углекислый газ и вода (в виде Стим).

    Насколько эффективны каталитические нейтрализаторы?

    Диаграмма: Эффективность каталитических нейтрализаторов. Кошки имеют большое значение для выбросов, поскольку трехходовые преобразователи дают значительное дополнительное преимущество по сравнению с двусторонними преобразователями.Цифры показывают загрязняющие вещества в граммах на километр на расстоянии 80 000 километров. Диаграмма, составленная Explain that Stuff.com с использованием данных Агентства по охране окружающей среды США (1990 г.) для легковых автомобилей с бензиновым двигателем, приведенных в таблице 3.2 (стр. 75) документа «Загрязнение воздуха автотранспортными средствами: стандарты и технологии контроля выбросов», Faiz et al. Всемирный банк, 1996.

    Каталитические нейтрализаторы

    в основном предназначены для уменьшения непосредственного локального загрязнения воздуха — грязного воздуха, в котором вы едете, — и эта диаграмма, безусловно, свидетельствует об их эффективности.Тем не менее, люди иногда задаются вопросом, действительно ли они такие зеленые, как кажутся. Важно помнить, что они сокращают выбросы , а не полностью их устраняют.

    Одна проблема заключается в том, что они действительно работают только при высоких температурах (более 300 ° C / 600 ° F или около того), когда двигатель успевает прогреться. Первым типам каталитических нейтрализаторов обычно требовалось около 10–15 минут для разогрева, поэтому они были совершенно неэффективны в первые несколько километров пути (или любой части очень короткого пути).Современные конвертеры прогреваются всего за 2–3 минуты; даже в этом случае в это время все еще могут происходить значительные выбросы.

    Таблица

    : Каталитические нейтрализаторы становятся эффективными только при высоких рабочих температурах. Эта диаграмма показывает эффективность типичного устройства при преобразовании окиси углерода в диапазоне различных температур. Оксиды азота преобразуются с несколько большей эффективностью, а углеводороды — с несколько меньшей эффективностью. При высоких температурах окись углерода преобразуется с наименьшей эффективностью из трех.

    Другой вопрос — увеличивают ли они выбросы парниковых газов. Мы думаем о двуокиси углерода как о безопасном газе, потому что он не токсичен в повседневных концентрациях. Тем не менее, это не совсем безобидно, потому что теперь мы знаем, что это основная причина глобального потепления и изменения климата. Некоторые люди считают, что каталитические нейтрализаторы усугубляют изменение климата, потому что они превращают окись углерода в двуокись углерода. Фактически, угарный газ, производимый вашей машиной, в конечном итоге сам по себе превращается в углекислый газ в атмосфере, поэтому каталитический нейтрализатор не имеет никакого значения в этом отношении: он просто уменьшает угарный газ, который автомобиль выбрасывает на улицу, когда он едет. улучшение качества местного воздуха.

    Но когда дело доходит до изменения климата, автоинженеры и экологи давно отметили еще одну серьезную проблему. Хотя кошки превращают большую часть оксидов азота в азот и кислород, они также производят небольшие количества закиси азота (N2O), парникового газа, который более чем в 300 раз сильнее углекислого газа. Проблема в том, что при таком большом количестве транспортных средств даже небольшое количество закиси азота становится серьезной проблемой. Еще в 2000 году Межправительственная группа экспертов по изменению климата отметила: «Внедрение каталитических нейтрализаторов в качестве меры борьбы с загрязнением в большинстве промышленно развитых стран приводит к значительному увеличению Выбросы N2O от автомобилей с бензиновым двигателем.» К счастью, новые каталитические нейтрализаторы производят значительно меньше закиси азота, чем старые. Тем не менее, хотя каталитические нейтрализаторы, безусловно, помогли нам справиться с краткосрочным загрязнением воздуха, есть опасения, что когда дело доходит до долгосрочного изменения климата, они могут усугубить ситуацию.

    Как работает каталитический нейтрализатор

    До того, как были разработаны каталитические нейтрализаторы, отработанные газы, производимые автомобильным двигателем, сбрасывались прямо в выхлопную трубу. выхлопную трубу и в атмосферу.Каталитический нейтрализатор находится между двигателем и выхлопной трубой, но он не работает как простой фильтр: он меняет химический состав выхлопных газов, переставляя атомов, из которых они сделаны:

    1. Молекулы загрязняющих газов откачиваются из двигателя мимо сотового катализатора, изготовленного из платины, палладия или родия.
    2. Катализатор разделяет молекулы на атомы.
    3. Затем атомы рекомбинируют в молекулы относительно безвредных веществ, таких как углекислый газ, азот и вода, которые безопасно выдуваются через выхлоп.

    Каталитические нейтрализаторы работают на дизельных двигателях?

    Диаграмма

    : Грязные дизели? Только малая часть выбросов дизельного двигателя (около одного процента) — это загрязнение. Этот один процент состоит в основном из оксидов азота (около 50 процентов) и твердых частиц с относительно небольшими количествами моноксида углерода, углеводородов и диоксида серы. Построено с использованием цифр из публикации Ибрагима Аслана Решитоглу и др., «Выбросы загрязняющих веществ от транспортных средств с дизельным двигателем и систем нейтрализации выхлопных газов», «Чистые технологии и экологическая политика», январь 2015 г., том 17, выпуск 1, в котором приводятся данные из «Выбросы дизельного топлива и их контроль» М.Хаир и В. Маевски. Society of Automotive Engineers, Inc., Warrendale, PA: 2006.

    .

    В дизельных двигателях могут использоваться и используются каталитические нейтрализаторы, но есть несколько важных отличий. от того, как они работают в бензиновых двигателях.

    • В дизелях вместо трехкомпонентных катализаторов используются двухкомпонентные катализаторы окисления (которые решают только угарный газ и углеводороды), и специально разработанные работать с дизельными выхлопами, которые значительно холоднее бензиновых.
    • Поскольку у них нет катализаторов восстановления, дизельные двигатели производят гораздо более высокие выбросы оксидов азота из выхлопных труб, чем бензиновые двигатели.(Существуют различные другие механизмы, которые дизели могут использовать для борьбы с выбросами NOx, но мы не будем здесь вдаваться в подробности.)
    • Каталитические нейтрализаторы в дизельных двигателях действительно помогают снизить выбросы твердых частиц (в основном сажи), хотя и незначительно; в частности, они устраняют один тип твердых частиц, известный как растворимая органическая фракция, SOF, состоящий из углеводородов, связанных с сажей. Дизельные сажевые фильтры (DPF) должны использоваться для значительного воздействия на выбросы сажи из двигателя.
    • Помимо автомобилей, дизельные двигатели, как правило, приводят в действие автомобили гораздо более крупные, чем бензиновые (например, огромные строительные машины), со значительно большей мощностью выхлопных газов.Вместо одного каталитического нейтрализатора, установленного между двигателя и выхлопной трубы, они могут иметь несколько отдельных блоков, установленных параллельно, чтобы справиться с более крупной выхлопной трубой. объем газа (как на схеме ниже).

    Иллюстрации: Большие дизельные двигатели могут производить гораздо больший объем выхлопных газов, поэтому им, возможно, придется использовать несколько каталитических нейтрализаторов «параллельно». В этой конструкции компании Caterpillar 1990-х годов огромный преобразователь (серый) имеет диаметр около 1 м (3,3 фута). Выхлопной газ входит слева (1), равномерно разделяется на потоки блоком распределения потока (2, синий), проходит через один из семи отдельных блоков каталитического нейтрализатора (3, красный), подавляется системой шумоглушителя (4 , зеленый) и выходы, несколько очищенные, через выхлопную трубу (5).Иллюстрация из патента США 5 578 277: Модульный каталитический нейтрализатор и глушитель для двигателя внутреннего сгорания Скотта Т. Уайта и др., Caterpillar, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

    Кто изобрел каталитический нейтрализатор?

    « Мне нравится делать вещи реальностью, и именно этим занимаются инженеры — они берут основы науки и заставляют вещи происходить». »

    Джон Дж. Муни, пионер катализаторов

    Кого мы благодарим за то, что сделали улицы и города безопаснее и чище? Французский инженер-химик Юджин Гудри (1892–1962) запатентовал то, что, кажется, было самым первым каталитический нейтрализатор в США, зарегистрировав изобретение 5 мая 1950 г. и получив его (Патент США 2674521: Каталитический нейтрализатор выхлопных газов) четыре года спустя, 6 апреля 1954 г.Houdry ранее изобрел каталитический крекинг , промышленный процесс, Многие крупные сложные органические химические вещества в нефти разделены на десятки полезных продуктов, включая бензин. После этого он экспериментировал с различными видами автомобильного топлива и делал их чище. Хотя он осознавал растущую проблему загрязнения воздуха, его идеи намного опережали свое время: Каталитические нейтрализаторы были «отравлены» свинцовыми присадками, используемыми в бензине для улучшения характеристик.К счастью, в 1970-х годах люди начали осознавать опасность свинца, токсичного тяжелого металла. В 1973 году Агентство по охране окружающей среды США (EPA) выпустило отчет, демонстрирующий, как свинец наносит вред здоровью людей, что положило начало медленному процессу удаления свинца из бензина. Первые практические каталитические нейтрализаторы появились вскоре после этого, в середине 1970-х годов, и с тех пор используются в автомобилях.

    Иллюстрация: оригинальный каталитический нейтрализатор Юджина Гудри из его патента 1950 года.По сути, это набор концентрических металлических трубок (синего цвета), через которые проходят выхлопные газы. Чистый воздух всасывается через вентиляционные отверстия (желтые) с помощью трубки Вентури (оранжевая). Как и в случае с современным котом, Хаудри объясняет, что «нанесенный мелкодисперсный металлический катализатор предпочтительно представляет собой платину», хотя можно использовать другие подобные металлы; В отличие от современной кошки, катализатор (зеленый) расположен не в виде сот, а установлен в шестнадцати отдельных кольцах (красных) с интервалами вдоль трубки, причем каждое из них работает параллельно.Изображение из патента США 2 674 521: Каталитический нейтрализатор выхлопных газов, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

    Houdry изобрел основной катализатор окисления для борьбы с монооксидом углерода. Усовершенствованные трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы, которые также могут нейтрализовать оксиды азота, были разработаны в начале 1970-х гг. Карл Кейт (1920–1988), Джон Муни (1929–2020) и инженеры-химики из Engelhard Corporation. Помимо удаления большего количества загрязняющих веществ, они начинают очищать выхлопные газы намного быстрее, чем предыдущие преобразователи, поэтому они более эффективны при более коротких поездках.

    Иллюстрации: В улучшенной конструкции Карла Кейта и Джона Муни есть два отдельных каталитических нейтрализатора. Загрязненные газы выходят из двигателя (красный, 10) и выпускного коллектора (оранжевый, 11) через первый катализатор (зеленый, 13), а затем второй (25), расположенный на некотором расстоянии, прежде чем выйти через выхлопную трубу (серый , 26). Иллюстрация из патента США 3,896,616: процесс и оборудование, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

    Рекламные ссылки

    Узнать больше

    На этом сайте

    Книги

    • Каталитический контроль загрязнения воздуха: коммерческая технология Рональда М.Хек, Роберт Дж. Фаррауто, Суреш Т. Гулати. John Wiley & Sons, 2016. Тщательно исчерпывающее руководство по теме, которое начинается с основ химии катализа, а затем переходит к преобразователям бензиновых и дизельных двигателей, стационарным источникам и таким темам, как контроль озона в самолетах и ​​очистка атмосферного воздуха.
    • «Загрязнение воздуха от автотранспортных средств: стандарты и технологии контроля выбросов» Асифа Файза, Кристофера С. Уивера и Майкла П. Уолша. Публикации Всемирного банка, 1996 г.Интересный технический отчет с акцентом на то, как на практике контролируются выбросы в наиболее развитых и загрязненных городах мира. Включает множество полезных цифр и таблиц, а также сравнение эффективности законодательства о выбросах в разных странах. Вы также можете скачать его в формате PDF с исследовательского сайта Всемирного банка.
    • Автомобильные каталитические преобразователи Кэтлин К. Тейлор. Springer, 1984/2012. Немного устарело, но все же полезно для справочной информации.

    Новостные статьи

    • Воры по всей стране скользят под машинами, проникая в каталитические нейтрализаторы Хироко Табучи, The New York Times, 21 февраля 2021 года.Драгоценные металлы по-прежнему делают каталитические нейтрализаторы привлекательной мишенью для воров.
    • Джон Дж. Муни, изобретатель каталитического нейтрализатора, умер в возрасте 90 лет по сообщению Сэма Робертса, The New York Times, 25 июня 2020 года. Оглядываясь на жизнь инженер, который первым изобрел трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы.
    • Заявление об изобретении более чистого двигателя: BBC News, 22 января 2010 г. Шотландский изобретатель утверждает, что разработал двигатель с охлаждением, который практически не производит выбросов твердых частиц (сажи).
    • «Когда платина взлетает, каталитический нейтрализатор нагревается» Мэтью Феникс. Wired, 17 февраля 2008 г. Почему воры считают, что из-за роста цен на платину каталитические нейтрализаторы стоит украсть
    • Автомобильные преобразователи сокращают смог, но способствуют глобальному потеплению, Мэтью Уолд. The New York Times, 29 мая 1998 г. EPA выпускает отчет, в котором освещаются проблемы с оксидом азота.
    • Каталитические нейтрализаторы действительно «зеленые» ?: The Guardian, Notes and Queries. Читатели высказывают свое мнение о том, действительно ли кошки помогают планете.
    • Каталитический нейтрализатор: Большое «Если» 1975 года Роберта У. Ирвина. The New York Times, 13 октября 1974 г. Эта статья из архивов показывает, как автомобильная промышленность серьезно беспокоилась об эффективности каталитических нейтрализаторов, когда они были впервые представлены в середине 1970-х годов.

    Патенты

    • Патент США 2674521: Каталитический нейтрализатор для выхлопных газов, автор Юджин Худри, 6 апреля 1954 г. В этом очень удобном для чтения патенте Хаудри объясняет, почему он разработал каталитические конвекторы и различные технические проблемы, которые ему пришлось решить в процессе (например, решение газы, образующиеся при различных условиях вождения).
    • Патент США 3,896,616: процесс и устройство, авторы Карл Д. Кейт и Джон Дж. Муни, 29 июля 1975 г. Другой очень удобный для чтения патент, в нем описан улучшенный трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, используемый в большинстве современных транспортных средств.
    • Патент США 4 672 809: Каталитический нейтрализатор для дизельного двигателя, автор Ричард К. Корнелисон и Уильям Б. Реталлик, WR Grace and Co, 16 июня 1987 г. Описывает некоторые проблемы, связанные с работой каталитического нейтрализатора с выбросами дизельного двигателя.
    • Патент США 5,578,277: Модульный каталитический нейтрализатор и глушитель для двигателя внутреннего сгорания Скотта Т.Уайт и др., Caterpillar, 26 ноября 1996 г. В этом патенте объясняется, как несколько каталитических блоков работают вместе над выхлопными газами очень большого дизельного двигателя.

    Практические статьи

    • «Тестирование и ремонт каталитических нейтрализаторов», Морт Шульц, Popular Mechanics, декабрь 1985 г. Датированная, но все же очень интересная статья, в которой объясняются различные типы каталитических преобразователей и исследуются причины их неисправности.

    Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

    статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

    Авторские права на текст © Chris Woodford 2007, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

    Подписывайтесь на нас

    Сохранить или поделиться этой страницей

    Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

    Цитируйте эту страницу

    Вудфорд, Крис.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *