История внедрения на автомобильном транспорте нейтрализаторов каталитического окисления вредных веществ

Первые каталитические нейтрализаторы появились на американских автомобилях в 1975 году. Керамическая трубка, покрытая драгоценными металлами (платина, палладий, родий), превращала угарный газ СО в углекислый СО₂. Но катализатор эффективно работает только в зоне, так называемого, «Лямбда – окна» при коэффициенте избытка воздуха l = 0,98…1,01.

Карбюратор стабильности состава обеспечить не мог, и поэтому вспомнили о преждевременно изобретенной впрысковой топливной системе. Такая система имеет электронный коммутатор с обратной связью по составу отработавших газов.

Для этого в выпускном коллекторе устанавливают датчик кислорода, напряжение на котором резко падает в момент перехода от богатой смеси к бедной.

В 1977 году к имеющейся секции добавили «противоазотную», для нейтрализации NO_x, а в 1979 году нейтрализатор стал улавливать и несгоревшие углеводороды С_nH_m. Такой нейтрализатор называется трехкомпонентным (иногда его неправильно называют трехступенчатым).

Первоначально нейтрализатор располагался под днищем автомобиля, представляя собой самостоятельную конструкцию. Однако при такой компоновке нейтрализатор слишком долго прогревался. В 1990 году, для более быстрого его прогрева до рабочих 300 ⁰С, нейтрализатор объединили с выхлопным коллектором, образовав единый узел – катколлектор.

Через пять лет появился мощный электроподогрев, что позволило приводить нейтрализатор в рабочее состояние в течение 10 секунд.

Однако в начальной стадии работы двигателя в нейтрализатор может попасть несгоревшее топливо, которое, выгорая после прогрева, разрушает керамические соты. Для борьбы с этим явлением корпорация «Хонда» разработала цеолитовую ловушку углеводородов, которая поглощает топливо при температуре менее 200 ⁰С, а после прогрева начинает его постепенно отдавать. Нейтрализатор с цеолитовой ловушкой обеспечивает значительно более чистый выхлоп, чем требует Евро-4 (СО – 0,1 г/км, СН – 0,02 г/км).

Совершенствуется и сам нейтрализатор. Сейчас губка нейтрализатора делается из вспененной керамики с количеством сот около 60 на 1 см² поверхности. Фирма «Эмитекс» (США) разработала набивку из тончайшей (25 мкм) фольги «Алюхром» с плотностью ячеек до 200 на 1 см². Габариты нейтрализатора стали втрое меньше, а стоимость во столько же раз больше.

Сегодня на изготовление автомобильных нейтрализаторов идет до 35 % мировой добычи платины, 45 % палладия и до 90 % родия.

15 Основные извлечения из ГОСТ Р 52033-2003 «Автомобили с бензиновыми двигателями. Выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами. Нормы и методы контроля при оценке технического состояния».

Ниже приводятся основные извлечения из стандарта

1. Область применения. Стандарт на АТС с бензиновыми двигателями всех категорий, оснащенные или неоснащенные нейтрализаторами отработавших газов. Стандарт устанавливает нормативные значения содержания в отработавших газах СО, СН и коэффициента избытка воздуха. Требования стандарта должны быть обеспечены конструкцией и качеством изготовления автомобилей при производстве и соблюдением правил их технической эксплуатации. Стандарт не распространяется на АТС с массой менее 400 кг и максимальной скоростью менее 50 км/ч.

2. Определения и обозначения 3.1–3.4

3.5. Двухкомпонентная система нейтрализации отработавших газов: Система нейтрализации, обеспечивающая снижение содержания СО и СН.

3.6. Трехкомпонентная система нейтрализации: Система нейтрализации с обратной связью по коэффициенту избытка воздуха λ, обеспечивающая снижение содержания СО, СН и NO_x.

4. Нормативные значения содержания загрязняющих веществ и коэффициента избытка воздуха.

4.1 Содержание СО и СН в отработавших газах определяют при работе двигателя в режиме холостого хода на минимальной (n_min) и повышенной (n_пов) частотах вращения коленчатого вала двигателя, устанавливаемых заводом – изготовителем автомобиля. При отсутствии таких данных n_min не должно превышать:

1100 об/мин – для автомобилей категорий M1, N1;

900 об/мин – для автомобилей остальных категорий.

Значение n_пов должно быть не ниже:

2500 об/мин – для автомобилей категорий M1, N1 не оборудованных системами нейтрализации;

2000 об/мин – для автомобилей категорий M1, N1, оборудованных системами нейтрализации и для автомобилей остальных категорий, независимо от комплектации.

4.2 Содержание СО и СН (объемные доли) должно быть в пределах данных, установленных изготовителем автомобиля, но не более значений, указанных в таблице 2.2.

4.3 Значение коэффициента избытка воздуха λ в режиме холостого хода на n_пов у автомобилей с трехкомпонентной системой нейтрализации должно быть в пределах данных, установленных заводом - изготовителем. Если данные не указаны, то λ = (0,97…1,03).

4.4 (Пропущено)

5.Требования к техническому состоянию систем автомобиля идвигателя. В системе выпуска отработавших газов не допускается отсутствие отдельных элементов, наличие механических пробоин и сквозной коррозии.

Система нейтрализации отработавших газов должна быть полнокомплектной, отсутствие отдельных элементов не допускается.

Система вентиляции картера должна быть комплектной и герметичной.

Встроенная система диагностирования двигателя должна функционировать нормально.