Каталитический нейтрализатор - Википедия - Catalytic converter

Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор на бензиновом двигателе 1996 г. Dodge Ram

Моделирование потока внутри каталитического нейтрализатора

А каталитический нейтрализатор является контроль выхлопных газов устройство, уменьшающее количество токсичных газов и загрязняющие вещества в выхлопной газ из двигатель внутреннего сгорания в менее токсичные загрязнители катализирующий а редокс реакция (реакция окисления и восстановления). Каталитические нейтрализаторы обычно используются с двигатель внутреннего сгорания подпитывается либо бензин или же дизель -включая обедненный ожог двигатели, а также керосиновые обогреватели и печи.

Первое массовое внедрение каталитических нейтрализаторов было в США. автомобиль рынок. Для соблюдения Агентство по охране окружающей среды США более строгие нормы выбросов выхлопных газов, большинство автомобилей с бензиновым двигателем, начиная с 1975 г. год выпуска оснащены каталитическими нейтрализаторами.^[1][2][3][4] Эти «двусторонние» преобразователи сочетают кислород с монооксид углерода (CO) и несгоревшие углеводороды (C_пЧАС_п) производить углекислый газ (CO₂) и воды (ЧАС₂О). В 1981 году двухходовые каталитические нейтрализаторы были заменены на «трехкомпонентные» преобразователи, которые также снижают оксиды азота (НЕТ
Икс);^[1] однако двухходовые преобразователи все еще используются для двигателей, работающих на обедненной смеси. Это связано с тем, что для трехпозиционных преобразователей требуется либо расширенная, либо стехиометрический сжигание для успешного уменьшения НЕТ
Икс.

Хотя каталитические преобразователи чаще всего применяются для выхлопные системы в автомобилях они также используются на электрические генераторы, погрузчики, горное оборудование, грузовики, автобусов, локомотивы, мотоциклы, и на кораблях. Их даже используют на некоторых дровяные печи контролировать выбросы.^[5] Обычно это происходит в ответ на правительство регулирование либо через прямое экологическое регулирование, либо через правила охраны труда и техники безопасности.

История

Опытные образцы каталитического нейтрализатора были впервые разработаны во Франции в конце 19 века, когда на дорогах было всего несколько тысяч «нефтяных машин»; он состоял из инертного материала, покрытого платиной, иридием и палладием, запечатанного в двойной металлический цилиндр.^[6]

Спустя несколько десятилетий каталитический нейтрализатор был запатентован компанией Юджин Гудри, французский инженер-механик и специалист по каталитической переработке нефти,^[7] который переехал в Соединенные Штаты в 1930 году. Когда результаты ранних исследований смог в Лос-Анджелесе, Хаудри обеспокоился ролью выхлопных газов дымовых труб и автомобильных выхлопов в загрязнении воздуха и основал компанию под названием Oxy-Catalyst. Сначала Хоудри разработал каталитические преобразователи для дымовых труб, сокращенно называемые «кошками», а позже разработал каталитические преобразователи для складских вилочных погрузчиков, которые использовали неэтилированный бензин низкого качества.^[8] В середине 1950-х он начал исследования по разработке каталитических нейтрализаторов для бензиновые двигатели используется на автомобилях. Он был награжден Патентом США. 2,742,437 за его работу.^[9]

Широкого распространения каталитических нейтрализаторов не произошло до тех пор, пока более строгие правила контроля выбросов не вынудили удалить их. антидетонационный агент тетраэтилсвинец от автомобильного бензина. Свинец - это каталитический яд и будет эффективно загрязнять каталитический нейтрализатор, покрывая поверхность катализатора.^[10]

Каталитические нейтрализаторы были разработаны рядом инженеров, в том числе Карл Д. Кейт, Джон Дж. Муни, Антонио Елеазар и Филипп Мессина в Энгельгард Корпорация,^[11][12]создание первого серийного каталитического нейтрализатора в 1973 году.^[13]

Уильям С. Пфефферле разработал каталитическую камеру сгорания для газовые турбины в начале 1970-х, позволяя горение без значительного образования оксиды азота и окись углерода.^[14][15]

Строительство

В разрезе преобразователя с металлическим сердечником

Преобразователь с керамическим сердечником

Конструкция каталитического нейтрализатора следующая:

1. В носитель катализатора или же субстрат. Для автомобильных каталитических нейтрализаторов сердечником обычно является керамика монолит что есть сотовая структура (обычно квадратная, а не шестиугольная). (До середины 1980-х каталитический материал наносился на упакованная кровать гранул оксида алюминия в ранних применениях GM.) Монолиты из металлической фольги, изготовленные из Kanthal (FeCrAl)^[16] используются там, где требуется особенно высокая термостойкость.^[16] Подложка структурирована для получения большого площадь поверхности. В кордиерит керамическая подложка, используемая в большинстве каталитических нейтрализаторов, была изобретена Родни Бэгли, Ирвин Лахман, и Рональд Льюис в Corning Glass, для чего они были введены в Национальный зал славы изобретателей в 2002.^[1]
2. Мешок. Washcoat является носителем для каталитических материалов и используется для диспергирования материалов по большой площади поверхности. Оксид алюминия, оксид титана, диоксид кремния, или смесь кремнезем и глинозем может быть использован. Каталитические материалы суспендируют в покрытии перед нанесением на сердцевину. Материалы Washcoat выбираются для создания грубый, неровная поверхность, которая значительно увеличивает площадь поверхности по сравнению с гладкой поверхностью голой подложки. Это, в свою очередь, максимально увеличивает каталитически активную поверхность, доступную для реакции с выхлопом двигателя. Покрытие должно сохранять свою площадь поверхности и предотвращать спекание частиц каталитического металла даже при высоких температурах (1000 ° C).^[17]
3. Ceria или же диоксид церия-циркония. Эти оксиды в основном добавляются в качестве активаторов накопления кислорода.^[18]
4. Сам катализатор чаще всего представляет собой смесь драгоценные металлы, в основном из платиновая группа. Платина является наиболее активным катализатором и широко используется, но не подходит для всех приложений из-за нежелательных дополнительных реакций и высокой стоимости. Палладий и родий используются два других драгоценных металла. Родий используется как снижение катализатор, палладий используется как окисление катализатор, а платина используется как для восстановления, так и для окисления. Церий, утюг, марганец, и никель также используются, хотя у каждого из них есть ограничения. Никель не разрешен к использованию в Европейском союзе из-за его реакции с оксидом углерода на токсичный тетракарбонил никеля.^{[нужна цитата ]} Медь можно использовать везде, кроме Япония.^{[требуется разъяснение ]}

В случае выхода из строя каталитический нейтрализатор может быть переработан в лом. В драгоценные металлы внутри конвертера, в том числе платина, палладий, и родий, извлекаются.

Размещение каталитических нейтрализаторов

Каталитическим нейтрализаторам для эффективной работы требуется температура 800 градусов по Фаренгейту (426 ° C). Поэтому их устанавливают как можно ближе к двигателю, либо один или несколько каталитических нейтрализаторов меньшего размера (известные как «предварительные коты») размещают сразу после выпускного коллектора.

Типы

Двусторонний

Двухсторонний (или «окислительный», иногда называемый «оксикат») каталитический нейтрализатор выполняет две одновременные задачи:

1. Окисление из монооксид углерода к углекислый газ: 2 СО + О₂ → 2 СО₂
2. Окисление углеводороды (несгоревшее и частично сгоревшее топливо) до двуокиси углерода и воды: C_ИксЧАС_{2x + 2} + [(3x + 1) / 2] O₂ → х CO₂ + (x + 1) H₂О (реакция горения)

Каталитический нейтрализатор этого типа широко используется на дизельные двигатели снизить выбросы углеводородов и оксида углерода. Они также использовались в бензиновых двигателях автомобилей американского и канадского рынков до 1981 года. Из-за их неспособности управлять оксиды азота, они были заменены трехходовыми преобразователями.

Трехходовой

Дополнительным преимуществом трехкомпонентных каталитических нейтрализаторов является контроль выбросов оксид азота (NO) и диоксид азота (NO₂) (оба вместе сокращенно НЕТ
Икс и не путать с закись азота (N₂O) ), которые являются предшественниками кислотный дождь и смог.^[19]

С 1981 года "трехкомпонентные" (окислительно-восстановительные) каталитические нейтрализаторы используются в системах контроля выбросов транспортных средств в Соединенных Штатах и ​​Канаде; многие другие страны также приняли строгие правила выбросов транспортных средств что фактически требует трехходовых преобразователей на автомобилях с бензиновым двигателем. Катализаторы восстановления и окисления обычно содержатся в общем корпусе; однако в некоторых случаях они могут размещаться отдельно. Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор выполняет одновременно три задачи:^[19]

Снижение оксидов азота в азот (N₂)

• ${ displaystyle { text {C}} + 2 { text {NO}} _ {2} , rightarrow , { text {CO}} _ {2} +2 { text {NO}}}$
• ${ displaystyle { text {CO}} + { text {NO}} , rightarrow , { text {CO}} _ {2} + { frac {1} {2}} { text { N}} _ {2}}$
• ${ displaystyle 2 { text {CO}} + { text {NO}} _ {2} , rightarrow , 2 { text {CO}} _ {2} + { frac {1} {2 }} { text {N}} _ {2}}$
• ${ displaystyle { text {H}} _ {2} + { text {NO}} , rightarrow , { text {H}} _ {2} { text {O}} + { frac {1} {2}} { text {N}} _ {2}}$

Окисление углерода, углеводородов и оксида углерода в диоксид углерода

• ${ displaystyle { text {C}} + { text {O}} _ {2} , rightarrow , { text {CO}} _ {2}}$
• ${ displaystyle { text {CO}} + { frac {1} {2}} { text {O}} _ {2} , rightarrow , { text {CO}} _ {2}}$
• ${ displaystyle a , { text {C}} _ ​​{x} { text {H}} _ {y} + b , { text {O}} _ {2} , rightarrow , c , { text {CO}} _ {2} + d , { text {H}} _ {2} { text {O}} qquad a, , b, , c, , d , , x, , y in mathbb {Z}}$

Эти три реакции протекают наиболее эффективно, когда каталитический нейтрализатор получает выхлоп от двигателя, работающего немного выше стехиометрический точка. Для сжигания бензина это соотношение составляет от 14,6 до 14,8 частей воздуха на одну часть топлива по массе. Соотношение для автогаз (или же сжиженный газ LPG), натуральный газ, и этиловый спирт виды топлива могут значительно отличаться для каждого, особенно с насыщенный кислородом или топлива на основе спирта, с e85 требуется примерно на 34% больше топлива, требуется модифицированная настройка топливной системы и компонентов при использовании этих видов топлива. Как правило, двигатели с трехкомпонентными каталитическими нейтрализаторами оснащены компьютеризированный замкнутый контур Обратная связь впрыск топлива система, использующая один или несколько кислородные датчики,^{[нужна цитата ]} хотя на ранней стадии внедрения трехпозиционных преобразователей, карбюраторы с обратной связью по управлению смесью.

Трехходовые преобразователи эффективны, когда двигатель работает в узком диапазоне соотношений воздух-топливо около стехиометрической точки, так что состав выхлопных газов колеблется между богатым (избыток топлива) и бедным (избыток кислорода). Когда двигатель работает за пределами этого диапазона, эффективность преобразования падает очень быстро. При работе на обедненной смеси выхлопные газы содержат избыток кислорода, и НЕТ
Икс не приветствуется. В богатых условиях избыточное топливо потребляет весь доступный кислород до катализатора, оставляя только кислород, накопленный в катализаторе, доступным для функции окисления.

Системы управления двигателем с обратной связью необходимы для эффективной работы трехкомпонентных каталитических нейтрализаторов из-за непрерывной балансировки, необходимой для эффективного НЕТ
Икс восстановление и окисление УВ. Система управления должна предотвращать НЕТ
Икс восстановительный катализатор от полного окисления, но пополнение запаса кислорода материалом, так что его функция в качестве катализатора окисления сохраняется.

Трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы могут накапливать кислород из потока выхлопных газов, как правило, когда соотношение воздух-топливо идет худой.^[20] Когда из выхлопного потока не доступно достаточное количество кислорода, накопленный кислород высвобождается и потребляется. (видеть оксид церия (IV) ). Недостаток кислорода возникает, когда кислород поступает из НЕТ
Икс восстановление недоступно, или когда определенные маневры, такие как резкое ускорение, обогащают смесь, превышающую способность конвертера подавать кислород.

Нежелательные реакции

В трехкомпонентном катализаторе могут происходить нежелательные реакции, такие как образование пахучих веществ. сероводород и аммиак. Формирование каждого из них может быть ограничено модификациями используемого покрытия и драгоценных металлов. Полностью устранить эти побочные продукты сложно. Топливо с низким содержанием серы или с низким содержанием серы устраняет или снижает содержание сероводорода.

Например, когда желателен контроль выбросов сероводорода, никель или же марганец добавляется в малярку. Оба вещества действуют, блокируя поглощение из сера пальто. Сероводород образуется, когда покрытие поглотило серу во время низкотемпературной части рабочего цикла, которая затем высвобождается во время высокотемпературной части цикла, и сера соединяется с НС.

Дизельные двигатели

Для воспламенения от сжатия (т. Е. дизель ) двигателей, наиболее часто используемым каталитическим нейтрализатором является катализатор окисления дизельного топлива (ДОК). DOC содержат палладий, платина, и оксид алюминия, все из которых каталитически окислять то твердые частицы (PM), углеводороды и оксид углерода с кислородом с образованием диоксида углерода и воды.

Эти преобразователи часто работают с КПД 90 процентов, практически устраняя запах дизельного топлива и помогая уменьшить количество видимых твердых частиц. Эти катализаторы не снижают НЕТ
Икс потому что любой присутствующий восстановитель сначала вступит в реакцию с высокой концентрацией O₂ в выхлопных газах дизельных двигателей.

Снижение в НЕТ
Икс выбросы из двигателей с воспламенением от сжатия ранее решались путем добавления выхлопных газов к входящему воздушному заряду, известному как рециркуляция выхлопных газов (EGR).

В 2010 году большинство производителей дизельных двигателей малой грузоподъемности в США добавили каталитические системы в свои автомобили, чтобы соответствовать новым федеральным требованиям по выбросам. Есть два метода, которые были разработаны для каталитического восстановления НЕТ
Икс выбросы при обедненных выхлопных газах, селективное каталитическое восстановление (SCR) и НЕТ
Икс адсорбер.

Вместо драгоценных металлов, содержащих НЕТ
Икс поглотители, большинство производителей выбрали системы SCR из недрагоценных металлов, в которых используется реагент Такие как аммиак уменьшить НЕТ
Икс в азот. Аммиак подается в каталитическую систему путем впрыска мочевина в выхлопные газы, которые затем подвергаются термическому разложению и гидролизу до аммиака. Раствор мочевины также называют жидкостью для выхлопных газов дизельного двигателя (DEF).

Дизельный выхлоп содержит относительно высокие уровни PM. Каталитические нейтрализаторы удаляют только 20-40% твердых частиц, поэтому твердые частицы удаляются с помощью улавливателя сажи или сажевый фильтр (DPF). В США все легковые, средние и тяжелые автомобили, работающие на дизельном топливе и построенные после 1 января 2007 г., должны соответствовать ограничениям на выбросы твердых частиц, что означает, что они должны быть фактически оснащены двухкомпонентным каталитическим нейтрализатором и сажевый фильтр. Поскольку двигатель был изготовлен до 1 января 2007 г., в автомобиле не требуется установка сажевого фильтра. Это привело к увеличению запасов у производителей двигателей в конце 2006 года, чтобы они могли продолжать продавать автомобили без сажевого фильтра и в 2007 году.^[21]

Двигатели с искровым зажиганием на обедненной смеси

За обедненный ожог Искра зажигания В двигателях катализатор окисления используется так же, как в дизельном двигателе. Выбросы от двигателей с искровым зажиганием на обедненной смеси очень похожи на выбросы от дизельных двигателей с воспламенением от сжатия.

Установка

Многие автомобили имеют моноблочный каталитический нейтрализатор, расположенный рядом с двигателем. выхлопной коллектор. Преобразователь быстро нагревается из-за воздействия очень горячих выхлопных газов, что позволяет снизить нежелательные выбросы во время прогрева двигателя. Это достигается за счет сжигания излишков углеводородов, образующихся в результате чрезмерно богатой смеси, необходимой для холодного запуска.

Когда каталитические нейтрализаторы были впервые представлены, большинство автомобилей использовали карбюраторы это обеспечило относительно богатый соотношение воздух-топливо. Кислород (O₂) уровней в потоке выхлопных газов, как правило, было недостаточно для эффективного протекания каталитической реакции. Поэтому большинство дизайнов того времени включали подача вторичного воздуха, который нагнетал воздух в выхлопной поток. Это увеличило доступный кислород, позволяя катализатору функционировать должным образом.

Некоторые системы с трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором имеют системы впрыска воздуха, при этом воздух впрыскивается между первыми (НЕТ
Икс восстановления) и второй (окисление HC и CO) ступени конвертера. Как и в двухкомпонентных конвертерах, этот нагнетаемый воздух обеспечивает кислород для реакций окисления. Точка впрыска воздуха перед каталитическим нейтрализатором также иногда присутствует для подачи дополнительного кислорода только в период прогрева двигателя. Это приводит к воспламенению несгоревшего топлива в выхлопном тракте, тем самым предотвращая его попадание в каталитический нейтрализатор. Этот метод сокращает время работы двигателя, необходимое для того, чтобы каталитический нейтрализатор достиг своего «выключения» или Рабочая Температура.

Большинство новых автомобилей имеют электронный впрыск топлива системы, и не требуют систем нагнетания воздуха в их выхлопных газах. Вместо этого они обеспечивают точно регулируемую топливно-воздушную смесь, которая быстро и непрерывно переключается между обедненным и богатым сгоранием. Датчики кислорода контролировать содержание кислорода в выхлопных газах до и после каталитического нейтрализатора, а также блок управления двигателем использует эту информацию для регулировки впрыска топлива, чтобы предотвратить первый (НЕТ
Икс восстановления) катализатора от насыщения кислородом, одновременно обеспечивая достаточное насыщение кислородом второго катализатора (окисление HC и CO).

Повреждать

Отравление катализатором происходит, когда каталитический нейтрализатор подвергается воздействию выхлопных газов, содержащих вещества, покрывающие рабочие поверхности, так что они не могут контактировать и вступать в реакцию с выхлопными газами. Наиболее заметным загрязнителем является вести, поэтому автомобили с каталитическими нейтрализаторами могут работать только на неэтилированный топливо. Другие распространенные каталитические яды включают: сера, марганец (происходит в основном из-за присадки к бензину MMT ), и кремний, который может попасть в поток выхлопных газов, если двигатель имеет утечку, которая позволяет охлаждающая жидкость в камеру сгорания. Фосфор - еще один загрязнитель катализатора. Хотя фосфор больше не используется в бензине, он (и цинк, еще один низкоуровневый загрязнитель катализатора) до недавнего времени широко использовался в моторном масле. противоизносные присадки Такие как дитиофосфат цинка (ZDDP). Начиная с 2004 года, предел содержания фосфора в моторных маслах был принят в API SM и ILSAC Технические характеристики ГФ-4.

В зависимости от загрязнителя, отравление катализатора иногда можно обратить вспять, запустив двигатель при очень большой нагрузке в течение длительного периода времени. Повышенная температура выхлопных газов может иногда приводить к испарению или возгонке загрязнителя, удаляя его с каталитической поверхности. Однако удаление свинцовых отложений таким способом обычно невозможно из-за высокой температуры кипения свинца.

Любое состояние, которое вызывает аномально высокие уровни несгоревших углеводородов - сырого или частично сгоревшего топлива - для достижения конвертера, будет иметь тенденцию к значительному повышению его температуры, что приводит к риску расплавления субстрата и, как следствие, каталитической дезактивации и серьезному ограничению выхлопа. Обычно расположенные выше по потоку компоненты выхлопной системы (коллектор / коллектор и связанные с ними зажимы, подверженные ржавчине / коррозии и / или усталости, например, растрескивание выпускного коллектора после повторяющихся циклов нагрева), система зажигания, например блоки катушек и / или первичные компоненты зажигания (например, крышка распределителя, провода, катушка зажигания и свечи зажигания) и / или поврежденные компоненты топливной системы (топливные форсунки, регулятор давления топлива и соответствующие датчики) - с 2006 г. этиловый спирт часто используется с топливными смесями, где компоненты топливной системы, несовместимые с этанолом, могут повредить каталитический нейтрализатор - это также включает использование более вязкого масла, не рекомендованного производителем (особенно с ZDDP содержание - сюда входят смеси с «большим пробегом» независимо от того, обычное ли это масло или синтетическое масло), утечки масла и / или охлаждающей жидкости (например, взорванная прокладка головки блока цилиндров, включая перегрев двигателя). Транспортные средства, оборудованные OBD-II Системы диагностики предназначены для предупреждения водителя о пропуске зажигания путем включения индикатора «Проверьте двигатель» на приборной панели или его мигания, если текущие условия пропуска зажигания достаточно серьезны, чтобы потенциально повредить каталитический нейтрализатор.

Нормативно-правовые акты

Эта секция нужны дополнительные цитаты для проверка. Пожалуйста помоги улучшить эту статью к добавление цитат в надежные источники. Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. (Январь 2017 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Нормы выбросов значительно различаются от юрисдикции к юрисдикции. Большинство автомобильных двигателей с искровым зажиганием в Северной Америке оснащались каталитическими нейтрализаторами с 1975 года.^[1][2][3][4] и технология, используемая в неавтомобильных приложениях, как правило, основана на автомобильной технологии.

Правила для дизельных двигателей также различаются, при этом в некоторых юрисдикциях основное внимание уделяется НЕТ
Икс (оксид азота и диоксид азота) и другие с упором на выбросы твердых частиц (сажи). Такое разнообразие нормативных требований является проблемой для производителей двигателей, поскольку может быть неэкономично проектировать двигатель, отвечающий двум наборам правил.

Нормы качества топлива различаются в зависимости от юрисдикции. В Северной Америке, Европе, Японии и Гонконг, бензин и дизельное топливо строго регулируются, и сжатый природный газ и СУГ (автогаз) рассматриваются на предмет регулирования. В большинстве стран Азии и Африки правила часто нестрогие: в некоторых местах сера содержание топлива может достигать 20 000 частей на миллион (2%). Любая сера в топливе может окисляться до SO.₂ (диоксид серы ) или даже ТАК₃ (триоксид серы ) в камера сгорания. Если сера проходит через катализатор, она может дополнительно окисляться в катализаторе, т. Е. SO₂ может быть дополнительно окислен до SO₃. Оксиды серы являются предшественниками серная кислота, основной компонент кислотный дождь. Хотя есть возможность добавлять такие вещества, как ванадий к покрытию катализатора для предотвращения образования оксида серы, такое добавление снизит эффективность катализатора. Наиболее эффективное решение - дальнейшая очистка топлива на НПЗ для получения дизельное топливо со сверхнизким содержанием серы. Нормы Японии, Европы и Северной Америки жестко ограничивают допустимое количество серы в моторном топливе. Однако прямые финансовые затраты на производство такого чистого топлива могут сделать его непрактичным для использования в развивающихся странах. В результате города в этих странах с интенсивным движением транспорта страдают от кислотных дождей,^{[нужна цитата ]} который повреждает камень и деревянные конструкции зданий, отравляет людей и других животных, а также наносит ущерб местным экосистемы, при очень высоких финансовых затратах.

Негативные аспекты

Каталитические нейтрализаторы ограничивают свободный поток выхлопных газов, что отрицательно сказывается на характеристиках автомобиля и экономии топлива, особенно в старых автомобилях.^[22] Поскольку карбюраторы ранних автомобилей не могли точно контролировать топливно-воздушную смесь, каталитические нейтрализаторы автомобилей могли перегреваться и воспламенять легковоспламеняющиеся материалы под автомобилем.^[23] Тест 2006 года на Honda Civic 1999 года показал, что снятие стандартного каталитического нейтрализатора привело к увеличению мощности на 3%; новый преобразователь с металлическим сердечником стоил автомобилю всего 1% лошадиных сил, по сравнению с отсутствием преобразователя.^[24] Некоторым энтузиастам производительности это скромное увеличение мощности при очень небольших затратах или бесплатно побуждает демонтировать или «выпотрошить» каталитический нейтрализатор.^[22][25] В таких случаях преобразователь может быть заменен на приварную секцию обычной трубы или фланцевую «тестовую трубу», якобы предназначенную для проверки, не забит ли преобразователь, путем сравнения того, как двигатель работает с преобразователем и без него. Это облегчает временную переустановку преобразователя для прохождения испытания на выбросы.^[24] Со временем каталитические нейтрализаторы также могут «забиваться» сажей в процессе сгорания, это снижает их способность эффективно очищать токсичные газы. Этот налет можно удалить с помощью многочисленных очистителей топливной системы, таких как Redex и Cataclean.^[26]Во многих юрисдикциях запрещено снимать или отключать каталитический нейтрализатор по любой причине, кроме его прямой и немедленной замены. В Соединенных Штатах, например, это нарушение раздела 203 (а) (3) (А) 1990 г. с поправками. Закон о чистом воздухе для мастерской по ремонту автомобилей для снятия преобразователя с транспортного средства или для снятия преобразователя с транспортного средства, за исключением случаев, когда он заменяется другим преобразователем,^[27] и Раздел 203 (a) (3) (B) запрещает любому лицу продавать или устанавливать любую деталь, которая обходит, нарушает или выводит из строя любую систему контроля выбросов, устройство или элемент конструкции. Транспортные средства без работающих каталитических нейтрализаторов обычно не проходят проверку на выбросы. В автомобильный вторичный рынок поставляет преобразователи с высоким расходом для автомобилей с модернизированными двигателями или владельцев которых предпочитают выхлопную систему с мощностью, превышающей стандартную.^[28]

Период прогрева

Автомобили, оборудованные каталитическими нейтрализаторами, выбрасывают большую часть своих загрязнений в течение первых пяти минут работы двигателя; например, до того, как каталитический нейтрализатор прогреется достаточно, чтобы быть полностью эффективным.^[29]

В 1995 г. Альпина введен электрически нагреваемый катализатор. Названный "E-KAT", он использовался в Alpina B12 5,7 E-KAT на базе BMW. 750i.^[30] Змеевики нагрева внутри узлов каталитического нейтрализатора электризуется сразу после запуска двигателя, что очень быстро доводит катализатор до рабочей температуры, чтобы подготовить автомобиль к автомобиль с низким уровнем выбросов (LEV) обозначение.^[31] Позже BMW представила тот же катализатор с подогревом, разработанный совместно Emitec, Alpina и BMW.^[30] в своем 750i в 1999 году.^[31]

Некоторые автомобили содержат предварительный каталитический нейтрализатор, небольшой каталитический нейтрализатор перед главным каталитическим нейтрализатором, который нагревается быстрее при запуске автомобиля, снижая выбросы, связанные с холодным запуском. Предварительная кошка чаще всего используется производителями автомобилей при попытке достичь рейтинга автомобиля со сверхнизким уровнем выбросов (ULEV), например, на Toyota MR2 Родстер.^[32]

Воздействие на окружающую среду

Каталитические нейтрализаторы доказали свою надежность и эффективность в снижении вредных выбросов из выхлопной трубы. Однако у них есть и недостатки в использовании, а также негативное воздействие на окружающую среду при производстве:

• Двигатель, оборудованный трехкомпонентным катализатором, должен работать на стехиометрическая точка, что означает, что расходуется больше топлива, чем в обедненный ожог двигатель. Это означает примерно на 10% больше CO.₂ выбросы от автомобиля.
• Производство каталитического конвертера требует палладий или же платина; часть мирового предложения этих драгоценные металлы производится около Норильск, Россия, где промышленность (среди прочего) привела к добавлению Норильского никеля в Время Список самых загрязненных мест журнала.^[33]
• Кусочки каталитических нейтрализаторов и сильный нагрев самих нейтрализаторов,^[34] может вызвать лесные пожары, особенно в засушливых местах.^[35][36][37]

Кража

Из-за внешнего расположения и использования ценных драгоценных металлов, в том числе платина, палладий и родий, каталитические нейтрализаторы - мишень для воров. Эта проблема особенно часто встречается среди грузовиков и внедорожников последних моделей из-за их большого дорожного просвета и легко снимаемых каталитических нейтрализаторов с болтовым креплением. Приварные преобразователи тоже подвержены риску кражи, так как их легко отрезать.^[38][39][40] Пипекуттеры часто используются для незаметного снятия преобразователя^[41][42] но другие инструменты, такие как портативный сабельная пила может часто повредить другие компоненты автомобиля, такие как генератор переменного тока, электропроводку или топливопровод, таким образом, есть опасные последствия. Рост цен на металлы в США во время сырьевого бума 2000-х годов привел к значительному увеличению краж конвертера,^[43] а замена каталитического нейтрализатора может стоить более 1000 долларов.^[44] Эта сумма увеличивается (иногда значительно), если в процессе снятия преобразователя автомобилю был нанесен дополнительный ущерб.

Диагностика

Различные юрисдикции теперь требуют бортовая диагностика для контроля работы и состояния системы контроля выбросов, включая каталитический нейтрализатор. Бортовые диагностические системы имеют несколько форм.

Температура датчики используются для двух целей. Первый - это система предупреждения, обычно на двухходовых каталитических нейтрализаторах, которые до сих пор иногда используются на вилочных погрузчиках, работающих на сжиженном нефтяном газе. Датчик предназначен для предупреждения о том, что температура каталитического нейтрализатора превышает безопасный предел 750 ° C (1380 ° F). Более современные конструкции каталитических нейтрализаторов не так подвержены температурным повреждениям и могут выдерживать длительные температуры до 900 ° C (1650 ° F).^{[нужна цитата ]} Датчики температуры также используются для контроля работы катализатора: обычно устанавливаются два датчика, один перед катализатором, а другой - после него, чтобы отслеживать повышение температуры над сердечником каталитического нейтрализатора.

В датчик кислорода является основой замкнутый контур система управления двигателем с искровым зажиганием; однако он также используется для диагностики. В автомобилях с OBD II, второй кислородный датчик устанавливается после каталитического нейтрализатора для контроля O₂ уровни. О₂ уровни контролируются, чтобы увидеть эффективность процесса сжигания. Бортовой компьютер сравнивает показания двух датчиков. Показания снимаются путем измерения напряжения. Если оба датчика показывают одинаковый выходной сигнал или задний O₂ "переключается", компьютер определяет, что каталитический нейтрализатор либо не работает, либо был снят, и загорится контрольная лампа неисправности, что повлияет на работу двигателя. Чтобы обойти эту проблему, были разработаны простые «имитаторы кислородных датчиков» путем моделирования изменений в каталитическом нейтрализаторе с помощью планов и предварительно собранных устройств, доступных в Интернете. Хотя они не разрешены для использования на дорогах, они были использованы с неоднозначными результатами.^[45] Подобные устройства применяют смещение к сигналам датчиков, позволяя двигателю работать на более экономичной обедненной смеси, что, однако, может повредить двигатель или каталитический нейтрализатор.^[46]

НЕТ
Икс датчики чрезвычайно дороги и, как правило, используются только тогда, когда двигатель с воспламенением от сжатия оснащен нейтрализатором избирательного каталитического восстановления (SCR) или НЕТ
Икс поглотитель в системе обратной связи. При установке в систему SCR может быть один или два датчика. Когда установлен один датчик, он будет предварительным катализатором; когда установлены два, второй будет посткатализатором. Они используются по тем же причинам и таким же образом, что и кислородный датчик; единственная разница - это контролируемое вещество.^{[нужна цитата ]}

Смотрите также

• Каталитический нагреватель
• Оксид церия (III)
• НЕТ
  Икс адсорбер
• Моделирование рассеивания воздуха на проезжей части

Рекомендации

дальнейшее чтение

• Кейт, К. Д. и др. Патент США 3441381: «Аппарат для очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания». 29 апреля 1969 г.
• Лахман, И. М. и др. Патент США 3,885,977: «Анизотропный кордиеритовый монолит» (керамическая подложка). 5 ноября 1973 г.
• Чарльз Х. Бейли. Патент США 4094645: «Комбинированный глушитель и катализатор с низким противодавлением». 13 июня 1978 г.
• Чарльз Х. Бейли. Патент США 4250146: '"Безкорпусный монолитный катализатор". 10 февраля 1981 г.
• Сринивасан Гопалакришнан. ГБ 2397782 : «Процесс и синтезатор для молекулярной инженерии материалов». 13 марта 2002 г..

внешняя ссылка

• Каталитический нейтрализатор в Как это работает
• Применение высокотемпературной изоляционной ваты в автомобилестроении
• Фото катализатора
• Информация об утилизации каталитического нейтрализатора