Системы нейтрализации выхлопных газов машины

Устройство автомобилей

Нейтрализаторы отработавших газов

Нейтрализаторы служат для снижения концентрации в отработавших газах токсичных компонентов. Основными токсичными веществами в отработавших газах являются оксид углерода (СО), группа оксидов азота (NO_x, основной из них NO₂) и углеводороды (C_mH_n).

Различают термические и каталитические нейтрализаторы.

В термических нейтрализаторах происходит полное восстановление СО в СО₂ и догорании СН. Оксид углерода (СО) обладает значительной теплотой сгорания, но горит при температуре выше 700 ˚С.
Для сжигания оксида углерода отработавшие газы подогревают (при необходимости) в термоизолированной камере и подают в нее дополнительную порцию воздуха. Применение дополнительной подачи топлива для подогрева газов и нагнетание воздуха приводят к увеличению расхода топлива до 15 %.

Наиболее распространены каталитические нейтрализаторы. Их действие основано на понижении энергии, выделяющейся при химических процессах окисления токсических веществ, путем применения катализаторов (платины, палладия, родия).

Каталитические нейтрализаторы делятся по типу на окислительные (переводят СО в СО₂) и восстановительные (расщепляют NO_x на свободный азот и кислород), а также трехкомпонентные (нейтрализуют все три токсина – СО, СН и NO_x, т. е. являются окислительно-восстановительными).

Каталитические нейтрализаторы могут быть однокамерными и двухкамерными. Носитель может быть керамический или металлический.

Чаще всего применяют трехкомпонентные нейтрализаторы. Наиболее эффективно они работают в сочетании с λ-зондами, однако и без них способны снизить выбросы токсинов на 50 %.
λ-зонд представляет собой датчик определения количества свободного кислорода в отработавших газах. По полученным от датчика данным электронный микропроцессор определяет коэффициент избытка воздуха α, корректируя после этого количество подаваемого в цилиндры топлива.

Эффективная работа каталитического нейтрализатора соответствует очень узкому диапазону значений коэффициента избытка воздуха (0,98≤α≤1). При отклонении состава горючей смеси от указанных значений эффективность действия катализатора резко падает.
Использование микропроцессора совместно с λ-зондом позволяет поддерживать состав смеси с точностью ±1 %.

Устройство каталитического нейтрализатора

Каталитический нейтрализатор состоит из металлического корпуса ( Рис. 7 ), в котором находится носитель 2, покрытый активным каталитическим слоем.
Носитель может быть насыпной или монолитный, керамический или металлический. Чаще применяют монолитные нейтрализаторы из термостойкой керамики. В их корпусе выполнены каналы квадратного сечения. Поверхности каналов покрыты тонкой пленкой катализатора – платиной, палладием, родием (в соотношении 1:16:1). На один нейтрализатор требуется 1,5…3 г благородных металлов. Платина способствует окислительным процессам, родий – восстановительным.
Слоем благородных металлов покрывают предварительно нанесенный на керамику слой оксида алюминия, который увеличивает активную поверхность катализатора и стимулирует ускорение реакций.

Чтобы повысить сопротивление керамики ударным нагрузкам и компенсировать термическое расширение металлических деталей, между корпусом и перегородками помещают набивку из высоколегированной проволоки. Нормальная работа каталитических нейтрализаторов протекает при температуре 250 ˚С, т. е. после значительного прогрева двигателя. Наиболее эффективно они работают при температуре 400…800 ˚С, т. е. в оптимальном тепловом режиме двигателя. При более высокой температуре происходит спекание промежуточного слоя с катализатором, эффективность работы нейтрализатора снижается, и он преждевременно теряет работоспособность.

Причины выхода из строя катализаторов

В нормальных условиях автомобильный катализатор может выйти из строя после сгорания каталитического слоя – из-за уменьшения его площади катализатор не в состоянии дожигать до конца выхлопные газы и поэтому количество вредных веществ на выходе из глушителя увеличивается.

Наиболее часто катализаторы приходят в негодность из-за неисправности системы смесеобразования или системы зажигания. В этом случае соты забиваются и не дают возможности катализатору окислять смесь.
Повреждение автомобильного катализатора может произойти и из-за плохого качества бензина, в составе которого для искусственного увеличения октанового числа содержится большое количество тетраэтилсвинца. Тетраэтилсвинец покрывает часть каталитического слоя и не дает устройству полноценно выполнять свои функции.
Кроме того, причиной выхода катализатора из строя может быть попадание в камеру сгорания масла или антифриза, либо попадание воды на катализатор. Вредное влияние на долговечность катализаторов оказывает длительная работа двигателя на холостом ходу.

Жидкость AdBlue. Как работает система SCR (Selective Catalytic Reduction)

Современные автомобили с дизельными двигателями Euro-5 и выше оснащаются системами селективного каталитического восстановления (SCR), для работы которых нужна жидкость AdBlue. О том, что такое SCR и зачем в ней жидкость AdBlue, а также об особенностях обслуживания системы — читайте в данной статье.

Что такое система SCR?

SCR (Selective Catalytic Reduction, селективное/выборочное каталитическое восстановление) — общее наименование метода снижения содержания в отработавших газах опасных оксидов азота и основанных на этом методе систем очистки выхлопных газов дизельных двигателей экологических классов Euro-5 и выше.

Отработавшие газы дизельных двигателей содержат большое количество вредных веществ, среди них наибольшую опасность представляют твердые взвешенные частицы, монооксид углерода (CO) и разнообразные оксиды азота (с общей формулой NOx). С целью снижения вреда двигателей в 1988 году был принят первый экологический стандарт Евро-0. Каждый последующий стандарт требовал все более значительного снижения вредных веществ, и, начиная с Евро-4 (2005 год), добиться требуемого содержания примесей в выхлопе дизелей стало возможно только с помощью специальных систем каталитической нейтрализации. Одной из таких систем и является SCR, направленной исключительно на борьбу с оксидами азота (отсюда и слова «селективный/выборочный» в названии метода).

Система селективного каталитического восстановления получила свое название благодаря выборочному воздействию на один тип вредных веществ, а именно — на оксиды азота. По своей сути метод SCR довольно прост: он сводится к разложению оксидов азота на газообразный азот и водяной пар в реакции с мочевиной (карбамидом) на керамическом катализаторе (строго говоря, происходит восстановление азота и воды из оксидов азота, что и отражено в названии метода). Для достижения этого в поток отработавших газов разбрызгивается содержащая мочевину жидкость AdBlue, полученная смесь поступает в каталитический нейтрализатор, где под действием катализаторов и высоких температур протекают следующие химические реакции:

1. Термическое разложение мочевины на метан и изоциановую кислоту — (NH₂)₂CO → NH₃ + HNCO;
2. Разложение изоциановой кислоты на аммиак и углекислый газ — HNCO + H₂O → NH₃ + CO₂;
3. Восстановление азота из оксидов азота (при температуре более 250°C) — 4NO + 4NH₃ + O₂ → 4N₂ + 6H₂O;
4. Восстановление азота из оксидов азота (при температуре 170-300°C) — NO + NO₂ + 2NH₃ → 2N₂ + 3H₂O.

Так происходит снижение концентрации в отработавших газах наиболее опасных оксидов азота — монооксида и диоксида. При этом возникают безопасные вещества — молекулярный азот и водяной пар, а также некоторое количество углекислого газа. Метод SCR эффективен, однако требует введения в транспортное средство специальной системы и нового расходного материала — жидкого раствора мочевины AdBlue.

Жидкость адсорбирующая SCR 20л SINTEC

Жидкость адсорбирующая (аммиачная добавка) 20кг NIAGARA

Жидкость адсорбирующая SCR 20л GAZPROMNEFT

Жидкость адсорбирующая AdBlue 10л MERCEDES

Жидкость адсорбирующая (аммиачная добавка) 20л LIQUI MOLY

Жидкость адсорбирующая SCR 10л АЛЯСКА OIL RIGHT

Жидкость адсорбирующая SCR 20л АЛЯСКА OIL RIGHT

Что такое жидкость AdBlue?

Жидкость AdBlue представляет собой водный раствор мочевины с определенным содержанием компонентов:

• Мочевина — 32,5% (по весу), стандартом допускается разброс от 31,8 до 33,2%;
• Деминерализованная вода — 67,5%.

Жидкость AdBlue изготавливается только из высокоочищенной мочевины и очищенной от минеральных солей воды. В Европе и России действуют стандарты, регламентирующие состав реагента и его характеристики — европейский ISO 22241, основанный на нем российский ГОСТ Р ИСО 22241, а также немецкий DIN 70070.

Жидкость AdBlue хранится в отдельном бачке, расположенном рядом с основным топливным баком. Маркируется данный бачок синей крышкой, которая часто имеет надпись «AdBlue». В среднем расход реагента составляет до 4% от расхода дизельного топлива для легковых автомобилей и до 6% — для грузовых.

Общее устройство и основные принципы действия системы SCR

В настоящее время практически каждый автопроизводитель предлагает собственную по конструкции систему SCR, однако все они работают на единых принципах. В большинстве ТС данная система включает в себя несколько компонентов и подсистем:

• Бачок для хранения жидкости AdBlue;
• Система подачи и дозирования жидкости (насосный блок);
• Форсунка для впрыска реагента в поток выхлопных газов;
• Система подогрева жидкости (бачка и трубопроводов);
• Керамический катализатор в глушителе;
• Электронная система контроля и управления (электронные блоки управления и датчики).

Основной реагент хранится в бачке, откуда с помощью насосного блока по трубопроводу поступает к форсунке, расположенной на определенном расстоянии от входа в катализатор, где разбрызгивается и смешивается с потоком горячих газов. В катализаторе происходят описанные выше химические реакции, обеспечивающие снижение содержания соединений азота. Количество и интенсивность подачи реагента регулируется электронным блоком системы SCR, который работает совместно с электронным блоком управления двигателем. Отдельные детали системы следует рассмотреть подробнее.

Бачок для хранения реагента AdBlue. Пластиковая или металлическая емкость для хранения необходимого запаса реагента. Снабжается крышкой и горловиной, которая может быть предназначена для заливки жидкости с помощью специального заправочного пистолета (в этом случае в ней может располагаться магнитный замок) или из пластиковых емкостей (бутылок, канистр). Для контроля уровня реагента в бачке располагается соответствующий датчик. Горловина бачка имеет простейший сетчатый фильтр. Так как жидкость AdBlue кристаллизуется (замерзает) уже при температуре -11,5°C, в бачке предусмотрен подогрев — он может быть выполнен в виде теплообменника, по которому циркулирует охлаждающая жидкость из двигателя, либо в виде электрического нагревателя. Как уже указывалось выше, бачок закрывается маркированной крышкой.

Система подачи и дозирования реагента. Обычно данная система выполнена в виде насосного блока (или модуля питания), располагающегося непосредственно на бачке или на небольшом расстоянии от него. В блоке располагается насос, обратный клапан, датчик давления жидкости (в некоторых случаях — и датчик уровня реагента) и нагревательные элементы. Подающий патрубок насоса соединен с бачком, на его конце располагается сетчатый фильтр. Насосный блок связан с блоком управления системой SCR.

Форсунка для впрыска реагента. Специальная форсунка (или рампа с несколькими форсунками), расположенная в направляющей трубе перед входом в катализатор. Форсунка соединена с насосным блоком нагнетательной магистралью. Обычно ось форсунки расположена под углом 30 градусов относительно оси трубы. Для обеспечения более качественного смешивания реагента с выхлопными газами за форсункой может располагается смеситель в виде решетки или более сложной конструкции.

Система подогрева жидкости. Данная система охватывает бачок, модуль питания с насосом и все трубопроводы системы, включая и нагнетательную магистраль. Нагревательные элементы выполнены в виде спиралей, располагающихся внутри насосного блока и бачка, и в виде оплетках на трубопроводах. В современных транспортных средствах данная система может управляться собственным контроллером.

Катализатор в глушителе. Катализатор выполнен в виде блока сотовой структуры (с мелкими отверстиями, повышающими площадь контакта выхлопных газов с катализатором), изготовленного из специальных сортов керамики. На катализатор могут наноситься покрытия из платины и других материалов, обеспечивающих более интенсивное течение химических реакций.

Электронная система контроля и управления. В основе системы лежит центральный ЭБУ и связанные с ним датчики — температуры жидкости в бачке, температуры выхлопных газов на входе и выходе из катализатора, уровня жидкости в бачке, а также концентрации оксидов азота на выходе из катализатора. Данная система, в свою очередь, работает под контролем ЭБУ силового агрегата.

Функционирует система SCR следующим образом. При запуске силового агрегата система некоторое время не функционирует, при температуре окружающего воздуха ниже -5°C это время тратится на подогрев жидкости. При нагреве выхлопных газов до 200°C система начинает работу: насос забирает реагент из бачка и под давлением в 5-6 бар направляет ее к форсунке, где происходит разбрызгивание. Электронный блок вносит в работу системы корректировки в соответствии с показателями датчиков и режимом работы двигателя. При остановке двигателя система некоторое время продолжает работать (до 90 секунд) — насос выкачивает жидкость из трубопроводов обратно в бачок, также опорожняется и сам насос. Это предотвращает замерзание жидкости в системе при отрицательных температурах.

Вопросы эксплуатации и обслуживания системы SCR

В процессе эксплуатации транспортного средства система SCR требует регулярной дозаправки жидкости AdBlue, для чего следует использовать только сертифицированные и соответствующие стандартам реагенты. О необходимости заправки жидкости свидетельствует соответствующий индикатор на приборной панели.

Любые неисправности системы отображаются с помощью различных индикаторов (главным образом — Check Engine) и кодов ошибки. В ряде случаев наблюдаются нарушения в работе двигателя, в том числе снижение мощности, повышение дымности выхлопа и т.д. Самостоятельно вмешиваться в данную систему не рекомендуется — при любых признаках неисправности следует обратиться к специалистам.

От слаженной работы системы обогрева автомобиля зависит температура внутри его салона. Температурный режим влияет не только на комфорт его водителя и пассажиров, но и на способность оптимального управления транспортным средством. Ключевую роль в работе системы отопления играет кран отопителя, который позволит в нужный момент запустить или остановить работу соответствующей системы.

Многие взрослые не любят зиму, считая ее холодным, депрессивным временем года. Однако дети совсем другого мнения. Для них зима — это возможность поваляться в снегу, покататься на горках, т.е. весело провести время. И одним из лучших помощников для детей в их нескучном времяпровождении — это, например, всевозможные санки. Ассортимент рынка детских санок очень обширен. Рассмотрим некоторые виды из них.

Почувствовав дыхание зимы, все автомобилисты задумываются о замены сезонной резины. И очень многие из нас при покупке зимних шин встают перед трудным выбором — «шиповки» или «липучки»? Каждый тип шин имеет свои преимущества и недостатки, и отдать предпочтение чему-то одному бывает очень сложно. В этой статье мы попытаемся сделать этот непростой выбор.

Заливка в бак некачественного дизельного топлива может навредить мотору вплоть до полного его выхода из строя. Минимизировать или исключить негативные последствия заправки низкокачественным дизелем помогает специальная автохимия — присадки в дизтопливо, о которых подробно рассказано в данной статье.

Дважды в год все водители задаются одним вопросом — когда заменить сезонную резину? Весной все гадают, когда поставить летнюю резину, а осенью ищут момент, когда установить зимнюю, и очень часто водители допускают ошибку. О том, как выбрать оптимальное время для замены сезонной резины, и как не допустить ошибку в этом непростом деле — читайте в данной статье.

Отопители и предпусковые подогреватели немецкой компании Eberspächer — известные во всем мире устройства, повышающие комфорт и безопасность зимней эксплуатации техники. О продукции данного бренда, ее типах и основных характеристиках, а также о подборе отопителей и подогревателей — читайте в статье.

Как работает система выпуска отработавших газов

При работе двигателя автомобиля образуются продукты сгорания, которые отличаются высокой температурой и токсичностью. Для их охлаждения и отвода из цилиндров, а также для снижения уровня загрязнения окружающей среды в конструкции предусмотрена система выпуска отработавших газов. Другая функция данной системы — уменьшение шума, возникающего при работе двигателя. Выпускная (выхлопная) система состоит из последовательной цепи элементов, каждый из которых выполняет определенную функцию.

Конструкция системы выпуска

Основной задачей системы выпуска является эффективный отвод отработавших газов из цилиндров двигателя, снижение их токсичности и уровня шума. Зная, из чего состоит выхлопная система в автомобиле, вы сможете лучше понимать принципы ее работы и причины возможных неполадок. Устройство стандартной выхлопной системы зависит от вида используемого топлива, а также от применяемых экологических стандартов. Выхлопная система может состоять из следующих элементов:

• Выпускной коллектор — выполняет функцию отвода газов и охлаждения (продувки) цилиндров двигателя. Он выполняется из термостойких материалов, поскольку температура выхлопных газов в среднем варьируется от 700°С до 1000°С.
• Приемная труба — представляет собой трубу сложной формы с фланцами для крепления к коллектору или турбонагнетателю.
• Каталитический нейтрализатор (устанавливается в бензиновых двигателях экологического стандарта Евро-2 и выше) — устраняет из отработавших газов наиболее вредные компоненты CH, NOx, СО, преобразуя их в водяной пар, углекислый газ и азот.
• Пламегаситель — устанавливается в системах выпуска отработавших газов автомобилей вместо катализатора или сажевого фильтра (в качестве бюджетной замены). Он предназначен для снижения энергии и температуры потока газов, выходящих из выпускного коллектора. В отличие от катализатора, не снижает количество токсичных компонентов в отработавших газах, а лишь снижает нагрузку на глушители.
• Лямбда-зонд — служит для контроля уровня кислорода в составе отработавших газов. В системе может быть один или два кислородных датчика. На современных двигателях (рядных) с катализатором устанавливается 2 датчика.
• Сажевый фильтр (обязательная часть системы выхлопа дизельного двигателя) — удаляет сажу из выхлопных газов. Может совмещать в себе функции катализатора.
• Резонатор (предварительный глушитель) и основной глушитель — снижают уровень шума выхлопных газов.
• Трубопроводы — соединяют отдельные элементы выхлопной автомобильной системы в единую систему.

Принцип работы системы выхлопа

В классическом варианте для бензиновых двигателей выхлопная система автомобиля работает следующим образом:

• Выпускные клапана двигателя открываются, и отработавшие газы с остатками не сгоревшего топлива выбрасываются из цилиндров.
• Газы из каждого цилиндра попадают в выпускной коллектор, где объединяются в один поток.
• По приемной трубе отработавшие газы из выпускного коллектора проходят через первый лямбда-зонд (кислородный датчик), который фиксирует количество кислорода в составе выхлопа. На основе этих данных электронный блок управления корректирует топливоподачу и состав топливовоздушной смеси.
• Далее газы попадают в катализатор, где вступают в химическую реакцию с металлами-окислителями (платиной, палладием) и металлом-восстановителем (родий). Рабочая температура газов при этом не должна быть ниже 300°С.
• На выходе из катализатора газы проходят второй лямбда-зонд, с помощью которого происходит оценка исправности работы каталитического нейтрализатора.
• Далее очищенные отработавшие газы попадают в резонатор, а затем в глушитель, где потоки выхлопа преобразуются (сужаются, расширяются, перенаправляются, поглощаются), что снижает уровень шума.
• Из основного глушителя отработавшие газы уже попадают в атмосферу.

Система выхлопа дизельного двигателя имеет некоторые особенности:

• Выходя из цилиндров, отработавшие газы попадают в выпускной коллектор. Температура выхлопных газов дизельного двигателя варьируется в диапазоне 500-700 °С.
• Далее они попадают в турбокомпрессор, осуществляющий наддув.
• После этого выхлоп проходит через кислородный датчик и попадает в сажевый фильтр, в котором удаляются вредные компоненты.
• В завершении выхлоп проходит через автомобильный глушитель и выходит в атмосферу.

Эволюция системы выхлопа неразрывно связана с ужесточением экологических стандартов эксплуатации автомобиля. Так например, начиная с категории Евро-3, установка катализатора и сажевого фильтра для бензиновых и дизельных моторов обязательна, а их замена на пламегаситель считается нарушением закона.