Результаты исследовательской деятельности группы "Маркетологи" в проекте Системы нейтрализации отработавших газов в системе ДВС

Авторы и участники проекта

Студенты 1-3 курсов

Тема исследования группы

Виды нейтрализаторов в выпускной системе ДВС

Проблемный вопрос (вопрос для исследования)

Какие существуют виды нейтрализаторов в выпускной системе ДВС?

Гипотеза исследования

Мы предполагаем, что существует несколько видов нейтрализаторов в выпускной системе ДВС

Цели исследования

Осуществить поиск видов нейтрализаторов в выпускной системе ДВС

Результаты исследования

Выпускная система современных автомобилей включает каталитический нейтрализатор. Каталитический нейтрализатор (обиходное название – катализатор) предназначен для снижения выброса вредных веществ в атмосферу с отработавшими газами.

Каталитический нейтрализатор применяется как на бензиновых, так и на дизельных двигателях. Нейтрализатор обычно устанавливается непосредственно за выпускным коллектором или перед глушителем.

Каталитический нейтрализатор имеет следующее устройство:

блок-носитель; теплоизоляция; корпус.

Основным элементом каталитического нейтрализатора является блок-носитель, который служит основанием для катализаторов. Блок-носитель изготавливается из специальной огнеупорной керамики. Конструктивно блок-носитель состоит из множества продольных сот-ячеек, которые значительно увеличивают площадь соприкосновения с отработавшими газами.

На поверхность сот-ячеек тонким слоем наносятся вещества-катализаторы. В качестве таких веществ используются платина, палладий и родий. Катализаторы ускоряют протекание химических реакций в нейтрализаторе.

Платина и палладий относятся к окислительным катализаторам. Они способствуют окислению несгоревших углеводородов (СН) в водяной пар, оксида углерода (угарный газ, СО) в углекислый газ.

Родий является восстановительным катализатором. Он восстанавливает оксиды азота (NOx) в безвредный азот.

Таким образом, три катализатора снижают содержание в отработавших газах трех вредных веществ. Такой нейтрализатор называется трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором.

Блок-носитель помещается в металлический корпус. Между ними обычно располагается слой теплоизоляции. В корпусе нейтрализатора устанавливается кислородный датчик.

Условием эффективной работы каталитического нейтрализатора является температура 300°С. При такой температуре задерживается порядка 90% вредных веществ. С целью быстрого прогрева нейтрализатора при запуске двигателя осуществляются следующие мероприятия:

установка нейтрализатора непосредственно за выпускным коллектором; повышение температуры выхлопных газов за счет обогащения топливно-воздушной смеси

   Плазменный нейтрализатор
   Один из  альтернативных  методов  нейтрализации  отработавших  газов  –

использование низкотемпературной плазмы. Исследования в Японии, США и в... России привели к созданию экспериментальных образцов оборудования, основанного на плазменных технологиях.

   Что  такое  низкотемпературная  плазма?  Она  состоит  из  положительно

заряженных ионов и отрицательно заряженных электронов, полученных в специальных устройствах при различных видах импульсных высоковольтных электрических разрядов (коронный, барьерный и др.), а также из нейтральных атомов и молекул.

 Принципиальная схема одного из вариантов разрядного устройства показана

на рис.15. Оно включает узел подвода отработавшего газа и масла 1, кварцевую стеклянную или керамическую трубку 2, используемую в качестве диэлектрического барьера, и два электрода – центральный 3 и внешний 4 – в виде металлической сетки из нержавеющей стали. В разрядное устройство подается ток от источника, формирующего импульс напряжения длительностью 250–350 мкс. Барьерный разряд возникает при электрическом напряжении 0,5–35 кВ и частоте следования импульсов 50–2000 Гц.

   Как происходит процесс нейтрализации газов в системе и  очистка  их  от

сажи? Отработавшие газы дизеля направляются в плазмохимический реактор, предварительно пройдя сушку во влагоотделителе. В плазмохимическом реакторе к этим газам "подмешивают" масло. Под действием электрического разряда в трубках разрядного устройства частички сажи активно абсорбируют масло на своей поверхности. Для удаления сажи, частички которой находятся как бы в масляном коконе, используется маслоотделитель. Сажа собирается в специальный контейнер, а масло после дополнительной очистки в фильтре продолжает циркулировать по замкнутому контуру. Таким образом, удается обеспечить очень высокую эффективность поглощения частичек сажи – до 100% во всем диапазоне оборотов дизеля. Из маслоотделителя часть отработавших газов можно направить во впускной коллектор дизеля (рециркуляция). Это снижает содержание оксидов азота в выхлопе.

   Физическая и химическая сущность явлений,  происходящих  под  действием

барьерного разряда в плазмохимическом реакторе, изучена пока недостаточно. Однако упрощенно процесс можно представить следующим образом. При подаче напряжения в электроразрядное устройство в нем создается неравновесная слабоионизированная низкотемпературная плазма, которая воздействует на отработавшие газы. В результате многостадийных химических реакций оксиды азота, серы и углерода разлагаются на нетоксичные молекулы кислорода, азота, серы и углерода. Одновременно происходит конверсия (превращение) оксида азота в его диоксид, который связывается радикалом ОН в азотную кислоту в виде аэрозоля. Аналогичные реакции протекают с диоксидом серы и оксидом углерода, приводя к образованию аэрозолей. Аэрозоли улавливают в достаточно простых электрофильтрах, обеспечивающих степень очистки до 98–99%.

   Судя по лаконичным сообщениям  зарубежной  печати,  в  Японии  проходит

испытания микроавтобус, на котором установлен дизельный двигатель "Ниссан- LD 20" мощностью 48,5 кВт/66 л. с., оборудованный нейтрализатором с плазмохимическим реактором.

   По предварительным расчетам, плазменная очистка обойдется в 1,5–2  раза

дешевле, чем в существующих многокомпонентных устройствах. Не требуется использовать благородные металлы, значительно увеличивается ресурс систем нейтрализации, сокращается время на их техническое обслуживание. Однако к промышленному выпуску плазмохимических реакторов (а значит, их широкому использованию) можно будет перейти, когда удастся сократить затраты мощности на электропитание реактора. В опытных и экспериментальных системах они достигают 4–5% и более от мощности дизеля.