Motronic: Отработавшие газы - описание системы

[morskoj]

Состав отработавших газов

Полного сгорания топлива в цилиндрах двигателя нет даже при наличии избытка кислорода в воздухе. Чем несовершеннее сгорание, тем больше выброс вредных веществ с отработавшими газами двигателя. В целях защиты окружающей среды необходимо усовершенствовать очистку отработавших газов, например при помощи катализатора (рис. 1 и 2).

Все мероприятия по ограничению эмиссии вредных веществ, предписанной законом, базируются на том, чтобы при возможно низком расходе топлива, высокой рабочей мощности и благоприятных условиях движения добиться минимальной эмиссии вредных веществ.

Отработавшие газы двигателя внутреннего сгорания имеют наряду с большим процентом содержания невредных основных компонентов побочные вещества, которые по меньшей мере в высокой концентрации наносят вред окружающей среде. Доля вредных компонентов составляет примерно 1% отработавших газов и состоит из:

• угарного газа (СО)

• окиси азота (NOₓ)

• углеводорода (CH)

Особенного внимания требует противоположная зависимость протекания концентрации СО и CH с одной стороны и NOₓ с другой от коэффициента избытка воздуха.

Состав отработавших газов двигателя

Screenshot_68.jpg (192.16 КБ) 29 просмотров

Основные составные части

Основными составными частями отработавших газов являются азот, углекислый газ и водяной пар. Они не-ядовиты. Азот (N₂) как основная часть воздуха не участвует в процессе горения и тем самым составляет приблизительно 71% отработанного газа. Но в незначительном количестве азот реагирует с кислородом, образуя окислы азота. Содержащийся в топливе, связанный химически, углерод образует при полном сгорании углекислый газ (CO₂) с долей примерно 14% отработавших газов. Содержащийся в топливе, связанный химически, кислород образует при сгорании водяной пар (H₂O), который большей частью конденсируется при остывании (в холодное время года его хорошо видно в качестве парового облака у выхлопной трубы).

Состав примесей

Примеси – угарный газ, углеводороды и частично окисленные углеводороды образуются вследствие неполного сгорания, в то время как окислы азота являются результатом побочных реакций с воздухом при любом процессе сгорания. Угарный газ (CO) – газ без запаха и цвета. Он снижает усваиваемость кислорода в крови и тем самым вызывает отравление живых организмов. Поэтому двигатели не должны работать в закрытых помещениях без включённой установки отсоса выхлопных газов.

Углеводороды состоят из недогоревших частей топлива или из вновь образовавшихся углеводородов. Низко-кипящие алифатические углеводороды не имеют запаха. Циклические ароматические углеводороды (бензол, толуол, полициклические углеводороды) обладают запахом. Считается, что при длительном влиянии они вызывают раковые заболевания. Окислившиеся частично углеводороды (альдегиды, кетоны и т.д.) имеют неприятный запах и образуют под влиянием солнечных лучей вещества, которые при длительном влиянии в определенной концентрации вызывают раковые заболевания.

Как NOₓ обозначается смесь окислов азота (в основном NO и NO₂), которая образуется при высоких температурах сгорания из азота и кислорода. NO является веществом без цвета и запаха, которое при реакции с воздухом медленно преобразуется в NO₂. В чистой форме NO₂ является красно-коричневым ядовитым газом с резким запахом. При его концентрации имеющей место в отработавших газах или сильно загрязненном воздухе может привести к раздражению слизистых оболочек.

Катализатор для снижения концентрации вредных веществ СО, СН и NO

Screenshot_69.jpg (105.61 КБ) 29 просмотров

[morskoj]

Каталитическая доработка

На токсичность двигателя можно воздействовать в трёх местах. Первое вмешательство можно произвести при подготовке топливной смеси перед двигателем, второе – в самом двигателе (например, оптимизация камеры сгорания) и третье – в последующей доработке отработавших газов на выпуске двигателя. В последнем случае речь идет в основном о сжигании неполностью сгоревшего топлива. Дожигание производится с помощью катализатора. Он способствует последующему догоранию CO и CH, преобразуя их в безвредные углекислый газ (CO₂) и воду (H₂O), а также производит одновременное снижение находящихся в отработавших газах окислов азота (NOₓ), преобразуя их в нейтральный азот (N). Каталитическая доработка является более эффективной, чем, например, чисто термическое дожигание вредных веществ в горячем пламени. При помощи катализатора можно преобразовать свыше 90% вредных веществ в безвредные.

Трёхкомпонентный катализатор производит одновременную доработку всех трёх вредных веществ CO, CH и NOₓ. Он оснащён трубчатым каркасом из керамики, которая имеет слой благородных металлов, состоящий преимущественно из платины и родия (рис.2). При прохождении отработанного газа через керамику платина и родий ускоряют химический процесс нейтрализации вредных веществ. Оснащение катализатором требует использования бензина без содержания свинца, потому что он разрушает каталитическое действие благородных металлов. Этот способ предпосылает оптимальный состав смеси, то есть стехиометрический состав, характеризующийся коэффициентом избытка воздуха α = 1. Только при таком значении α катализатор работает с высоким коэффициентом полезного действия (рис 3). Даже отклонение в 1% ведет к значительному влияние на последующею обработку. Удерживание состава смеси постоянным в пределах незначительны допусков параметрическим управление невозможно; для этого необходимо точно работающее, почти безынерционное регулирующее устройство. Причина заключается в том, что управление составом смеси производит расчет и измерение подачи топлива, но не контролирует результат. Регулирование состава смеси, напротив, замеряет состав отработавших газов и использует эти замеры для корректировки рассчитанной подачи топлива.

Эффективность каталитической доработки отработавших газов при помощи Лямда-регулирования.

Screenshot_70.jpg (129.77 КБ) 27 просмотров