15 Вопрос: Термические нейтрализаторы

Первоначально термические нейтрализаторы применялись для снижения токсичности отработавших газов при работе на очень богатых смесях (>3 % СО) в присутствии дополнительно пода­ваемого воздуха с целью полного удаления вредных примесей в результате воздействия высоких температур (>900 °С) горения в термическом реакторе. По оценкам потери топливной экономичности при этом достигали 30—40 %. Кроме того, дополнительные потери экономичности при этом связаны с необходимостью установки мощного воздушного компрессора и к тому же возникает почти неразрешимая проблема прочности материалов для деталей реактора, работаю­щих в условиях высоких эксплуатационных температур с при­сутствием свинца и фосфора.

В связи с указанными проблемами исследования в области термических нейтрализаторов, проводящиеся в последнее время, связаны с их использованием при работе двигателей на топливо-воздушных смесях, состав которых беднее стехиометрического. Это может дать возможность обеспечить работу автомо­биля с высокой топливной экономичностью, отказаться от уста­новки воздушного компрессора и увеличить срок эксплуатации нейтрализаторов. Проблемой при этом является обеспечение вы­сокой температуры отработавших газов и сохранение ее в реакторе нейтрализатора для того, чтобы необходимые реакции могли произойти за время нахождения этих газов в реакторе. При про­должительности пребывания отработавших газов в реакторе от 50 до 100 мс для уменьшения содержания в них углеводородов при­мерно на 50 % по сравнению с их содержанием в отработавших газах на входе в реактор температура газов должна быть около 700 °С, а при 750—800 °С можно достичь практически полного превращения углеводородов. При более низких температурах продуктом горения в основном является СО, а при более высоких температурах — С02. Окисление СО является более сложным делом. Для превращения большей части СО тре­буются температуры около 850 °С. Реакции в термических нейтрализаторах тормозятся свинцом, содержащимся в топливе

Термические нейтрализаторы представляют собой камеру, в которой при высокой температуре окисляются СО и СН. При работе двигателя на обогащенной смеси, требуется подача воздуха перед нейтрализатором. При работе на обеднённой смеси температура будет не высокой и требуется дополнительный прогрев нейтрализатора. Термический нейтрализатор начинает работать при температуре 600 гр, что существенно выше, чем у каталитических нейтрализаторов. Кроме этих требований, нужны более прочные и жаростойкие материалы, стойкость к высокой коррозионной агрессивности. Не получили широкого распространения.

Ранее отмечалось, что нейтрализатор не работает на режимах прогрева двигателя, т.к. температура в нём не достаточно высока, кроме того, двигатель в это время работает на обогащенных смесях и в отработанных газах нет достаточного количества кислорода, необходимого для окисления СН в нейтрализаторе.

Для ускоренного прогрева нейтрализатора уменьшается угол опережения зажиганием, или электрическим подогревом нейтрализатора путём сжигания перед ним топлива в горелке, или подачи воздуха в, поток отработанных газов с помощью специального насоса.

Рис. Методы подогрева нейтрализатора: 1 — топливная форсунка, 2 — нейтрализатор, 3 — свеча для поджигания смеси, 4 — воздушный насос

В некоторых системах используют «стартовый» нейтрализатор, который устанавливается перед или параллельно основному. При параллельном расположении весь поток отработанных газов направляется в стартовый нейтрализатор, который быстро прогревается и начинает эффективно работать.

После прогрева двигателя поворотом заслонки поток газов направляется в основной нейтрализатор. На рисунке приведена одна из схем построения системы с параллельным и основным нейтрализаторами.

Рис. Система со стартовым нейтрализатором: 1 — двигатель, 2 — стартовый нейтрализатор, 3 — глушитель, 4 — основной нейтрализатор, 5 — кислородный датчик (лямбда-зонд), 6 — заслонка

При очистке отработанных газах дизельных двигателей внимание уделяется сокращению содержания твёрдых частиц и оксидов азота (NOx).