Строительные машины и оборудование, справочник






Нейтрализация выпускных газов двигателей


Категория:
   Устройство и работа двигателя


Нейтрализация выпускных газов двигателей

Снижения уровня выбросов токсичных веществ с выпускными газами двигателей можно достичь воздействием на рабочий процесс с целью уменьшения образования этих веществ в процессе сгорания, оборудованием двигателя системами нейтрализации выпускных газов и применением топлив, в продуктах сгорания которых содержится меньше токсичных веществ. При оценке эффективности перечисленных способов исходят из стремления получить выбросы токсичных веществ в допустимых пределах без снижения мощности и экономичности двигателя при минимальном повышении стоимости силовой установки с двигателем.

Применяемые в настоящее время способы воздействия на рабочий процесс для снижения токсичности двигателя приводят, как правило, к уменьшению его мощности и увеличению расхода топлива, а кроме того, в двигателях с принудительным воспламенением не обеспечивают пока допустимого уровня токсичности выбросов. Поэтому установки с двигателями оборудуют системами нейтрализации, в которых предусматривается снижение концентрации токсичных веществ воздействием на рабочий процесс и применением устройств для нейтрализации и очистки газов в выпускном трубопроводе — нейтрализаторов и очистителей.

В термических и каталитических нейтрализаторах происходят химические реакции, в результате чего уменьшается концентрация газовых компонентов токсичных веществ. Механические и водяные очистители применяют для очистки выпускных газов от механических частиц (сажи) и капелек масла. Последние используются редко.



Термический нейтрализатор представляет собой камеру сгорания, которая размещается в выпускном тракте двигателя для дожигания продуктов неполного сгорания топлива (СН и СО). Он может устанавливаться на месте выпускного трубопровода и выполнять его функции. Реакции окисления СО и СН протекают достаточно быстро при температуре свыше 830° С и при наличии в зоне реакций несвязанного кислорода. Термические нейтрализаторы применяют на двигателях с принудительным воспламенением, в которых необходимая для эффективного осуществления термических реакций окисления температура обеспечивается без подачи дополнительного топлива. И без того высокая температура выпускных газов у этих двигателей повышается в зоне реакции в результате догорания части СН и СО, концентрация которых значительно выше, чем у дизелей.

Термический нейтрализатор состоит из корпуса с подводящими (выпускными) патрубками и одной или двух жаровых труб-вставок из жаропрочной листовой стали. Хорошее перемешивание дополнительного воздуха, необходимого для окисления СН и СО, с выпускными газами достигается интенсивным вихреоб-разованием и турбулизацией газов при перетекании через отверстия в трубах и в результате изменения направления их движения системой перегородок. Для эффективного догорания СО и СН требуется достаточно большое время, поэтому скорость газов в нейтрализаторе задается невысокой, вследствие чего объем его получается сравнительно большим.

Чтобы предотвратить падение температуры выпускных газов в результате теплоотдачи к стенке, выпускной трубопровод и нейтрализатор покрывают тепловой изоляцией, устанавливают тепловые экраны в выпускных каналах, размещают нейтрализатор по возможности ближе к двигателю. Несмотря на это, для прогрева термического нейтрализатора после пуска двигателя требуется значительное время. Для сокращения этого времени повышают температуру выпускных газов, что достигается обогащением горючей смеси и уменьшением угла опережения зажигания, хотя и то, и другое повышает расход топлива. К таким же мерам прибегают для поддержания стабильного пламени на переходных режимах работы двигателя. Уменьшению времени до начала эффективного окисления СН и СО способствует также жаровая вставка.

В каталитических окислительных нейтрализаторах (при наличии избыточного кислорода в выпускных газах) с катализаторами из благородных металлов — платины, платины и палладия, платины и родия — достаточно высокая скорость окисления СО и СН обеспечивается при сравнительно невысоких температурах, значительно меньших, чем в термическом нейтрализаторе. Оксид углерода окисляется в СО2 при 250…300 °С, углеводороды, бензопирен, альдегиды — при 400…450 °С; при этом у выпускных газов почти исчезает неприятный запах. При температуре 580 °С сгорает сажа. Катализаторы на базе обычных металлов уступают катализаторам из благородных металлов по активации процессов окисления при невысоких температурах, поэтому в двигателях их не применяют.

Для увеличения поверхности контакта с газами катализатор наносится тонким слоем на поверхность носителя из кремнезема или глинозема в виде шариков или на поверхность монолитного носителя с ячейками. Носитель с катализатором помещают в корпус, который может быть объединен с глушителем шума выпуска. Выпускные трубопроводы и корпус каталитического нейтрализатора обмазывают теплоизоляцией, чтобы, как и в термических нейтрализаторах, уменьшить теплоотдачу от выпускных газов.

Рис. 1. Термический нейтрализатор-дожигатель: 1 — выпускные патрубки двигателя; 2 — выход выпускных газов из нейтрализатора; 3 — подвод дополнительного воздуха а — с шариковым носителем; б — с ячеистым монолитным носителем; 1 — лопатки; 2 — пробка; 3—камера восстановления NO*; 4 — подвод дополнительного воздуха; 5 — камера окисления СН и СО

В нейтрализаторах для легковых автомобилей применяют платину и палладий. В случае использования этилированного бензина активность катализатора быстро падает ввиду отложений свинца.

В каталитическом и термическом дожигателях для окисления СН и СО требуется несвязанный кислород в выпускных газах, поэтому в системы нейтрализации двигателей с принудительным воспламенением, которые могут работать на богатых смесях, входит устройство для подвода дополнительного воздуха к выпускным газам. Количество дополнительного воздуха составляет приблизительно 25 % расхода воздуха двигателем.

При наличии кислорода в выпускных газах и при их достаточно высокой температуре окисление СН и СО происходит и в выпускном трубопроводе. Поэтому дополнительный воздух целесообразно подводить в выпускной канал в головке цилиндра. Подвод дополнительного воздуха и тепловая изоляция выпускных трубопроводов позволяют заметно уменьшить выбросы СН и СО и тогда, когда нейтрализатор не применяют.

В случае установки термического или окислительного каталитического нейтрализатора выбросы СН и СО удается снизить до установленных норм. Концентрация оксидов азота не меняется или изменяется очень незначительно. Для уменьшения концентрации оксидов азота в системах с окислительными нейтрализаторами осуществляют рециркуляцию выпускных газов. С этой целью выпускные газы (до 10 % объема свежего заряда) отбирают из выпускного трубопровода, охлаждают и направляют во впускную систему.

Рис. 2. Комбинированный каталитический нейтрализатор:

В настоящее время двигатели с принудительным воспламенением на легковых автомобилях оборудуют чаще всего системами нейтрализации, которые включают каталитический окислительный нейтрализатор, систему подачи дополнительного воздуха и систему рециркуляции выпускных газов. Степень нейтрализации СН достигает в окислительном нейтрализаторе с платино-палладиевым катализатором 85%, а СО — 93 %. Степень нейтрализации оценивают отношением разности концентраций токсичных компонентов на входе в нейтрализатор и на выходе из него к их концентрации на входе.

Каталитические нейтрализаторы с восстановительной средой используют иногда в системах для уменьшения выбросов оксидов азота. Восстановление N0 с образованием N2 возможно при достаточно высоком содержании СО в выпускных газах: 2N0 + 2C0-*N2 + 2C02.

Каталитический нейтрализатор с восстановительной средой целесообразно применять в комбинации с окислительным каталитическим нейтрализатором для окисления СН и СО. Дополнительный воздух подводится в этом случае в окислительный нейтрализатор, который устанавливают после восстановительного.

В каталитическом нейтрализаторе с катализатором из благородных металлов можно снизить до установленных норм выбросы всех трех токсичных газовых составляющих (СН, СО и NOr), но лишь при условии, что состав горючей смеси отличается от стехиометрического (при коэффициенте избытка воздуха а=1) не более чем на 1 %. Такие нейтрализаторы называют трехкомпонентными. Наилучшие результаты получены с платинородиевыми катализаторами. Современные карбюраторы и системы впрыскивания бензина с топливными насосами не обеспечивают такого узкого диапазона состава смеси на всех рабочих режимах, поэтому требуется специальная система регулирования подачи топлива.

Рис. 3. Комбинированный нейтрализатор выпускных газов: 1— термический нейтрализатор; 2—каталитический нейтрализатор; 3 — клапан; 4 и 6 — датчики; 5 — замедлитель импульсов; 7 — глушитель

Возможны также комбинации термического нейтрализатора с каталитическим в двух вариантах: 1) первым устанавливается каталитический нейтрализатор для нейтрализации N0*, а вторым — термический для дожигания СН и СО; 2) первым устанавливается термический, а вторым — окислительный каталитический для дожигания СН и СО (рис. 3). Дополнительный воздух для окисления СН и СО подводится во второй нейтрализатор.

Читать далее:

Категория: - Устройство и работа двигателя

Главная → Справочник → Статьи → Форум



Разделы

Строительные машины и оборудование
Для специальных земляных работ
Дорожно-строительные машины
Строительное оборудование
Асфальтоукладчики и катки
Большегрузные машины
Строительные машины, часть 2,
Дорожные машины, часть 2
Ремонтные машины
Ковшовые машины
Автогрейдеры
Экскаваторы
Бульдозеры
Скреперы
Грейдеры Эксплуатация строительных машин
Эксплуатация средств механизации
Эксплуатация погрузочных машин
Эксплуатация паровых машин
Эксплуатация экскаваторов
Эксплуатация подъемников
Эксплуатация кранов перегружателей
Эксплуатация кузовов машин
Крановщикам и стропальщикам
Ремонт строительных машин
Ремонт дорожных машин
Ремонт лесозаготовительных машин
Ремонт автомобилей КАмаЗ
Техническое обслуживание автомобилей
Очистка автомобилей при ремонте
Материалы и шины