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.

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.

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.