ᐉ Катализаторы для дизельных двигателей
Дизельные двигатели всегда работают с избытком воздуха и в силу конструкции имеют небольшие выбросы СО и углеводородов. В результате в дизельном двигателе не хватает СО для восстановления оксидов азота в традиционных катализаторах. По этой причине в дизельных двигателях нельзя устанавливать катализаторы тройного действия. Для дизельных двигателей нужно было разработать совершенно новые концепции очистки ОГ. Уменьшения концентрации вредных веществ лишь за счет внутримоторных технологий уже недостаточно. Ниже описаны некоторые новые, внешние системы очистки ОГ для дизельных двигателей.
Дизельный катализатор
Рис. Дизельный катализатор
Традиционный дизельный катализатор представляет собой обычный окислительный катализатор для нейтрализации оксида углерода и углеводородов. В качестве благородных металлов для окисления используются платина и частично палладий. Из-за высокого содержания кислорода в ОГ процессы окисления в катализаторе протекают очень эффективно.
СН и СО окисляются уже при температурах выше 160°С.
Поскольку частицы захватывают также углеводороды и оксид углерода, то прилипающие к частицам вредные компоненты нейтрализуются. С использованием окислительных катализаторов нельзя существенно снизить собственно выбросы частиц. Пройдя через катализатор, частицы становятся примерно на 30% легче, поскольку в нем нейтрализуются содержащиеся в частицах и прилипшие к ним углеводороды и оксид углерода. Зерна сажи остаются. Для соблюдения предельных значений Евро-2 и Евро-3 это уже был пройденный путь. Для выполнения же требований Евро-4 и других стандартов этого уже недостаточно.
SCR-катализатор (Катализатор с селективным каталитическим восстановлением)
С появлением нормы Евро-4 значительно снизились предельные концентрации вредных компонентов и для грузовых автомобилей. По сравнению с Евро-3 для оксидов азота это означает уменьшение на 30%, а по выбросам частиц — даже на 80%. С 2005 года в Европе была серийно запущена технология SCR-Для стандарта Евро-5 дополнительно требуются датчики NOx и аммиака (Nh4).
Новые системы в сочетании с сажевыми фильтрами обеспечивают большой потенциал и для использования в легковых автомобилях. Следует обратить внимание, что накопительные SCR-катализаторы не только имеют точку начала температурного скачка (около 200°С), но и не позволяют достичь достаточной степени нейтрализации выше определенной температуры (около 450°С).
Сочетание сажевого фильтра, рециркуляции ОГ и систем катализаторов, работающих по принципу селективного каталитического восстановления (SCR), готово к пуску в серийное производство, а у некоторых автопроизводителей этот вопрос уже решен.
Эти катализаторы называют также SINOx-катализаторами. Покрытие катализатора состоит из V205/TiO2 (оксида ванадия или диоксида титана) или V205/W02/TiO2 (оксида ванадия, диоксида вольфрама или диоксида титана). Для восстановления оксидов азота нужно впрыскивать восстановитель в ОГ перед катализатором. Он превращает оксиды азота в N2 и Н2O. Степень нейтрализации составляет около 90% NOx. В качестве восстановителя используется газообразный или растворенный в воде аммиак (Nh4) или мочевина ([СО (Nh3)2]).
Разложение раствора мочевины происходит в гидролизном катализаторе (полное нейтрализация Nh4 и СO2). В качестве гидролизных катализаторов можно использовать как отдельные оксиды металлов — AL2O3 и CO2 (анатас) так и имеющиеся в катализаторе оксиды благородных металлов. Химические реакции превращения оксидов азота начинаются примерно при 200°С и протекают по следующим уравнениям:
4 NO + 4 Nh4 + O2 —> 4 N2 + 6 h3O
6 NO2 + 8 Nh4 -> 7 N2 + 12 h3O.
Рис. Комбинированная система очистки ОГ [источник: Bosch]
Технология SCR базируется на добавке, впрыскиваемой в поток ОГ. В качестве добавки используется 32,5% водный раствор мочевины (±0,5%), находящийся в отдельном баке. Водный раствор мочевины называют AdBlue, он специфицирован стандартом DIN 70070. Расход AdBlue составляет около 4-6% расхода топлива. Раствор мочевины впрыскивается в поток ОГ, где она под воздействием температуры и содержащейся в ОГ воды выделяет аммиак.
Аммиак превращает образующиеся при сгорании оксиды азота в SCR-катализаторе в молекулярный азот и воду.
Точная дозировка добавки, зависящая от нагрузки и оборотов — один из центральных факторов регулировки системы. Отношение мочевины к дизельному топливу составляет около 6:100. Дозировка в основном зависит от температуры катализатора и общих выбросов NOx. Однако учитываются и обменные реакции NOx, поглощение Nh4 в катализаторе, температура наддувочного воздуха и влажность воздуха. Впрыск добавки происходит согласно характеристике. Очистка ОГ на базе технологии SCR позволяет снизить выбросы оксидов азота на 80% и кроме того, уменьшает выбросы частиц примерно на 40%.
Благодаря технологии SCR грузовые автомобили легко выполняют жесткие требования по содержанию NOx стандарта Евро-4 и даже Евро-5.
Для оптимальной реакции в катализаторе важна точная дозировка и регулирование впрыска мочевины. Для этого необходимы датчики, измеряющие температуру, концентрацию, электропроводность и уровень заполнения раствора мочевины, и передающие данные в реальном времени в систему контроля SCR.
Измерение температуры важно потому, что при -11 °С раствор замерзает, а замерзшая мочевина расширяется примерно на 10%. При слишком сильном падении температуры бак и трубопроводы необходимо обогревать. Отдельные компоненты системы должны быть рассчитаны на давление замерзшей мочевины. Выше порядка 40°С стабильность AdBlue низка, и может потребоваться дополнительное охлаждение добавки.
Важную роль играет новый датчик мочевины. Если датчик фиксирует сильно отличающуюся, например, явно слишком малую концентрацию мочевины в баке, то впрыск прекращается. Концентрация определяется по принципу электропроводимости раствора.
Таким образом, можно распознать как слишком низкий уровень заполнения, так и (по косвенным признакам) наличие посторонних веществ в баке. Эта информация может отображаться на панели приборов или обрабатываться системой OBD. Возможен также механизм контроля, автоматически снижающий мощность двигателя на 30-50%, если в баке оказывается слишком мало мочевины. Возможно два варианта датчиков.
Так называемый DT-датчик находится в выпускном трубопроводе между бачком с мочевиной и насосом и измеряет концентрацию, электропроводимость и температуру протекающего раствора мочевины. DLT-датчик — многофункциональный датчик, находящийся непосредственно в бачке и контролирующий уровень заполнения.
При недостаточной температуре или времени реакции в системе SCR могут образовываться нежелательные побочные продукты (например, сульфат аммония или гидросульфат аммония). Эти побочные продукты могут деактивировать катализатор. Если после SCR-катализатора установить окислительный катализатор, то возникает опасность повторного образования NOx. Проблематичной является дозирование мочевины или аммиака при непостоянных условиях эксплуатации двигателя. Здесь кроется самая большая проблема для запуска серийного производства. Системы очень чувствительно реагируют на ошибочные дозы. Если ввести слишком мало мочевины, то ограничится степень нейтрализации, если ввести ее слишком много, то некоторая часть восстановителя будет выброшена неизрасходованной.
Это приводит к появлению неприятного запаха и новым выбросам вредных веществ. Подача восстановителя происходит в зависимости от характеристики.
Концерн Mercedes-Benz для своих новых дизельных катализаторов использует добавку под названием BluTec, похожую на AdBlue. Еще одной альтернативой, которую можно использовать в качестве добавки, является «Denoxium». Это смесь водного раствора мочевины и аммонийной добавки. Ее свойства очень похожи на свойства AdBlue, но температуру замерзания можно понизить до -35 °С. В качестве добавки можно также использовать мочевину в твердой форме. Проблемой в этом случае является образование токсичных паров, если автомобиль загорится. Для применения в легковом автомобиле опробуется впрыск мочевины с воздухом. В таблице приведено сравнение возможных восстановителей на основе мочевины.
Таблица. Сравнение восстановителей для SCR-катализаторов
Основной проблемой всех новых систем катализаторов является их чувствительность к сере.
Особенно у накопительных катализаторов пространства для оксидов азота могут быть заняты и серой, из-за чего резко падает способность катализатора к аккумулированию NO4. Уже при небольшом пробеге имеет место отравление серой и нейтрализации оксидов азота оказывается недостаточно. Эта проблема касается бензиновых и дизельных двигателей. На рисунке изображена основная зависимость степени нейтрализации от содержания серы в топливе.
Рис. Характеристика степени нейтрализации в зависимости от содержания серы в топливе
Прочие системы катализаторов для дизельных двигателей
Катализатор CH-SCR (Катализатор с СН-селективным каталитическим восстановлением)
Функцию аммиака, как восстановителя, могут выполнять и другие, безазотные восстановители — например, углеводороды, которые всегда содержатся в выхлопе в известной концентрации. При необходимости можно впрыскивать дополнительный восстановитель (топливо) либо сразу после сжигания в камеру сгорания или непосредственно перед катализатором в систему выпуска.
Удаление оксидов азота происходит путем восстановления имеющихся углеводородов. Чтобы система работала оптимально, необходимо определенное соотношение СН и NOx. Степень нейтрализации может составлять до 60% NOx. При температуре ниже 100°С поглотительная способность системы очень мала, а свыше 350°С могут окислиться используемые цеолиты (щелочные силикаты алюминия). До сих пор известно два основных способа: низкотемпературные катализаторы на базе платины и высокотемпературные катализаторы на базе цеолитов.
Рис. Преобразование СН
На рисунке показана зависимая от температуры картина нейтрализации молекул СН.
Селективная рециркуляция оксидов азота (SNR)
Еще один перспективный вариант — селективная рециркуляция оксидов азота. В NO-адсорбере со щелочным или щелочноземельным покрытием улавливаются и отфильтровываются оксиды азота NCK Во время накопления оксиды азота каталитически окисляются. Затем в камеру сгорания возвращается NO, где преобразуется.
Оксиды азота NOx улавливаются уже при температуре ОГ 150°С, а отдаются лишь при 350°С.
Плазменная технология и микроволновая индукция
При плазмоиндуцированной очистке в отработавших газах создаются радикалы. Радикалы запускают реакции разложения или превращения вредных компонентов. Отработавшие газы проходят через реактор, в котором высокоэнергетические электроны создают радикалы. Плазма — это газ, ионизирующийся при подаче электрического напряжения. Из-за большого количества свободных электронов она обладает высокой химической активностью. Эта активность используется для проведения реакций, для которых потребовалось бы большое количество энергии при значительно более низких температурах. Помимо восстановления оксидов азота также происходит уменьшение выбросов частиц. Преимуществом этих систем является независимость от температуры ОГ и мгновенное действие при включении плазмогенератора. Таким образом, система может начать работать сразу после холодного пуска.
Для снижения вредных выбросов также апробируются технологии с микроволновой индукцией. По микроволновому нагреву уже есть перспективные наработки и небольшие прототипы, но еще требуется прояснить множество моментов:
- обеспечение надежного экранирования микроволновой энергии;
- обеспечение электромагнитной совместимости (ЭМС) системы в целом;
- обеспечение достаточно большой микроволновой энергии без дополнительной нагрузки на бортовую сеть;
- обеспечение достаточно компактной конструкции для встраивания в автомобиль.
Приемлемые решения и в этой системе появятся лишь через несколько лет.
Что делать если залил некачественное топливо? Для владельцев Land Rover, Porsche, Mercedes-Benz — автосервис Royal World Service.
Некачественное топливо на отечественном рынке распространяется повсеместно. В первом квартале 2022 года Госэкоинспекция собрала более миллиона гривен штрафов за топливо низкого качества, которое не соответствует требованиям. Однако сейчас проверки АЗС и вовсе прекращены. Во время военного положения в Украине контроль качества топлива не проводится. В условиях дефицита топлива факты реализации низкосортного топлива фиксируются все чаще. По словам аналитиков, такой бензин изготавливают в кустарных условиях с использованием обезвоженного спирта.
Как определить некачественный бензин или дизель?
- Потеря мощности двигателя
- Пропуски зажигания
- Снижение эффективности катализатора
- Неустойчивая работа мотора
- Повышенная дымность
Если вам залили плохое топливо, автомобиль это почувствует и даст вам соответствующий сигнал.
В зависимости от степени качества реакция систем авто будет варьироваться. Чем ниже качество топлива, тем серьезней будет проблема с машиной. А еще, чем больше раз вы заправитесь некачественным бензином, тем тяжелее будут последствия.
В самом мягком случае, первый признак использования некачественного топлива — потеря мощности двигателя. Если плохое топливо заправляется не впервые, а его качество критически плохое, появляется ошибка P0420 (снижение эффективности катализатора), мигает лампа Check Engine (пропуски зажигания), работа двигателя становится неровной, повышается дымность.
Всего 2-3 раза заправиться плохим дизелем или бензином достаточно, чтобы получить такие последствия. С дальнейшим залеганием (залипанием) колец, сильному забиванию топливных форсунок, забиванию топливного фильтра, потере давления в топливе. Если заправиться сильно плохим бензином, но ранее использовать нормальное топливо, первое в чем чувствуется влияние — проблемы в топливной системе. Финальные стадии этого накопительного процесса — неправильное сгорание в топливо-воздушной смеси и забивание катализаторов глушителя.
Что будет если регулярно использовать некачественное топливо?
- Выход из строя топливной системы
- Быстрый износ свечей зажигания
- Появление царапин и задиров
В первую очередь идет износ топливной системы, достаточно быстро она просто выходит из строя. Параллельно выходят из строя свечи зажигания. Далее, в результате неправильного сгорания, отложения на цилиндрах и на поршнях могут косвенно появляться задиры. Сначала мелкие царапины, потом — полноценные задиры на цилиндрах. Это имеет накопительный эффект.
Когда используется плохое топливо, когда горит Check Engine по катализатору, и владелец игнорирует, катализатор может трескаться и разрушаться. Когда он разрушается, на определенных нагрузках идет обратная тяга в двигатель.
Что делать если появились симптомы использования плохого топлива?
Первая вариант — самый легкий. Если последствия заправки некачественным топливом достаточно легкие, например потеря мощности, можно обойтись простым доливом качественного топлива. Находите хороший бензин и доливаете его к плохому, чтобы заполнить бак до конца. Мощность вернется на нормальный уровень. В будущем заливайте качественное топливо и все будет в порядке.
Второй вариант — более сложный. Когда возникают ошибки Check Engine. Это значит, что вам залилили критично плохое топливо. Его настоятельно рекомендуется слить. Если есть чеки, не надо ехать на машине. Не заводим, вызываем эвакуатор, едем на станцию. Желательно в Royal World Service, на диагностику.
Третий вариант — самый тяжелый. Если двигатель троит, идут перебои, не работает какая-то форсунка, нужна соответствующая диагностика. Выкрутить свечи и проанализировать их состояние. Если свечи мокрые, это значит, что один из цилиндров двигателя не работает.
Значит, форсунка не распыляет топливо (просто льет, прокапывает). Из-за плохого состава такое топливо либо плохо воспламеняется, либо сгорает, но при сгорании образуются смолы, которые залипают на всем цилиндре. В этом случае нужно сливать все топливо, менять топливный фильтр, чистить форсунки. Конкретный план мер обслуживания составляется по результатам диагностики в профессиональном автосервисе.
Из-за некачественного топлива происходит также коксование (залегание колец). Когда топливно не полностью сгорает и остаются разные смолы, которые оседают на поршневой группе (на поршнях, самих цилиндрах и кольцах), тогда идет залегание колец. В таком случае масло начинает сгорать в самом цилиндре, что дает повышенную дымность и расход масла.
Стоит ли использовать присадки для топлива?
На СТО Royal World Service есть присадки для дизеля. Они повышают октановое число и мягко чистят топливную систему.
Мягкие присадки заливаются на полный топливный бак и владелец эксплуатирует авто с этим баком, пока оно не закончится. Все это время топливная система постепенно себя очищает. Сделайте 2 раза такую процедуру — и топливная система будет чистая.
Жесткие химические присадки заливаются сложнее, на стенде и со снятием форсунок.
Авто ставится на стенд и прочищается система. Это жесткая очистка. Сильная химия хорошо растворяет жесткие частички, которые есть в топливной системе. Но есть вероятность, что отложение оторвется и забьет форсунку.
Использование присадок — это серьезно. К этому нужно подходить с умом и учитывать индивидуальные качества автомобиля. Если у него уже есть какие-то проблемы, нужно взвешенно подходить, потому что можно сделать еще хуже. Самолечение не рекомендуется. Использовать такие присадки рекомендуется исключительно после профессиональной диагностики топливной системы.
Машину нужно использовать во всем диапазоне возможностей. Потому что когда потребуется пойти на обгон на высокой скорости, а у вас уже есть микротрещина на патрубке и используется комфортный режим всегда, проблема проявит себя в этот момент.
Использование некачественного дизельного топлива: какие последствия?
Настройка дизельного двигателя, точность всех элементов, намного выше. Потому что бензиновое топливо воспламеняется от свечи накала (возгорается), а дизель воспламеняется от сжатия.
В дизельном двигателе мощность хорошо чувствуется, но из-за того что дизель сам по себе обладает высокой тягой, падение мощности можно не ощутить, особенно сейчас, когда люди в экономном режиме используют автомобиль. И в дизельном моторе стоит еще турбина, которая помогает ему разгоняться. Словом, потеря мощности чувствуется не так сильно, как в бензиновом двигателе. Поэтому в дизельном моторе зачастую при использовании плохого двигателя загорается ошибка Check Engine и горит индикатор вода в топливе. Кроме того, появляется повышенная дымность.
В дизеле каждый элемент системы чувствителен к частицам топлива. Дизельная аппаратура живучая, выходит из строя в диапазоне 50-170 тысяч км. И во время эксплуатации машины там образуется разного рода отложения. Если вы всегда заливали хорошее топливо и регулярно чистили топливную систему, то при использовании плохого топлива сейчас вы наносите дизельной аппаратуре лишь небольшой урон.
Если же вы долго заливали что попало, на разных заправках, без внимания к качеству дизеля, то у вас в топливной аппаратуре накопится много отложений. И сейчас, если вы продолжаете заливать некачественное топливо, или еще хуже по качеству, то будут появляться проблемы. Все имеет накопительный эффект.
В дизеле выходит из строя, как и в бензиновом — топливная система, поршня, форсунки. Все, кроме свечей, так как их в дизельном двигателе нет.
В бензиновой аппаратуре есть только насос высокого давления и есть форсунки. Если это непосредственный впрыск — два насоса высокого давления, форсунки и подкачной насос. Так и в дизеле — в баке есть подкачной насос, есть топливный фильтр, идет насос высокого давления, есть свой насос тонкого контура, который втягивает соляру, два клапана регулировки, датчик давления на топливной рейке, сама топливная рейка, топливные форсунки — и весь этот комплекс работает как единый организм. Если какой-то из этих элементов начинает себя плохо вести из-за плохого топлива, не работает вся система.
Но главная опасность в другом — когда начинает насос высокого давления гнать стружку вследствие износа и длительного срока эксплуатации, он начинает сам себя подгрызать и полностью забивает всю систему. И в этом случае систему почти невозможно вычистить.
Есть такие машины, у которых возникает ограничение скорости из-за использования некачественного топлива, но машина с этим может ездить и владельцы часто игнорируют проблему. Авто едет, вы жмете на педаль газа, и на высоких нагрузках, когда топливный насос работает на пиковых своих значениях, он не может докачать давление, у него идут потери. Идет ошибка ограничения мощности. А там такая штука, что если вы заглушили машину и потом поехали дальше, то она едет без проблем. Пока не дойдет до высоких нагрузок, когда от насосов не потребуется снова пиковых значений. Вот тогда будет ошибка. Если игнорировать это, появится стружка в топливной системе. Через некоторое время придется менять всю топливную систему, а это крайне дорогое удовольствие.
Симптомы использования плохого топлива в дизельном автомобиле:
- Вода в топливе
- Повышенная дымность
- Неустойчивая работа дизельного двигателя
Если дизель начинает троить, нужно его заглушить и вызывать эвакуатор. Не нужно пытаться разбавлять солярку, не нужно рисковать. Можно сделать намного хуже. Например, поймать гидроудар. Если заклинило форсунки в дизельном двигателе, мы рекомендуем прекратить движение и направиться на СТО на эвакуаторе. Если идет некачественная работа двигателя и повышенная дымность либо проявляются иные признаки использования некачественного топлива, вам нужно в Royal World Service.
Если же просто появился Check Engine, звоните на станцию техобслуживания, договаривайтесь о приеме. Наши специалисты проводят диагностику, смотрят как работает топливный насос, как работают форсунки. Сливаем топливо, заливаем присадку и смотрим на поведение двигателя.
Пример из жизни: Дырка в поршне как результат использования некачественного топлива
У Royal World Service есть постоянный клиент, который однажды где-то в другом месте залил некачественное топливо. Он отличается агрессивной манерой езды, но использует 4.4-литровый дизель, один из из самых надежных моторов. После такой заправки, из-за некачественного топлива, полопались все поршни. Трещины были на всех поршнях. И в одном из них благополучно образовалась дырка. Как результат — потеря компрессии, сильная дымность мотора, неровная работа. Мы разобрали мотор, а там дырка, последствие некачественного топлива.
Клиент приехал в салон своим ходом, но если заводишь двигатель, его один неработающий цилиндр колыхает — нестабильная работа двигателя и повышенная дымность.
Мы заглушили, проверили компрессию и в одном цилиндре компрессия была ноль, что говорит о нарушении герметичности поршневой группы. Такой ремонт занимает от 2 до 4 недель, в зависимости от повреждений.
В этом же случае — 3 недели. Сейчас закупается новая поршневая группа. В последних автомобилях отдельно нельзя купить поршень или кольцо для замены. Нужен капитальный ремонт, замена всего шорт-блока двигателя (с коленвалом, цилиндрами, поршнями). Головки отдаются на проверку, турбины на проверку. Ставим все новые шпильки, гайки.
В мирное время владелец этого автомобиля заливал нормальное топливо, а с началом войны, из-за дефицита залил плохой дизель, что было в его распоряжении. Агрессивная эксплуатация автомобиля привела к разрушительным последствиям.
Катализаторы для дизельных двигателейКатализаторы для дизельных двигателей
В. Адди Маевски
Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите под номером , чтобы просмотреть полную версию этого документа.
- Катализатор окисления дизельного топлива
- Селективное каталитическое восстановление
- Адсорберы NOx
- Бедный катализатор NOx (HC-SCR)
Abstract : Первые дизельные катализаторы, представленные в 1970-х годов для подземных горных работ были простыми катализаторами окисления, разработанными для преобразования CO и HC.
Эти катализаторы постепенно превратились в различные специализированные катализаторы окисления дизельного топлива, такие как катализаторы, представленные в 1990-х годах для снижения выбросов твердых частиц. Каталитические технологии, разработанные для контроля выбросов NOx дизельными двигателями, включают катализаторы SCR и катализаторы-адсорберы NOx.
- Каталитические технологии
- Катализатор окисления дизельного топлива
- Катализаторы восстановления NOx
Катализаторы контроля выбросов впервые были установлены на бензиновых двигателях с искровым зажиганием. Технология трехкомпонентного катализатора (TWC), представленная в 1980-х годах, стала неотъемлемой частью стехиометрического двигателя с искровым зажиганием. Катализатор TWC, работающий по принципу неселективного каталитического восстановления NOx с помощью CO и HC, требует, чтобы двигатель работал при почти стехиометрическом соотношении воздух-топливо (A/F) [803] . Современные каталитические системы для бензиновых двигателей (или двигателей, работающих на обогащенном природном газе) включают датчик кислорода и систему управления с обратной связью.
Электронный контроллер, основанный на обратной связи с кислородным датчиком, поддерживает соотношение A/F в узком диапазоне вокруг стехиометрической точки, чтобы обеспечить максимальную эффективность катализатора. В присутствии кислорода трехкомпонентный катализатор становится неэффективным в снижении NOx.
В то время как стехиометрическая работа дизельных двигателей была исследована для определения их пригодности для технологии с трехкомпонентным катализатором, проблемы, связанные с эксплуатацией дизельного топлива со стехиометрическим соотношением воздух-топливо, обходятся дорого. 3370] . Таким образом, коммерческие дизельные двигатели работают на обедненной смеси и содержат высокие концентрации кислорода в выхлопных газах при любых условиях эксплуатации. По этой причине трехкомпонентные катализаторы не используются для контроля выбросов NOx в дизельных двигателях. Выбросы дизельных двигателей, которые можно с высокой эффективностью контролировать с помощью технологий катализаторов окисления, представляют собой CO и УВ, включая такие углеводородные материалы, как органическая фракция (OF) твердых частиц дизельного топлива или многоядерные ароматические углеводороды (ПАУ).
Каталитические системы, разработанные для снижения выбросов NOx в дизельных двигателях, могут работать либо путем накопления бедных NOx с последующим обогащенным восстановлением (катализаторы-адсорберы NOx), либо посредством селективного каталитического восстановления с использованием аммиака (катализаторы SCR), как показано в таблице 1.
| Катализаторная технология | Тип реакции | Целевые выбросы | Коммерческий статус |
|---|---|---|---|
| Катализатор окисления дизельного топлива* | Окисление | CO, HC, PM (OF), запах | Зрелая, широко используемая коммерческая технология. |
| Бедный катализатор NOx (HC-SCR) | Селективное каталитическое восстановление углеводородами | NOx, СО, УВ | Ненадежная технология, коммерческое применение очень ограничено. |
| Катализатор адсорбера NOx | Адсорбция NOx из обедненных выхлопных газов с последующим выделением и каталитическим восстановлением в обогащенной смеси | NOx, СО, УВ | №Сначала применялся в бензиновых двигателях, работающих на обедненной смеси, затем использовался в основном в некоторых дизельных двигателях малой грузоподъемности. |
| Катализатор SCR (NH 3 -SCR/мочевина-SCR) | Селективное каталитическое восстановление аммиаком | NOx | Отработанная коммерческая технология, используемая во многих категориях дизельных двигателей. |
| * DOC также используются для обеспечения перехода NO → NO 2 в системах SCR и сажевых фильтрах. | |||
Целью разработки составов катализаторов раннего дизельного окисления (DOC) была высокая эффективность удаления загрязняющих веществ из газовой фазы, включая окись углерода и углеводороды.
На момент их появления в 1970-х годах выбросы окиси углерода и углеводородов из дизельных двигателей были во много раз выше, чем в современных двигателях. Первые дизельные катализаторы использовались в ограниченном пространстве, например, в подземных горных работах, где качество воздуха было критически важным.
Внедрение топлива с пониженным содержанием серы (< 500 частей на миллион S) позволило добиться сокращения выбросов ТЧ от небольшого до умеренного с помощью DOC. При применении дизельных катализаторов на дорогах в 1990-х годах важной, а в некоторых случаях и единственно важной функцией катализатора стало снижение содержания твердых частиц. Оптимизация характеристик ТЧ катализатора окисления дизельного топлива была основной целью исследований катализаторов в конце 1980-х и начале 1990-х годов. Эти дизельные катализаторы используются в некоторых дизельных двигателях средней и большой мощности в США и в дизельных двигателях малой мощности в ЕС.
Ряд норм выбросов, которые вступили в силу в конце 2000-х и начале 2010-х годов, включая стандарты США 2010 и Euro V для большегрузных дорожных двигателей, US Tier 2 и Euro 5 для двигателей малой грузоподъемности, а также US Tier 4 и EU Stage IV.
для внедорожных двигателей — законодательно установленные уровни выбросов NOx, требующие высокоэффективных катализаторов восстановления NOx. Например, предельное значение NOx в США в 2010 г., равное 0,2 г/л.с.-ч, представляет собой сокращение примерно на 90% по сравнению со стандартом 2004 г. Эти стандарты выбросов были соблюдены при использовании катализаторов мочевины-SCR и, в некоторых случаях, с катализаторами-адсорберами NOx.
###
Как работает дизельный преобразователь?
15.11.2019 0 комментариев
В нашей последней статье — Как работает каталитический нейтрализатор? — мы объяснили, что происходит в типичном трехходовом преобразователе на автомобиле с газовым двигателем. Однако автомобили с дизельным двигателем немного отличаются. Выбросы такие же, но есть определенные аспекты дизельного двигателя, которые требуют немного другого подхода, когда речь идет о очистке выхлопных газов. (Заранее извиняюсь за все трехбуквенные сокращения, содержащиеся в этой статье.) Разница между дизельными и газовыми двигателями…Дизельные двигатели принципиально отличаются от бензиновых двигателей. Газовые транспортные средства (автомобили с двигателем внутреннего сгорания) используют искру для воспламенения топлива. Дизель, с другой стороны, использует сжатие для воспламенения топлива. Этот метод требует высокого отношения воздуха к топливу, чтобы присутствовало много кислорода для обеспечения полного воспламенения. Дизельные двигатели обычно более эффективны, чем газовые двигатели, но этот «бедный» метод сжигания создает проблемы для катализатора. Устройство дизельного нейтрализатора…Катализатор окисления дизельного топлива (DOC) В каждой дизельной системе должен быть катализатор окисления дизельного топлива. DOC обычно является наименьшим компонентом дизельного нейтрализатора, но также и с самой высокой ценностью рециркуляции; большая часть платины и палладия находится в этой секции конвертера. Это почти всегда первый компонент в выхлопной системе. Дизельный сажевый фильтр (DPF)Карбид кремния DPF Дизельные двигатели выделяют дополнительные загрязняющие вещества, которых нет у двигателей внутреннего сгорания: твердые частицы (или «сажа»). DPF предназначен для улавливания этих твердых частиц за счет использования монолита стенового потока, который состоит из чередующихся открытых/закрытых каналов, что позволяет твердым частицам попадать в конвертер со стороны входа и удерживает их до тех пор, пока они не будут разрушены и удалены. Регенерация аналогична процессу окисления в DOC, где органический материал сжигается с образованием CO2 и воды. Чтобы помочь на этапе регенерации, DPF загружен небольшими количествами платины и палладия, которые помогают катализировать реакцию. Кроме того, DPF необходимо нагреть до высокой температуры, что позволит саже сгореть и пройти через стенки фильтра и выхлопную трубу. Регенерация обычно контролируется бортовым компьютером автомобиля. Селективное каталитическое восстановление (SCR)Катализатор SCR может вызвать недоумение у некоторых покупателей преобразователя. Эта секция дизельного конвертера обычно самая большая, но, тем не менее, имеет очень маленькую рециркуляционную ценность. Это компонент, который выполняет восстановление газов NOx. В трехкомпонентном конвертере родий является драгоценным металлом, который катализирует реакцию восстановления; который преобразует NOx в газообразный азот и кислород. Вместо этого SCR использует присадку, называемую «жидкостью для выхлопных газов дизельных двигателей» (DEF), которая состоит из аммиака или мочевины. Керамический монолит по-прежнему содержит каталитические материалы, но они обычно не имеют ценности для вторичной переработки. DEF вместе с каталитическими материалами способны адекватно удалять NOx из выхлопных газов. Некоторые катализаторы SCR содержат небольшую секцию в задней части печенья, называемую «катализатором аммиачной проскальзывания», которая содержит небольшое количество платины. Его цель состоит в том, чтобы сжечь любой избыток аммиака из DEF. Как правило, количество платины на этом участке настолько мало, что перерабатывать ее экономически невыгодно. Другим методом снижения содержания NOx в дизельной системе является процесс, называемый рециркуляцией выхлопных газов. SCR и DPF всегда находятся после DOC, но положение любого из них можно поменять местами. Например, система Ford, изображенная выше, имеет SCR перед DPF, но также нередко можно увидеть DPF перед SCR. Переработка дизельных каталитических нейтрализаторов. Дизельные двигатели представлены во многих формах; от личного транспорта и коммерческого транспорта до тяжелой техники и промышленного применения. Существует поразительное разнообразие размеров, конфигураций и содержания драгоценных металлов, о которых следует знать при покупке дизельных нейтрализаторов. Размер печенья может ввести в заблуждение, и не всегда легко определить, какой компонент является ценным DOC или бесполезным SCR. Нашим покупателям и поставщикам предоставляются инструменты, необходимые для принятия обоснованных решений при ценообразовании дизельных нейтрализаторов, при этом новые дизельные двигатели тестируются по мере их появления. |
Покупателю конвертера лома полезно иметь представление о том, что делает каждый компонент дизельного конвертера и как он влияет на стоимость переработки.
Это то, что превращает окись углерода в двуокись углерода, а также расщепляет любое неизрасходованное топливо. Функционально этот аспект дизельной каталитической системы работает так же, как и в газовой каталитической системе.
в процессе, называемом «регенерация».
Однако из-за высокого содержания кислорода в дизельных выхлопах родий не может эффективно уменьшить выбросы NOx в дизельном конвертере. Поэтому дизельные нейтрализаторы обычно НЕ содержат родий.
Этот процесс не требует катализатора SCR или DEF, поэтому не все дизельные автомобили обязательно будут иметь бисквит SCR.