Как работает система нейтрализации выхлопных газов автомобиля?

Проблема загрязнения воздуха и окружающей среды не нова – первые серьезные изменения были отмечены еще в 70-х годах прошлого века. Однако сегодня, спустя почти полвека, ситуация значительно усугубилась: автомобильного транспорта стало значительно больше, вместе с ним возросла концентрация вредных веществ и соединений, попадающих в атмосферу мегаполиса и вызывающих у сограждан серьезные нарушения здоровья.

Борьба за чистоту воздуха привела к созданию так называемых нейтрализаторов для двигателей бензинового и дизельного типа. Сегодня такие системы часто интегрированы в бортовую электронику транспортного средства. Что это за системы и как они работают? Рассмотрим детально.

Выхлопные газы

Во время работы различные системы автомобиля (ДВС, топливная, вентиляционная, а также ходовая часть) выделяют вредные вещества в виде газа и мелкодисперсной пыли. Часть из них – неядовитые соединения, которые содержатся в обычном воздухе. Другая часть является ядовитыми, токсичными и канцерогенными веществами, которые не только негативно влияют на окружающую среду, но и разрушают здоровье человека.

Основные загрязнители:

1. СО (он же – оксид углерода, или угарный газ) не имеет цвета и запаха, однако приводит к патологии ЦНС, угнетению сердечно-сосудистой и дыхательной системы, и в концентрации 0,3% от объема воздуха приводит к летальному исходу. Возникает он в результате неполного сгорания топлива.
2. СН (углеводороды) – обширная группа соединений с общей структурой, которые возникают при неполном или недостаточно быстром сгорании топлива. К ним относятся парафин, олефин, альдегид, формальдегид, бензол, толуол, ксилол и прочие полициклические соединения. Эти мутагены и канцерогены разрушают органы дыхания и способствуют росту и развитию раковых клеток, в том числе рака крови – лейкемии.
3. NОх (окислы азота) – основная причина возникновения кислотных дождей, так как при соединении с водой образуются азотная и азотистая кислоты. Это один из серьезных канцерогенов, вызывающих раковые опухоли. Ядовитый газ разрушает органы дыхания и накапливается в крови. Образуется в момент сгорания топлива.
4. SОх (оксиды серы) аналогично предыдущему химическому элементу. При контакте с водой образуют серную и сернистую кислоты. В состоянии газа вызывает патологию органов зрения и дыхания.
5. Н2S (сероводород) — вызывает общее отравление организма, возникает при использовании низкокачественного топлива с высоким содержанием серы.
6. NH3 – аммиак – вызывает слепоту и ожоги верхних дыхательных путей.
7. Частицы сажи – продукт неполного сгорания топлива и масла. В основном, проблема возникновения канцерогена характерна для дизельных двигателей.
8. Мелкодисперсные частицы пыли углеводорода, серы, тяжелых металловменее опасны, так как способны отфильтровываться непосредственно организмом.
9. Дым синего или белого цвета – продукт испарения масла дизельных двигателей.
10. СО2 – углекислый газ – вызывает угнетение ЦНС, сердечно-сосудистой системы и органов дыхания, при содержании в атмосфере 6% от общего объема воздуха приводит к летальному исходу.
11. Прочие, незначительные, но не менее опасные составляющие выхлопных газов: метан, закись азота, фторуглеводород, гексафторид серы.

В современном законодательстве проблема экологии и нормы предельно допустимых выхлопных газов для автотранспортных средств регулируются техрегламентом Таможенного союза ТР ТС 018/2011 в поправке от 11.07.2016. Однако с 11 ноября 2018 и в него будут внесены поправки, ну а пока допускаются следующие предельные показатели: СО — 85 г/кВт•ч, НС — 5 г/кВт•ч, NO — 17 г/кВт•ч.

А к обязательным компонентам автомобилей относятся системы нейтрализации отработавших газов, в том числе сменные каталитические нейтрализаторы (за исключением систем нейтрализации на основе мочевины).

Решение для бензиновых двигателей

Системы нейтрализации выхлопных газов автомобиля бывают двухкомпонентными и трехкомпонентными, причем последние появились сравнительно недавно. Как устроена и работает данная система?

Принцип действия

Работа нейтрализатора заключается в окислении токсичных веществ при помощи катализаторов, в результате чего продукты неполного сгорания топлива дожигаются или разлагаются на безвредные химические элементы и вещества.

Активными компонентами (катализаторами) выступают драгоценные металлы — палладий, платина. Популярны и менее затратны катализаторы на основе оксида меди, кобальта, никеля, ванадия, марганца, железа, алюминия. Нередки катализаторы на основе сплавов стали нержавеющей или легированной, бронзы или латуни.

Конструкция

Основные элементы нейтрализатора – корпус из нержавеющей жаропрочной стали, внутренняя поверхность которой выстлана терморасширительной прокладкой. Внутри бака — газоподводящий и отводящий цилиндр и ячеистые соты, на которые нанесен слой вещества — катализатора.

1. Ячеистые соты, на которые наносится катализирующий состав, могут быть выполнены из керамики. Такие нейтрализаторы в качестве катализатора используют тонкий слой из драгоценных редких металлов. Это самый дорогостоящий вид систем нейтрализации отработанных газов.
2. Менее дорогой вариант – ячеистые соты, выполненные методом пайки из тонкой металлической фольги с покрытием из одного из видов вышеназванных составов. Такая система более эффективна, ведь площадь ячеистых сот значительно больше, чем у керамических, а следовательно, способно обработать больший объем отработанных газов.

Устройство в автомобильных системах и порядок работы

Системы нейтрализации выхлопных газов располагаются в непосредственной близости от ДВС, под днищем транспортного средства. Через шарнирное соединение нейтрализатор подсоединяется к выпускному коллектору с одной стороны, и выхлопной системе – с другой.

Для обеспечения качественной химической реакции с участием кислорода системы нейтрализации используют воздушные насосы или виброклапаны. При разогреве системы нейтрализации до 400-800 градусов CO (оксид углерода) и CH (углеводороды) под действием катализаторов превращаются в углекислый газ и воду. Близкое расположение нейтрализаторов к ДВС позволяет снизить количество NОх (окисла азота) сразу после запуска двигателя.

Обратную связь с блоком управления автомобиля нейтрализатору обеспечивают лямбда-зонды, специальные кислородные датчики, или четырехгазовые анализаторы, которые на входе и выходе из системы определяют уровень кислорода и качество очистки выхлопных газов.

Решение для дизельных двигателей

Аналогично бензиновым двигателям, дизели имеют системы нейтрализации выхлопных газов. Однако главной проблемой остается сажа: не до конца сгоревшее топливо под действием химических процессов превращается в твердые мелкодисперсные частицы — канцерогены.

Нейтрализаторы решить эту проблему не способны. Поэтому перед тем, как выхлопной газ попадет в систему нейтрализации, он проходит очистку сажевым фильтром.

Конструкция

Аналогично нейтрализатору, фильтр имеет ячеистые соты, которые в шахматном порядке закрыты накопительными перегородками-фильтрами частиц. Для каждого производителя автомобиля с дизельным двигателем используется своя система контроля данного параметра.

Среди видов таких фильтров можно выделить:

• DPF – накопительные фильтры;
• DPNR – фильтры, дожигающие твердые частицы;
• FAP – фильтры с цериевыми присадками для очистки от сажи;
• DPF или SCR – фильтры с присадкой AdBlue, разлагающие NOx (окислы азота) на безвредный азот и водяной пар.

Проблемы системы нейтрализации выхлопных газов

Все вышеописаные системы характерны для автомобилей импортного производства и моделей последнего поколения. Для отечественного автопрома с карбюраторами установка нейтрализатора не популярна, не пользуется спросом, а также может быть весьма накладна.

Существенная стоимость систем нейтрализации выхлопных газов при их выходе из строя на импортных автомобилях чаще всего приводит к попытке избавиться от такой «нужной» детали.

А выйти из строя он может по ряду причин:

• Использование некачественного или «улучшенного» присадками топлива;
• Попадание в рабочую полость топлива или масла;
• Нестабильная работа двигателя;
• Механические повреждения корпуса;
• Резкий перепад температур на корпусе.

Предугадать точный пробег нейтрализатора невозможно: на одних машинах он едва ли переваливает за 100 тыс. км, на других отлично ведет себя при пересечении отметки в 200 тысяч.

Как решить проблему системы нейтрализации выхлопных газов? Не стоит спешить и демонтировать нейтрализаторы, ведь борьба за экологию только началась. Кроме того, что могут возникнуть непредвиденные поломки, которые не сможет диагностировать «обманутая» электроника, требования к выхлопам при прохождении ТО ужесточаются, а значит, не все владельцы смогут его пройти. Да и токсичные выхлопы и канцерогены смогут в большой концентрации попасть в салон и нанести непоправимый вред здоровью водителя и пассажиров.

Гораздо целесообразнее проводить своевременную профилактическую проверку состояния нейтрализатора и сажевого фильтра и при возникновении критической для работы поломки или неисправности – заменить на новый. Ведь суммарная стоимость устранения возникших по причине отсутствия этого важного элемента неполадок может быть существенно выше.

Глушитель: устройство, тюнинг, работа, виды, ремонт

При работе двигателя автомобиля образуются продукты сгорания, которые отличаются высокой температурой и токсичностью. Для их охлаждения и отвода из цилиндров, а также для снижения уровня загрязнения окружающей среды в конструкции предусмотрена система выпуска отработавших газов. Другая функция данной системы — уменьшение шума, возникающего при работе двигателя. Выпускная (выхлопная) система состоит из последовательной цепи элементов, каждый из которых выполняет определенную функцию.

Причины поломки глушителя:

1. 1. Высокий температурный режим внутри системы, около 600 °C. Температура, способствует прогоранию метала;
   2. В результате активного воздействия внешней среды (вода, грязь, перепады температур);

Выхлопные газы и дорожное покрытие – два злейших врага выхлопной трубы

1. Основным врагом глушителя автомобиля является низкое качество топлива, которое содержит много разных примесей. Что способствует не только быстрому прогоранию, но и загрязнению катализатора, который очищает выхлопные газы от примесей.
2. Неверно настроенные параметры системы зажигания (повышенное содержание CO).

Основные элементы выхлопной системы

Конструкция выхлопной системы становится более сложной, но с каждой новой моделью машины она включает в себя все те же элементы.

Коллектор

Приемная труба является промежуточным звеном между двигателем машины и нейтрализатором (катализатором). Коллектор отвечает за вывод газов. Так как в этом случае идет очень сильная механическая и температурная нагрузка, которая может доходить до 1000 градусов, то к этой части глушителя предъявляются довольно строгие требования. Поэтому при изготовлении приемной трубы используют только самые лучшие сплавы чугуна и стали.

Также на этой детали иногда устанавливают вибро-компенсатор (гофру), благодаря которому вибрация двигателя гасится и не переходит дальше по выхлопной системе.

Нейтрализатор

В каталитическом нейтрализаторе (или катализаторе) происходит «дожиг» несгоревших остатков топлива и переработка окиси углерода. Этот элемент выхлопной системы представляет собой специальную камеру или бачок, в котором расположен керамический или металлический элемент в виде сот. Благодаря этим сотам газовые смеси очищаются за счет химических реакций.

Сейчас производители начали изготавливать многосекционные нейтрализаторы, отвечающие всем международным стандартам, которые производят обработку большего спектра вредных веществ.

Передний глушитель (резонатор)

Резонатор – по сути, является одной из тех деталей, которые принято называть глушителями. Этот элемент выполняет функцию снижения шума, но никак не очистки выхлопных газов. Когда газы проходят через резонатор, создается много шума. Поэтому внутренняя «начинка» переднего глушителя представляет собой многочисленные решетки и отверстия, которые позволяют снизить скорость вырывающихся газов, а также вибрацию. По большому счету резонатор – это бак с перфорированной трубой.

Передние глушители бывают:

• Активными. Такие глушители изготавливаются из специальных звукопоглощающих материалов, а их конструкция отличается простотой.
• Реактивными. В глушителях этого типа используются комбинации из расширительных, а также резонаторных камер.

Не стоит путать резонатор с задним глушителем, так как их конструкция сильно отличается.

Задний глушитель

Когда мы говорим «глушитель» то чаще всего в виду имеется именно задняя часть выхлопной системы. Этот элемент производит окончательное поглощение шума, а также осуществляет завершающий вывод газов.

В отличие от резонатора, внутренняя «начинка» заднего глушителя неоднородна. Внутри него установлено несколько камер со специальными наполнителями. Благодаря пористой структуре, системе перегородок и воздуховодам удается не только избавиться от сильного шума, но снизить температуру в системе.

Говоря о снижении шума, нельзя обойти стороной другой тип системы, который снижает повышенный шум в выхлопной трубе.

Конструкция системы выпуска

Основной задачей системы выпуска является эффективный отвод отработавших газов из цилиндров двигателя, снижение их токсичности и уровня шума. Зная, из чего состоит выхлопная система в автомобиле, вы сможете лучше понимать принципы ее работы и причины возможных неполадок. Устройство стандартной выхлопной системы зависит от вида используемого топлива, а также от применяемых экологических стандартов. Выхлопная система может состоять из следующих элементов:

• Выпускной коллектор — выполняет функцию отвода газов и охлаждения (продувки) цилиндров двигателя. Он выполняется из термостойких материалов, поскольку температура выхлопных газов в среднем варьируется от 700°С до 1000°С.
• Приемная труба — представляет собой трубу сложной формы с фланцами для крепления к коллектору или турбонагнетателю.
• Каталитический нейтрализатор (устанавливается в бензиновых двигателях экологического стандарта Евро-2 и выше) — устраняет из отработавших газов наиболее вредные компоненты CH, NOx, СО, преобразуя их в водяной пар, углекислый газ и азот.
• Пламегаситель — устанавливается в системах выпуска отработавших газов автомобилей вместо катализатора или сажевого фильтра (в качестве бюджетной замены). Он предназначен для снижения энергии и температуры потока газов, выходящих из выпускного коллектора. В отличие от катализатора, не снижает количество токсичных компонентов в отработавших газах, а лишь снижает нагрузку на глушители.
• Лямбда-зонд — служит для контроля уровня кислорода в составе отработавших газов. В системе может быть один или два кислородных датчика. На современных двигателях (рядных) с катализатором устанавливается 2 датчика.
• Сажевый фильтр (обязательная часть системы выхлопа дизельного двигателя) — удаляет сажу из выхлопных газов. Может совмещать в себе функции катализатора.
• Резонатор (предварительный глушитель) и основной глушитель — снижают уровень шума выхлопных газов.
• Трубопроводы — соединяют отдельные элементы выхлопной автомобильной системы в единую систему.

Читайте также: Назначение системы EGR и особенности ее работы

Функции глушителя

Глушитель создан для того, чтобы снижать уровень шума, который возникает в процессе переработки газов и воздуха и выведения их в атмосферу. Второй основной функцией этого инструмента является преобразование энергии от переработанных газов, уменьшение их температуры и снижение скорости.

Несколько камер разного размера, которые разделяет перегородка, реализуют расширение и сужение потока. Это происходит благодаря диафрагменному отверстию, также именуемому дросселем.

Кроме этого, в глушителе предусматривается изменение изначального направления потока этих самых переработанных газов. Именно это помогает погасить высокочастотных звуковых колебаний.

Конструкция автомобильных глушителей постоянно претерпевает изменения, хоть общий принцип работы и сама конструкция остается неизменной уже много десятков лет. Сегодня это не обычная металлическая «банка» а полноценная система, которая обеспечивает правильную работу двигателя автомобиля. Именно поэтому, если из глушителя начинает идти пар или раздаются хлопки, необходимо незамедлительно производить диагностику и ремонт этого немаловажного узла.

Источник Источник Источник Источник Источник http://neauto.ru/kak-rabotaet-sistema-nejtralizacii-vyhlopnyh-gazov-avtomobilja/
Источник Источник Источник http://nivovod.ru/ekspluatatsiya-i-obsluzhivanie/sistema-vypuska-otrabotavshih-gazov-ustroystvo-i-printsip/