внедрение нейтрализаторов выхлопных газов автомобилей относятся к

01.01.202431.07.2022 admin 0 Comments

внедрение нейтрализаторов выхлопных газов автомобилей относятся к

Системы нейтрализации выхлопных газов машины

Статья о нейтрализации выхлопов на бензине и дизеле: состав выхлопных газов, системы нейтрализации. В конце статьи — видео о том, что делать с запахом выхлопа в салоне. Статья о нейтрализации выхлопов на бензине и дизеле: состав выхлопных газов, системы нейтрализации. В конце статьи — видео о том, что делать с запахом выхлопа в салоне.

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:

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.

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:

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:

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.

Видео о том, что делать с запахом выхлопа в салоне:

Системы нейтрализации выхлопных газов

При современном уровне развития техники наиболее эффективным способом снижения токсичности выхлопа является нейтрализация токсичных компонентов отработавших газов с использованием химических реакций окисления и (или) восстановления. С этой целью в выпускную систему двигателя устанавливают специальный термический реактор (каталитический нейтрализатор). Постоянное повышение экологических требований к выбросам вредных веществ заставляет автопроизводителей совершенствовать системы нейтрализации.

Системы нейтрализации бензиновых двигателей

Для решения этой проблемы было найдено несколько способов. Первый, сравнительно простой – расположить нейтрализатор не под днищем автомобиля, а поближе к выпускному коллектору. Так появились катколлекторы, в которых два узла объединены в один. Для более быстрого прогрева их изготавливают не из чугуна, а из тонкой стали. Чтобы уменьшить потери тепла предусматривается теплоизоляция.

Ускорить прогрев нейтрализатора можно и другим способом – добавить в выхлопные газы воздуха с одновременным обогащением топлива. Таким образом «лишняя» горючая смесь, догорая вне цилиндра, повышает температуру отработанных газов, а они, в свою очередь, быстрее нагревают нейтрализатор. В двигателях с непосредственным впрыском того же эффекта добиваются подачей дополнительной порции бензина во время рабочего хода. Есть и третий способ – разогрев нейтрализатора электрическим термоэлементом.

Повысить точность работы системы нейтрализации удалось добавлением второго датчика кислорода. Первый предназначен для контроля качества смеси – богатая она или бедная. А по показаниям второго контроллер более точно корректирует работу системы топливоподачи. Еще более совершенными являются широкополосные датчики – они способны определять, насколько соотношение воздуха и бензина отличается от стехиометрического.

Произошли изменения и в материале изготовления сот нейтрализатора. Мы привыкли к тому, что их изготавливают из керамики. Но она имеет ряд недостатков – в силу своей хрупкости не переносит тряски и ударов, быстро разрушается некачественным топливом или в случае нарушений в работе ЭСУД. В настоящее время все больше применяются соты из металлической проволоки. Они медленнее прогреваются и имеют меньшую рабочую поверхность, зато легко переносят механические воздействия и высокие температуры. Очень важно также то, что металлические соты создают намного меньшее сопротивление потоку выхлопных газов.

Еще одну проблему пришлось решать для современных двигателей с непосредственным впрыском, которые способны работать на бедных смесях. При этом достигается заметная экономия топлива, однако количество оксидов азота в выхлопных газов также значительно возрастает. Обычный нейтрализатор не в состоянии с ними справиться. Поэтому в выпускную систему дополнительно вводится NO-накопитель. Конструктивно он практически не отличается от обычного нейтрализатора, за исключением веществ, которыми покрываются его соты. Оксиды калия, стронция, циркония, кальция, лантана, бария задерживают оксиды азота. Периодически рабочая смесь обогащается, и накопленные вредные вещества выжигаются, разлагаясь при этом на азот и углекислый газ. Располагается накопитель после нейтрализатора, так как для его работы нужна более низкая температура (около 400 градусов).

Системы нейтрализации дизельных двигателей

Другой подход нужен к дизелям. Здесь приходится бороться с углеводородами, оксидами азота и сажей (твердыми частицами). Сажевые фильтры придуманы давно. В первых конструкциях накопившуюся сажу периодически выжигали при температуре около 600 градусов, кратковременно обогащая смесь. Но при этом увеличивался выброс других вредных веществ. Поэтому в современных конструкциях сажевый фильтр объединили с окислительным нейтрализатором. Одно устройство и оксиды азота разлагает, и сажу сжигает, причем при более низкой температуре (около 250 градусов).

Для очистки выхлопа грузовиков дополнительно применяется технология SCR (Selective Catalitic Reduction). Ее суть – периодический впрыск в нейтрализатор раствора мочевины (AdBlue). Там она превращается в аммиак и вступает в реакцию с оксидами азота. В результате образуются безвредные азот и вода.

Однако возможности ученых и изобретателей не безграничны. Нормы Евро-6, по всей видимости, – предел, достижимый современными ДВС. А дальше придется искать другие экологически чистые источники энергии.

Практические рекомендации

Во время и после работы двигателя корпус нейтрализатора имеет достаточно высокую температуру. В связи с этим, во избежание пожара, не следует парковать автомобиль над легко воспламеняющимися предметами, например сухими листьями, травой, бумагой и т.д.

Следует соблюдать основные правила, направленные на предупреждение ситуации, когда в нейтрализатор может попасть значительное количество несгоревшего топлива. В этом случае возможная вспышка может привести к его разрушению.

Наиболее общие рекомендации таковы:

Нейтрализатор отработанных газов. Устройство и принцип действия

В составе выхлопных газов автомобиля содержится довольно много токсичных веществ. Для предотвращения их попадания в атмосферу используется специальное устройство, получившее название “каталитический нейтрализатор” (более известный как “катализатор”). Он устанавливается на автомобилях, оснащенных двигателями внутреннего сгорания, работающих как на бензине, так и на дизельном топливе. Зная принцип работы катализатора, вы сможете понять важность его работы и оценить последствия, которые может вызвать его удаление.

Принцип работы

Постоянные усилия разработчиков по улучшению процессов сгорания, оптимизации управления системами двигателя достигли определённой точки, при которой требовались новые методы и способы для уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу многочисленными автомобилями. Разработаны и применяются т.н. нейтрализаторы отработанных газов, которые устанавливаются в выпускной системе. В настоящее время используются нейтрализаторы нескольких типов:

В каталитических процесс нейтрализации интенсифицируется за счёт применения катализаторов, а в термических — за счёт высокой температуры с добавлением воздуха к отработанным газам.

Каталитические нейтрализаторы

Каталитические нейтрализаторы называют окислительными, т.к. они предназначены для окисления СО и СН, находящихся в отработанных газах. За короткое время, пока газы проходят через нейтрализатор, все реакции должны завершиться при температуре 250 — 800 град.

При температуре менее 250 град, эффективность нейтрализатора мала, а при температуре выше 1 000 гр. происходит «спекание» мелких кристаллов платины и разрушение активной поверхности, т.е. дезактивация нейтрализатора.

Рис. Окислительный нейтрализатор

На рисунке представлена конструкция каталитического нейтрализатора. 1 — керамическая пористая основа с нанесённым покрытием из платины и родия, 2 — изоляционные и теплоотводящие компоненты, 3 — датчик содержания кислорода в отработанных газах. Дезактивация катализатора особенно велика в первые 20 тыс.км. Особенно быстро дезактивация наступает при использовании этилированного бензина. Повторим, что рабочая температура в нейтрализаторе 400-700 гр., поэтому для быстрого прогрева и эффективной работы нейтрализатор располагают ближе к выпускному коллектору. Такое расположение является положительным фактором при холодном пуске и прогреве двигателя — нейтрализатор быстрее начинает работать, но при этом повышается его эксплуатационная температура, а это может способствовать дезактивации катализатора.

Блок-носитель каталитического нейтрализатора делают из керамики сотовой структуры, гофрированной фольги из нержавеющей стали или в виде сферических гранул из оксида алюминия, которые укладывают в металлический цилиндр, закрытый по торцам сетками. На поверхность носителя наносится каталитический материал и помещают внутрь корпуса из нержавеющей жаропрочной стали. Между блоком-носителем и корпусом ставится терморасширяющаяся прокладка. Для уменьшения вибрационных нагрузок нейтрализатор присоединяется шарнирными соединениями или компенсаторами колебаний.

Рис. Эффективная зона работы нейтрализатора

На рисунке показана зона эффективной работы нейтрализатора. Заштрихованная область — зона «стехиометрической» смеси, по оси абсцисс (В) отображено отношение «воздух-топливо», по оси ординат (А)-эффективность работы нейтрализатора.

В зоне «богатых» смесей — от 10 до 14,6 преобладают высокие концентрации оксида азота(NОх) и низкие СО и СН. Нейтрализаторы, преобразующие СО, СН, N0, называют трёхкомпонентными или бифункциональными. Для нейтрализации смеси оксида азота, получающегося в процессе сгорания смеси, используются реакции его восстановления до азота N2 и аммиака NH3. В материалах, служащих катализатором при нейтрализации вредных веществ, используются платина, палладий, родий и др.

Трёхкомпонентные нейтрализаторы являются окислительными и восстановительными. В связи с тем, что состав вредных веществ резко меняется в зависимости от «обогащения» или «обеднения» топливовоздушной смеси, необходимо поддерживать работу двигателя в районе «стехиометрической» смеси.

Для выполнения такой задачи используется электронное управление работой двигателя с системой обратной связи (замкнутая система). Датчики, обеспечивающие работу обратной связи, называются: лямбда зондами (отношение «воздух-топливо») и устанавливаются до и после нейтрализатора, а также термометры газов в зоне процессов нейтрализации и окисления вредных веществ.

Термические нейтрализаторы

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). Приведём краткое описание некоторых способов очистки ОГ, применяемых в дизельных двигателях.

Фильтр твёрдых частиц используется для сбора и их дальнейшей регенерации. Используется с окислительным нейтрализатором. Перед и после нейтрализатора и фильтра твёрдых частиц устанавливаются датчики давления и температуры, по которым косвенным способом определяется загрязнение элементов. Далее ЭБУ двигателем переводит работу двигателя на разные режимы для запуска системы регенерации твёрдых частиц.

Накопительный нейтрализатор NOx

Накопительный нейтрализатор NOx собирает на своей поверхности оксиды азота, а затем конвертирует их в азот (N2). При холодном пуске отработанные газы нагреваются для сокращения количества NOx. ЭБУ двигателем периодически обогащает, а затем обедняет рабочую смесь и, тем самым, создаёт условия для разложения оксидов азота.

Каждой норме – свой уровень очистки

Требования Еuro 5 действуют в Европе с сентября 2008 г., сменив действовавшие с 2006 г. более лояльные нормы Еuro 4. Но в 2013 г. должны вступить в силу требования Euro 6, в которых предусмотрено снижение в 3 раза содержание NOx и в 2 раза – объема выбросов твердых частиц по сравнению с нынешними.
Введение норм выбросов в первую очередь мотивируется качеством окружающего нас воздуха, которое с каждым годом вызывает все большие тревоги. Конечно, современный автомобиль несравненно меньше загрязняет окружающую среду и меньше потребляет топлива, чем это было даже 10 лет назад, – прогресс налицо. Значительно возросла доля дизельного и газового транспорта, который наносит менее значительный урон экологии, чем бензиновый. В 1990 г. среди приобретаемых автомобилей доля дизельных в Западной Европе составляла всего 14%. Уже в 2006 г. был превышен 50%-ный рубеж, и разница в пользу «дизелей» с каждым годом нарастает. Все новые автомобили с дизельными двигателями, которые с 2004 г. после внедрения стандартов Еuro 4 еще могли быть не оборудованы системой фильтрации, сокращающей выброс сажи и твердых частиц в атмосферу, сейчас уже при выпуске оснащаются фильтром твердых частиц (DPF).

Техническим исполнением требований Euro 4/5 явилось внедрение систем рециркуляции выхлопных газов (EGR/ AGR) в сочетании с применением сажевого фильтра. Такая комбинация существенно уменьшает выбросы NOx и твердых частиц. Для снижения выбросов СО, несгоревших углеводородов, частиц сажи устанавливают также системы селективной каталитической нейтрализации (Selective Catalytic Reduction, SCR) и системы структурной оптимизации процесса горения BlueTec.

Сегодня используются обе системы. С конструкционной точки зрения технология EGR (Exhaust Gas Recirculation) несколько проще, чем SCR, и, что немаловажно, ощутимо дешевле. Но, к сожалению, нормы Euro 5 гораздо легче достичь, используя SCR. Да и с точки зрения эксплуатационных затрат: в странах ЕС автомобилям с SCR предоставляются налоговые льготы.

К преимуществам EGR, как уже говорилось, относятся низкая стоимость приобретения и отсутствие необходимости заправки реагентом, что проявляется в большой популярности системы у владельцев личного транспорта.

Недостатков же у EGR значительно больше: для выполнения требований Euro 5 экономически невыгодно использовать рециркуляцию выхлопных газов, т. к. это приводит к повышению тепловой нагрузки на двигатель и, следовательно, резко растет износ деталей двигателя. Это, в свою очередь, сказывается на быстром засорении масла продуктами износа и окисления. Для противодействия преждевременному старению возникает необходимость использовать дорогие специальные марки масел, рассчитанные на тяжелые условия «жизнедеятельности».

Еще одним следствием является, как правило, более интенсивная работа системы охлаждения, и, что уж совсем плохо, повышается расход топлива в среднем на 3–6%. Использование сажевого фильтра увеличивает затраты на техническое обслуживание транспортного средства. Повышается риск выхода автомобиля из строя в связи со снижением пропускной способности фильтра. Риск повреждения катализатора в большой мере зависит от качества дизтоплива, а точнее, от процентного содержания в нем серы. Серный конденсат, образующийся при рециркуляции, вызывает засорение каналов, «отравляет» катализатор и быстро снижает эффективность очистки.

Необходимым элементом, обеспечивающим функционирование системы SCR, является реагент AdBlue, который представляет собой 32,5%-ный водный раствор мочевины. Это нетоксичная жидкость. AdBlue дозированно подается в поток сжатого воздуха, с помощью которого этот распыленный раствор попадает в выхлопную трубу. При контакте с горячими выхлопными газами AdBlue разлагается на аммиак и двуокись углерода СО. Свободный аммиак в каталитическом нейтрализаторе SCR реагирует с NOx, в результате образуются безвредный азот и водяной пар.

Серийный бак для AdBlue, устанавливаемый на грузовиках, вместимостью 90 л, обеспечивает каталитический процесс на пробеге в 5,2–7 тыс. км. На расход AdBlue в значительной мере влияет влажность воздуха: низкая влажность увеличивает расход, высокая – уменьшает, а также температура окружающего воздуха. При жаркой погоде расход будет выше, чем при холодной. Безусловно, влияние на расход имеет и характер эксплуатации – загрузка, рельеф местности и даже манера вождения.

Методика проверки

Если возникли подозрения на неисправность нейтрализатора, необходимо проверить давление газов перед нейтрализатором. Холостой ход — не более 0,9 bar и режим нагрузок (примерно 3000 оборотов) не более 2,5 bar. Если нет измерительного манометра — просто выкрутить кислородный датчик для выпуска отработанных газов. Если двигатель запустился, значит нейтрализатор «забит». Признаком неисправности нейтрализатора служат раскалённые газы, идущие из выпускной системы; перегрев двигателя и «хлопки» во впускной коллектор.

Общее устройство и основные принципы действия системы SCR

В настоящее время практически каждый автопроизводитель предлагает собственную по конструкции систему SCR, однако все они работают на единых принципах. В большинстве ТС данная система включает в себя несколько компонентов и подсистем:

Основной реагент хранится в бачке, откуда с помощью насосного блока по трубопроводу поступает к форсунке, расположенной на определенном расстоянии от входа в катализатор, где разбрызгивается и смешивается с потоком горячих газов. В катализаторе происходят описанные выше химические реакции, обеспечивающие снижение содержания соединений азота. Количество и интенсивность подачи реагента регулируется электронным блоком системы SCR, который работает совместно с электронным блоком управления двигателем. Отдельные детали системы следует рассмотреть подробнее.

Система подачи и дозирования реагента. Обычно данная система выполнена в виде насосного блока (или модуля питания), располагающегося непосредственно на бачке или на небольшом расстоянии от него. В блоке располагается насос, обратный клапан, датчик давления жидкости (в некоторых случаях — и датчик уровня реагента) и нагревательные элементы. Подающий патрубок насоса соединен с бачком, на его конце располагается сетчатый фильтр. Насосный блок связан с блоком управления системой SCR.

Форсунка для впрыска реагента. Специальная форсунка (или рампа с несколькими форсунками), расположенная в направляющей трубе перед входом в катализатор. Форсунка соединена с насосным блоком нагнетательной магистралью. Обычно ось форсунки расположена под углом 30 градусов относительно оси трубы. Для обеспечения более качественного смешивания реагента с выхлопными газами за форсункой может располагается смеситель в виде решетки или более сложной конструкции.

Система подогрева жидкости. Данная система охватывает бачок, модуль питания с насосом и все трубопроводы системы, включая и нагнетательную магистраль. Нагревательные элементы выполнены в виде спиралей, располагающихся внутри насосного блока и бачка, и в виде оплетках на трубопроводах. В современных транспортных средствах данная система может управляться собственным контроллером.

Катализатор в глушителе. Катализатор выполнен в виде блока сотовой структуры (с мелкими отверстиями, повышающими площадь контакта выхлопных газов с катализатором), изготовленного из специальных сортов керамики. На катализатор могут наноситься покрытия из платины и других материалов, обеспечивающих более интенсивное течение химических реакций.

Электронная система контроля и управления. В основе системы лежит центральный ЭБУ и связанные с ним датчики — температуры жидкости в бачке, температуры выхлопных газов на входе и выходе из катализатора, уровня жидкости в бачке, а также концентрации оксидов азота на выходе из катализатора. Данная система, в свою очередь, работает под контролем ЭБУ силового агрегата.

Системы нейтрализации выхлопных газов

Нейтрализатор отработанных газов. Устройство и принцип действия

Назначение

Нейтрализатор отработанных газов предназначен для нейтрализации вредных веществ, находящихся в отработанных газах выпускной системы.

Принцип работы

Каталитические нейтрализаторы

Рис. Окислительный нейтрализатор

Рис. Эффективная зона работы нейтрализатора

Термические нейтрализаторы

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

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

Накопительный нейтрализатор NOx

Расположение

После выпускного коллектора сразу в подкапотном пространстве или под днищем автомобиля. Обычно снизу дополнительно защищен металлической сетчатой пластиной.

Неисправности

Засоряется от некачественных (или несгоревших) топлив и масел. Разрушается при уларах. Обычно двигатель не запускается при правильности всех параметров, т.к. отработанным газам некуда выходить — выпускная система забита.

Методика проверки

Ремонт

Нейтрализатор отработанных газов ремонту не подлежит. Пробивать отверстие в нейтрализаторе нельзя, можно разрезать и удалить все внутренности, что не приветствуется по причине нарушения экологических норм выброса отравляющих веществ. Лучше заменить на новый, как обычный сменный элемент со своим сроком службы (примерно 150 тыс.км.).

Системы нейтрализации отработавших газов: дорогая наша экология

Мир свихнулся на экологии.

Парниковый эффект, озоновые дыры, глобальное потепление и затемнение. Ученые приводят цифры и демонстрируют графики, политики подписывают протоколы. И хотя споры о том, насколько различные выбросы в атмосферу изменяют климат планеты, ведутся до сих пор, автопроизводители уже давно на острие борьбы за чистоту воздуха.

Все потому что общие климатические трансформации — это одно, а экология в городах, особенно мегаполисах, — несколько иное.

В итоге приходится признать: современные компоненты очистки выхлопных газов разрослись до отдельных систем, плотно интегрированных в бортовую электронику. Если топливо качественное, и автомобиль еще новый, проблем с ними обычно нет. Однако с годами они могут появиться. Речь идет не только о «чековании», или электронных ошибках.

Выход из строя каталитических нейтрализаторов способен привести к куда большим неприятностям, вплоть до необходимости восстановления поршневой группы двигателя.

Не нужно считать, что скопления углеводородов (CH) и окислов азота (NOx), под воздействием солнечного света и химических реакций превращающихся в смог, — примета лишь современности.

Первое упоминание об удушливых облаках, повисающих над городом, относится к 1942 году.

В 1970 году был принят закон, по которому для автомобилей 1975 модельного года строго регламентировалось процентное содержание CH, NOx и окиси углерода (CO). В это же десятилетие к законодательному регулированию вредных выбросов пришли в Европе и Японии.

Каталитические нейтрализаторы, или конвертеры (в народе просто катализаторы), появились как раз в первой половине 70-х и, как вы понимаете, автопроизводители США какое-то время здесь были на передовых ролях. Что любопытно, помимо непосредственного снижения токсичности выхлопа эти устройства потянули за собой модернизацию сразу нескольких направлений развития автомобилестроения. Это обуславливалось самим принципом их действия, который, кстати, не изменился до сих пор.

Экология — двигатель прогресса

Металлический бочонок, расположенный между выпускным коллектором и глушителями-резонаторами, имеет внутри продольные соты, на чью поверхность нанесен слой специального вещества, являющегося катализатором. Не будем погружаться в школьный курс химии. Скажем лишь, что в качестве последнего, превращающего вредные CO и CH в углекислый газ и воду, используется платина с добавлением палладия. Такие катализаторы назывались двухкомпонентными, то есть способными нейтрализовать всего пару токсичных компонентов. В 1977 году добавили родий, благодаря чему окислы азота трансформировались в моноэлемент. Нейтрализаторы стали трехкомпонентными. Так вот, этот сравнительно простой химический процесс без проблем протекает лишь в идеальных лабораторных условиях.

При реальной же эксплуатации производители столкнулись с тем, что корректная работа узла и вообще его ресурс — под постоянной угрозой. Как выяснилось, правильно «химичить» конвертер может лишь при соотношении горючей смеси по воздуху и топливу в пропорции 14,5–14,7:1. Отклонения в ту или иную сторону снижают эффективность преобразования CO и CH либо NOx. А единственная заправка этилированным бензином в состоянии попросту приговорить нейтрализатор — октаноповышающий тетраэтилсвинец сводил действие платины и палладия к нулю.

Для того чтобы сделать топливовоздушную смесь стабильной, карбюраторы начали дополнять электронным управлением.

В 1975 году в Штатах же появились транзисторные системы зажигания, к минимуму сводившие пропуски в искрообразовании, от которых топливо догорало в нейтрализаторе и спекало его внутренности. Обратились к системе рециркуляции отработавших газов, которая, снижая температуру сгорания топливной смеси, уменьшает количество окислов азота. Наконец, борьба за экологию, как и желание снять побольше мощности, тоже поспособствовала скорейшему внедрению электронного впрыска — системы, способной наиболее полно раскрыть потенциал катализаторов. Тогда же, в 70-х, произошло еще одно событие — под действием законов и общественности нефтепромышленники отказались от присадок на основе тетраэтилсвинца.

А нейтрализаторы продолжили совершенствовать. Четверть века назад бочонок двинулся из-под днища автомобиля в моторный отсек, вплотную к выпускному коллектору. Это понадобилось для быстрейшего его прогрева и уменьшения вредных выбросов сразу после пуска автомобиля — вещества-катализаторы начинают действовать только при 250–300 градусах. Позже предлагались разработки отдельного электроразогрева нейтрализатора мощностью до нескольких кВт. Были системы из двух нейтрализаторов, где первый располагался непосредственно в тракте и работал, пока прогревался основной узел. Устраивались адсорбционные ловушки для углеводородов, придерживавшие их до выхода катализатора на рабочую температуру. Велись и ведутся эксперименты с материалами наполнителя. Жаропрочная керамика сравнительно тяжела и далеко не идеальна для создания сверхтонких сот. Металл для ячеек использовался и ранее, а теперь к нему обращаются вновь — на ином технологическом уровне, используя различные биметаллические сплавы. Легкие, устойчивые к температуре, тонкие, как фольга, благодаря чему можно значительно увеличить площадь напыления платины, палладия и родия.

Не отставали от «химиков» и электронщики. Лямбда-зонд, или кислородный датчик, расположенный в выпускном тракте, определяющий процент кислорода в выхлопе и посылающий сигнал на коррекцию смеси в ЭБУ, появился еще в 1976-м. Потом добавили датчик за нейтрализатором, который следит за качеством очистки газов.

Избавиться от сажи!

В начале 2000-х дошла очередь до дизелей. Их, оборудованных привычными уже каталитическими нейтрализаторами, стали оснащать сажевыми фильтрами (DPF, Diesel Particulate Filter). Дело в том, что температура выхлопных газов в режимах без нагрузки здесь ниже, чем у бензиновых моторов. Ее не хватает для полного сжигания углеродов, так получаются твердые частицы или сажа, которая может пройти через нейтрализатор.

Сажевый фильтр расположили перед катализатором. В нем тоже есть платина и такие же соты-каналы. Только расположены последние в шахматном порядке и делятся на впускные и выпускные. А между ними — фильтры-перегородки, сдерживающие твердые частицы с окислами азота. Первыми его внедрили французы из Peugeot, чуть позже немцы.

Toyota в 2003-м пошла дальше — изобрела DPNR (Diesel Particulate NOx Reduction). Вроде бы тот же DPF, однако с принципиальным отличием. Он не накапливает твердые частицы — дожигает их при помощи кислорода, выделяемого из окислов азота, и дополнительной форсунки, подающей солярку в узел. Аналогом тойотовской системы является FAP (Filtre A Particules) от Peugeot. В ней для очищения фильтра от сажи служит присадка на основе редкоземельного элемента церия, которая впрыскивается в дизтопливо по сигналам ЭБУ. Что-то подобное встречается на некоторых моделях Citroen, Ford, Volvo.

Причем японцы всей системе DPNR дают гарантию, равную гарантии автомобиля. Нечто неординарное! Обычно элементы очистки выхлопных газов из договора о ней выводятся. Впрочем, о массовых проблемах с тойотовской NOx Reduction слышать не приходилось. Иное дело обычные DPF и катализаторы — что на дизелях, что на бензиновых моторах.

Очищают выхлоп и с помощью мочевины или AdBlue, как этот продукт называется в Европе — жидкости на основе аммиака, которая реагирует с NOx, после чего образуется просто азот и водяной пар. Впервые появившаяся на Mercedes в 2005 году мочевинная нейтрализация получила большее распространение на тяжелой технике, где она выступает альтернативой системе EGR.

Избавиться от нейтрализатора!

В России своя специфика. В той же Европе какое-то время назад чуть ли не в принудительном порядке нейтрализаторы начали устанавливать даже на олдтаймеры. А у нас. Бережное отношение к окружающей среде, безусловно, необходимо. Да и смог в российских мегаполисах уже не редкость. От этилированного бензина, опять же, мы давно успешно избавились. Официально! Между тем качество топлива без «свинцовой» присадки, скажем так, варьируется, и солярка по-прежнему может преподносить сюрпризы.

Ко всему прочему оставляет желать лучшего понимание того, с каким сложным и нежным узлом мы имеем дело. От этого страдает общая культура его эксплуатации. Так что же нужно знать и чего остерегаться?

Например, жестких контактов корпуса нейтрализатора о поверхность, от которых может разрушиться керамика.

Переливов бензина в камеры сгорания — при неудачных пусках, пропусках зажигания и т. д. — когда топливо собирается в катализаторе и, не успев испариться, воспламеняется и спекает его соты. Попадания туда масла. Сажевый фильтр на дизеле вообще очень требователен к состоянию топливной аппаратуры. Наконец, даже парковать машину надо с умом — не над кучами листьев, сухой травой, прочими легкогорючими массами, способными вспыхнуть от раскаленного корпуса катализатора.

Но даже если соблюдать эти условия, всегда есть риск заправиться некачественным бензином, который либо сразу приговорит нейтрализатор, либо значительно сократит его работоспособность. Ведь не секрет, что порой катализаторы выходят из строя на очень свежих автомобилях, чья гарантия далека от завершения. По этой же причине крайне сложно назвать их точный ресурс. Бывает, ходят и 200 тыс. км, и больше. Иногда обращаются при вдвое–втрое меньшем пробеге. Поводом для беспокойства должна служить появившаяся в комбинации приборов ошибка (check engine или другая настораживающая надпись).

А вот полагаться при этом на то, что автомобиль не потерял в динамике и, соответственно, нейтрализатор не закупорен, не стоит. На мощных V6, V8, даже рядных «шестерках», где существует два выпускных тракта, и керамика спеклась лишь на одном, провала в тяге кто-то и не заметит. Проверить же состояние катализатора легко — по давлению на манометре, вкрученном вместо первого «кислородника». Если оно высоко, есть так называемый подпор, то ячейки превратились в пробку, заткнувшую проход газов. Тут уже вариантов нет точно — надо устранять проблему. В буквальном смысле и безотлагательно! Расположение катализатора вблизи или сразу за выпускным коллектором создает риск попадания керамической пыли в цилиндры. Что она сделает там, объяснять смысла нет. То же касается и дизелей. С одной лишь разницей — у них пострадает еще и турбина.

— Услуга популярная. Обращаются владельцы как далеко не новых иномарок, так и совсем свежих. В первом случае, особенно если говорить о немолодых «японцах», все просто. Вынул внутренности нейтрализатора, обычно выполненные из металла, — машина обрела потерянную динамику. Блок управления двигателем не видит этих изменений. У сравнительно новых моделей такой трюк не проходит — из-за четкой привязки системы управления к показаниям двух лямбда-зондов.

Иногда, если это позволяет компоновка и сечение труб, удается установить катализатор от Патриота, стоит всего 4000 руб. Те же «японцы» (в частности, Toyota), но не самых последних поколений, где программное обеспечение загружено без возможности перепрошивки, обманываются механически. В выпускной тракт после удаления ячеек вкручиваются проставки с отверстием по центру, а уже в них — кислородные датчики. Будучи несколько отодвинутыми от потока выхлопных газов, они дают блоку управления ту же информацию, что и при наличии работоспособного нейтрализатора. Здесь приходится играть сечением отверстия в проставке. Получается всегда, однако была на моей памяти 3,5-литровая Camry 2006 года. Долго с ней работали — исчезала ошибка, но через какое-то время опять появлялась. В итоге так и ушла к другому владельцу. Стоит подобная процедура от 3000 руб. Это только удаление, и по 500 руб. за каждую проставку.

Системы управления свежих «европейцев» и «американцев» механическими «обманками» не корректируются. Нужно лезть в софт и убирать информацию о катализаторе. Lexus для заокеанского рынка требуют того же. В отличие от внутренних моделей этой марки. В любом случае — пренебрегать проблемами с нейтрализаторами нельзя. И пробитие керамики ломом здесь не панацея. Удалять нужно все начисто. Машины из-за попадания керамической пыли в цилиндры на капитальный ремонт к нам приходят периодически. Toyota, Nissan, Infiniti — с моторами серий GR, VQ, VK. Но это те двигатели, с которыми сталкивалась наша СТО. Риск, если в вашей машине катализатор расположен близко от выпускного тракта, существует вне зависимости от модели агрегата.

— Toyota даже из новых можно «обмануть» так называемым эмулятором, который устанавливается в цепь кислородного датчика. Так происходит простое удаление ошибки. То же самое можно проделать и со многими «японцами», в чьи ЭБУ информация «залита» жестко, без возможности коррекции. Цена вопроса — 18 000–21 000 руб. за эмулятор плюс 3000 руб. за освобождение полости нейтрализатора от наполнителя. Оставляем штатный корпус — звук выхлопа если и становится другим, то это едва заметно.

Сейчас ситуация активно меняется — японские производители приходят к блокам управления, в которых можно перепрошивать программное обеспечение. Для компаний из Европы и США это едва ли не традиция. В общем-то также ничего сложного — прошивка замещается той, что отвечает экологическим требованиям Евро-2, для соответствия которым нет необходимости в каталитическом нейтрализаторе. Тут не важно, бензиновый двигатель или дизельный. С последними, кстати, владельцы обращаются тогда, когда уже не помогает прожиг сажевого фильтра. Стоимость удаления аналогична — 3000 руб. Однако работы по электронике сильно зависят от марки и модели. Можно обойтись 14 000–16 000 руб. А в иных случаях цена поднимается до 40 000–50 000 руб. Все равно минимум вдвое дешевле, чем покупка оригинального каталитического нейтрализатора.

Словом, современные экотехнологии — тоже в духе нынешних тенденций автомобилестроения. Ладно, требуют вложений средств. Но могут и приговорить святая святых. Тот, кто один раз столкнулся с вынужденным ремонтом ЦПГ, вряд ли будет в будущем покупать новый катализатор — хоть универсальный, хоть от Патриота. Решит проблему кардинально.

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов

Автомобильные системы нейтрализации отработавших газов

Каждой норме – свой уровень очистки

Введение норм выбросов в первую очередь мотивируется качеством окружающего нас воздуха, которое с каждым годом вызывает все большие тревоги. Конечно, современный автомобиль несравненно меньше загрязняет окружающую среду и меньше потребляет топлива, чем это было даже 10 лет назад, – прогресс налицо. Значительно возросла доля дизельного и газового транспорта, который наносит менее значительный урон экологии, чем бензиновый. В 1990 г. среди приобретаемых автомобилей доля дизельных в Западной Европе составляла всего 14%. Уже в 2006 г. был превышен 50%-ный рубеж, и разница в пользу «дизелей» с каждым годом нарастает. Все новые автомобили с дизельными двигателями, которые с 2004 г. после внедрения стандартов Еuro 4 еще могли быть не оборудованы системой фильтрации, сокращающей выброс сажи и твердых частиц в атмосферу, сейчас уже при выпуске оснащаются фильтром твердых частиц (DPF).

Одна задача – множество путей решения

Сегодня многие компании в мире трудятся над разработкой идеальных систем нейтрализации вредных выбросов. Главным элементом системы BlueTec, системы снижения вредных выбросов, разработанным специалистами Mercedes-Benz, является оптимизированный двигатель, имеющий высокую степень сжатия и повышенное давление впрыска топлива. Это увеличивает пиковое давление сгорания, повышает эффективность сгорания топлива и снижает его расход. Процесс сгорания топлива при BlueTec оптимизирован таким образом, чтобы твердые частицы образовывались в минимальном объеме.

Бак, в котором хранится AdBlue, имеет самостоятельный подогрев. Раствор мочевины соединяется с выхлопными газами тогда, когда его собственная температура составляет не менее 200 °С. При более низких температурах химическая реакция идет не так интенсивно.

Таким образом, при подогретой AdBlue содержание NOx в выхлопных газах такое же, как и при использовании EGR, но твердых остатков выбрасывается несравненно меньше. Практика показала, что их объем на 35% ниже разрешаемого нормами Еuro 5. А при использовании BlueTec 5 наличие в выбросах NOx составляет всего 2% от объема, разрешенного требованиями Euro 4.

Но надо отметить, что при многочисленных положительных свойствах масса оборудования BlueTec составляет 150–300 кг, и на такую же величину уменьшается полезная грузоподъемность автомобиля. Недостатком является также и необходимость достаточно часто заправлять AdBlue. Для BlueTec 4, создаваемой под требования Euro 4, потребление AdBlue составляет 1,3 л/100 км, или 4% от расхода топлива. Для BlueTec 5 расход увеличился примерно на 1/3 и составляет 5–7% от расхода топлива, или 1,7л/100 км.

В части снижения выбросов оксида азота компания Bosh предложила рынку свою новую разработку. Речь идет о значительном снижении выбросов благодаря использованию новой системы фильтрации Denoxtronic2 Retrofit с сенсорными датчиками. Первая версия регулировочной системы была успешно внедрена еще в 2004 г.

Дозировочная система Bosch Denoxtronic, объединенная с каталитическими конвертерами SCR, позволяет снизить выбросы NOx на 85%. Это происходит благодаря электронной регулировке подачи AdBlue, которая учитывает такие ключевые параметры, как рабочая температура мотора и число оборотов. Блок управления дозированием, соединенный с электроникой двигателя, мгновенно определяет оптимальную дозировку AdBlue. Оборудование управления дозировкой Bosch Denoxtronic – модульного принципа и успешно работает в транспортных средствах самых разных типов.

Второе поколение Bosch Denoxtronic 2, в отличие от системы первого поколения Denoxtronic, сконструировано значительно проще, сборочных элементов меньше, и это облегчает монтаж и обслуживание. AdBlue впрыскивается без использования сжатого воздуха, при этом двигатель можно отрегулировать так, что расход топлива будет на 5% меньше, чем при использовании других концепций очистки отработавших газов. Разработчики утверждают, что, оптимизируя работу двигателя, Denoxtronic на 40% снижает выбросы твердых частиц.

Ряд известных в области разработки фильтров компаний ведут успешные разработки систем очистки отработавших газов без использования AdBlue. Так, американская Eaton разработала технологию на основе SCR, в которой необходимый для технологии очистки аммиак получают при разложении продуктов сгорания в системе выпуска, воздействуя на них очень высокими температурами. Система, безусловно, недешевая, и предназначена она в первую очередь для установки на тяжелых грузовиках и мощных тягачах.

Также и компания Behr ведет активные поиски в направлении получения безмочевинной технологии. Разработанная компанией 2-ступенчатая рециркуляция и турбонаддув с промежуточным охлаждением, дополненные увеличенным до 2500 бар давлением впрыска топлива, наглядно продемонстрировали, что возможности технологии EGR не исчерпаны. С помощью фильтрационной системы Behr на испытаниях зафиксировано снижение уровня выбросов NOx до 0,8г/кВт.ч.

Эффект, выражающийся 95%-ной нейтрализацией, по утверждениям специалистов-разработчиков, был получен американской компанией Tenneco. Предлагаемая компанией система HC-LNC использует в качестве реагента не раствор мочевины, а биотопливо Е-85, опыты также проводились и с малосернистыми дизельными топливами. Tenneco предполагает, что новая система очистки будет востребована в двигателях дорожно-строительных машин, магистральных грузовиков.

Один из мировых лидеров в области производства систем очистки, компания Emitec, делает ставку на модернизацию систем SCR и утверждает, что требования Euro 6 в первую очередь будут выполнять именно их системы. На выставке IAA-2010 компания представила 2 новейшие разработки. Двухстадийная модульная система SCRi очень компактна и может быть удобна там, где есть проблемы с местом для подобного фильтра. Эта современнейшая система позволяет, по словам разработчиков, снизить уровень выбросов NOx до 0,7 г/кВт.ч. Вторая разработка – система E-SCR предназначена для муниципального и внутрипроизводственного транспорта. В очистной системе использован принцип более эффективного процесса нейтрализации NOx, нагретой до значительных температур AdBlue.

Если Европа окажется в LEZ-зоне, то в какой зоне будем мы?

Безусловно, задают тон в разработке программ создания фильтрующих систем страны Европы, США и Япония. В мировом масштабе одним из первых шагов международного сообщества в направлении защиты окружающей среды стало вступление в силу в феврале 2005 г. Киотского протокола. И хотя еще «глобальный консенсус» отсутствует, можно сказать, что переломный момент в преодолении негативного менталитета различных правительств в отношении действий в деле сохранения экологии позади.

Сегодня примером в экологическом смысле без преувеличения является Европа. Выделены 235 зон пониженных выбросов (Low Emission Zones, или LEZ), 53 из них расположены в Германии. Первые зоны были введены в начале 2008 г. Целью создания таких зон является забота о чистоте окружающего воздуха хотя бы на узко ограниченной территории, с перспективой преобразования всех территорий в одну зону с экологически благоприятной обстановкой.

Деление территорий на зоны низкой эмиссии должно ускорить модернизацию транспортных средств. Внедрение таких зон в Европе было всесторонне продумано, учтены и маршруты общественного транспорта, сами размеры зон, ограничения скоростного режима, четко сформулирован перечень тех транспортных средств, которым в любом случае позволено въезжать, например, машинам «Скорой помощи» или с/х и лесным тракторам. Главное, был продуман контроль за соблюдением принятых положений, а также реально назначены размеры государственных субсидий, стимулирующих модернизацию техсредств, разработаны другие меры поддержки.

Кроме деления территорий на зоны параллельно было принято множество очень нужных для людей положений, таких как запрет передвижения грузовиков по наиболее загазованным улицам либо же использование «зеленой волны» для улучшения транспортных потоков в крупных городах. Большое внимание уделено мерам, способствующим распространению велосипедного движения. Кстати, было признано неэффективным использование уборки улиц моющими средствами.

Все европейские транспортные средства распределены на 4 категории. К первой относятся средства, отвечающие требованиям Euro 1 и ниже. Такие средства не получают пропуска ни в одну из экологических зон. Транспорт, отвечающий требованиям Euro 2, получает пропуск в виде красной эмблемки. Те техсредства, которые отвечают нормам Euro 3, получают желтый отличительный знак, ну а тем, кто может подтвердить соответствие нормам Euro 4 и выше, выдается зеленая наклейка.

Владельцы дизельных автомобилей могут повысить свой «статус», установив сажевый фильтр. Таким образом, грузовик с желтым «пропуском», установив фильтр твердых частиц, получает зеленый знак и более широкие возможности передвижения. Государство приветствует такие действия, каждый желающий установить на дизельный автомобиль сажевый фильтр при наличии технической возможности получает единоразовую субсидию в 330 евро. В бюджете Германии для этих целей заложена сумма в 30 млн. евро, просчитано, что модернизации необходимо подвергнуть 90 тыс. автомобилей.

Если же оператор транспортного средства забудет, что у него нет разрешения на въезд в определенную зону и нарушит принятый порядок, то в Германии он оплатит штраф в размере 40 евро, а в регистрационный центр транспортных средств поступит сигнал о произошедшем инциденте. Если таких отметок, полученных по разным поводам, в центре на данного водителя наберется 18, то он будет лишен водительских прав – вот так все очень серьезно.

С другой стороны, создается режим благоприятствования для перемещения пешком либо на велосипеде. Это и повышенное внимание к уборке тротуаров и дорог, запрет парковки машин в узких проездах, всесторонняя популяризация велодвижения.

В Копенгагене сегодня 35% населения попадают на работу либо учебу на велосипеде. И это несмотря на то, что в столице Дании в среднем 14 дней в месяце бывают дождливыми или снежными. Город инвестировал в 2010 г. около 37 евро на каждого жителя, улучшая условия для езды по городу на велосипеде. Для сравнения можно заметить, что на эти цели в Берлине выделяется не более 1–2 евро, а в Мюнхене около 3 евро на каждого жителя. К сожалению, автор не смог найти сумму, предусмотренную в московском бюджете для создания приемлемых условий для велосипедной езды по столице, а очень хотелось бы сравнить.

В качестве примера положительного эффекта наличия системы зон отметим, что берлинская LEZ занимает площадь 88 км2, на этой площади проживает около 1 млн. жителей, тогда как в целом в Берлине живет 3,4 млн. человек. В первый год существования зоны в нее был запрещен въезд только машин без каких-либо значков. Таких оказалось 7% от общего числа машин города.

Анализ показал, что за первый год снизились выбросы NOx на 14%, а выбросы твердых частиц – на 24%, что соответствует 52 т пыли и 960 т NOx в воздухе.

За 2010 г., когда ограничения на въезд транспорта усилили, эти цифры уже составили 170 т пыли и 1500 т NOx. Интересно, что доля транспортных средств, не отвечающих никаким стандартам Euro, в 2010 г. составила всего 1%. Что же касается грузовых машин г/п свыше 3,5 т, то в 2008 г. лишь 6% из них смогли получить зеленую наклейку, сообщающую о соответствии требованиям Euro 4 и выше. Сегодня же в Берлине таких автомобилей около 75%.

Системы снижения токсичности отработавших газов легковых автомобилей

1. Нейтрализация отработавших газов

Каталитическая нейтрализация. Каталитическое действие нейтрализаторов основано на беспламенном поверхностном окислении токсичных веществ в присутствии катализатора, ускоряющего химическую реакцию. Процесс окисления происходит во время прохождения отработавших газов через слой носителя с нанесенным на него катализатором, причем скорость реакции сгорания зависит oт температуры носителя. Применение каталитических нейтрализаторов позволяет дожигать продукты неполного сгорания СН и СО и разлагать оксиды азота.

В качестве активных компонентов каталитических нейтрализаторов для СН и СО применяют благородные металлы (до 1–2 г палладия, платины), а также оксиды переходных металлов (меди, кобальта, никеля, ванадия, хромата железа, марганца). Для нейтрализации могут применяться, кроме выше названных элементов, катализаторы на основе меди с добавкой ванадиевого ангидрида и оксида хрома, на основе оксида железа или алюминия, на основе металлических сплавов (нержавеющая сталь, бронза, латунь, легированные стали с хромоникелем).

Общая схема системы очистки отработавших газов бензинового двигателя показана на рис. 1.

Рис. 1. Общая схема системы очистки отработавших газов бензинового двигателя с непосредственным впрыском: 1 – каталитический нейтрализатор; 2 – входной датчик кислорода; 3 – блок управления двигателем; 4 – кабель шины CAN; 5 – блок управления датчиком NO_x; 6 – датчик оксидов азота NO_x; 7 – накопительный нейтрализатор NO_x; 8 – датчик температуры; 9 – выходной датчик кислорода; 10 – двигатель

Каталитический нейтрализатор с лямбда-зондом 1 (рис. 2) представляет собой металлический корпус 6 из жаропрочной нержавеющей стали толщиной около 1,5 мм, внутри которого находится керамический носитель 5. Наибольшее распространение получили гранулированные и блочные (монолитные) носители, которые пронизаны многочисленными мелкими сотами, создающими максимальную поверхность контакта с отработавшими газами. Чтобы обеспечить необходимый массоперенос между отработавшими газами и каталитической поверхностью, площадь последней увеличивают путем нанесения на нее гамма-оксида алюминия с пористой структурой, в виде сферических гранул, которые укладываются в металлический цилиндр, закрытый по торцам сетками 2. Гранулы из оксида алюминия покрываются непосредственно каталитическим материалом. Поверх гранул алюминия нанесен тонкий слой катализаторов 4 – платины и родия. Задача этих редких металлов – ускорять окисление углеводородов и окиси углерода до углекислого газа, а токсичные оксиды азота восстанавливать до азота. Между блоком-носителем и корпусом ставится специальная терморасширяющаяся прокладка 3.

Рис. 2. Каталитический трехкомпонентный нейтрализатор отработавших газов

Альтернативой керамическому монолитному блоку является металлический каталитический нейтрализатор. Он изготавливается из гофрированной металлической фольги толщиной 0,05 мм, намотка и пайка которой твердым припоем осуществляются при высокой температуре. Поверхность фольги покрывается эффективно действующим катализатором. Благодаря тонким стенкам фольги в тех же габаритах, что и у керамического нейтрализатора, может быть размещено большее число каналов, что приводит к меньшему сопротивлению прохождения отработавших газов.

Нейтрализатор вступает в работу после разогрева до 300 °С. Оптимальный рабочий диапазон температур – от 400 до 800 °С. Чем ближе нейтрализатор к двигателю, тем быстрее он разогревается до рабочей температуры. Поэтому на смену нейтрализаторам под днищем кузова пришли нейтрализаторы, совмещенные с приемной трубой.

В целях уменьшения вибрационных нагрузок со стороны двигателя нейтрализатор присоединяется к выпускному трубопроводу или к приемной трубе через шарнирное соединение или компенсатор колебаний. Для работы системы с каталитическим окислительным нейтрализатором при использовании в двигателе обогащенных смесей необходимо добавлять воздух к отработавшим газам. Для этого используются специальные воздушные насосы или специальные клапанные устройства (виброклапаны или пульсаторы), функционирующие под действием волн разрежения, возникающих в системе выпуска.

Наилучшую очистку отработавших газов дают двухсекционные каталитические нейтрализаторы, позволяющие после прохождения первой секции уменьшать содержание NO_x, а после ввода во вторую секцию дополнительного воздуха – содержание СО и СН.

В последнее время наибольшее распространение получили трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы, оборудованные системой обратной связи, позволяющие одновременно при восстановлении NO_x окислять СО и СН.

Накопительный нейтрализатор. При работе двигателя на гомогенной стехиометрической смеси углеводороды и оксид углерода отнимают у оксидов азота кислород, окисляясь до воды и диоксида углерода, а оксиды азота восстанавливаются до азота. При работе двигателя на бедных смесях углеводороды и оксид углерода окисляются кислородом, содержащимся в избытке в отработавших газах, однако кислород при этом у оксидов азота не отнимается. Поэтому при работе на бедных смесях трехкомпонентный нейтрализатор не может восстанавливать оксиды азота. Последние проходят через трехкомпонентный нейтрализатор и направляются в нейтрализатор накопительного типа. По конструкции он не отличается от обычного трехкомпонентного нейтрализатора.

Помимо выполнения функций трехкомпонентного нейтрализатора, он способен накапливать оксиды азота. При работе двигателя на гомогенной стехиометрической смеси накопительный нейтрализатор работает как обычный трехкомпонентный нейтрализатор. При работе двигателя на бедных послойной и гомогенной смесях этот нейтрализатор не может преобразовывать оксиды азота обычным способом, но способен их удерживать. Как только количество удержанных оксидов азота достигает предельного для данного нейтрализатора значения, двигатель переводится на режим регенерации.

Регенерация нейтрализатора производится, если концентрация оксидов азота в прошедших через него газах превысила определенное значение. Таким образом блок управления двигателем «узнает» о переполнении нейтрализатора и невозможности накопления в нем оксидов азота. В результате он переводит двигатель на режим регенерации. При этом производится переход с бедных смесей на обогащенные смеси, вызывающие повышенный выброс углеводородов и оксидов азота с отработавшими газами.

Удалить серу из нейтрализатора труднее, чем оксиды азота, так как она устойчива к высоким температурам. При регенерации нейтрализатора от оксидов азота сера не удаляется, а накапливается. Очистку нейтрализатора от серы нужно проводить, если снижается его способность к накоплению оксидов азота, что проявляется в сокращении периодичности его регенерации.

Блок управления двигателем по сокращению периодов регенерации нейтрализатора получает информацию о накоплении в нем серы, которая ограничивает способность к улавливанию оксидов азота. Очистка нейтрализатора от серы производится при движении автомобиля со скоростями, превышающими некоторое минимальное значение, которое зависит от модели автомобиля. Цикл регенерации длится около двух минут, начинаясь с следующих операций:

Работа двигателя с большой частотой вращения и большими нагрузками автоматически приводит к выжиганию серы, так как при этом двигатель работает на гомогенной смеси, а температура нейтрализатора повышается до необходимого для окисления серы уровня.

Основным недостатком каталитических нейтрализаторов является высокая стоимость. Кроме того, при установке их на автомобиле не допускается применения этилированных бензинов.

Сажевые фильтры. Снижение выброса сажевых частиц является сегодня одной из сложнейших задач в области очистки отработавших газов дизелей. Помимо мероприятий, направленных на снижение выбросов СО, СН и NO_х и образования сажи при сгорании топлива непосредственно в двигателе, особое внимание уделяется фильтрации газов на выпуске из него. Один из эффективных способов очистки газов от сажевых частиц – задержание их посредством специальных фильтров: фильтры с «металлической шерстью», фильтры с керамическими фильтрующими элементами, спиральные фильтры с керамическим наполнителем и др.

Общая схема системы выпуска отработавших газов дизельного двигателя с сажевым фильтром показана на рис. 3.

Рис. 3. Системы выпуска отработавших газов дизельного двигателя с сажевым фильтром: 1 – комбинация приборов; 2 – блок управления системы непосредственного впрыска дизельного двигателя; 3 – расходомер воздуха; 4 – дизельный двигатель; 5, 9, 10 – датчики температуры отработавших газов; 6 – турбонагнетатель; 7 – датчик кислорода; 8 – катализатор окисления; 11 – сажевый фильтр; 12 – датчик перепада давления

Катализатор окисления 8 преобразует большую часть углеводородов CH и CO в водяной пар и диоксид углерода (углекислый газ).

В качестве сажевых фильтров 11 наиболее распространены керамические фильтры. Сажевый фильтр состоит из сотообразных керамических модулей 1 из карбида кремния в металлическом корпусе 2 (рис. 4, а). Керамический модуль разделен на множество мелких каналов, закрытых попеременно с одной или другой стороны, которые создают лабиринт. Тем самым образуются впускные 6 и выпускные каналы 4, разделенные стенками фильтра 5 (рис. 4, б).

Стенки фильтра из карбида кремния имеют поры и покрыты слоем из оксида алюминия и окиси церия. На этот слой напылен драгоценный металл платина, который и служит катализатором. Покрытие из окиси церия в сажевом фильтре снижает температуру воспламенения сажи и ускоряет термическую реакцию с кислородом.

Рис. 4. Керамический сажевый фильтр (а) и принцип его действия (б): 1 – сотообразные керамические модули; 2 – металлический корпус; 3 – частицы сажи; 4 – выпускной канал; 5 – фильтр; 6 – впускной канал

По сравнению с каталитическим нейтрализатором со свободным проходом отработавших газов в сажевом фильтре каналы установлены с чередованием открытых и закрытых концов. Так как каналы фильтра закрыты попеременно со стороны впуска и выпуска, газы, содержащие частицы сажи, вынуждены проходить через пористые стенки из карбида кремния. При этом частицы сажи задерживаются во впускных каналах, а газ свободно проходит через поры стенок каналов. В зависимости от пористости керамического тела эти фильтры могут задерживать от 70 до 90 % твердых частиц.

Для нормальной работы при длительных условиях эксплуатации сажевые фильтры должны подвергаться регенерации через определенные промежутки времени, при этом осуществляется дожигание сажевых частиц. Частицы сажи, участвуя в реакции с двуокисью азота, превращаются в углекислый газ.

Процесс регенерации сажевого фильтра с каталитическим покрытием разделяют на пассивную и активную регенерацию.

Пассивная регенерация осуществляется при высоких температурах рабочего процесса двигателя порядка 350–500 °C. Для осуществления пассивной регенерации в топливо добавляются специальные присадки, уменьшающие температуру воспламеняемости сажевых частиц отработавших газов.

При небольших нагрузках на двигатель температура отработавших газов слишком низка для пассивной регенерации. Сгорание сажевых частиц становится невозможным, поэтому происходит их скопление в фильтре. В таком случае применяется активная регенерация.

Активная регенерация осуществляется с помощью нагревательного элемента или системой управления двигателя, повышающих температуру отработавших газов приблизительно до 600–700 °С. В этом температурном диапазоне скопившаяся сажа окисляется в фильтре до углекислого газа. Процесс регенерации длится примерно 10–15 минут.

При регенерации с помощью системы управления двигателя в систему выпуска подается воздух, рециркуляция отработавших газов отключается, чтобы увеличить температуру сгорания и долю кислорода в камере сгорания. Дополнительно для увеличения температуры сгорания производятся дополнительные впрыски, причем основная фаза впрыска происходит с запаздыванием. Топливо, подаваемое в цилиндры двигателя, не сгорает, а испаряется в камере сгорания. Несгоревшее топливо горит в катализаторе окисления. Вырабатываемая при этом теплота обеспечивает повышение температуры отработавших газов перед сажевым фильтром до температуры сгорания сажевых частиц.

Для расчета дополнительно впрыскиваемого количества топлива блок управления двигателя использует сигналы датчиков температуры отработавших газов.

Необходимость регенерации определяется датчиком давления (рис. 5).

У датчика перепада давления предусмотрены два штуцера: один из них соединен с трубкой для измерения давления перед сажевым фильтром, а другой – после него. Внутри датчика находится мембрана с пьезоэлементами, на которую действует разность давлений.

Рис. 5. Датчик перепада давления: а – фильтр не загрязнен; б – фильтр загрязнен

Если фильтр не загрязнен, давления перед ним и после него практически равны. При этом мембрана с пьезоэлементами находится в исходном положении (рис. 38, а). В случае загрязнения фильтра сажей сопротивление фильтра давление ОГ перед фильтром увеличивается. Давление ОГ после фильтра практически не изменяется. Мембрана прогибается в соответствии с действующей на нее разности давлений (рис. 38, б). Деформация мембраны влечет за собой изменение омического сопротивления включенных по мостовой схеме пьезоэлементов. Выходное напряжение моста усиливается и преобразуется в электронной схеме датчика, сигнал с которой поступает в блок управления двигателем. По величине этого сигнала блок управления определяет степень заполнения фильтра сажей и при необходимости вырабатывает команду на его регенерацию.

Селективное каталитическое восстановление. В процессе очистки ОГ по принципу SCR (Selective Catalytic Reduction, то есть селективное каталитическое восстановление) в ОГ добавляется восстановитель: например, раствор мочевины с концентрацией 32,5 % по массе.

В данной технологии очистки ОГ целенаправленно снижается только содержание оксидов азота. Содержащиеся в ОГ оксиды азота (NO_x) в катализаторе восстановления превращаются в азот (N₂) и воду (H₂O). Для этого в поток отработавших газов перед катализатором непрерывно впрыскивается восстановитель (мочевина). Аммиак в чистом виде раздражает кожу и слизистые оболочки и, кроме того, имеет крайне неприятный запах, поэтому необходимый для восстановления оксидов азота аммиак применяется не в чистом виде, а в виде водного (32,5 %) раствора мочевины, которому автомобильная промышленность дала наименование adblue. Данная концентрация мочевины имеет наиболее точку замерзания равную – 11 °C. Для снижения температуры замерзания в раствор добавляют большее количество мочевины.

Принцип действия системы нейтрализации SCR (рис. 6) заключается в следующем. При нагреве примерно до 200 °C 22 достигает рабочей температуры. Блок управления двигателем 2 получает данные о температуре ОГ перед восстановительным катализатором от датчика температуры ОГ 28. При достижении рабочей температуры мочевина забирается включаемым в работу насосом мочевины 9 из бака мочевины 17 и под давлением 5 кгс/см 2 прокачивается через обогреваемый трубопровод 27 мочевины к форсунке мочевины 26. Форсунка мочевины управляется блоком управления двигателем 2 и впрыскивает мочевину в дозируемом количестве в трубопровод системы выпуска ОГ. Впрыснутая мочевина подхватывается потоком ОГ и равномерно распределяется микшером 25 в отработавших газах. Процесс восстановления соотношение оксидов NO и NO₂ в отработавших газах начинается в окислительном (каталитическом) катализаторе 30, покрытие которого адаптировано под систему нейтрализации SCR.

На участке к восстановительному катализатору 23, так называемом гидролизном участке, мочевина распадается на аммиак (NH₃) и углекислый газ (CO₂). Гидролизный участок находится между форсункой мочевины и восстановительным катализатором. Там из восстановителя (водного раствора мочевины) образуется необходимый для восстановления оксидов азота аммиак (NH₃). Это происходит в результате реакции термолиза и гидролиза впрыснутой мочевины. Когда мочевина впрыскивается в поток горячих ОГ, вначале испаряется вода. При термолизе (химическая реакция, при которой в результате нагревания исходное вещество распадается на несколько веществ) восстановитель (водный раствор мочевины CO(NH₂)₂) распадается на аммиак NH₃ и изоциановую кислоту HNCO.

За этим следует реакция гидролиза (распад химического соединения в результате реакции с водой), при которой изоциановая кислота реагирует с содержащейся в ОГ водой. При этом возникает еще одна молекула аммиака и углекислый газ.

Рис. 6. Схема системы очистки ОГ дизельных двигателей по принципу SCR: 1 – двигатель; 2 – блок управления двигателем; 3 – блок управления системы подогрева мочевины; 4 – модуль оценки уровня мочевины; 5 – спираль нагревательного элемента; 6 –нагревательный элемент трубопровода мочевины; 7 – нагревательный элемент насоса мочевины; 8 – клапан обратной перекачки мочевины; 9 – насос мочевины; 10 – фильтр; 11 – дроссель; 12 – патрубок заливной горловины; 13 – обратная магистраль; 14 – датчик давления системы дозирования мочевины; 15 – датчик уровня мочевины; 16 – нагревательный элемент бака мочевины; 17 – бак с раствором мочевины; 18 – фильтр; 19 – датчик температуры мочевины; 20 – стакан подогревателя: 21 – блок управления датчика 2 NO_x; 22 – выходной датчик NO_x: 23 – восстановительный катализатор; 24 – входной датчик NO_x; 25 – микшер; 26 – форсунка мочевины; 27 – трубопровод мочевины; 28 – датчик температуры ОГ; 29 – сажевый фильтр; 30 – окислительный (каталитический) катализатор; 31 – турбонагнетатель

В восстановительном катализаторе 23 происходит восстановление оксидов азота.

Это означает, что в процессе восстановления оксид азота (NO_x) отдает молекулы кислорода или, другими словами, у оксида азота забираются молекулы кислорода, при этом оксиды азота (NO + NO₂) вступают в реакцию с аммиаком (NH₃) с образованием азота (N₂) и воды (H₂O).

После процесса восстановления в отработавших газах содержатся углекислый газ, вода, кислород, азот.

Мочевина всасывается насосом мочевины из так называемого стакана подогревателя через всасывающую трубу и фильтр 18. Подогрев мочевины в стакане подогревателя нагревательным элементом 16 обеспечивает работу системы SCR и при низких температурах окружающей среды. Возвращающаяся от насоса мочевина по наружной стороне всасывающей трубы стекает обратно в стакан подогревателя. Через переливные щели мочевина попадает из бака в стакан подогревателя. При низких температурах, благодаря выплескиванию мочевины из стакана подогревателя, замерзшая в баке мочевина оттаивает.

Насос 9 мочевины мембранный. Его привод осуществляется бесщеточным двигателем постоянного тока. Насос мочевины интегрирован в корпус модуля подачи мочевины и управляется блоком управления двигателем. Датчик давления системы дозирования 14 мочевины определяет фактическое давление подачи мочевины и передает сигнал напряжения блоку управления двигателем.

Клапан обратной перекачки 8 мочевины представляет собой четырехходовой двухпозиционный клапан. При отключении дизельного двигателя клапан обратной перекачки мочевины переключает направление подачи мочевины. Вследствие этого мочевина из трубопровода подачи мочевины возвращается в бак мочевины. Эта профилактическая мера позволяет предупредить замерзание мочевины в трубопроводе подачи мочевины и форсунке мочевины при низких температурах.

Датчик уровня мочевины 15 определяет уровень наполнения бака и предупреждения о необходимости дозаправки мочевины.

Из-за опасности замерзания мочевины при низких температурах бак с мочевиной, насос мочевины и трубопровод к форсунке оснащены нагревательными элементами, которые управляются блоком 3. По данным датчика наружной температуры и датчика температуры мочевины 19 блок управления 2 двигателем распознает необходимость подогрева мочевины. После этого он передает управляющий сигнал блоку системы подогрева 3 мочевины, который включает питание нагревательных элементов.

Нагревательные элементы 16 и 7 соответственно бака мочевины и насоса мочевины представляют собой нагревательные элементы с положительным температурным коэффициентом. Резисторы элементов в холодном состоянии обладают максимальной проводимостью. Нагревательный элемент 6 трубопровода мочевины представляет собой проволочное сопротивление из нержавеющей стали. Проволочное сопротивление навито на трубопровод подачи мочевины по спирали и защищено снаружи с помощью трубы из пластика. Подогрев трубопровода 27 подачи мочевины управляется блоком управления двигателем через блок управления системы подогрева мочевины. При низкой наружной температуре, если температура окружающей среды ниже –5 °C, блок управления системы подогрева мочевины включает ток нагрева для спирали 5 нагревательного элемента трубопровода мочевины.

Датчик температуры мочевины 19 представляет собой датчик с отрицательным температурным коэффициентом. Блок управления двигателем использует сигнал этого датчика для включения подогрева бака и насоса мочевины.

Форсунка (рис. 7, а) дозирует подачу мочевины в поток отработавших газов. Управление форсункой осуществляет блок управления двигателем с помощью сигнала с широтно-импульсной модуляцией.

Рис. 7. Форсунка мочевины (а) и микшер (б): 1 – подача мочевины; 2 – электрический разъем; 3 – катушка электромагнита; 4 – ребра охлаждения; 5 – распылитель с тремя отверстиями; 6 – игла форсунки; 7 – пружина форсунки; 8 – штуцер подключения трубопровода мочевины

Мочевина в форсунке находится под давлением, создаваемым насосом мочевины. В положении покоя игла форсунки 6 перекрывает выходное отверстие за счет усилия пружины форсунки 7. Для впрыска мочевины блок управления двигателя посылает управляющий сигнал на катушку электромагнита 3. При этом возникает магнитное поле, которое вытягивает якорь форсунки и иглу форсунки, производя впрыск мочевины в поток отработавших газов. Если управляющий сигнал на электромагнитную катушку не подается, магнитное поле исчезает и игла форсунки перекрывает отверстия распылителя 5 под действием пружины форсунки.

Для более качественного распыления мочевины в системах очистки ОГ дизельных двигателей по принципу SCR может применяться микшер (рис. 7, б). Положение пластинчатого микшера выбрано так, что конус распыла впрыснутой мочевины по возможности полностью попадает на отражающую поверхность.

При соударении с отражающей поверхностью пластин микшера распыленные капли мочевины дробятся, а геометрическая форма микшера придает потоку ОГ вращательное движение. Впрыснутая мочевина в результате этого быстрее испаряется и переходит в газообразное состояние. Кроме того, исключается попадание крупных капель распыленной мочевины на восстановительный катализатор.

Для распыления мочевины может применяться смеситель, который устанавливается между окислительным и восстановительным нейтрализаторами (рис. 8). В такой системе мочевина впрыскивается в выпускной тракт через два отверстия в распылителе форсунки. При попадании на пластины смесителя отдельные капли взвешенной в газах мочевины измельчаются. Это способствует быстрому испарению мочевины, то есть полному переходу ее в газообразное состояние. При этом форма смесителя вызывает завихрения в проходящем через него потоке ОГ, дополнительно способствуя равномерному распределению мочевины.

Нейтрализаторы, работающие по принципу SCR, применяются как на легковых, так и грузовых автомобилях. Благодаря высокой степени снижения NO_x (до 90 % в европейском ездовом тестовом цикле для грузовых автомобилей) возможна регулировка двигателя, оптимальная по расходу топлива. Таким образом, с этой системой можно сэкономить до 10 % топлива.

Рис. 8. Смеситель для распыления мочевины: 1 – смеситель; 2 – форсунка; 3 – окислительный нейтрализатор; 4 – восстановительный нейтрализатор

Мочевина хранится в отдельном баке (рис. 9). Бак восстановителя изготавливается из пластмассы и располагается обычно под днищем автомобиля.

Рис. 9. Бак мочевины: а – компоненты бака; б – заправочный пистолет; 1 – корпус бака; 2 – компенсационная полость; 3 – вентиляционный трубопровод; 4 – заливная горловина; 5 – крышка; 6 – магнитное кольцо; 7 – заливной патрубок; 8 – магнитный выключатель; 9 – магнитное кольцо; 10 – мочевина

Если при заправке с высокой скоростью мочевина начнет подниматься по вентиляционному трубопроводу, в этом трубопроводе предусмотрена компенсационная полость для восприятия и успокоения мочевины.

Бак мочевины можно заправлять с помощью пистолетов европейской сети заправочных станций AdBlue для грузовых автомобилей.

В концевой трубке заправочного пистолета AdBlue для грузовых автомобилей находится магнитный выключатель (рис. 42, б), который выполняет функцию предохранительного клапана, предотвращая неправильную заправку. Он открывается только при приложении снаружи определенного магнитного поля. Чтобы сделать возможной заправку восстановителя из колонок AdBlue для грузовых автомобилей, в заливной горловине бака восстановителя установлено соответствующее магнитное кольцо. При вставлении заправочного пистолета это магнитное кольцо открывает магнитный выключатель.

На автомобилях, оборудованных нейтрализаторами, следует соблюдать определенные меры безопасности их эксплуатации. Во время и после работы двигателя корпус нейтрализатора имеет весьма высокую температуру. В связи с этим, во избежание пожара, не следует парковать автомобиль над легко воспламеняющимися предметами, например сухими листьями, травой, бумагой и т. д.

При эксплуатации автомобиля следует соблюдать условия, при которых в нейтрализатор не должно попасть значительное количество несгоревшего топлива, что приводит к его вспышкам и дальнейшему разрушению нейтрализатора. К общим рекомендациям можно отнести следующие:

2. Рециркуляция отработавших газов

Рециркуляция отработавших газов заключается в перепуске их части во впускную систему двигателя и последующему возврату в камеры сгорания. Так как ОГ содержат после процесса сгорания очень мало кислорода, максимальные температура и давление при сгорании топлива снижаются. В результате этого уменьшается выброс оксидов азота – NO_x.

Эффект рециркуляции, снижающий уровень эмиссии NO_x, основывается на трех составляющих:

Количество отработавших газов, участвовавших в рециркуляции, может достигать 20–50 % общего расхода, при этом содержание окислов азота снижается до 60 %. Увеличение выбросов углеводородов и роста расхода топлива при увеличении неравномерности работы двигателя накладывают ограничения на верхний предел степени рециркуляции отработавших газов. Система рециркуляции выключается при работе двигателя на холостом ходу, потому что образование окислов азота на этом режиме незначительно. На режимах полных нагрузок или близких к ним рециркуляция осуществляется непродолжительное время, а в режиме частичных нагрузок более длительное время и эффективность действия системы на этом режиме наивысшая.

Рециркуляция подразделяется на внутреннюю и внешнюю.

При внутренней рециркуляции отработавших газов регулирование количества остаточных газов в цилиндрах двигателя производится перестановкой по фазе впускных и выпускных валов. Это создает условия для поступления отработавших газов из выпускных во впускные каналы во время перекрытия фаз газораспределения (то есть в период одновременного открытия впускного и выпускного клапанов). При этом количество рециркулируемых газов зависит, главным образом, от продолжительности перекрытия фаз. Для этого впускные клапаны должны открываться задолго до ВМТ, а выпускные закрываться непосредственно перед ВМТ. В результате оба клапана остаются открытыми одновременно и отработавшие газы перетекают во впускные каналы. К преимуществам внутренней рециркуляции отработавших газов по сравнению с внешней рециркуляцией относятся ускоренная реакция системы и повышенная равномерность распределения рециркулируемых газов по цилиндрам.

Схема системы внешней рециркуляции ОГ представлена на рис. 10. Принцип работы системы основан на перепуске части ОГ во впускной трубопровод. После этого они, смешиваясь с воздухом или топливовоздушной смесью, повторно участвуют в горении. Определенная часть ОГ, пройдя клапан рециркуляции 3, разбавляет свежую топливоздушную смесь или воздух. Управление клапаном рециркуляции осуществляется с помощью электронного блока управления 4 двигателя, как правило, общего с системой питания, АБС и т. д.

Рис. 10. Схема рециркуляции отработавших газов дизельного двигателя: 1 – всасываемый воздух; 2 – заслонка впускного коллектора с датчиком положения заслонки и двигателем; 3 – клапан рециркуляции ОГ; 4 – блок управления двигателя; 5 – подводящая магистраль ОГ; 6 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 7 – лямбда-зонд; 8 – выпускной коллектор; 9 – турбонагнетатель; 10 – радиатор охлаждения ОГ; 11 – переключающий клапан радиатора рециркуляции

Количество рециркулируемых ОГ зависит от частоты вращения двигателя, количества впрыскиваемого топлива, объема всасываемого воздуха, температуры и давления всасываемого воздуха.

Блок управления двигателем определяет с помощью измерителя расхода поступающую в цилиндры массу воздуха и рассчитывает соответствующее ее величине давление во впускном трубопроводе. При рециркуляции ОГ их масса добавляется к массе свежего воздуха, что повышает давление во впускном трубопроводе. Датчик давления во впускном трубопроводе реагирует на это изменением напряжения на его выходе, которое передается на вход блока управления двигателем. По величине этого сигнала определяется суммарное количество воздуха и ОГ, поступающих в цилиндры двигателя. Количество перепускаемых ОГ определяется вычитанием количества свежего воздуха из суммарной величины.

В магистрали ОГ перед сажевым фильтром расположен широкополосный лямбда-зонд 7, сигнал которого используется в качестве корректирующей величины для регулировки количества рециркулируемых ОГ. Если доля кислорода в ОГ отличается от заданного параметра характеристики рециркуляции ОГ, то блок управления двигателя 4 посылает сигнал управления на клапан рециркуляции 3 и изменяет количество рециркулируемых ОГ.

В обесточенном состоянии клапан рециркуляции ОГ 1 (рис. 11) перекрывает подачу ОГ во впускной коллектор. Он включается, когда охлаждающая жидкость нагревается до 35 °C. При подаче сигнала управления клапан открывается на определенную величину, определяемую блоком управления.

Потенциометр системы рециркуляции ОГ 4 передает блоку управления двигателя информацию о проходном сечении клапана рециркуляции. Это необходимо для регулировки напряжения обмотки клапана в соответствии с параметрическим полем.

Для выравнивания давления в клапане во время фазы регулировки предусмотрено его непосредственное соединение с атмосферой через воздушный фильтр.

Радиатор 10 (рис. 10) системы рециркуляции ОГ охлаждает рециркулируемые ОГ. Благодаря этому происходит дополнительное снижение температуры сгорания и обеспечивается возможность рециркуляции большего количества ОГ.

Рис. 11. Комплектация клапана рецеркуляции: 1 – клапан рециркуляции; 2 – обмотка; 3 – якорь; 4 – потенциометр

Однако независимое от теплового состояния двигателя охлаждение рециркулируемых газов приводит к повышенному выбросу углеводородов и оксида углерода. Поэтому в системе рециркуляции применяют переключающий клапан радиатора рециркуляции 11, который в зависимости от температуры охлаждающей жидкости (обычно ниже 50 °С) направляет отработавшие газы к радиатору или в обход его.

3. Система вентиляции топливного бака

Наибольшее количество топливных испарений идет от топливного бака. На показатели топливных потерь из бензобаков существенно влияют конструктивные факторы, которые определяют температуру топлива в баке, свободную поверхность испарения, ограничение перемешивания топлива при движении автомобиля. Поэтому для снижения топливных потерь из бензобаков автомобилей

по возможности устраняется нагрев баков от выпускной системы автомобиля, а также от солнечных лучей. Хорошие результаты дают термоизоляция баков, уменьшение отношения площади поверхности испарения топлива к объему бака, устройство в баке перегородок, уменьшающих возможность перемешивания топлива.

Для улавливания топливных испарений из топливного бака разработаны специальные системы, которые не ухудшают мощностных, экономических и токсических характеристик автомобилей (рис. 12).

Рис. 12. Схема системы улавливания топливных испарений: 1 – блок управления двигателем; 2 – топливный бак; 3 – адсорбер с активированным углем; 4 – электромагнитный клапан продувки адсорбера; 5 – форсунка впрыска; 6 – впускной трубопровод; 7 – датчик частоты вращения коленчатого вала; 8 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 9 – блок управления дроссельной заслонкой; 10 – датчики кислорода; 11 – измеритель массового расхода воздуха с датчиком температуры воздуха на впуске в двигатель

Основными входными сигналами, поступающими на блок управления двигателем для регулирования системы вентиляции топливного бака, являются:

Пары топлива удерживаются в адсорбере (рис. 13). Он представляет собой емкость с подсоединенными патрубками, заполняемую поверхностно-активным веществом – адсорбентом. Адсорбенты, помимо высокой поглощающей способности, должны отличаться стабильными характеристиками при изменении температуры окружающей среды, эффективной десорбцией (освобождением накопленных паров) и стабильностью при многократном повторении циклов адсорбциидесорбции, невосприимчивостью к атмосферной влаге, высокой механической прочностью во избежание их истирания в процессе эксплуатации автомобиля. Наиболее приемлемым адсорбентом является активированный уголь АГ-3, получаемый из каменного угля и полукокса.

Рис. 13. Адсорбер: 1 – активированный уголь; 2 – воздухонепроницаемая перегородка

После обработки входных сигналов блок управления двигателем выдает команду на открытие электромагнитного клапана 4 (рис. 12). В результате накопленные в адсорбере пары топлива отводятся во впускной трубопровод 6 двигателя и затем сжигаются в его цилиндрах. При этом кратковременно изменяется соотношение топлива и воздуха в смеси. Это изменение смеси регистрируется датчиками кислорода 10, по сигналам которых система регулирования производит необходимую ее коррекцию.

На современных двигателях применяется принудительная система вентиляции картера закрытого типа. Система вентиляции картера у разных производителей и на разных двигателях может иметь различную конструкцию. Вместе с тем можно выделить следующие общие конструктивные элементы данной системы: маслоотделитель, клапан вентиляции картера и воздушные патрубки.

Схема системы вентиляции картера на примере системы дизельного двигателя TDI показана на рис. 14.

Маслоотделитель предотвращает попадание паров масла в камеру сгорания двигателя, тем самым уменьшает образование сажи. Различают лабиринтный и циклический способы отделения масла от газов. Современные двигатели оборудованы маслоотделителем комбинированного действия.

Рис. 14. Схема системы вентиляции картера: 1 – центробежный маслоотделитель; 2 – клапан вентиляции картера; 3 – охладитель нагнетаемого воздуха; 4 – турбонагнетатель; 5 – отработавшие газы

Фильтры и катализаторы выхлопных газов

Методы обезвреживания отработавших газов начали разрабатывать в СССР и за рубежом еще в 30-х годах, но практическое применение нейтрализаторы получили лишь 30 лет спустя.

Первоначально полагали, что такие приборы будут просты в изготовлении, эксплуатации и дешевы. В Калифорнии (США) в 1959 г. был принят штатный закон, устанавливающий сроки оборудования всех действующих автомобилей этими приборами. Подобные предложения позднее были разработаны и в ряде других штатов США, а также в некоторых странах Европы. Однако реализация этих предложений оказалась не простой и существенно повысила стоимость автомобилей и расходы по эксплуатации.

Различают два типа нейтрализаторов: термические и каталитические

На новых автомобилях термореакторы стали делать встроенными в выпускную систему двигателя с соответствующими изменениями в этой части конструкции двигателя.

Каталитические нейтрализаторы, помимо окисления СО и СН, могут осуществлять еще и разложение окислов азота NО.

Лучшим катализатором оказалась платина, но этот дорогой и дефицитный материал не может широко применяться. Предприняты поиски других, более дешевых и доступных катализаторов. Исследования показали, что в известной степени платину могут заменить палладий, радий, рутений, а также окись меди, окись хрома, окись никеля, двуокись марганца и др.

В нейтрализаторах советского производства используется окись алюминия.

Эти нейтрализаторы применяются на автомобилях с бензиновыми и дизельными двигателями. Одна из трудностей состоит в том, что в отработавших газах дизелей содержится 10% и более кислорода, в присутствии которого реакция восстановления окиси азота не происходит, а для окисления СО этого кислорода недостаточно. Поэтому обычные каталитические реакторы без дополнительных устройств обеспечивают у дизелей нейтрализацию несгоревших углеводородов и альдегидов, а также небольшую долю окиси углерода.

Работы по созданию новых типов и конструкций нейтрализаторов продолжают во многих странах, но требования надежности и долговечности привели пока лишь к усложнению подобных приборов.

— Одно из направлений состоит в снижении токсичности отработавших газов в результате их рециркуляции, т. е. повторного засасывания в цилиндры (вместе с порцией новой горючей смеси) с целью дожигания СО и СН и снижения количества окислов азота непосредственно в цилиндрах двигателя. Однако это ведет к некоторому ухудшению характеристик двигателя, не говоря уже об усложнении конструкции двигателя.

Катализаторы отработавших газов в выпускной системе бензиновых двигателей

В конце 60-х годов, когда мегаполисы Америки и Японии стали буквально задыхаться от смога, инициативу взяли на себя правительственные комиссии. Именно законодательные акты об обязательном снижении уровня токсичных выхлопов новых автомобилей вынудили промышленников усовершенствовать двигатели и разрабатывать системы нейтрализации.

Первым делом инженеры бросились совершенствовать системы питания и зажигания. Но было очевидно, что добиться столь существенного улучшения ситуации с токсичностью без применения дополнительных устройств просто невозможно.

В 1995 году фирма ”Эмитек” разработала технологию подогрева катализатора мощным электрическим сопротивлением. Основанная на этом принципе модель катализатора ”6С” (или ”Эмикэт”) была установлена на ”БМВ-Альпина В12”.

Ну и, наконец, в 2000 году появилась цеолитовая ловушка углеводородов (СН), задерживающая их при пуске мотора и лишь после нагрева до 220°С отдающая на «съедение» готовому к работе катализатору.

Система каталитического дожигания работает следующим образом.

Способ очистки отработавших газов (патент RU (11) 2108140 (13) C1)

Использование: очистка отработавших газов химических и топливно-энергетических процессов, а также транспортных газовых выбросов для снижения эмиссии оксидов азота и продуктов неполного сгорания в атмосферу. Сущность изобретения: очистку газов осуществляют в две стадии обработкой на блочных высокопористых катализаторах: на первой стадии осуществляют окисление газов и используют оксидный катализатор на основе перовскита, а на второй стадии осуществляют восстановление при использовании катализатора на основе модифицированного цеолита с одновременным введением водорастворимых NH-содержащих восстановителей. Технический результат: повышение эффективности процесса и операционной стабильности при одновременной экономичности, а также возможность проведения очистки выхлопных газов холодного двигателя. 9 з.п. ф-лы, 6 табл.

Изобретение относится к технологии комплексной газоочистки и может быть использовано для детоксикации оксидов азота и продуктов неполного сгорания в отходящих газах стационарных топливно-энергетических установок и двигателей внутреннего сгорания бензинового или дизельного транспорта.

Основной традиционный способ очистки выхлопных газов основывается на использовании единого мультифункционального катализатора, который осуществляет наряду с окислением CO, углеводородов, сажевых аэрозольных частиц одновременное восстановление NOx до нейтральных молекул 3.

Для этого используются многокомпонентные каталитические системы, содержащие благородные металлы (Pt, Rh, Ir, Pb, Ru и промоторы, нанесенные на блочные носители и фильтры сотовой структуры [4 и 5].

Однако упомянутые каталитические методы не являются универсальными, они содержат дорогостоящие активные компоненты, склонные к отравлению и уносу. К тому же для нестационарных дизельных установок, работающих при пониженных температурах, в окислительных режимах, с большим содержанием твердых частиц и полиароматических углеводородов, а также серы, хлора существующие методы не могут обеспечивать достаточно полной защиты.

Для подавления оксидов азота в теплоэнергетических выбросах широкое распространение получил метод селективного каталитического восстановления (СКВ) аммиаком как восстанавливающим агентом [9].

Однако применение метода СКВ аммиаком или углеводородными восстановителями в нестационарных транспортных условиях с обедненной топливной смесью существенно осложняется.

Известен способ низкотемпературного селективного некаталитического восстановления (СНВ), где в качестве восстановителя используют соединения типа карбамида или его производных, бикарбоната аммония и др., которые удобно вводить в реакционное пространство в виде водного раствора [10 и 11]. Описан метод СНВ с использованием волокнистых [12] и гранулированных [10 и 13] носителей, полочного реактора из многослойных металлических тарелок [14].

В этом методе восстановитель-карбамид вводят на поверхность носителей и селективно расходуют в реакции нейтрализации до полного истощения. Этот метод имеет ряд существенных преимуществ перед СКВ: отпадает необходимость постоянно поддерживать требуемое соотношение реагентов, отсутствие дорогостоящего и нестабильного катализатора, отравляющегося примесями серы, возможность работы при избытке кислорода.

Однако рассматриваемый метод некаталитического восстановления не лишен многих существенных недостатков.

Кроме того, используемые гранулированные носители [10, 12, 13] не обладают необходимой механической прочностью, влаго- и кислостойкостью (табл. 4). В процессе эксплуатации они достаточно быстро разрушаются, что приводит дополнительно к резкому повышению сопротивления слоя гранул и забиванию реактора.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является двухстадийный способ очистки газов, включающий использование двух слоев катализаторов [16].

На первой стадии на оксидном цинкхромовом катализаторном слое осуществляется окисление метана, вводимого в качестве восстановителя в кислородсодержащую газовую среду. На второй стадии, очищаемые от оксидов азота газы в восстановительных условиях пропускают через второй слой оксидного алюмо-медь-никель-литиевого катализатора.

Использование катализаторов дожига перед катализаторами СКВ также не целесообразно [9].

Основная задача изобретения заключается в увеличении срока службы используемых пористых материалов и эффективности очистки в отношении не только NO2, и NO, но и продуктов неполного сгорания. Предварительное окисление в дизельных выбросах твердых сажевых частиц и органической фракции особенно важно для предотвращения забивания пор и каналов носителя, содержащего восстановитель.

С целью устранения указанных недостатков в предлагаемом способе очистки газов, включающем их обработку в две последовательные стадии с использованием двух катализаторов, предлагается осуществлять процесс в сочетании с некаталитическим восстановлением оксидов азота.

Согласно изобретению в способе очистки отработавших газов, включающем их обработку в две стадии с использованием соответствующего катализатора на каждой стадии новым является то, что на первой стадии осуществляют окисление и используют оксидный катализатор, а на второй стадии осуществляют восстановление оксидов азота при введении водорастворимых NH-содержащих реагентов и используют катализатор-адсорбент.

Дополнительными отличиями являются:

использование на каждой стадии катализаторов на блочных пористых керамических носителях или фильтрах сотовой структуры повышенной прочности на основе модифицированных или цеолитов, или гликозема, или кордиерита;

использование на первой стадии в качестве катализатора перовскита на носителе;

использование на первой стадии в качестве катализатора формованных с электропроводящими добавками блоков или фильтров с удельным сопротивлением 0,1-2,0 кОмсм;

использование в качестве электропроводящей добавки перовскита;

повышение температуры блочного катализатора первой стадии или фильтра на 100-300 o C при проведении первой стадии обработки;

использование в качестве модификаторов переходных металлов в количестве 1-20 мас.%;

использование в качестве водорастворимых NH-содержащих реагентов карбамида, бикарбоната аммония и др. или их смесей;

пропускание окисленных газов перед второй стадией обработки через теплообменник и охлаждение их до точки росы;

впрыскивание перед второй стадией обработки в поток очищаемого газа воды или водных растворов восстановителей в количестве 50-100 г/м3, содержащих 50-400 г/л реагентов.

На первой стадии для дожигания токсичных продуктов используется эффективный катализатор полного окисления на блочном носителе.

На второй стадии для нейтрализации NOx используется метод низкотемпературного селективного восстановления водорастворимыми соединениями, введенными на поверхности второго слоя катализатора на носителе.

Для реализации двухстадийного способа очистки предложено использовать блочные носители и катализаторы повышенной пористости с параллельными каналами сотовой регулярной структуры и газопроницаемыми стенками между каналами для фильтрации газа.

Преимуществом используемых носителей на основе глинозема, кордиерита, цеолитов (природных и синтетических) является сочетание высоких прочностных характеристик сотовых блоков и пористостью стенок каналов (50-70%), что позволяет использовать их в качестве эффективных катализаторов и фильтров-катализаторов (табл. 1, 2, 3).

В значительном числе публикаций отмечаются их уникальные каталитические, термические и электрофизические свойства, причем эффективность их в реакциях окисления CO, HC сравнима с платиновыми катализаторами [17, 18].

Отличительной особенностью данного способа является использование сочетания высоких каталитических, электро- и теплопроводных свойств этих материалов. Будучи нанесены на пористый керамический блок или экструдированы в виде сотовых керамических структур, перовскиты с высокой металлической или полупроводниковой проводимостью придают керамическому блоку электропроводящие свойства. Таким образом, нанесенный каталитический блок или сажевый фильтр становятся проводящими с удельным сопротивлением 0,1-2 км/см и могут быть нагреты на 100-300 o C электрическим током. В результате эффективность терморегулируемого катализатора резко возрастает, и газоочистка может проводиться уже на холодном двигателе. Результаты работы такого каталитического дожигателя представлены в табл. 3.

Положительной особенностью данного способа является возможность осуществлять очистку бензиновых и дизельных выхлопных газов от CO, HC, а при использовании фильтра для улавливания твердых аэрозольных частиц с нагреваемым катализатором и дополнительную очистку от сажевых частиц и полиорганических соединений со степенью очистки 80-90%.

При этом помимо очистки отходящих газов от полимерных и сажевых канцерогенных веществ окислительный слой способствует работоспособности и чистоте поверхности второго восстановительного слоя. Одновременно подвергается окислению и монооксид азота.

В результате решается основная задача DeNOx, т.к. улавливание и нейтрализация NO протекают наиболее трудно.

На второй стадии решаются задачи восстановления NOx после первоначального окисления примесей, отходящих газов и снижение энергозатрат. Далее отходящие газы направлялись на блочный сотовый адсорбент-катализатор на основе модифицированного цеолита.

Чтобы устранить недостатки известных вариантов метода СНВ и добиться новых положительных результатов очистки, на 2-й стадии способа были внесены следующие существенные изменения.

1. Заменяли гранулированный слой носителя на монолитные механически более прочные кислото- и влагостойкие блоки, что позволяет увеличить ресурс очистной системы (табл. 4).

2. Сотовые высокопористые блочные носители не только предотвращают забивание реактора, но и значительно снижают газодинамическое сопротивление, что позволяет увеличить линейную скорость потока с 0,1-0,3 м/с [10] до 1,5-2,0 м/с без снижения эффективности, а следовательно, сократить габариты установки (табл. 5).

3. Высокая плотность каналов адсорбента-нейтрализатора дает возможность увеличить поверхность контакта с очищаемым газом и, как следствие, эффективность очистки (табл. 4, 5).

4. Осуществление непрерывной разбрызгивающей подачи раствора восстановителей или воды в виде тумана, дополнительно улавливающих оксиды азота, способствует их нейтрализации на поверхности пористого носителя (табл. 6).

5. Введение модифицирующих добавок в цеолиты в виде переходных металлов (меди, железа, марганца и др., 1-20 мас. %) способствует адсорбции и окислению части монооксида азота в диоксид и тем самым в дополнении к окислению на первой стадии облегчает его улавливание и нейтрализацию. Таким образом, в данном способе задача более полной нейтрализации NO решается с помощью двух катализаторов на основе перовскитов на 1-й стадии и модифицированных цеолитов на второй стадии. Необходимость использования катализаторов оправдывается возможным повышением температуры на 1-й стадии (выше 400 o C), когда полнота окисления оксида азота определяется термодинамикой.

Нанесенные образцы содержали 20-30% катализатора (100-150 г/л), введенного в поры носителя совместно с пластификатором и связующим методом вакуумной пропитки. Перовскитные катализаторы готовились разложением нитратов или соосажденных гидроксидов соответствующих металлов при 900 o C. Они вводились как методом пропитки из растворов и суспензий, так и формованием блоков с использованием пластификаторов и связующих компонентов.

Объемная скорость потока газа составляла 5000 ч-1, температура устанавливалась с помощью внешней печи или с использованием проводящего блочного нагревателя-катализатора. Использовался хроматографический анализ газов. В табл.2 представлены результаты каталитической эффективности превращения, выраженные в температурах достижения 90% и 50% конверсии (в скобках).

В табл. 3 приведены усредненные результаты за несколько часов работы (при оборотах двигателя 5500-7500 об/мин) в начальный период и в скобках через 20 ч работы системы очистки.

Пример 3. Преимущества, подтверждающие высокие прочностные характеристики блочных носителей и катализаторов в предлагаемом способе улавливания оксидов азота раствором карбамида, представлены в табл. 4. Степень разрушения носителей в реакторе с высотой слоя 120 мм определяли по фракционированному анализу гранул носителя размером 2 мм и монолитных блоков после проведения последовательных циклов введения раствора восстановителей, осушки носителей и проведения реакции восстановления NO2.

Таким образом, при использовании блочных катализаторов на высокопрочных керамических пористых носителях и применении смеси восстанавливающих веществ (карбамид+бикарбонат аммония, 1:1) существенно повысится ресурс работы нейтрализатора оксидов азота.

Пример 4. Сопоставление данных по эффективности очистки от оксидов азота на различных носителях и катализаторах после предварительной окислительной стадии и охлаждения газов ниже точки росы (высота слоя носителя 120 мм, температура реакции 30oC, обработка раствором карбамида, 200 г/л).

Пример 5. Влияние на эффективность очистки подачи воды или раствора карбамида путем впрыскивания в поток газов. Предварительно окисленные на первой стадии газы (NOx 0,1 мг/л) охлаждались до 30-40 o C и на второй стадии восстановления перед катализатором-адсорбентом впрыскивалась вода или раствор восстановителей 50-100 г/м3 (концентрация раствора 200 г/л).

Табл. 6 дополнительно иллюстрирует необходимость использования в предлагаемом способе очистки совокупности операций: двухстадийной очистки, охлаждения газов и впрыскивания водного раствора восстановителей. При этом обеспечивается непрерывное и постоянное введение реагентов и снижение температуры процесса.

Сопоставительный анализ данного способа с разделением стадий окисления и восстановления и сочетанием каталитических и некаталитических реакций по сравнению с известными способами и прототипом показывает большую эффективность, полноту и стабильность предлагаемого энергосберегающего способа очистки. Возможность проведения комплексной окислительной и восстановительной очистки в две стадии на холодном двигателе, когда концентрации токсичных примесей наибольшие, также предлагается впервые.

Способ очистки воздуха от токсичных компонентов и фильтрующий модуль для очистки воздуха от газообразных токсичных компонентов

Имя изобретателя: Кумпаненко И.В.; Лосев В.В.; Шеляпин И.П.; Васильев Н.П.; Романчук Э.В.; Замараев Б.К.; Дейкун М.М.; Ермаков А.И.; Довидчук А.Н.

Имя патентообладателя: ООО «Экоспецстройснаб»

Адрес для переписки: 101000, Москва, ул. Мясницкая, 13, ООО «Экоспецстройснаб» (ЭССС)

Дата начала действия патента: 2000.11.21

Изобретение относится к сорбционно-каталитической очистке воздуха от загрязняющих веществ и может быть использовано для систем очистки от токсичных компонентов выхлопных газов. Предложены способ очистки воздуха от токсичных компонентов, включающий пропускание очищаемого воздуха через фильтр, улавливающий твердые частицы и аэрозоли, и через слой сорбента в фильтрующем модуле, через слой окислительно-восстановительного катализатора на основе окислов марганца и меди, при этом очищаемый воздух перед подачей в фильтрующий модуль нагревают до температуры, превышающей температуру окружающего воздуха на величину T = 5-30є, и фильтрующий модуль для очистки воздуха от газообразных токсичных компонентов, включающий цилиндрический корпус и расположенный в нем слой сорбента и слой окислительно-восстановительного катализатора на основе окислов марганца и меди, при этом слой катализатора выполнен в виде полого цилиндра, а слой сорбента, поглощающего углеводороды и другие органические соединения, размещен внутри цилиндрического каталитического слоя, и оба слоя установлены коаксиально с корпусом. Предложенные способ и модуль очистки выхлопных газов позволяют достигнуть десятикратного снижения концентрации вредных компонентов в вентиляционных выбросах при производительности 600 м3/ч на один модуль.

Изобретение относится к сорбционно-каталитической очистке воздуха от загрязняющих веществ и может быть использовано для систем очистки от токсичных компонентов выхлопных газов выбрасываемой в атмосферу вентиляционной вытяжки из многоэтажных, наземных и подземных гаражей-стоянок закрытого типа, станций техобслуживания, автодорожных тоннелей, складских помещений и терминалов с заездом внутрь автомобильного транспорта, а также для очистки приточной вентиляции помещений в случае забора воздуха в местах его высокого загрязнения выхлопными газами бензиновых и дизельных двигателей внутреннего сгорания. Главными загрязняющими веществами воздуха для рассматриваемых объектов с концентрациями, существенно превышающими ПДК, являются окись углерода СО, оксиды азота NO и NO2, углеводороды и другие органические соединения, двуокись серы SO2, а также аэрозоли и частицы сажи и пыли.

Известны установки и способы для очистки (регенерации) воздуха в закрытых помещениях для очистки воздуха, подаваемого в помещения, от загрязняющих веществ, присутствующих в повышенных концентрациях в атмосфере в местах его забора, и для очистки воздушно-газовых смесей, являющихся отходящими газами различных производств и ТЭЦ и автомобильного выхлопа.

Например, известны способы очистки отходящих газов различных производств, в частности, образующихся при плазменной обработке материалов, содержащих оксиды азота, углерода и пр. (RU, патент 2035976, кл. B 01 D 53/02, 1995), или для очистки воздуха от свинца, олова, канифоли и других соединений, выделяющихся при электротехнических работах (RU, патент 2112587, кл. B 01 D 53/02, 1998).

Способы предусматривают адсорбцию загрязняющих веществ специальными сорбентами. Способы непригодны для очистки воздуха от окиси углерода, так как она не адсорбируется на используемых в этих способах сорбентах.

Широко известен способ очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания путем глубокого каталитического окисления окиси углерода и углеводородов с их превращением в углекислый газ и воду, а также способ каталитического восстановления окислов азота до азота на базе проведения реакций на поверхности катализаторов.

Аналогичный способ применяется для очистки отходящих газов различных производств и ТЭЦ. Разработанные на основе этого способа нейтрализаторы выхлопных газов устанавливаются в настоящее время практически на всех зарубежных автомобилях и на автомобилях некоторых отечественных марок. Соответствующие устройства очистки отходящих газов широко используются для оборудования промышленных установок. Все эти способы и устройства предполагают протекание каталитических реакций при высоких температурах (200-400 o C) и, как правило, с использованием дорогостоящих катализаторов на основе благородных металлов (платина, родий, палладий). Однако необходимость проведения реакций при высоких температурах делает невозможным применение указанных каталитических систем для очистки огромных воздушных вентиляционных потоков по соображениям экономии энергии.

Наиболее близким к предлагаемому способу очистки воздуха от токсичных компонентов по технической сущности является способ очистки воздуха, описанный в патенте (ЕР 0438282 B1, кл. B 01 D 53/04, 1991), посвященном производству особо чистого азота из воздуха для нужд электронной промышленности. Описанный в данном изобретении способ очистки воздуха заключается в последовательной очистке исходного воздуха: (1) от паров воды и CO2; (2) от окиси углерода; (3) от водорода и (4) повторно от паров воды и CO2.

Существенными недостатками способа-прототипа являются его сложность, высокая энергоемкость и очень низкая производительность, что делает его неприемлемым для очистки больших объемов воздуха. Важно отметить, что при очистке воздуха от токсичных компонентов не требуется удаления из воздуха паров воды, CO2 и водорода, так как вода и CO2 нетоксичны, а водород присутствует в воздухе в чрезвычайно малых концентрациях (5·10-5 об. %). В способе-прототипе удаление воды на первой стадии очистки помимо решения задачи получения высокочистого воздуха позволило избежать отравления парами воды окислительно-восстановительного катализатора на основе окислов переходных металлов, так как известно, что такие катализаторы (в том числе гопкалит) резко снижают каталитическую активность под воздействием адсорбируемой на его поверхности воды (см., например, Беркман С., Моррелл Д. и Эглофф Г., Катализ в неорганической и органической химии, пер. с англ., кн. 1-2, М.-Л., 1949).

Наиболее близким к предлагаемому фильтрующему модулю для очистки воздуха от газообразных токсичных компонентов является фильтрующий модуль (фильтр-поглотитель см. Установка ФП-300; Техническое описание и инструкция по эксплуатации; ВД 250.503.000 ТО, К-6583), предназначенный для очистки воздуха, подаваемого в закрытые помещения, в которых находятся люди, от загрязняющих и отравляющих веществ различного происхождения.

Задачей изобретения является создание более простого и дешевого способа очистки воздуха от токсичных компонентов, который позволит существенно повысить производительность процесса при высокой эффективности очистки воздуха, содержащего большие концентрации окиси углерода, окислов азота, углеводородов и других органических соединений, уменьшить энергозатраты и избежать необходимости периодической регенерации катализатора.

Задачей изобретения является также разработка фильтрующего модуля для очистки воздуха от газообразных токсичных компонентов, в частности вентиляционных выбросов из закрытых помещений от токсичных компонентов выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, обладающего высокой производительностью и высокой эффективностью очистки воздуха.

Решение поставленной задачи достигается предлагаемыми:

— способом очистки воздуха от токсичных компонентов, включающим его пропускание через слой сорбента, а затем через слой окислительно-восстановительного катализатора на основе окислов марганца и меди, в котором перед пропусканием воздуха через слои сорбента и катализатора его отфильтровывают от твердых частиц и аэрозолей, а затем нагревают до температуры, превышающей температуру окружающего воздуха на величину T, равную 5-30 o C, а в качестве сорбента используют сорбент, поглощающий углеводороды и другие органические соединения.

В качестве сорбента можно использовать активированный уголь.

В качестве катализатора можно использовать гопкалит.

Слой сорбента и слой катализатора можно поместить в фильтрующий модуль.

— Фильтрующим модулем для очистки воздуха от газообразных токсичных компонентов, включающим цилиндрический корпус и расположенный в нем слой сорбента, причем в фильтрующем модуле содержится дополнительный слой окислительно-восстановительного катализатора на основе окислов марганца и меди, при этом слой катализатора выполнен в виде полого цилиндра, а слой сорбента, поглощающего углеводороды и другие органические соединения, размещен внутри каталитического слоя, и оба слоя установлены коаксиально с корпусом.

Слои сорбента и катализатора могут быть отделены друг от друга инертным разделительным слоем.

Слой сорбента может быть выполнен из активированного угля.

Слой катализатора может быть изготовлен из гопкалита.

Фильтрующий модуль может дополнительно содержать блок принудительного нагревания очищаемого воздуха.

Главным отличием предлагаемого способа от известного (прототипа) является принципиально иной путь решения проблемы предотвращения отравления катализатора на основе окислов переходных металлов парами воды. В прототипе воду из воздуха удаляют перед пропусканием через катализатор. В предлагаемом способе отравление катализатора водяными парами предотвращается небольшим повышением температуры очищаемого воздуха относительно температуры воздуха окружающей среды, что приводит к относительному смещению адсорбционно-десорбционного равновесия на поверхности катализатора и существенно предотвращает конденсацию на нем водяных паров.

Специально проведенные нами экспериментальные исследования, направленные на изучение адсорбционно-десорбционных процессов на поверхности катализатора и влияния на них температуры и влажности очищаемого воздуха, показали, что при нагревании воздуха, поступающего на катализатор, адсорбционно-десобционное равновесие на поверхности катализатора смещается в сторону десорбции с нее молекул воды, что позволяет беспрепятственно протекать на поверхности катализатора окислительно-восстановительным процессам. Важным результатом наших исследований было установление того факта, что при нагревании очищаемого воздуха наиболее важной характеристикой является не сама температура нагретого воздуха, а разность температур T между температурой нагретого воздуха и температурой воздуха, поступающего в систему очистки из внешней среды. Хотя очевидно, что чем выше T, тем больше смещение равновесия в сторону десорбции воды с поверхности катализатора, и тем больше его устойчивость к воздействию влаги воздуха, однако степень нагрева не может быть сколь угодно большой из соображений экономии энергии, расходуемой на нагрев. Минимальная допустимая величина нагрева T зависит от температуры и влажности воздуха, поступающего в систему очистки, и от свойств катализатора. При использовании в качестве катализатора окислов меди, марганца, их смеси или готового катализатора гопкалита воздух, подаваемый на катализатор, должен иметь температуру на 5-30 o C выше, чем температура воздуха окружающей среды.

Разработанный нами принципиально новый путь предотвращения отравления катализатора парами воды в предлагаемом способе позволил существенно упростить процесс и снизить его энергоемкость.

Другим отличием предлагаемого способа от прототипа является наличие операции предочистки (до пропускания воздуха через слой катализатора) от углеводородов и других органических соединений пропусканием очищаемого воздуха через слой сорбента, поглощающего эти соединения. Пропускание очищаемого воздуха через слой сорбента позволяет не только осуществлять очистку воздуха от углеводородов и других органических соединений, являющихся токсичными компонентами, но и предотвращать протекание в каталитическом слое реакций превращения этих органических соединений, предохраняя тем самым катализатор от отравления, то есть введение этой операции в предлагаемый способ позволило повысить эффективность очистки воздуха и избежать стадии регенерирования катализатора.

Слой сорбента и слой катализатора удобно поместить в фильтрующий модуль.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом: поступающий в систему очистки воздух предварительно очищают на фильтре, улавливающем твердые частицы и аэрозоли, затем нагревают в блоке принудительного нагревания до температуры, которая превышает температуру окружающего воздуха на величину T = 5-30єC, и затем подогретый воздух последовательно пропускают через сорбционный и каталитический слои, после чего очищенный воздух поступает на выход.

Отличием является также то, что содержащийся в предлагаемом фильтрующем модуле слой сорбента выполняет двойную функцию: благодаря адсорбции на нем углеводородов и других органических соединений, во-первых, осуществляется очистка воздуха от органических токсичных веществ, и во-вторых, предотвращается попадание этих органических веществ на катализатор и протекание на нем реакций их превращений, что предохраняет каталитический слой от отравления.

Как уже отмечалось, катализаторы на основе окислов переходных металлов легко адсорбируют на своей поверхности пары воды, что резко снижает каталитическую активность. При эксплуатации предлагаемого фильтрующего модуля возможны следующие пути решения проблемы сохранения активности катализатора.

Предлагаемый фильтрующий модуль предназначен для очистки воздуха от газообразных токсичных компонентов. Если очищаемый воздух загрязнен твердыми частицами и аэрозолями, его перед подачей в фильтрующий модуль пропускают через фильтр, улавливающий такие примеси.

Предлагаемый фильтрующий модуль состоит (см. фиг.) из цилиндрического металлического корпуса (1) с крышкой (2) и дном (3). Корпус имеет три отверстия диаметром условного прохода 150 мм: два торцевых (4), для входа, и одно боковое (5), для выхода воздуха. Одно из торцевых отверстий может либо закрываться заглушкой (6), либо, при необходимости, подсоединяться к соседнему модулю. В корпусе (1) помещаются сорбент (7), катализатор (8), разделительные перфорированные перегородки (9). Выходное отверстие (5) соединяется с патрубком для выхода воздуха (10). С помощью эластичных муфт (11) несколько модулей при необходимости соединяются между собой.

Адсорбционный (7) и каталитический (8) слои выполнены в виде полых цилиндров, при этом слой сорбента размещен внутри каталитического слоя, и оба слоя установлены коаксиально с корпусом.

Предлагаемый фильтрующий модуль работает следующим образом. Через входное отверстие (4) воздух поступает в полое пространство модуля и последовательно проходит сначала через сорбционный слой (7) и затем через каталитический слой (8), после чего через боковое отверстие (5) поступает на выход. При наличии в фильтрующем модуле блока принудительного нагревания (не показан) очищаемый воздух перед подачей на вход (4) подогревают до температуры, превышающей температуру окружающего воздуха на T = 5-30єC.

Предлагаемый фильтрующий модуль обеспечивает высокую эффективность очистки воздуха (достигается десятикратное снижение концентрации газообразных токсичных компонентов в вентиляционных выбросах гаражей) при производительности 600 3/час на один модуль.

1. Способ очистки воздуха от токсичных компонентов, включающий его пропускание через слой сорбента, а затем через слой окислительно-восстановительного катализатора на основе окислов марганца и меди, отличающийся тем, что перед пропусканием воздуха через слои сорбента и катализатора его отфильтровывают от твердых частиц и аэрозолей и затем нагревают до температуры, превышающей температуру окружающего воздуха на величину T, равную 5-30 o C, а в качестве сорбента используют сорбент, поглощающий углеводороды и другие органические соединения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют активированный уголь.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют гопкалит.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что слой сорбента и слой катализатора помещают в фильтрующий модуль.

5. Фильтрующий модуль для очистки воздуха от газообразных токсичных компонентов, включающий цилиндрический корпус и расположенный в нем слой сорбента, отличающийся тем, что он содержит дополнительный слой окислительно-восстановительного катализатора на основе окислов марганца и меди, при этом слой катализатора выполнен в виде полого цилиндра, а слой сорбента, поглощающего углеводороды и другие органические соединения, размещен внутри каталитического слоя, и оба слоя установлены коаксиально с корпусом.

6. Фильтрующий модуль по п.5, отличающийся тем, что слои сорбента и катализатора отделены друг от друга инертным слоем.

7. Фильтрующий модуль по п.5 или 6, отличающийся тем, что слой сорбента выполнен из активированного угля.

8. Фильтрующий модуль по любому из пп.5-7, отличающийся тем, что слой катализатора изготовлен из гопкалита.

9. Фильтрующий модуль по любому из пп.5-8, отличающийся тем, что он дополнительно содержит блок принудительного нагревания очищаемого воздуха.

Привет студент

Нейтрализация отработавших газов двигателей внутреннего сгорания (ОГ ДВС)

Дипломный проект

Нейтрализация отработавших газов двигателей внутреннего сгорания (ОГ ДВС)

Аннотация

Пояснительная записка ВКР содержит 92 страниц, в том числе 44 рисунков, 16 таблиц, 43 источника литературы. Графическая часть выполнена на 10 листах формата А3.

Проведен анализ современного состояния научно-технического прогресса известных технических решений по нейтрализации отработавших газов двигателей внутреннего сгорания (ОГ ДВС).

На базе устройства по нейтрализации ОГ ДВС, разработанного на кафедре метрологии, стандартизации и сертификации, проведена серия экспериментов по нейтрализации ОГ.

В условиях закрытого помещения (гараж индустриально-педагогического колледжа) проведена метрологическая оценка результативности применения жидкостного нейтрализатора нового типа. Результативно оценивалась по динамике концентраций компонентного состава ОГ ДВС. Для измерения концентраций ОГ ДВС использован 5-и компонентный газоанализатор ИНФРАКАР 5М2Т.02.

Изучены и систематизированы факторы, влияющие на возникновение повышенной погрешности измерения концентраций ОГ ДВС с применением устройства на базе жидкостного нейтрализатора. Выполнена метрологическая оценка изменения концентраций ОГ ДВС до и после нейтрализатора.

В экономической части ВКР представлены расчеты на проведение научно – исследовательской работы.

Представлен расчет предотвращенного экологического ущерба при реализации предложенной оптимизированных направлений по каталитической очистке на примере г. Оренбурга.

В разделе «Безопасность труда» проведен анализ условий труда, разработаны мероприятия по их улучшению. Предложена принципиально новая система вентиляции крытых стоянок и гаражей автотранспортных предприятий с локализацией и нейтрализации выбросов двигателей внутреннего сгорания вместо их разбавления свежим подготовленным воздухом.

abstract

Содержание

1 Современное состояние научно-технического прогресса по разработке нейтрализаторов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания…….

1.1 Этапы разработки устройств каталитического обезвреживания токсичных компонентов состава отработавших газов двигателей внутреннего сгорания…..

1.2 Очистка отработавших газов двигателей внутреннего сгорания

с добавлением дополнительного воздуха или кислорода……………………….

1.3 Способ очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания магнитным полем…………………………………………………………………….

1.4 С использованием фильтрующего элемента………………………………….

1.5 Нейтрализация «электронным ударом»………………………………………..

1.6 С использованием электролизера (для получения водорода для сжигания углеводородов и восстановления окислов азота)………………………………….

1.7 Очистка отработавших газов двигателей внутреннего сгорания

с добавлением углеводородов………………………………………………………

1.8 Разбавление отработавших газов двигателей внутреннего сгорания «разбавителем»……………………………………………………………………….

1.9 Огневое сжигание сажи и углеводородов…………………………………….

1.10 Нейтрализации отработавших газов с использованием поглотителей ….

1.11 Нейтрализация отработавших газов двигателей внутреннего сгорания с использованием дополнительной жидкости ………………………………………

1.12 Катализатор хромово-никелевый для комплексной очистки газовых выбросов от оксидов азота и монооксида углерода……………………………….

2 Экспериментальная проверка и анализ результативности применения нейтрализатора отработавших газов двигателя внутреннего сгорания………

2.1 Общие требования к эксперименту по нейтрализации отработавших газов двигателя внутреннего сгорания………………………………………………….

2.1.1 Анализ и обобщение причин, влияющих на результат измерения концентрации ОГ ДВС с применением устройства для отбора и анализа при

2.1.2 Метрологические требования к проведению эксперимента……………..

2.2 Средства измерений и контроля концентраций отработавших газов…….

2.2.1 Газоанализатор Инфракар 5М2Т.02………………………………………..

2.3 Оценка результатов эксперимента по нейтрализации ОГ ДВС……………

2.4 Расчет предотвращенного экологического ущерба при реализации предложенной оптимизированных направлений по каталитической очистке на примере г. а…………………………………………………………….

3 Расчет затрат на проведение исследований и разработку нейтрализатора отработавших газов двигателя внутреннего сгорания…………………………

3.1 Определение трудоемкости проведения работы по разработке нейтрализатора отработавших газов ДВС………………………………………

3.2 Расчет фонда заработной платы ……………………………………………..

3.3 Отчисления на социальные нужды………………………………………….

3.4 Расчет затрат на материалы для устройства нейтрализации отработавших газов ДВС………………………………………………………………………….

3.5 Амортизация оборудования, относящегося к основным фондам…………

3.5.1 Содержание, ремонт и возобновление малоценного и быстроизнашивающегося оборудования и инвентаря………………………….

3.6 Расчет затрат на энергоресурсы…………………………………………….

3.7 Расчет затрат на использование помещений……………………………….

3.9 Сметная стоимость проведения НИР…………………………………………

3.11 Технико-экономические показатели проведения НИР ……………………

4.1 Анализ и обеспечение условий труда в гараже на базе ИПК ………..

4.2 Расчет местной вытяжной вентиляции в гараже ……………………………

4.3 Возможные чрезвычайные ситуации…………………………………………

Список использованных источников……………………………………………..

Приложение А – Свидетельства на реактивы для нейтрализатора……………

Приложение Б – Причинно-следственная диаграмма факторов, влияющих на погрешность определения концентраций основных компонентов состава отработавших газов ДВС………………………………………………………….

Введение

Транспортно-дорожный комплекс является мощным источником загрязнения природной среды. Из 35 млн. тонн вредных выбросов 89% приходится на выбросы автомобильного транспорта и предприятий дорожно-строительного комплекса, так же транспорт является одним из основных источников шума в городах и вносит значительный вклад в тепловое загрязнение окружающей среды. Выбросы от автомобильного транспорта в России составляют около 22 млн. тонн в год, отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания (ОГ ДВС) содержат более 200 наименований вредных веществ, в т.ч. канцерогенных. Нефтепродукты, продукты износа шин и тормозных колодок, сыпучие и пылящие грузы, хлориды, используемые в качестве антиобледенителей дорожных покрытий, загрязняют придорожные полосы и водные объекты. При работе автомобильного двигателя в атмосферу выбрасываются газы, содержащие около 60 различных веществ, в том числе токсичные вещества: окись углерода, окислы азота, углеводороды и др.

С целью уменьшения загрязнения атмосферы совершенствуются существующие двигатели внутреннего сгорания, разрабатываются новые типы таких двигателей, исследуется возможность замены на автомобилях двигателей внутреннего сгорания другими видами энергетических установок [1].

Закон Российской Федерации «Об охране окружающей природной среды» определяет меры организационного, правового, экономического и воспитательного воздействия на владельцев автомобилей в нашем обществе.

Основные положения этого ФЗ являются основой формирования и укрепления экологического правопорядка, обеспечения экологической безопасности страны.

Большое внимание охране окружающей среды уделяют мировые автомобилестроительные державы. В европейских странах эта проблема решается в направлениях совершенствования конструкций двигателей внутреннего сгорания (ДВС), государственного регулирования путем введения жестких норм на выбросы (нормы ЕЭК ООН 2009 г.) и реализации соответствующих экологических программ [2].

Начиная с 70-х годов XX века усилия российских и зарубежных специалистов наряду с работами по исследованию методов каталитической и жидкостной очистки ОГ ДВС были направлены на совершенствование рабочих процессов двигателей, прежде всего дизелей, путем совершенствования формы камеры сгорания, применения турбонаддува, рециркуляции ОГ (РОГ), подачи воды, части легкого и дизельного топлива во впускной трубопровод, перевода дизелей на альтернативные виды топлив и др.

Целью выпускной квалификационной работы является исследование результативности доступного и недорогого жидкостного нейтрализатора оксида углерода в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания, который можно было бы применить для бензиновых двигателей автомобилей, эксплуатируемых в закрытых помещениях.

При этом под результативностью в ИСО 9000 (п.3.2.14)[3] понимают степень реализации запланированной деятельности и достижения запланированных результатов.

Для достижения поставленной цели в ВКР решались следующие задачи:

— провести анализ существенных признаков патентов на изобретения и полезные модели для выявления доступных и экономически выгодных технических решений по нейтрализации ОГ ДВС, а также возможных для внедрения на автомобильных предприятиях г. а;

— провести анализ факторов, влияющих на погрешность количественной оценки концентраций ОГ ДВС;

— принять участие в эксперименте по созданию жидкостного нейтрализатора, проводимому на кафедре МСиС и количественной оценке содержания ОГ ДВС до применения нейтрализатора и после контакта с нейтрализатором;

— провести анализ и пересчет полученных концентраций ОГ ДВС относительно исходных концентраций;

— провести анализ и метрологическую оценку полученных результатов концентраций ОГ ДВС;

— выполнить анализ предотвращенного экологического ущерба при реализации предложенных оптимизированных направлений по каталитической очистке на примере г. а;

— провести анализ и оценку условия безопасности труда в гараже и разработать мероприятия по их улучшению.

— выполнить расчет затрат на проведение исследований и разработку нейтрализатора отработавших газов двигателя внутреннего сгорания.

Оценку результативности применения предложенного нейтрализатора проводили на испытательных установках, определяя с помощью пятикомпонентного газоанализатора ИНФРАКАР-5М2Т.02 концентрации нормируемых токсичных веществ, таких как оксида углерода (СО), углеводородов (CН – в пересчете на гексан), диоксида углерода (СО₂), кислорода (О₂), окислы азота (NO_x) в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями.

Практическая значимость работы. Разработанное устройство позволяет осуществить контроль концентраций отработавших газов ДВС автомобилей с бензиновыми двигателями, что имеет большое значение для защиты населения города и окружающей среды.

1 Современное состояние научно-технического прогресса по разработке нейтрализаторов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания

1.1 Этапы разработки устройств каталитического обезвреживания токсичных компонентов состава отработавших газов двигателей внутреннего сгорания

Буму технического творчества предшествовали строгие законодательные акты, принятые правительствами США, Японии и Великобритании, города которых официально опубликовали статистику смертельных фотохимических смогов, причиной которых были токсиканты, возникающие под действием озона и инсоляции с участием состава ОГ ДВС. Современные экологические требования к выбросам ОГ ДВС превышают возможности российских автомобилестроителей.

В 2011 году вступила в силу Директива Евросоюза о Промышленных Выбросах. Она должна была быть принятой странами членами Евросоюза до 7 января 2013 года. В основе Директивы положен комплексный подход в применении экологически чистых технологий [4].

Таблица 1.1 – Нормы содержания вредных веществ в отработавших газах, г/км

Наименование нормы

Бензиновые двигатели

Дизельные двигатели

Твердые частицы

СН+NOx

Твердые частицы

Согласно ГОСТ Р 54942 – 2012 года содержание СО и СН в отработавших газах определяют при работе двигателя в режиме холостого хода на минимальных n_мин и повышенных n_пов частотах вращения коленчатого вала двигателя, установленных изготовителем автомобиля.

При отсутствии данных, установленных изготовителем автомобиля:

— значение n_мин не должно превышать:

— значение n_пов устанавливают в пределах:

Для автомобилей выпуска до 31.12.2006 г. содержание СО и СН должно быть в пределах значений, установленных изготовителем для целей оценки соответствия типа транспортного средства перед его выпуском в обращение, а при отсутствии таких данных не должно превышать значений, указанных в таблице 1.2

Таблица 1.2 – Нормативные значения содержания оксида углерода и углеводородов в отработавших газах

Обороты холостого хода

в зависимости от вида моторного топлива

До 3000 см 3 включительно

Резко возросли метрологические требования к системам контроля качества отработавших газов ДВС [5].

Вместо примитивных дымомеров [6] вводятся в действие комплексные отечественные аналитические системы, контролирующие 3 и даже 5 компонентов состава ОГ ДВС, в том числе СО, NОх, О₂, углеводороды, например, производства ООО «Электронстандарт» СПб.

Кафедра метрологии, стандартизации и сертификации, учитывая требования времени на базе международных методик разрабатывает гравитационные системы контроля сажи в ОГ ДВС [7], в том числе в виде поправок к ГОСТ 17.2.2.01-84 [8].

Исследования кафедры метрологии, стандартизации и сертификации ОГУ показали, что одним грузовым автомобилем на каждый километр городской дороги выбрасывается 600 мг бензо(α)пирена.

Установлено [9], что массовый среднегодовой выброс в приземный слой атмосферы г. а 330 автомобилей, эксплуатируемых ЗАО «АК1825» в городском ездовом цикле составил 2,24 % окислов азота, 2,5 % оксида углерода и 0,12 % диоксида серы от общей массы выбросов предприятий города. При этом основной вклад выбросов приходится на оксид углерода (рисунок 1).

Рисунок 1.1 – Ранжирование по массе выбросов загрязняющих веществ автотранспорта, принадлежащего АК 1825, в городском ездовом цикле

Разрабатывается новый вариант комплексного показателя оценки токсичности ОГ ДВС (сажа как индикатор бенз(α)пирена), гармонизированного с методикой расчета вредных выбросов (сбросов) для комплекса оборудования открытых горных работ (на основе удельных показателей) [10].

Ужесточающаяся нормативная база привела к появлению спроса на системы очистки выхлопных газов и отработанных газов. На двигатели стали устанавливать системы очистки отработавших газов, в первую очередь, «сажевые фильтры».

Мы провели анализ общедоступной информации по фондам библиотеки ОГУ, по базам патентной информации областной библиотеки им. Н.К. Крупской и Интернет-ресурсам, включая реферативные журналы (ВИНИТИ): «Автомобильный и городской транспорт», «Охрана природы и воспроизводство природных ресурсов», «Охрана и улучшение городской среды».

Целью исследования явился анализ существенных признаков изобретений, изученных нами для выявления доступных и экономически выгодных технических решений, а также возможных для внедрения на автомобильных предприятиях г. а.

1.2 Очистка отработавших газов двигателей внутреннего сгорания

с добавлением дополнительного воздуха или кислорода

Способ очистки отходящих газов путем их огневой обработки низкотемпературной плазмой в камере дожига при одновременной подаче в зону горения окислителя опубликовано в патенте № 2125168 РФ [11]. Для очистки отходящих газов ведут глубокий дожиг несгоревших токсичных компонентов отходящих газов в половине факела. После этого проводят мокрую очистку отходящих газов после их электроогневой обработки, например ввода щелочной аэрозоли, что позволяет связать оставшиеся двуокислы газов (SO₂, NO₂, CO₂ и др.) до кислотного пара с одновременной нейтрализацией образуемого кислотного пара водощелочной аэрозолью, а не прореагировавшие остатки утилилизировать в съемную емкость.

Такой способ очистки отходящих газов от токсичных составляющих (несгоревших углеводородов, сероводородов, окиси углерода, сажи, дымности, запахов и др.) может найти широкое применение на всех видах транспорта с тепловыми двигателями, особенно с дизельными двигателями (автотранспорт, водный, речной, воздушный), а также может использоваться для очистки атмосферных выбросов вредных производств (теплоэлектростанции, кабельная, химическая, металлургическая промышленность), а также может быть применено в отходомусоросжигающих технологиях.

Известен химический (каталитический) способ очистки отходящих газов путем пропускания токсичных газов через систему поверхностей с покрытием из химического катализатора, например платины (например, патент России N 2023179).

Предлагаемый способ очистки отходящих газов осуществляется путем огневой обработки низкотемпературной плазмой при одновременной подаче в зону горения окислителя и одновременном наложении на упомянутое пламя сильного электрического поля с напряженностью Е ≥ 1 кВ/см, например, вдоль факела пламени, причем электроогневое дожигание отходящих газов осуществляют в термостатированной камере с диаметром и объемом, достаточным для глубокого дожига токсичных компонент отходящих газов, причем регулируют параметры факела пламени (высоту; объем; температуру) и параметры упомянутого электрополя (напряженность; частоту; форму; ток эмиссии электронов; расстояние между электродами) в зависимости от интенсивности и состава очищаемых отходящих газов, например, путем измерения токсичных компонент после их электроогневой обработки, сравнения с заданным уровнем очистки и последующим запрограммированным изменением параметров пламени и электрополя, после чего осуществляют мокрую аэрозольную обработку отходящих газов водощелочной жидкостью, причем ее распыляют, например, электростатическим способом в поток отходящих газов, например, перпендикулярно потоку, после чего конденсируют и собирают оставшийся кислотный конденсат в легкосъемную емкость, а очищенные отходящие газы выпускают в атмосферу, причем регулируют интенсивность подачи и состав аэрозоли, например, изменением потенциала от источника электрополя в зависимости от интенсивности и состава отходящих газов.

Реализация предлагаемого способа показана на примере устройства очистки отходящих газов рисунок 1.2.

1 – источник загрязненных отходящих газов; 2 – впускной коллектор; 3 – камера электроогневой обработки газов; 4 – выпускной коллектор; 5 электроизолятор; 6 – жаропрочный коаксиальный электрод; 7 – сетчато – игольчатый дисковой электрод; 8 – клемма; 9 – высоковольтный преобразователь напряжения; 10 – система управления; 11 – блок питания; 12 – газовая горелка;

13 – электромагнитный клапан; 14 – газовый баллон; 15 – силовой преобразователь; 17 – система измерения и контроля интенсивности и состава отходящих газов; 18 – вторая камера; 19 – выпуск полностью очищенных отходящих газов

Рисунок 1.2 – устройства очистки отходящих газов (Патент № 2125168 РФ)

1 – двигатель внутреннего сгорания; 2 – воздухозаборник двигателя;

3 – выпускной коллектор двигателя; 4 – вихревая труба; 5 – нейтрализатор продуктов неполного сгорания топлива; 6 – выхлопная труба; 7 – свежий воздух, поступающий в двигатель; 8 – газы, охлажденные в вихревой трубе; 9 – газы, подогретые в вихревой трубе; 10 – газы, поступающие из двигателя

Рисунок 1.3 – схема реализации предлагаемого способа нейтрализации отработавших газов (Патент № 2239706 РФ)

Способ нейтрализации отработавших газов, включает рециркуляцию части выхлопных газов и разделение выхлопных газов на охлажденный и подогретый потоки в вихревой трубе, расположенной на выпускном коллекторе двигателя, при этом уменьшают образование окислов азота в двигателе путем рециркуляции части выхлопных газов и ускоряют реакцию окисления окиси углерода за счет повышения температуры газов в нейтрализаторе, отличающийся тем, что охлажденный поток газов из вихревой трубы подают обратно на всасывание двигателя, а горячий поток подают в нейтрализатор.

Задачей изобретения является использование тепловой энергии отработавших газов двигателя внутреннего сгорания для улучшения процессов нейтрализации активных ядовитых примесей.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ нейтрализации отработавших газов путем рециркуляции части газов, охлаждаемых в специальном холодильнике [13].

1.3 Способ очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания магнитным полем

Известен также способ очистки отработавших газов включающий подачу потока отработавших газов на катализатор и подачу воздуха для нейтрализации вредных примесей отработавших газов, предварительно перед подачей на катализатор поток отработавших газов принудительно смешивают с помагнитным полем, векторы направления сил которого ориентируют в плоскости, перпендикулярной относительно направления подачи потока отработавших газов[14]. Магнитное поле формируют с помощью, по меньшей мере, двух магнитов, одноименные полюса которых устанавливают навстречу друг другу и постоянно поддерживают их в этом положении, при этом создают турбулентный режим перемешивания потоков отработавших газов и воздуха, а затем проводят вторую стадию нейтрализации. Предложено устройство, для реализации указанного способа представленное на рисунке 1.4

1 – основной корпус; 2 – входной патрубок; 3 – выходное отверстие; 4 – усеченная конусообразная часть; 5 – вершина усеченного конуса; 6 – зона нейтрализации отработавших газов; 7 – каталитический элемент; 8 – дополнительный корпус; 9 – торцевые стенки; 10 – перегородки;

11, 12 – блок; 13,14 – магниты; 15 – поверхности магнитов; 16 – патрубок; 17 – торцевая крышка

Отработавшие газы, например, двигателей внутреннего сгорания (ДВС) характеризуются наличием в своем составе токсичных примесей таких как: монооксид углерода (СО), оксид азота (NOx) и углеводороды (СН).

В качестве ближайшего аналога выбран способ очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания (патент РФ №2136908 С 1, МПК F01N 3/10, публ. от 10.09.1999 г.).

Технические характеристики, достигаемые при использовании заявляемого устройства и реализованного в нем способа очистки отработавших газов, проиллюстрированы в сравнительной таблице 1.2

Таблица 1.3 – Технические характеристики устройства очистки отработавших газов

Наличие подачи воздуха

Снижение примесей в ОГ ДВС, %

Слои металлической стружки и/или порошка и бентонитовой прослойки из высокопористого материала

Снижается (нет данных)

Повышает противодавление, т.е. снижает мощность двигателя

Катализатор не указан

Повышает противодавление, т.е. снижает мощность двигателя

Заявляемые способ и устройство

Не повышает противодавление, сохраняет мощность двигателя

Заявляемые способ и устройство

Не повышает противодавление, сохраняет мощность двигателя

1.4 С использованием фильтрующего элемента

Фильтр – нейтрализатор предназначен для снижения токсичности отработавших газов дизельных, бензиновых и газобензиновых двигателей до уровня экологических требований.

Предложенная конструкция позволяет довести концентрацию вредных веществ в отработавших газах до стандартных норм токсичности и решить поставленную задачу[15]. В предложенной конструкции последовательные зоны очистки обеспечивают нейтрализацию отработавших газов до стандартных норм, а установленные последовательно перегородки, о которые наталкиваются отработавшие газы, и последовательный, боле длительный, чем в прототипе, путь движения от входного патрубка до выходного обеспечивают уровень шума отработавших газов ниже стандартного значения. Именно эти факторы и позволяют совместить фильтр-нейтрализатор и глушитель шума в единой конструкции.

21 – входной патрубок с фланцем; 22 – выходной патрубок с фланцем;

23,24,25 – утеплители; 26 – полость подогрева отработавших газов;

27 – механическая ступень очистки; 28 – окна перегородки; 29 – 32 – прорези ступиц;

Рисунок 1.5 – фильтр – нейтрализатор (Патент № 2447921 РФ)

Известен нейтрализатор отработавших газов по патенту РФ № 2075609, опубл. 20.03.1997, предназначенный для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания от вредных компонентов и сажи. Этот известный нейтрализатор наиболее близкий по технической сущности к заявляемому и принят за прототип.

Таким образом, предлагаемое изобретение отличается от прототипа тем, что его можно применить вместо штатного глушителя шума отработавших газов автомобиля и иного глушителя шума, используемого в иных отраслях промышленности, простотой конструкции, благодаря которой снижается его стоимость без снижения эффективности нейтрализации отработавших газов и ресурса работы фильтра-нейтрализатора.

1.5 Нейтрализация «электронным ударом»

Существует способ нейтрализации вредных примесей в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания электроимпульсным ударом α- частицами и устройство для осуществления[16].

Изобретение позволяет снизить содержание вредных примесей, понизить токсичность отработавших газов, повысить эффективность нейтрализации токсичных примесей в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания, упростить конструкцию устройства и установки его в габаритах двигателя. Способ нейтрализации вредных примесей в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания заключается в том, что обрабатывают потоком альфа-частиц воздух, подаваемый через воздухозаборный трубопровод двигателя, на участке от воздушного фильтра или газораспределительного устройства до карбюратора или топливного насоса, и одновременно другим потоком α-частиц обрабатывают отработавшие газы в трубопроводе выброса выхлопных газов, отличающийся тем, что после обработки подаваемого в двигатель внутреннего сгорания через воздушный коллектор воздуха альфа-частицами восстанавливают положительные ионы воздуха, обогащают воздух отрицательными ионами кислорода, а энергию α-частиц для обработки отработавших газов выбирают так, чтобы обеспечить диссоциацию окислов азота, угарного газа и углеводородов электронным ударом при прохождении отработавших газов через систему выхлопа двигателя внутреннего сгорания, с одновременным обогащением отработавших газов отрицательными ионами кислорода.

Устройство изобретения нейтрализации вредных примесей представлено на рисунке 1.6

1 – двигатель внутреннего сгорания; 2 – патрубок воздушного коллектора;

3 – воздушный фильтр; 4 – газораспределительное устройство; 5 – система подачи топлива; 6 – резонатор; 7 – глушитель; 8 – выхлопная труба; 9 – камера ионизации; 10 – камера диссоциации;

Рисунок 1.6 – устройство нейтрализации вредных примесей в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания (Патент № 2323355 РФ)

В устройстве используются источники α-частиц, которые должны быть изготовлены и аттестованы согласно ГОСТ Р51873-2002 (Источники ионизирующего излучения радионуклидные закрытые. Общие технические требования).

1.6 С использованием электролизера (для получения водорода для сжигания углеводородов и восстановления окислов азота)

Центральный научно-исследовательский автомоторный институт предложил способ снижения токсичности отработавших газов используя добавление водорода [17]. Способ включает в себя наполнение цилиндров двигателя свежим зарядом, сжатие заряда в цилиндре, воспламенение горючей смеси и выпуск из цилиндров отработавших газов, энергию расширения которых преобразовывают в механическую работу, к потоку отработавших газов после выпуска их из цилиндра добавляют водород, а затем подают смесь отработавших газов с водородом в каталитический нейтрализатор и осуществляют выпуск газов из нейтрализатора в атмосферу. Вырабатываемый в электролизере на борту транспортного средства наряду с водородом кислород подают во впускную систему двигателя. Подмешивание водорода к отработавших газов обеспечивает интенсивное дожигание углеводородов и последующее при отсутствии или дефиците кислорода эффективное восстановление окислов азота, следствием чего является снижение суммарной токсичности отработавших газов. Одновременное введение водорода в поток отработавших газов и кислорода в поток свежего заряда обуславливает еще более эффективную конверсию окислов азота, а также снижение расхода топлива транспортным средством.

Задачей данного изобретения является разработка способа работы двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, который при минимальных расходах сырьевых ресурсов обеспечил бы снижение содержания основных токсичных компонентов отработавших газах, в первую очередь, окислов азота, углеводородов и тем самым удовлетворение транспортным средством перспективных жестких норм на токсичность отработавших газов.

1 – блок цилиндров; 2 – воздухоочиститель; 3 – впускной коллектор;

4 – выпускной коллектор; 5 – выпускная труба; 6 – клапаны подачи воздуха;

7 – каталитический нейтрализатор; 8 – устройство для подачи топлива;

Представленный способ работы двигателя внутреннего сгорания транспортного средства обеспечивает при минимальном расходе водорода снижение содержания оксидов азота и углеводородов в отработавших газах.

1.7 Катализатор низкотемпературной конверсии оксида углерода и способ его получения

Изобретение относится к технологии приготовления катализаторов, используемых для химических превращений в газовой фазе, и может быть использовано для конверсии оксида углерода водяным паром. Предложенный катализатор низкотемпературной конверсии оксида углерода включает оксиды меди, цинка, модифицирующее соединение металла и оксид алюминия[18].

Известен способ приготовления катализатора для конверсии оксида углерода, состоящего из оксидов цинка, хрома, меди с добавками оксида алюминия, марганца, титана и др., путем смешения суспензии соответствующих оксидов с раствором хромового ангидрида с последующей обработкой катализаторной массы известными способами.

Задачей настоящего изобретения является разработка катализатора с повышенной механической прочностью с сохранением высокой активности и способа его приготовления.

Катализатор имеет форму цилиндра, сферы, кольца.

Такая совокупность средств решения поставленной задачи позволяет получить катализатор в одну стадию с сохранением высокой каталитической активности.

1.8 Разбавление отработавших газов двигателей внутреннего сгорания «разбавителем»

Изобретение относится к экологическим вопросам промышленности и автотранспорта и предназначено для разбавления вредных выбросов окружающим веществом [19].

1 – источник вредного выброса; 2 – направленный поток вредного выброса;

3 – трубопровод; 4 – поток эжектируемого разбавителя; 5 – эжектирующая струя вредного выброса; 6 – поток смеси вредного выброса и разбавителя; 7 – камера смешения эжектора; 8 – сопло эжектора

Рисунок 1.8 – схема исполнения предлагаемого способа разбавления вредных выбросов (Патент № 2106496 РФ)

Изобретение направлено на повышение эффективности разбавления вредных выбросов и основано на экономии энергии потока разбавителя (относительно чистого вещества) и повышении интенсивности перемешивания вредных выбросов и разбавителя. Это достигается тем, что направленный поток вредных выбросов подают в эжектирующее сопло, а эжектируют окружающее вещество разбавитель. При этом вредный выброс подается струей в центр эжектируемого потока окружающего вещества разбавителя, при раскрытии струи вредного выброса происходит перемешивание его с разбавителем в камере смешивания эжектора, что приводит к повышению интенсивности разбавления.

Предлагаемое изобретение относится к экологическим вопросам промышленности и автотранспорта и предназначено для разбавления вредных выбросов окружающим веществом.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, состоящий в подаче с помощью эжектирующего насадка чистого воздуха в поток исходящего воздуха в шихте, в котором высокая концентрация метана. Происходит разбавление метановоздушной смеси до неопасной концентрации. (см. авт.св. N 721888 СССР. Способ защиты шахтной вентиляционной сети от воздействия газового потока выброса).

1.9 Огневое сжигание сажи и углеводородов

В последние годы, учитывая глобальную окружающую среду, стало очень желательным сокращение выбросов углекислого газа (CO₂). Поэтому проводятся усовершенствования работы на бедной топливной смеси с тем, чтобы добиться лучшего расхода топлива в двигателе внутреннего сгорания транспортного средства[20].

Согласно настоящему изобретению используется материал на основе церия, имеющий заданные свойства. Поэтому настоящее изобретение может обеспечить очищающий от дисперсных частиц материал, который обладает превосходными свойствами очистки от дисперсных частиц и способен начинать очистку от дисперсных частиц при низкой температуре и предотвращать неуправляемый нагрев фильтра-катализатора, а также фильтр-катализатор с использованием этого очищающего от дисперсных частиц материала и способ регенерирования фильтра-катализатора.

Очищающий от дисперсных частиц материал, используемый для фильтра-катализатора для очистки от дисперсных частиц, причем фильтр-катализатор расположен на пути потока выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, улавливает дисперсные частицы в выхлопных газах, образующихся в двигателе внутреннего сгорания, и сжигает осаждаемые дисперсные частицы с тем, чтобы регенерироваться.

1.10 Нейтрализации отработавших газов с использованием поглотителей

Данное устройство может быть использовано для удаления углеводородов из выхлопных газов автомобиля в период холодного запуска двигателя и может быть использовано в качестве поглотителя для улавливания экологически опасных выбросов в окружающую среду устройствами, использующими углеводородное топливо[21].

Актуальность решаемой проблемы улавливания вредных выбросов в окружающую среду и снижения токсичности на этапе пуска технического устройства, использующего углеводородное топливо основана на том, что выхлопная система двигателя внутреннего сгорания (ДВС), используемая в нем, поставляет в окружающую среду

60% CH, CO и является главным источником NO_x, При этом около 80% углеводородных выбросов автомобилей приходится на период холодного запуска, когда каталитический нейтрализатор не разогрет до рабочей температуры 300°С.

Использование предлагаемого способа удаления токсичных веществ из выхлопных газов ДВС и реализующего его устройства обеспечивает высокие степень очистки от токсичных составляющих выхлопных газов автомобиля и стабильность рабочих характеристик при продолжительном циклическом гидротермальном воздействии, а также высокую продолжительность удерживания углеводородов при повышении температуры до момента разогрева каталитического нейтрализатора свыше 300°С.

Конструкция устройства очищения выхлопных газов представленная на рисунке 1.8 приведет к чистоте окружающей среды от ДВС и заявляемое устройство очищения выхлопных газов можно считать экологически чистым устройством[22]. Из этого можно сделать вывод, что приставка с катализатором и заполнителями для очистки от вредных крупных частиц является экологически чистой. В этом и заключается эффективность заявляемого изобретения. Технико-экономическая или иная эффективность изобретения.

Установка в корпусе фигурной шайбы позволяет продлить срок службы устройства для очистки. Кроме того увеличивается степень очистки выхлопных газов. Таким образом, использование устройства для очистки заявляемой конструкции позволит существенно (в 5 раз) повысить эксплуатационную стойкость очищающего устройства, а также его термические свойства.

Конструкция проста в изготовлении и при массовом выпуске экономически выгодна.

1 – входной патрубок; 2 – корпус; 3 – решетка; 4 – фильтрующие вставки из металлической путанки; 5 – алюминиевая стружка; 6 – фигурная шайба; 7 – фильтры; 8 поглотитель газа; 9 – сетка; 10 – фильтр; 11 – перфорация;

12 – выходной патрубок; 13 – резиновая прокладка; 14 – торцевая заглушка;

(Патент № 2017988 РФ)

Известно устройство для очищения выхлопных газов (прототип), содержащее фильтрующие вставки грубой очистки и поглотитель угарного газа в общем блоке.

Недостатком известной конструкции является то, что не учтена теплопроводность материалов, в результате чего поглотитель угарного газа, выполненный из активированного угля, выгорает, что снижает эксплуатационные свойства устройства.

Указанная цель достигается тем, что в приставке, установленной на глушитель между входным патрубком фильтрующими вставками грубой очистки и поглотителем угарного газа, выполненным из активированного угля, с целью образования охлаждающего воздушного пространства устанавливают фигурную шайбу.

1.11 Нейтрализация отработавших газов двигателей внутреннего сгорания с использованием дополнительной жидкости

Известна комбинированная система нейтрализации отработавших газов дизельного двигателя (авторское свидетельство 1000563, кл. F01N 3/00 от 1983 г), содержащая каталитический нейтрализатор, заполненный катализатором, снабженный впускным и выпускным трубопроводами, жидкостный нейтрализатор, частично заполненный жидкостью, трубку, связанную с жидкостным нейтрализатором и снабженную распылителем[23]. Во впускном трубопроводе каталитического нейтрализатора размещена заслонка, управляемая из кабины водителя, а распылитель установлен за заслонкой.

В процессе эксплуатации известных комбинированных систем, особенно на режимах малых нагрузок двигателя на поверхности катализатора, заполняющего каталитический нейтрализатор, происходит отложение продуктов неполного сгорания топлива и особенно серосодержащих веществ, сульфатов, сажи и смол, в результате чего катализатор загрязняется. При этом затрудняется контакт катализатора с отработавшими газами, снижается эффективность очистки.

Для восстановления активности катализатора (регенерации) производится демонтаж и разборка каталитического нейтрализатора. Катализатор помещается в специальную печь, где производится его термообработка в пламени при 700oС и более.

Таким образом, срок службы комбинированной системы от разборки до разборки невелик и определяется временем закоксовывания катализатора.

Изобретение направлено на повышение эффективности очистки отработавших газов, продления срока службы путем дополнительной грубой очистки.

На рисунке 1.10 показана комбинированная система нейтрализации отработавших газов.

Рисунок 1.10 – комбинированная система нейтрализации отработавших газов (Патент № 2187663 РФ)

1.12 Катализатор хромово-никелевый для комплексной очистки газовых выбросов от оксидов азота и монооксида углерода

Изобретение относится к средствам защиты окружающей среды от токсичных газовых выбросов, а именно к катализаторам для комплексной очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания от оксидов азота и монооксида углерода.

Катализатор представляет собой фаянсовый носитель с удельной поверхностью 60-128 м 3 /г, на который нанесены оксиды никеля и хрома при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Рисунок 1.11 – Основные направления и разработки нейтрализации ОГ ДВС

В таблице 1.4 представлены основные направления и разработки ОГ ДВС и отличительные особенности разработок.

Таблица 1.4 – Основные направления разработки нейтрализации ОГ ДВС

нейтрализации ОГ ДВС

С добавлением дополнительного воздуха или кислорода

Повышение надежности очистки газов в данной операции достигается благодаря сбору непрореагировавшего конденсата в сборную емкость, поэтому отходящие газы практически полностью очищены от токсичных и вредных компонент, охлаждены аэрозолю и поэтому экологически чисты

С применением тепловой энергией

Подогретый поток газов используют для нейтрализации отработавших газов двигателей внутреннего сгорания.

С помощью магнитного поля проводят процесс разделения частиц, в частности частиц железа, от других примесей в потоке ОГ, а не смешение потоков ОГ и потока воздуха.

С использованием фильтрующего элемента

Конструкция фильтра-нейтрализатора, можно вмонтировать непосредственно в корпус штатного глушителя шума отработавших газов в автомобиле и в других отраслях промышленности, и упрощение конструкции нейтрализатора, снижение его стоимости без снижения эффективности нейтрализации отработавших газов.

Продолжение таблицы 1.4

Создание высокой управляемой концентрации отрицательных ионов кислорода в воздухе, подаваемом в карбюратор или топливный насос двигателей внутреннего сгорания для повышения эффективности сгорания топлива в двигателе внутреннего сгорания за счет большей окислительной способности воздуха, что позволит снизить содержание вредных примесей в отработавших газах

С использованием электролизера

Катализатор низкотемпературной конверсии оксида углерода и способ его получения

Катализатора низкотемпературной конверсии оксида углерода, включающего оксиды меди, цинка, модифицирующее соединение металла и оксид алюминия, содержащий, по крайней мере, одно соединение элемента, выбранного из группы К, Na, Si, Fe, Ca, Ba

Направленный поток вредных выбросов подают в эжектирующее сопло, а эжектируют окружающее вещество разбавитель

Огневое сжигание сажи и углеводородов

Предоставить очищающий от дисперсных частиц материал, который обладает превосходным свойством очистки от ДЧ и способен начинать очистку от ДЧ при низкой температуре и предотвращать нагрев в фильтре-катализаторе, фильтр-катализатор для очистки от дисперсных частиц с использованием такого очищающего от дисперсных частиц материала.

Окончание таблицы 1.4

С использованием поглотителей

Возможность избирательного улавливания несгоревших углеводородов при низкой температуре и их удерживанию до достижения рабочей температуры каталитического нейтрализатора (не ниже 300°С) и достаточно высокую степень очистки выхлопных газов ДВС от токсичных веществ.

Дополнительно снабжено ведущим и ведомым винтами, закрепленными на одном валу

Катализатор хромово-никелевый для комплексной очистки газовых выбросов от оксидов азота и монооксида углерода

2 Экспериментальная проверка и анализ результативности применения нейтрализатора отработавших газов двигателя внутреннего сгорания

2.1 Общие требования к эксперименту по нейтрализации отработавших газов двигателя внутреннего сгорания

Кафедра МСиС [25] при оценке матричным способом перспективности различных направлений каталитической очистки ОГ ДВС установила необходимость разработки доступных для АТП и относительно не дорогих жидкостных нейтрализаторов оксида углерода в ОГ ДВС, которые можно было бы применить в закрытых помещениях и штреках шахт.

За основу реакции нейтрализации оксида углерода нами был взят новый принцип, ранее не используемый в нейтрализаторах отработавших газов ДВС, а именно реакция конверсии оксида углерода в водород и двуокись углерода.

Данная реакция принципиально возможна при определенных условиях. Известны два типа комплексных водонерастворимых катализаторов для реализации этого способа утилизации оксида углерода.

В частности в нефтехимической промышленности известен каталитический процесс обезвреживания оксида углерода путем его конверсии в водород в присутствии катализаторов

Реакция нейтрализации протекает по типу

Использованный катализатор был представлен оксидом меди (61,0 г), оксидом цинка (18,0 г) и оксидом хрома (15,0 г) растворённых в 2 л дистиллированной воды, водная взвесь которых подвергалась барботажу со скоростью 50 л/мин анализируемого ОГ ДВС при температуре воды +20 0 С. Свидетельство на реактивы представлено в приложении А.

Взвешивание реактивов для катализатора производили в лаборатории на весах второго класса точности представленных на рисунке 2.1

Рисунок 2.1 – Весы EK-600i

Важно отметить, что авторы патента проводили свои эксперименты при температуре перегретого пара, пропуская поток газов, содержащих оксид углерода, через сухой слой катализатора, обеспечивая условия «кипящего слоя».

Подобные условия не имеют перспектив применения на движущемся транспорте.

Другим отличием проведенного нами эксперимента, необходимого для проверки возможности применения теоретических основ данного каталитического процесса для потребностей автотранспортных предприятий, была возможность изучить характер качественного и количественного взаимодействия других токсичных компонентов состава ОГ ДВС с оксидами цинка, меди и хрома, входящими в состав выбранного нами катализатора.

Поэтому нами разработана схема устройства по снижению концентрации отработавших газов ДВС, как основа для изготовления экспериментальной установки. Разработка макета промышленного образца подобного устройства особенно необходимо для нужд предприятий, эксплуатирующих автотранспорт, не оснащенный системами нейтрализации ОГ ДВС.

В своем эксперименте было использовано устройство для оценки эффективности жидкостного нейтрализатора токсичных компонентов ОГ ДВС, изготовленное аспирантом кафедры МСиС Вольновым А.С. рисунок 2.2[26,27].

1 – Соединение патрубка к выхлопной трубе; 2 – Направление газа; 3 – Патрубок присоединяемый к выхлопной трубе; 4 – Ресивер; 5 – Соединение ресивера с патрубком; 6 – Слив; 7 – Присоединение патрубка к газовому счетчику; 8 – Газовый счетчик СГК 4; 9 – Выпускной клапан; 10 – Соединение зонда газоанализатора к пробозаборной трубке 11 – Пробозаборная трубка; 12 – Зонд газоанализатора; 13 – Газоанализатор ИНФРАКАР 5М2Т.020 (заводский номер 613); 14 – Нейтрализатор отработавших газов; 15 – Персональный компьютер.

Рисунок 2.2 – Схема устройства для нейтрализации ОГ ДВС

нейтрализации ОГ ДВС

Общие правила построения:

Прежде чем приступать к построению диаграммы, все участники должны прийти к единому мнению относительно формулировки проблемы.

Далее наносятся вторичные причины (причины уровня 2), которые влияют на главные причины («большие кости»), а те, в свою очередь, являются следствием вторичных причин. Вторичные причины записываются и располагаются в виде «средних костей», примыкающих к «большим». Причины уровня 3, которые влияют на причины уровня 2, располагаются в виде «мелких костей», примыкающих к «средним», и т. д. (Если на диаграмме приведены не все причины, то одна стрелка оставляется пустой).

Причины (факторы) оцениваются и ранжируются по их значимости, выделяя особо важные, которые предположительно оказывают наибольшее влияние на показатель качества.

В диаграмму вносится вся необходимая информация: ее название; наименование изделия; имена участников; дата и т. д.

Диаграмма Исикавы позволяет:

— стимулировать творческое мышление;

-представить взаимосвязь между причинами и сопоставить их относительную важность.

— не рассматривается логическая проверка цепочки причин, ведущих к первопричине, т.е. отсутствуют правила проверки в обратном направлении от первопричины к результатам;

— сложная и не всегда четко структурированная диаграмма не позволяет делать правильные выводы.

В ВКР проведен анализ и структурирование причин, влияющих на результат измерения концентрации ОГ ДВС с применением устройства для отбора и анализа при нейтрализации ОГ ДВС. Анализ проведен с применением и систематизацией причин на базе диаграммы Исикавы. Мы установили экспертным путем, что в качестве основных причин, влияющих на проблему, являются:

– средства измерения и контроля;

– условия проведения эксперимента;

Учитывая множественные причины, выявление их влияния мы провели поэтапно. Обобщенная диаграмма причин, влияющих на результат измерения концентрации ОГ ДВС и уточненная диаграмма причин, влияющих на условия проведения эксперимента, приведены в приложении Б.

Поскольку концентрации оксидов хрома, цинка и меди определены были условиями проверяемого патента, то по заданию при эксперименте мы ограничились этими соотношениями, то есть содержание оксида меди равно 61,0 г, оксида цинка – 18,0 г и оксида хрома – 15,0 г. Оксиды растворялись в 2 л дистиллированной воды при температуре 20ºС.

2.1.2 Метрологические требования к проведению эксперимента

Для детального изучения причин мы уточнили диаграмму, а именно

провели оценку влияния условий эксперимента. В качестве основных причин, влияющих на условие эксперимента мы выделили:

– Подготовка устройства к пробоотбору;

– Настройка устройства в рабочий режим;

– Подготовка автомобиля к эксперименту.

Для устранения мешающих влияний и обеспечения достоверности результатов измерений мы выставили следующие метрологические требования к экспериментальной установке и условиям проведения эксперимента:

1) количественный учет (типовыми газовыми счетчиками с погрешностью до ±1,0 дм 3 /мин) объемов отработанного газа, подаваемого через выхлопную трубу в количестве 50 литров в минуту.

2) предварительная очистка ОГ ДВС, от сажи и паров бензина. Очистку от сажи проводили через фильтрующие материалы типа ФПП (фильтр-полотно Петрянова), а «отбензинивание» – на силикагеле (КСКГ ГОСТ 3956-76);

3) контроль температуры газовой среды в емкости нейтрализатора после катализатора с погрешностью не более ±1,0 0 С;

4) с целью снижения систематической погрешности отбор ОГ ДВС для их нейтрализации производили от одного и того же технически «исправного» двигателя, работающего на бензиновом топливе, что исключало влияние изменения состава ОГ ДВС из-за различий в техническом состоянии автомобилей и обеспечивало сходимость и воспроизводимость полученных результатов;

5) контроль «нулевого уровня» в каждой серии экспериментов обеспечивали предварительным «выведением показателей газоанализатора на нуль» путем нажатия на кнопку «насос» и продуваний пробоотборного зонда

6) основными мешающими влияниями приняты фоновые концентрации сажи, оксида углерода, углеводородов;

Устройство для нейтрализации концентраций отработавших газов ДВС работает следующим образом (Рисунок 2.2).

На подготовительном этапе выполняют:

— выхлопную трубу автомобиля 1 герметично соединяют с патрубком 2 устройства;

— проверяют герметичность в узле соединения патрубка с ресивером 3, а также соединение ресивера со счётчиком 8;

— в емкость нейтрализатора 14 наливают дистиллированную воду и засыпают катализатор;

— подсоединяют пробоотборный зонд 11, и включают газоанализатор 13.

При запуске двигателя отработавшие газы через выхлопную трубу 1 ДВС и герметично закрепленный патрубок 2 попадают через узел соединения 3 в ресивер 4, где частицы влаги и пыли остаются на его дне и стенках. После ресивера 4 отработавшие газы под давлением проходят каплеотбойник 5, где удаляются остатки влаги, и попадают в счетчик 8, на котором регистрируется объём отработавших газов. Далее газы, проходя через нейтрализатор отработавших газов 14 и присоединенный к нему пробоотборный зонд 11 и фильтр грубой очистки 12, попадают в газоанализатор 13, где происходит измерение концентрации CO, CO2, CH, O2, NOx, остальные отработавшие газы удаляются через выпускной клапан 9 расположенный между пробоотборным зонтом 11 и счётчиком 8, это сделано с целью защиты газоанализатора от воздушного удара

По окончанию измерений концентраций отработавших газов ДВС проводили очистку ресивера 4 от накопившейся в нём сажи, плёнки масел, мазута или солярки посредством открытия сливного клапана 6.

Рисунок 2.3 – Общий вид устройства нейтрализации ОГ ДВС

На установке оценивалась эффективность нейтрализации отработавших газов ДВС автомобиля ВАЗ 2109 с карбюраторным двигателем (при работе на холостом ходу (900 об/мин))

В серии экспериментов анализ эффективности нейтрализатора проводился ежесекундно в течение 280 секунд. Причем каждые 20 секунд определялись среднестатистические показатели анализируемых газов. При этом вычисляли концентрации газа после нейтрализатора, изменение массы ингредиента отработавших газов, прошедшего через нейтрализатор и процент очистки, т.е. эффективность нейтрализатора.

2.2 Средства измерений и контроля концентраций отработавших газов

2.2.1 Газоанализатор Инфракар 5М2Т.02

Основным средством контроля концентраций ОГ ДВС выбран 5-и компонентный газоанализатор серии Инфракар М.

Газоанализаторы Инфракар М предназначены для измерения объемной доли оксида углерода (СО), углеводородов (в пересчете на гексан), диоксида углерода (СО2), кислорода (О2) и оксида азота (N0) в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями.

В газоанализаторе имеется канал для измерения частоты вращения коленчатого вала двигателей автомобилей, осуществляется расчет коэффициента избытка воздуха X и расчет оксидов азота (N0_X).

Газоанализаторы «Инфракар М» применяются на станциях автотехобслуживания, в органах автоинспекции, в автохозяйствах при контроле за техническим состоянием бензиновых двигателей и их регулировании.

Тахометр предназначен для измерения и отображения в цифровом виде частоты вращения коленчатого вала двух и четырехтактных двигателей внутреннего сгорания, с бесконтактной и контактной одноискровой системой зажигания с высоковольтным распределением.

Прибор Инфракар 5М2Т.02 выпускается с диапазонами измерения, которые приведены в таблице 2.1

Таблица 2.1 Метрологические характеристики газоанализаторов

Пределы допускаемой основной погрешности

приведенной к верхнему пределу измерений

В паспорте на газоанализатор[29] регламентированы рабочие условия применения прибора:

— от сети переменного тока напряжением (220+22/-33) В, частотой (50 ±1) Гц.,

— от источника постоянного тока с напряжением питания (12 +2,8-1,2) В

— температура окружающего воздуха от 0 до плюс 40 ° С;

— относительная влажность окружающего воздуха до 95 % при температуре плюс 30 ° С и более низких температурах без конденсации влаги;

— тахометр прибора должен подключаться к высоковольтному проводу 1-й свечи, импульсы на котором должны иметь следующие характеристики:

— амплитуды импульсов должна быть в пределах 2-20 кВ,

— длительность импульсов должна быть в пределах 20-50 мкс.

Прибор состоит из системы пробоотбора и пробоподготовки, блока измерительного (БИ) и блока электронного (БЭ).

Конструктивно газоанализатор выполнен в металлическом корпусе, предназначенном для установки на горизонтальной поверхности (столе).

Система пробоотбора и пробоподготовки газоанализатора включает газозаборный зонд, пробоотборный шланг, бензиновый фильтр, 2-х камерный насос, клапан пневматический, каплеотбойник, 3 фильтра №1 для газоанализатора (фильтры тонкой очистки).

Каплеотбойник в нижней части соединен со штуцером «СЛИВ» для автоматического слива конденсата побудителем расхода.

Принцип действия датчика частоты вращения коленчатого вала основан на индуктивном методе определения частоты импульсов тока в системе зажигания.

Блок измерительный содержит оптический блок, в котором имеются излучатель, измерительная кювета, 4 пироэлектрических приемника излучения, перед которыми размещены 4 интерференционных фильтра.

Блок электронный предназначен для измерения выходных сигналов первичных преобразователей газоанализаторов ИНФРАКАР М, обработки и представления результатов измерения.

Оптическая и газовая схемы прибора приведены на рисунке 2.6 и 2.7 измерительном блоке также размещен электрохимический датчик кислорода

Газоанализатор ИНФРАКАР М содержит:

-цифровой выход для связи с компьютером через разъем RS 232. Требования к компьютеру ( не хуже):

а) Процессор 486 DX 33

б) Оперативная память 64Мб

в) Операционная система Windows ХР

г) Наличие СОМ-порта.

Газоанализатор через разъем RS 232 нуль-модемным кабелем соединяется с СОМ-портом персонального компьютера.

— шифра исполнения газоанализатора;

Анализируемый газ прокачивается побудителем расхода через газозаборный зонд, фильтр Ф1 и поступает в сборник конденсата СК1, где происходит отделение влаги от газа. Конденсированная влага автоматически удаляется через штуцер СЛИВ. После удаления влаги анализируемый газ очищается от сажи фильтрами тонкой очистки Ф2, ФЗ и Ф4 (находится внутри прибора), проходит через измерительную кювету оптического блока А1, датчик кислорода А2,датчик оксида азота A3 и через штуцер ВЫХОД удаляется из прибора. В приборе применён 2-х камерный насос и клапан. Нажатие на кнопку ►ОЧ приводит к включению насоса продувки ПР1.1 и установлению нулевых показаний.

1– излучатель; 2 – кювета; 3 – обтюратор; 4 – приемники излучения с интерференционными фильтрами

Рисунок 2.6 – схема оптическая

Ф1-бензиновый фильтр,СК1-каплеотбойник;Ф2,Ф3 Ф4-фильтры для газоанализатора №1,

ПР1.1-1-я камера побудителя расхода воздуха, ПР1.2- 2-я камера побудителя расхода газа, КЛ1-клапан пневматический, А1-кювета, А2-датчик кислорода.

Рисунок 2.7 – Cхема пневматическая

Программа «ИНФРАКАР-МИНИ» версии 1.05.0008 предназначена для графического отображения и обработки показаний автомобильных анализаторов выхлопных газов «ИНФРАКАР» всех моделей.

Рисунок 2.8 – Окно интерфейса программы INFRACAR MINI Газоанализатора «Инфракар 5М2Т.02»

Программа отображает на экране компьютера в режиме реального времени следующие показания газоанализатора: CO, CH, CO₂, O₂, n (число оборотов), лямбда (параметр рассчитывается в приборе), NO_x и T_мас (температура масла). Окно программы масштабируется в зависимости от размеров ( с фиксированным соотношением сторон) и может быть включено на весь экран. Размеры и положение сохраняются и воспроизводятся при следующем запуске программы.

Переключение режимов работы осуществляется кнопками в верхней

В качестве счётчика использовали счетчик газа объемный, диафрагменный СГК-4 предназначенный для учета газообразного топлива. Бытовой счетчик газа СГК изготовлен в соответствии с ГОСТ Р 50818-95. Общий вид, а так же габаритные и присоединительные размеры газового счетчика СГК-4 показаны на рисунке 3.

Основные технические характеристики газового счетчика СГК-4 приведены в таблице 2.2.

Рисунок 2.9– Общий вид, габаритные и присоединительные размеры газового счетчика СГК – 4

Таблица 2.2 – Основные технические характеристики газового счетчика СГК-4 как составной части предлагаемого прибора

Максимальный расход газа (Q макс), м 3 /ч

Номинальный расход газа (Q ном), м 3 /ч

Минимальный расход газа (Q мин), м 3 /ч

Максимальное рабочее давление газа, кПа

Пределы допускаемой относительной погрешности счетчика при нормальной температуре измеряемого газа (+-3) °С в диапазонах расходов должны быть:

а) при выпуске из производства

Емкость счетного механизма, м 3

Цена давления наименьшего разряда, дм 3

Температура измеряемой окружающей среды, °С

Срок службы, не менее, лет

Межповерочный интервал, лет

2.3 Оценка результатов эксперимента по нейтрализации ОГ ДВС

В серии экспериментов анализ эффективности нейтрализатора проводился ежесекундно в течение 280 секунд. Причем каждые 10 секунд определялись среднестатистические показатели анализируемых газов. При этом вычислялись концентрации газа после нейтрализатора, изменение массы ингредиента ОГ, прошедшего нейтрализатор и процент очистки, т.е. эффективность нейтрализатора.

Обращает внимание тот факт, что стабильные показатели были зафиксированы не ранее чем через 80 секунд от начала контакта нейтрализатора с отработавшими газами, при этом следует учитывать, что выход на стабильный режим работы газоанализатора занимает 30-40 с.

Динамика изменений концентраций CO, CO₂, NO_x, CH, O₂ после контакта с нейтрализатором представлена на рисунках 2.10 – 2.24.

Рисунок 2.10 – Изменение концентрации оксида углерода до и после

его прохождения через жидкостный нейтрализатор

Рисунок 2.11 – Изменение концентрации оксида углерода до и после его прохождения через жидкостный нейтрализатор на установившемся режиме работы

Рисунок 2.12 – Изменение массы оксида углерода после нейтрализации

Таким образом масса очищенного оксида углерода практически не зависит от времени начала эксперимента, стабилизируясь уже через 80 секунд.

Рисунок 2.13 – Степень очистки оксида углерода относительно исходной концентрации

Эксперимент показал эффективность очистки ОГ ДВС от СО (с 118,12 до 42,99 мг/м 3 ), т.е. в среднем на 64% относительно исходной концентрации. (Рисунок 2.11 и 2.12).

Неожиданным оказался факт снижения концентраций гидрокарбонов после нейтрализатора с 82,87 до 71,17 мг/м 3 (рисунки 2.13 – 2.15). Если учесть, что продукты пиролиза бензина являются самыми токсичными ингредиентами состава ОГ ДВС, то удаление альдегидов, фенолов и кетонов снижает токсичное воздействие ОГ на приземный слой атмосферы. Это является дополнительным положительным эффектом от применения катализатора.

Рисунок 2.14 – Изменение концентрации углеводородов до и после

его прохождения через жидкостный нейтрализатор

Рисунок 2.15 – Изменение концентрации углеводородов до и после его прохождение через жидкостный нейтрализатор на установившемся режиме работы

Рисунок 2.16 – Изменение массы углеводородов после нейтрализации

Таким образом эксперимент показал, что гидрокарбоны не накапливаются в водной фазе нейтрализатора, причем их концентрации наименьшие в первые секунды эксперимента, но стабилизируются к периоду около 90 секунд. Это означает, что не происходит их накопления в нейтрализаторе при стабильной конентрации катализаторов и при заданной температуре.

Рисунок 2.17 – Степень очистки углеводородов

относительно исходной концентрации ОГ ДВС

Обращает внимание тот факт, что стабильные показатели были зафиксированы не ранее чем через 90 секунд от начала контакта нейтрализатора с газами. Таким образом, для «включения в работу» катализатора требуется не менее 90 секунд.

Рисунок 2.18 – Изменение концентрации окислов азота до и после его прохождения через жидкостный нейтрализатор

Рисунок 2.19 – Изменение концентрации окислов азота до и после его прохождения через жидкостный нейтрализатор на установившемся режиме работы

Рисунок 2.20 – Изменение массы окислов азота после нейтрализации

Рисунок 2.19 – Степень очистки окислов азота относительно исходной концентрации

На рисунках 2.21 – 2.24 представлено изменение концентраций кислорода до и после применение нейтрализатора

Рисунок 2.21 – Изменение концентрации кислорода в процессе контакта ОГ ДВС с нейтрализатором

Рисунок 2.22 – Изменение концентрации кислорода до и после контакта ОГ ДВС с нейтрализатором на установившемся режиме работы

Рисунок 2.23 – Изменение массы кислорода в процессе контакта ОГ ДВС с нейтрализатором

Рисунок 2.24 – Интенсивность изменения массы кислорода в процессе контакта ОГ ДВС с нейтрализатором

Эксперимент показал также и уменьшение концентраций диоксида углерода после нейтрализации с исходных 1635,06 до 1621,83 мг/м 3 вместо ожидаемого прироста за счет основной реакции окисления оксида углерода в условиях избытка кислорода. Этот факт мы связываем с высокой степенью растворимости углекислого газа в водной части нейтрализатора (до 900 мг/c в объеме воды в реакторе), выявленный в ходе контрольного эксперимента. Изменение концентрации диоксида углерода представлены на рисунках 2.24 –2.27

Рисунок 2.25 – Изменение концентрации диоксида углерода до и после

его прохождения через жидкостный нейтрализатор

Рисунок 2.26 – Изменение концентрации диоксида углерода до и после

его прохождения через жидкостный нейтрализатор на установившемся режиме работы

Рисунок 2.27 – Изменение массы диоксида углерода после нейтрализации

Оказалось, что не происходит увеличение накопления двуокиси углерода, начиная с третьей минуты контакта ОГ ДВС с нейтрализатором.

Рисунок 2.28 – Степень очистки диоксида углерода относительно исходной концентрации в ОГ ДВС

Тот факт, что изменение концентраций СО₂ прекращаются уже через 100 секунд контакта ОГ ДВС с нейтрализатором и далее остаются стабильными позволяет сделать вывод, что примененные нейтрализаторы не оказывают существенного влияния на концентрации диоксида углерода. Резкое снижение концентраций СО₂ в первые секунды прокачки, видимо, можно объяснить высокой водной растворимостью углекислоты

Мы сопоставили эффективность предложенного нами нейтрализатора с эффективностью одного из самых современных многокомпонентных нейтрализаторов (патент РФ № 2267618 «Способ очистки ОГ ДВС и устройство для его осуществления» – см. таблицу 2.3). Из таблицы 2.3 следует, что реальный нейтрализатор отработавших газов дизельных двигателей снижает концентрацию оксида углерода и окислов азота в четыре-пять раз, что соизмеримо с полученными нами результатами.

Таблица 2.3 – Эффективность нейтрализатора

Мощность номинальная, кВт (л.с.)

Удельные выбросы токсичных компонентов, г/(кВт·ч)

Дисперсные частицы (сажа)

Из таблицы следует, что реальный нейтрализатор отработавших газов дизельных двигателей снижает концентрацию оксида углерода и окислов азота в четыре- пять раз, что соизмеримо с полученными нами результатами.

Таким образом, установлено, что использование комплексного жидкостного нейтрализатора с оксидами хрома, меди и цинка может служить перспективным методом очистки ОГ ДВС от оксида углерода и гидрокарбонов, особенно при эксплуатации автомобилей в замкнутых пространствах.

2.4 Расчет предотвращенного экологического ущерба при реализации предложенной оптимизированных направлений по каталитической очистке на примере г. а

Термокаталитический эксперимент очистки ОГ ДВС от оксида углерода показал возможность 100% нейтрализации этого токсичного компонента ОГ из состава отработавших газов при температуре от 350 до 700 0 С. Однако высокотемпературная нейтрализация ОГ ДВС вряд ли приемлема для использования в практике автотранспортных предприятий.

Эксперимент показал, что большие перспективы в применении имеет жидкостный нейтрализатор, работающий при температуре +20 0 С. В этих условиях отработавшие газа бензиновых двигателей очищаются от СО на 64%, тогда как углеводороды (СН) и окислы азота (NOx) нейтрализуются полностью.

При расчете предотвращенного экологического ущерба при реализации предложенной концепции на примере г. а провели расчет количества автомобилей на бензиновом топливе (147 тысяч), работающих не менее 5 часов в сутки и выбрасывающих (по данным 2008 года) в приземный слой атмосферы г. а:

Для густонаселенных и высокоиндустриальных районов удельный ущерб от выбросов окиси углерода в атмосферу принимается равным 100 рублей на 1 тонну окиси углерода [источник].

Таким образом, предотвращенный ущерб из-за снижения массы выбросов СО составит 11 660 800 рублей.

Таким образом, затраты университета на разработку темы дипломного проекта составили 128857,54 рублей, причем условная экономическая эффективность разработки составила 11 660 800 руб. только как ожидаемый эффект от снижения вредного воздействия окиси углерода.

Существует методика расчета степени отрицательного воздействия дизельного двигателя на окружающую среду [30]

В методике расчет предлагается вести по комплексному показателю, учитывающему сумму выброшенных вредных веществ в приземный слой атмосферы города с учетом плотности населения и возможности рассеивания ОГ ДВС в городе:

Где γ = 2,4 тг/усл. т – размерный коэффициент;

σ – показатель относительной опасности загрязнения атмосферного воздуха: значение σ в городах при плотности населения пН человек/га равно 0,1 пН;

Плотность населения пН в г. е составила 1754,7 чел/км 2 или 17,547 чел/га.

При этом сумма выбросов СО, NO и СН составила 203,492 тыс. т в год (см. выше). Курс тенге относительно рубля на 19.05.2014 года составил 0,193.

Таким образом, подставляя числовые значения в формулу 3.1, согласно получаем:

У= 0,193·2,4· 0,1· 17,547·10·203492 = 16 539 36,2 54 руб.

Данный экономический эффект возможен при оснащении 147 тысяч автомобилей г. а нейтрализатором по разработанному кафедрой МСиС принципу каталитической нейтрализации ОГ ДВС.

При этом должны быть учтены затраты на:

— разработку НИР и ОКР опытного и опытно промышленного образцов (ориентировочно не менее двух миллионов рублей);

— разработку технологии изготовления серийного образца (не менее одного миллиона рублей).

Итого потребуются не менее трех миллионов бюджетных рублей.

Общие затраты на разработку и изготовление 147 тысяч нейтрализаторов составят 151,26 млн. рублей. При этом при себестоимости около 1029 рублей за экземпляр эти затраты могут быть погашены потребителями.

Ожидаемые затраты на оснащение автопарка г. а новыми нейтрализаторами (монтажные работы на станциях технического обслуживания стоимостью не менее тысячи рублей за экземпляр, всего не менее 147 млн рублей) также должны быть погашены владельцами автотранспорта.

Основные эксплуатационные затраты в виде частой замены нейтрализаторов (себестоимостью не более 10 рублей на каждые 100 км пробега) переносятся на владельцев автотранспорта.

Таким образом, для полноценной экологической защиты приземного слоя атмосферы г. а с использованием нового типа нейтрализаторов ОГ ДВС требуется выделение бюджетных средств не менее трех миллионов рублей и принятие законодательных актов местными органами самоуправления, обязывающими всех владельцев автотранспорта дооснастить ДВС новыми типами нейтрализаторов.

3 Расчет затрат на проведение исследований и разработку нейтрализатора отработавших газов двигателя внутреннего сгорания

3.1 Определение трудоемкости проведения работы по разработке нейтрализатора отработавших газов ДВС [31]

Для определения трудоемкости выполнения работы по разработке нейтрализатора отработавших газов ДВС составлен перечень всех основных этапов и видов работ, которые должны быть выполнены. Последовательность выполнения отдельных видов работ логически упорядочена. Распределение работ по этапам, видам, а также трудоёмкость и продолжительность работы (по каждому виду работ) приведены в таблице 3.1

Таблица 3.1 – Распределение работ по этапам, видам работ

Этап проведения НИР

Доля этапа в общей трудоемкости, %

Выбор направления исследования

Сбор и изучение научно-технической литературы, нормативно-технической документации в области методов и средств измерения концентрации отработавших газов ДВС

Анализ полученных сведений о выбросах вредных веществ и их систематизация

Проведение оценки научно-технического уровня существующих разработок по результатам патентного поиска глубиной 5 лет по данным базы ФГУ ФИПС.

Теоретичес-кие и экспериментальные исследования

Составление схем, чертежей, подбор необходимых материалов и сборка устройства для количественного определения состава выбросов ДВС

Продолжение таблицы 3.1

Измерение концентрации отработавших газов на автомобилях до и после применения нейтрализатора

Анализ полученных данных (по выбросам вредных веществ: CO,CH,NO_x,O₂,CO₂)

Обобщение и оценка результатов исследований

Анализ и обработка экспериментальных данных полученных при измерении вредных веществ до и после применения нейтрализатора

Таблица 3.2 – Распределение работ по этапам, видам и трудоемкости

Численность исполнителей, чел

3.2 Расчет фонда заработной платы

Общий фонд заработной платы можно найти по формуле:

— дополнительный фонд заработной платы;

— районный коэффициент («уральский» районный коэффициент=1,15)

Основной фонд заработной платы исполнителей определяется по формуле:

где T_i – трудоемкость вида работ;

С_дн – дневная ставка исполнителя, в рублях.

Дневную ставку можно определить по формуле:

N – количество рабочих дней в месяце.

Результаты по данной статье приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 – Результаты расчета основного фонда заработной платы

3.3 Отчисления на социальные нужды

Отчисления на социальные нужды рассчитываются по формуле

П_соц – процент отчислений на социальные нужды (30+0,2=30,2%)

3.4 Расчет затрат на материалы для устройства нейтрализации отработавших газов ДВС

Расчет затрат на материалы ведется на основе потребности и покупной цены с учетом транспортно заготовительных расходов. Потребность в материалах для исследований и разработок определяется исходя из норм расхода.

Результаты расчетов затрат целесообразно представлять в форме таблицы 3.3

Цена за единицу, руб

Патрубок воздушного фильтра

Емкость для катализатора

3.5 Амортизация оборудования, относящегося к основным фондам

Амортизационные отчисления на основные фонды рассчитываются по формуле

С_об.i – балансовая стоимость i-го вида оборудования, руб.;

— время использования данного оборудования при выполнении НИР, час;

— годовой фонд времени работы оборудования, час.

Балансовая стоимость i-го вида оборудования определяется по формуле:

– балансовая стоимость i-го вида машин и оборудования, руб.;

– цена единицы i-го вида машин и оборудования, руб.;

– коэффициент, учитывающий транспортно-заготовительные расходы (принимается 0,07 – 0,1);

– коэффициент, учитывающий затраты на строительство и устройство фундамента (принимается 0,08 – 0,1);

– коэффициент, учитывающий затраты на монтаж и освоение оборудования (принимается 0,05 – 0,08).

Результаты расчетов балансовой стоимости целесообразно представлять в форме таблицы 3.4

Таблица 3.4 – Балансовая стоимость оборудования

Наименование машин и оборудования

Балансовая стоимость, руб.

Автомобильный 5и компонентный газоанализатор

Результаты расчетов амортизационных отчислений на оборудование целесообразно представлять в форме таблицы 3.5

Таблица 3.5 – Амортизационные отчисления на оборудование

Балансовая стоимость С_об, руб

Автомобильный 5и компонентный газоанализатор

3.5.1 Содержание, ремонт и возобновление малоценного и быстроизнашивающегося оборудования и инвентаря

К малоценному и быстроизнашивающемуся оборудованию, инструменту, инвентарю относятся средства труда сроком службы менее одного года независимо от их стоимости.

Содержание, ремонт и возобновление малоценного и быстроизнашивающегося оборудования, инструмента, производственного инвентаря принимаются в размере 50 процентов от их стоимости и равны 2574,55 рубля.

3.6 Расчет затрат на энергоресурсы

Затраты на электроэнергию определяются по формуле

W – расход электроэнергии, кВт×ч.

Общий расход электроэнергии определяется по формуле

N – мощность оборудования N=0,33 кВт;

– время использования данного оборудования при выполнении НИР, час.

k_загр – коэффициент загрузки оборудования, k_загр = 0,7;

k_маш.вр – коэффициент использования машинного времени, k_маш.вр = 0,5;

k_пот. – коэффициент, учитывающий потери, k_пот. = 0,92.

Затраты на электроэнергию определим по формуле

3.7 Расчет затрат на использование помещений

Расчет затрат на аренду помещения определяются по формуле:

Ц пом _уд – удельная стоимость аренды помещения, руб./м 2 ;

А_пом = 800 ·50 = 40000 руб

3.8 Накладные расходы

Накладные расходы включают затраты на оплату труда административно-управленческого персонала, командировочные и прочие расходы. В научных учреждениях накладные расходы составляют от 50 до 100 % от общего фонда заработной платы и определяются по формуле:

3.9 Сметная стоимость проведения НИР

На основе проведенных расчетов затрат составляется смета затрат на НИР, приведенная в таблице 3.7.

Таблица 3.7 – Сметная стоимость проведения НИР

Оплата труда исполнителей

Отчисления на социальные нужды

Амортизационные отчисления на оборудование

Затраты на энергоресурсы

3.10 Определение цены НИР

Для фундаментальных и поисковых НИР, а также в случае невозможности по объективным причинам рассчитать величину экономического эффекта по прикладным НИР договорная цена Ц_д, руб. устанавливается по формуле:

С_п – сметная стоимость проведения НИР, руб.;

ФЗП_общ – заработная плата сотрудников, непосредственно участвующих в выполнении НИР, руб.;

Н_р – нормативная рентабельность, Н_р = 30 %;

k – коэффициент, учитывающий зарплату обслуживающих и управленческих подразделений, k = 1,5.

3.11 Технико-экономические показатели проведения НИР

Технико-экономические показатели проведения НИР приведены в таблице 3.8

Таблица 3.8 – Технико-экономические показатели проведения НИР

Трудоёмкость выполнения НИР, чел-дн.

Продолжительность выполнения НИР, дн.

Численность работающих, чел.

Площадь помещения, м²

Количество используемого оборудования, ед.

Сметная стоимость проведения НИР, руб.

Договорная цена НИР, руб.

4 Безопасность труда

4.1 Анализ и обеспечение условий труда в гараже на базе ИПК

Условия труда в гараже АТП – это совокупность факторов производственной среды, оказывающих влияние на здоровье и работоспособность человека в процессе труда. Эти факторы различны по своей природе, формам проявления, характеру действия на человека. Среди них особую группу представляют опасные и вредные производственные факторы. Их знание позволяет предупредить производственный травматизм и заболевания, создать более благоприятные условия труда, обеспечив тем самым его безопасность. В соответствии с ГОСТ 12.0.003-74 опасные и вредные производственные факторы подразделяются по своему действию на организм человека на следующие группы: физические, химические, биологические и психофизиологические [32].

Физические опасные и вредные производственные факторы подразделяются на: движущиеся машины и механизмы; подвижные части производственного оборудования и технической оснастки; передвигающиеся изделия, детали, узлы, материалы; повышенную запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны; повышенную или пониженную температуру поверхностей оборудования, материалов; повышенную или пониженную температуру воздуха рабочей зоны; повышенный уровень шума на рабочем месте; повышенный уровень вибрации; повышенный уровень ультразвука и инфразвуковых колебаний; повышенное или пониженное барометрическое давление в рабочей зоне и его резкое изменение; повышенную или пониженную влажность воздуха, ионизацию воздуха в рабочей зоне; отсутствие или недостаток естественного света; недостаточную освещенность рабочей зоны; пониженную контрастность; повышенную яркость света; острые кромки, заусенцы и шероховатость на поверхностях заготовок, инструментов и всего оборудования.

Химические опасные и вредные производственные факторы подразделяются по характеру воздействия на организм человека на токсические, раздражающие, сенсибилизирующие, канцерогенные, мутагенные, влияющие на репродуктивную функцию, а по пути проникновения в организм человека – на проникающие через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт, кожные покровы и слизистые оболочки.

Психофизиологические опасные и вредные производственные факторы по характеру действия подразделяются на физические и нервно-психические перегрузки на человека. Физические перегрузки подразделяются на статические и динамические, а нервно-психические – на умственное перенапряжение, перенапряжение анализаторов, монотонность труда, эмоциональные перегрузки.

При техническом обслуживании и текущем ремонте автомобилей возникают следующие опасные и вредные производственные факторы: движущихся автомобилей, незащищенных подвижных элементов производственного оборудования, повышенной загазованности помещений отработавшими газами грузовых автомобилей, опасности поражения электрическим током при работе с электроинструментом и др.

Оптимальные и допустимые параметры метеорологических условий для рабочей зоны производственных помещений (пространство высотой 2 м над уровнем пола, на котором находятся места постоянного или временного пребывания работающих) с учётом теплоизбытков, тяжести выполняемой работы и периодов года установлены ГОСТ 12.1.005-88 [33] и СанПиН 2.2.4.548-96 [34].

В гараже в теплый период года температура составляет 23-25 0 С, в холодный период года 20-22 0 С, относительная влажность 40-50 %, скорость движения воздушного потока 0,04-0,06 м/с. Атмосферное давление (95-105) кПа (740-780 мм рт. ст.). Относительная влажность воздуха (60±10) %.

Оптимальные нормы микроклимата для категории работ легкой тяжести (энергозатраты до 172 Дж/с) в холодный период года составляет t=21-23 0 С, W=40-60 %, скорость движения воздуха 0,1 м/с; в теплый период года t=22-26 0 С, W=40-60 %, скорость движения воздуха 0,2 м/с. Следовательно, фактические значения параметров микроклимата гаража соответствуют допустимым микроклиматическим условиям [35].

Многие производственные процессы на АТП сопровождаются выделением в воздух рабочей зоны вредных веществ. Вредные вещества выбрасывают и двигатели внутреннего сгорания в составе отработавших газов. Проникая в небольших дозах в организм человека, вредные вещества вызывают изменения в организме в целом и в его органах и системах. Степень и характер изменений зависят от количества, продолжительности воздействия, путей проникновения, химической структуры вредного вещества, температуры среды, состояния организма и многих других факторов [36]. Фактическая концентрация наиболее распространённых вредных веществ (окись углерода (CO) и окись азота (в пересчёте на NO₂), углеводородов (в пересчёте на гексан С₆Н₁₄), сажи (РМ)) в воздухе рабочей зоны благодаря общеобменной вентиляции не превышают предельно-допустимых значении [37].

Источниками шума и вибрации в гараже являются двигатели внутреннего сгорания. Данные показывают, что уровень звукового давления не превышает предельно-допустимого уровня – 60 дБ (ГОСТ 12.1.003-83) [38].

В гараже предусмотрено совмещенное освещение. Естественное боковое освещение осуществляется через открытые ворота. В соответствии со СНиП 23-05-95, коэффициент естественной освещенности должен соответствовать 0,7 % для 6 разряда зрительной работы (грубой точности) [39]. Искусственное освещение в гараже предусматривает общую систему освещения создаваемое люминесцентными лампами типа ЛД мощностью 40 Вт (светильники равномерно размещены в верхней зоне помещения). В соответствии с нормативными требованиями освещённость помещения для хранения автомобилей должна составлять Е_н = 20 лк. Фактические значения освещенности соответствуют нормативным.

При использовании электроприборов частота переменного тока (50 ± 1) Гц, напряжение сети (220 ± 10) В. В результате чего, существует потенциальная опасность поражения работников электрическим током. Электробезопасность в производственных условиях обеспечивается соответствующей конструкцией электроустановок, техническими способами и средствами защиты, организационными и техническими мероприятиями согласно ГОСТ 12.1.019-2009 [40]. Профессиональные вредности могут быть причиной снижения работоспособности, острых и хронических профессиональных заболеваний, роста общей заболеваемости, отрицательных отдаленных последствий. Для того чтобы предотвратить или сократить появление профессиональных вредностей, необходимо разработать ряд мероприятий по улучшению условий труда персонала.

Условия труда на рабочих местах обеспечивается за счет следующих мероприятий:

1) для обеспечения оптимальной работоспособности и сохранения здоровья работников установлены регламентируемые перерывы с таким расчетом, чтобы через 1,5-2 часа от начала рабочего дня и через 1,5-2 часа после обеда был перерыв продолжительностью 25 минут;

2) вентиляция в гараже является обязательной для поддержания комфортных условий и чистоты воздуха рабочей зоны.

3) для предупреждения поражения электрическим током предусмотрены следующие мероприятия: использование только исправных электроприборов; защита изоляции от теплового, механического и агрессивного воздействия окружающей среды; обязательное заземление, автоматическое защитное отключение всех электроприборов; электрическое разделение сетей, оградительные устройства; развешивание предупредительных знаков напряжения; обеспечение лиц, выполняющих ремонт и обслуживание техники, средствами индивидуальной защиты;

4) для снижения величины возникающих зарядов статического электричества установлено напольное покрытие, обладающее антистатическими свойствами;

5) улучшено искусственное освещение. При выполнении ремонта автомобилей большая нагрузка приходится на глаза, что отрицательно сказывается на здоровье и психологическом состоянии работника. Поэтому одной из самых важных задач является обеспечение необходимого освещения, т.к. правильно устроенное освещение создает достаточную и равномерную нагрузку на зрение, не оказывает слепящего действия, препятствует чрезмерной яркости и блеклости в поле зрения работающего.

6) в гараже должны имеется углекислотные огнетушители, ведра, ящик с песком, размещенные в легкодоступных местах;

7) принимать пищу и курить разрешается только в строго определенных местах.

К выполнению работы в гараже допускаются лица прошедшие инструктаж по пожарной безопасности и охране труда на рабочем месте.

4.2 Расчет местной вытяжной вентиляции в гараже

В гараже или на СТО, в мастерских постоянно происходит выхлоп из транспортных средств таких газов, как окись углерода (CO) и окись азота (NOх). Данные окиси являются очень опасными для человека. Обеспечение вентиляцией таких помещений является мерой необходимой, обязательной и важной.

Правильно спроектированная и выполненная система вентиляции улучшает условия снижает утомление, способствует повышению производительности труда и качества выполняемых работ, повышает работоспособность.

В качестве вытяжной вентиляционной установки принимаем систему состоящую из радиального вентилятора и горизонтального коллектора, снабжённого двенадцатью отсасывающими патрубками. Количество образующихся отработанных газов составляет 111,239 кг/ч. Составляем расчётную разветвлённую схему установки с указанием длин участков. Коэффициенты местных сопротивлений, взятые по справочнику, поставляем на соответствующих участках.

Подсчитываем расход воздуха, отсасываемого от 12 автомобилей (норматив 180-200 м 3 /ч на один автомобиль).

где – коэффициент местного сопротивления (принимается по справочным данным);

– плотность воздуха при заданном давлении и температуре, кг/м 3 ;

– скорость движения воздуха, м/с;

При расходе воздуха 200 м 3 /ч диаметр патрубка d рассчитывается по формуле

где – расход воздуха м 3 /ч;

– скорость движения воздуха, м/с;

Определяем потери давления на трение на участке от местного отсоса до коллектора по формуле

где – длина патрубка, м;

– коэффициент трения воздуха о стенки трубопровода;

d – диаметр поперечного сечения патрубка, м;

– плотность воздуха при заданном давлении и температуре, кг/м 3 ;

– скорость движения воздуха, м/с;

На участке от местного отсоса до коллектора имеется одно колено, коэффициент сопротивления которого Потери давления в колене рассчитываются по формуле

где – коэффициент сопротивления колена;

– потери давления на трение, Па;

Полные потери давления в ответвлении от двенадцатого автомобиля определяем по формуле

где – потери давления в колене, Па;

– потери давления на трение, Па;

– потери давления в приёмнике, Па;

где – расход воздуха м 3 /ч;

– скорость движения воздуха в коллекторе, м/с;

Динамическое давление в коллекторе при скорости воздуха в коллекторе 20 м/с считаем по формуле

где – плотность воздуха при заданном давлении и температуре, кг/м 3 ;

– скорость движения воздуха в коллекторе, м/с;

На участке от коллектора до вентилятора имеются следующие местные сопротивления: коллектор два колена Потери давления в местных сопротивлениях на этом участке рассчитываются по формуле

где – коэффициент сопротивления в коллекторе;

– суммарный коэффициент сопротивления n колен (n=2);

– динамическое давление в коллекторе, Па;

Для трубы диаметром 21 см и скорости воздуха 20 м/с Суммарная длина трубопроводов на участке от коллектора до вентилятора рассчитывается по формуле

где – длина соответствующего участка, м;

Потери давления на преодоление трения на этом участке определяем по формуле

Общие потери на участке рассчитываем по формуле

где – потери давления в местных сопротивлениях, Па;

– потери давления на трение, Па;

Потери давления на участке от местного отсоса до вентилятора при движении чистого воздуха определяется по формуле

где – полные потери давления в ответвлении от двенадцатого автомобиля, Па;

– общие потери на участке, Па;

Определим массовую концентрацию смеси по формуле

где – количество образующихся отработанных газов кг/ч;

– плотность воздуха при заданном давлении и температуре, кг/м 3 ;

– расход воздуха, м 3 /ч;

Тогда с учётом влияния примесей потери давления в сети от местного отсоса до вентилятора определим по формуле

где – массовая концентрация смеси кг/кг;

– коэффициент сопротивления трения движению аэросмеси в трубопроводах (К=1,4);

– потери давления на участке от местного отсоса до вентилятора при движении чистого воздуха, Па;

Суммарные потери давления в установке при движении отработавших газов

В качестве побудителя тяги в установке принимаем радиальный вентилятор типа В.Ц 4-75-3,15 с числом оборотов 2850 об/мин, КПД и мощностью [42]. Приняв величину КПД клиноременной передачи и коэффициент запаса К=1,1 определим мощность привода по формуле

где – суммарные потери давления в установке при движении отработавших газов, Па;

– расход воздуха, м 3 /ч;

К – коэффициент запаса (К=1,1);

– КПД клиноременной передачи;

По каталогу выбираем электродвигатель типа 4А80А2 мощностью 1,5 кВт [42].

4.3 Возможные чрезвычайные ситуации

Чрезвычайная ситуация – внешне неожиданная, внезапно возникающая обстановка при авариях, катастрофах, стихийных бедствиях, диверсиях, военных конфликтах, характеризующаяся неопределённостью и сложностью принятия решений, значительным экономическим ущербом, человеческими жертвами и требующая крупных людских, материальных и временных затрат на проведение эвакуационно-спасательных работ и ликвидацию последствий. По источникам возникновения чрезвычайные ситуации делятся на природные, техногенные и антропогенные.

В нашем случае на складе гаража в результате аварии были разрушены емкости, содержащие 40 т аммиака. Авария произошла утром в ясную погоду, местность открытая, не обвалованная. Скорость ветра 2 м/с, направление ветра 45°.

Определим степень устойчивости воздуха. По рисунку 2.2 [43] находим, что при указанных метеоусловиях степень вертикальной устойчивости воздуха – инверсия. По таблице 3.1 [43] для 40 т аммиака находим глубину (Г) распространения зараженного воздуха при скорости 1 м/с, инверсия она будет составлять 9,5 км. Для скорости ветра 2 м/с находим поправочный коэффициент, распространения облака заражённого воздуха с поражающей концентрацией (k=0,6) по таблице 3.3 [43]. Глубину распространения облака загрязняющих веществ (ЗВ) с поражающей концентрацией определяем по формуле

где – глубина распространения зараженного воздуха при скорости 1 м/с, км;

– поправочный коэффициент, распространения облака заражённого воздуха с поражающей концентрацией (k₁=0,6);

Ширина (Ш) зоны химического заражения зависит от степени вертикальной устойчивости воздуха. При инверсии определяется по формуле

где – глубина распространения зараженного воздуха при скорости 2 м/с, км;

Определяем площадь зоны химического заражения формуле

где – глубина распространения зараженного воздуха при скорости 2 м/с, км;

Ш – ширина зоны химического заражения, км;

На рисунке 6.2 показана зона химического заражения. При скорости ветра 2 м/с зона заражения имеет вид сектора. Точка «О» соответствует источнику заражения. Радиус сектора равен Г (Г = 5,7 км), биссектриса совпадает с осью следа облака и ориентирована по направлению ветра 45°.

По таблице 3.4 [43] для инверсии и скорости ветра 2 м/с находим среднюю скорость переноса облака заражённого воздуха W = 4 м/с. Время подхода облака к заданному объекту рассчитывается по формуле

где R – расстояние от места разлива АХОВ до данного объекта, км;

W – скорость переноса облака, м/с;

Рисунок 6.2 – Схема зоны химического поражения

Время поражающего действия аммиака t_пор в очаге химического поражения определяется временем испарения аммиака с поверхности его выброса. Для определённых условий можно рассчитать ориентировочное время испарения аммиака. По таблице 3.5 [45] находим время поражающего действия аммиака при скорости ветра 1 м/с равно 1,2 часа. Далее по таблице 3.6 [43] определяем поправочный коэффициент для скорости ветра 2 м/с, он равен 0,7. Время поражающего действия аммиака находим по формуле

где – время испарения аммиака при скорости ветра 1 м/с, ч;

– поправочный коэффициент при скорости ветра 1 м/с;

Потери рабочих, служащих и населения в очаге химического поражения зависят от токсичности, количества АХОВ и времени пребывания людей в очаге поражения, степени защищённости и своевременности использования индивидуальных средств защиты (противогазов).

В момент аварии на объекте находилось 50 человек рабочих и служащих, обеспеченных противогазами на 100 %. В зоне разлива частично или полностью оказались два многоквартирных здания, где проживало 400 человек, обеспеченных противогазами на 50 %.

Потери на объекте определяют по формуле

где N – количество человек рабочих и служащих, обеспеченных противогазами на 100 % (для населения обеспеченность противогазами 50 %);

– процент, учитывающий возможные потери среди рабочих, служащих и населения определяется по таблице 3.7 [43];

Потери среди населения определяют также по формуле

Ориентировочная структура потерь людей в очаге поражения составляет, %:

— лёгкой степени – 25;

— средней и тяжёлой степени (с выходом из строя не менее чем на 2-3 недели и нуждающиеся в госпитализации) – 40;

— со смертельным исходом – 35.

В нашем случае структура потерь среди людей будет:

— со смертельным исходом

— средней и тяжелой степени

Результаты расчетов по сложившейся обстановке после аварии в гараже при разливе аммиака, свели в таблицу 4.1 для их анализа и практического использования при проведении мероприятий по ликвидации последствий заражения.

Таблица 4.1 – Результаты оценки химической обстановки

Глубина зоны заражения, км

Общая площадь зоны заражения, км 2

Потери от АХОВ, чел

На основании анализа результатов оценки химической обстановки после разлива аммиака определяются возможные последствия в очаге поражения исходя из обеспеченности производственного персонала и населения средствами защиты. Определяются пути обеззараживания территории объекта, зданий и сооружений и способы проведения санитарной обработки людей в случае необходимости. При в срочном порядке необходимо оказать населению первую медицинскую помощь.

Для локализации аварии при разливе аммиака необходимо мгновенно выставить водяную завесу «на пути отравляющего вещества», после чего провести разведку зараженной зоны. Оказать первую медицинскую помощь нуждающимся, которая включает: быстрый вынос пострадавшего из заражённой зоны, освободить от стесняющей одежды. При спазме голосовой щели – тепло на область шеи, тепловые водные ингаляции. Слизистые и глаза промывать раствором борной кислоты. При поражении кожи обмывают чистой водой, накладывают примочки из 5 %-ого раствора уксусной, лимонной или соляной кислоты. Утечку аммиака необходимо быстро ликвидировать.

Заключение

С использованием матричного метода анализа существенных признаков более ста патентов шести стран проведен анализ направлений научно-технических разработок национальных школ – разработчиков нейтрализаторов токсичных веществ состава ОГ ДВС.

Установлено, что основные направления нейтрализации как отдельных компонентов, так и всего комплекса токсичных веществ – ОГ ДВС связаны с электронным управлением процессом сжигания топливной смеси. При этом под электронным контролем «электронного мозга автомобиля» находятся три или четыре датчика контроля концентраций токсичных компонентов, по показаниям которых автоматически регулируется и угол впрыска и состав топливной смеси.

Наличие трех-четырех ступенчатой системы нейтрализации отработавших газов, включая этап извлечения из потока и накопления отдельных компонентов, делает эти комплексные системы нейтрализаторов ОГ ДВС несовместимыми с конструкциями отечественных автомобилей, на которых отсутствуют системы электронного управления автомобилем.

Анализ направлений развития патентных разработок по системам нейтрализации показал, что оснащение отечественных автомобилей массового производства импортными нейтрализаторами бесперспективно, так как не решает проблему экологической защиты приземного слоя атмосферы в силу быстрого «отравления» катализаторов примесями и добавками отечественных моторных масел и топлив.

Среди одноступенчатых нейтрализаторов токсичных компонентов ОГ ДВС наиболее перспективными, но малочисленными (по количеству заявок) можно считать способы и устройства с электровоздействием на поток ОГ ДВС, в том числе воздействием плазменным разрядом или α-частицами.

Однако эти способы требуют установки на автомобилях устройств отбора мощности от вала или других источников электроэнергии.

При апробации предполагаемого изобретения на способ комплексной жидкостной нейтрализаций, разрабатываемого кафедрой МСиС, как одноступенчатый процесс каталитической очистки ОГ ДВС отечественных автомобилей, не обеспеченных нейтрализаторами, нами была проведена серия экспериментов с метрологической оценкой результативности нового типа нейтрализаторов в виде водной взвеси оксидов доступных металлов (меди, цинка и цинка).

При серии измерений концентраций CO, CO₂, C_хH_у и NO_x, проведенных с использованием пятикомпонентного анализатора типа ИНФРАКАР, установлено, что на погрешность количественного учета прямо и косвенно оказывают влияние ряд факторов.

Применение системного факторного учета причин возникновения повышенной погрешности по методике Иссикава показало, что основными из них являются:

– средства измерения и контроля;

– условия проведения эксперимента;

Методика уточнения и конкретизации причин (факторов), предусмотренная при построении уточненных диаграмм Иссикавы, позволила выявить, что основным фактором, влияющим на погрешность измерения концентраций ОГ ДВС, являются условия проведения эксперимента.

Наибольшее влияние оказывают:

— подготовка устройства к пробоотбору;

– Настройка устройства в рабочий режим;

– Подготовка автомобиля к эксперименту.

На этапе метрологической оценки требований к выполнению эксперимента мы сформулировали ряд ограничений. Среди которых наиболее значимы:

1) количественный учет;

2) предварительная очистка ОГ ДВС, от сажи и паров бензина;

4) с целью снижения систематической погрешности отбор ОГ ДВС для их нейтрализации производили от одного и того же технически «исправного» двигателя;

6) контроль «нулевого уровня»;

7) основными мешающими влияниями приняты фоновые концентрации сажи, оксида углерода, углеводородов;

Требования были сформулированы также к временному диапазону установившихся значений при работе газоанализатора как основного средства количественного учета измеряемых концентраций ОГ ДВС, а также к химической активности оксидов цинка, меди и хрома.

Выполнение этих требований на практике позволило обеспечить достоверность результатов измерений концентраций.

Мы установили, что для прибора данного типа стабилизация результатов происходит не на 30-той секунде, как указано в инструкции пользователя на прибор, в зависимости от измеряемого параметра требуется до 80 секунд, что следует учитывать при экстраполяции результатов измерений и повышения коэффициента достоверности расчетной зависимости полученных значений для измеряемых концентраций ОГ ДВС.

Эксперимент показал, что тестируемый каталитический нейтрализатор до 64 % снижает в ОГ ДВС концентрации оксида углерода, на 100% снижает концентрации углеводородов (в том числе и токсичных продуктов пиролиза бензина), а также на 100% снижает концентрации окислов азота.

Важно отметить, что даже при 280-ти кратных повторных прогонах ОГ ДВС (50л/мин) через один и тот же раствор нейтрализатора не происходит его истощения или отравления.

При внедрении промышленного нейтрализатора данного типа рассчитан возможный эколого-экономический эффект (при расчете по предотвращенному экологическому ущербу), достигающий 11 660 800 рублей.

Проведенный расчет затрат на исследования и разработку нейтрализатора ОГ ДВС показал, что стоимость проведения научно исследовательской работы составляет 128857,54 рублей.

Предложенное техническое решение можно считать радикальным методом охраны здоровья водителей большегрузных автомобилей при работах в закрытых помещениях, шахтных или карьерных разработках.

В разделе Безопасность труда было проанализировано обеспечение условий труда в гараже на базе ИПК и были сделаны выводы, что для обеспечения надлежащих условий безопасности труда водителей, слесарей и другого персонала необходимо применение приточно-вытяжной вентиляции.

Был произведен расчет местной вытяжной вентиляции в гараже и рассчитана возможная чрезвычайной ситуации в результате аварии и взрыва горюче смазочных материалов.

Список использованных источников

1 Кострюкова Е.А. Экологические проблемы автомобильного транспорта, Кострюкова Е.А. Саразов А.В.// Сборник научных трудов 5 Международная студенческая электронная научная конференция «Студенческий научный форум 2013» ВГТУ. – г. Волжск. ВГТУ. 2013. С. 10.

3 ГОСТ Р ISO 9000-2008 «Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь». – Взамен ИСО 9000-2000 – Введ. с 01.01.2003. – М: Госстандарт, 2003 г.34 с.

4 Технический регламент «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ»: офиц. текст. [утв. постановлением Правительства РФ от 12 октября 2005 г. N 609 с изменениями от 27 ноября 2006 г., 26 ноября 2009 г. – М. : Маркетинг, 2009. – 12 с.

5 Бондаренко В.А., Якунин Н.Н. и др. – Лицензирование и сертификация на автомобильном транспорте: Учеб. пособие. 2-ое изд. – Машиностроение, 2004. – 496 с.

6 Портативные и стендовые дымомеры. – [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.1avtorem.ru/pages/diagnos35-3.html.

8 ГОСТ 17.2.2.01-84. Охрана природы. Атмосфера. Дизели автомобильные. Дымность отработавших газов. Нормы и методы измерений. – Введ. 1985-01-07. – М. : Изд-во стандартов, 1985. – 12 с.

10 Министерство топлива и энергетики Российской Федерации – М.: Ин-т горн. дела им. А.А. Скочинского, 1999 – 68 с.

11 Патент № 2125168 Российская федерация. Российская Федерация. Cпособ очистки отходящих газов Дудышев В.Д. / Заявитель Дудышев В.Д. Заявка: 95119516/06, 15.11.1995. Опубликовано: 20.01.1999.

12 Патент № 2239706 Российская федерация. Способ нейтрализации отработавших газов Филиппов С.В., Чистяков А.Н. [Электронный ресурс]: заявка: 2003102880/06, 31.01.2003 опубликовано: 10.11.2004 // ФГУ ФИПС: [Сайт]. URL: http: // www1.fips.ru/fips_servl/fips_servlet – Дата обращения: 03.03.2014.

13 Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания, М.: Машиностроение, 1973 г., стр. 92.

14 Патент № 2306440 Российская Федерация. Способ очистки отработавших газов и устройство для его осуществления Иванов Ю.А., Орлова Р.П., [Электронный ресурс]: Заявка: 2006128499/06, 31.07.2006 опубликовано: 20.09.2007 // ФГУ ФИПС: [Сайт]. URL: http://www1.fips.ru/fips_servl/fips_servlet – Дата обращения: 03.03.2014.

15 Патент № 2447921 Российская Федерация. Фильтр-нейтрализатор Исаенко П.В. [Электронный ресурс]: Заявитель ГОУВПО «ТГАСУ» Заявка: 2010147633/05, 22.11.2010. Опубликовано: 20.04.2012 // ФГУ ФИПС: [Сайт]. URL: http://www1.fips.ru/fips_servl/fips_servlet – Дата обращения: 03.03.2014.

16 Патент № 2323355 Российская Федерация. Способ нейтрализации вредных примесей в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления Ладыченко Э.Л., Хорошилов В.Н., [Электронный ресурс]: заявка: 2007117830/06, 15.05.2007. Опубликовано: 27.04.2008 // ФГУ ФИПС: [Сайт]. URL: http://www1.fips.ru/fips_servl/fips_servlet – Дата обращения: 03.03.2014.

17 Патент № 2100631 Российская федерация. Способ работы двигателя внутреннего сгорания транспортного средства Каменев в.ф., Ефременков С.А., Корнилов Г.С., Кутенев В.Ф./ заявитель центральный научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт [Электронный ресурс]: Заявка: 93048545/06, 19.10.1993. Опубликовано: 27.12.1997 // ФГУ ФИПС: [Сайт]. URL: http://www1.fips.ru/fips_servl/fips_servlet – Дата обращения: 03.03.2014.

18 Патент № 2175265 Катализатор низкотемпературной конверсии оксида углерода и способ его получения Кладова Н.В., Борисова Т.В. Заявитель: Открытое акционерное общество «Катализатор»[Электронный ресурс]: Заявка: 2000120296/04, 28.07.2000 Опубликовано: 27.10.2001 // ФГУ ФИПС: [Сайт]. URL: http://www1.fips.ru/fips_servl/fips_servlet – Дата обращения: 03.03.2014.

19 Патент № 2106496 Российская Федерация. Способ разбавления вредных выбросов Алыменко Н.И., Папулов Л.М., Филиппов С.В., Минин В.В., Заявитель: Акционерное общество «Уралкалий»[Электронный ресурс]: Заявка: 96103975/03, 28.02.1996 Опубликовано: 10.03.1998 // ФГУ ФИПС: [Сайт]. URL: http://www1.fips.ru/fips_servl/fips_servlet – Дата обращения: 03.03.2014.

20 Патент № 2468862 Japan. Очищающий от дисперсных частиц материал, фильтр-катализатор для очистки от дисперсных частиц с использованием очищающего от дисперсных частиц материала и способ регенерирования фильтра-катализатора для очистки от дисперсных частиц Акама Хироси, Онодера Хитоси, [Электронный ресурс]: заявка: 2011125352/04, 20.11.2009 опубликовано: 10.12.2012 // ФГУ ФИПС: [Сайт]. URL: http://www1.fips.ru/fips_servl/fips_servlet – Дата обращения: 03.03.2014.

21 Патент № 2490481 Российская Федерация. Способ удаления токсичных веществ из выхлопных газов автомобиля и устройство для реализации способа Голубева В.Н., Голубев А.В., [Электронный ресурс]: заявка: 2012107392/06, 28.02.2012 опубликовано: 20.08.2013 // ФГУ ФИПС: [Сайт]. URL: http://www1.fips.ru/fips_servl/fips_servlet – Дата обращения: 03.03.2014.

22 Патент № 2017988 Российская Федерация. Устройство для очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания Задонцев А.Е. [Электронный ресурс]: заявка: 5009002/06, 22.07.1991 опубликовано: 15.08.1994 // ФГУ ФИПС: [Сайт]. URL: http://www1.fips.ru/fips_servl/fips_servlet – Дата обращения: 03.03.2014.

24 Патент № 2191624 Российская Федерация. Катализатор хромово-никелевый для комплексной очистки газовых выбросов от оксидов азота и монооксида углерода Логинов В.М., Андреев Л.В., [Электронный ресурс]: Заявитель: Акционерное общество открытого типа «Гипронииавиапром» Заявка: 2000124498/04, 25.09.2000 опубликовано: 27.10.2002 // ФГУ ФИПС: [Сайт]. URL: http://www1.fips.ru/fips_servl/fips_servlet – Дата обращения: 03.03.2014.

25 Третьяк, Л.Н. Стандартизация патентного поиска и оценки новизны признаков предполагаемого изобретения на примере нейтрализаторов отработавших газов ДВС / Л.Н. Третьяк Д.И. Ялалетдинова, Д.Ю. Шипилов // Прогрессивные технологии в транспортных системах.. 2011. – C. 325- 330.

26 Третьяк, Л.Н. Проблемы гармонизации стандартов на автотранспортные средства в России и странах Евросоюза / Л.Н. Третьяк, А.С. Вольнов // X Международная научно-практическая конференция «Прогрессивные технологии в транспортных системах». – : ИПК ГОУ. – 2011. – С. 321-324.

27 Щурин, К.В. Совершенствование методов оценки и повышение экологической безопасности транспортно-технологических мобильных машин (статья) / Третьяк Л.Н., Герасимов Е.М., Вольнов А.С.// Грузовик. – 2012. №1– С. 43-48.

28 Барабанова, О.А. Семь инструментов контроля качества /Васильев В.А., Одиноков С.А. – С. 13-15.

31 Кравченко Н.Ф. Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию для специальности 072000 «Стандартизация и сертификация». Учебное пособие- 1-е издание.- ГОУ. – 2003г. – 105 с.

32 ГОСТ 12.0.003-74. Опасные и вредные производственные факторы классификации. – Введ. 1976-01-01. – М. : Изд-во стандартов, 1976. – 6 с.

34 СанПиН 2.2.4.548-96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений. – Введ. 1996-01-10. – М. : Изд-во стандартов, 1996. – 11 с.

37 ГОСТ 12.1.003-83. Система стандартов безопасности труда. Шум. Общие требования безопасности. – Введ. 1984-01-07. – М.: Изд-во стандартов, 2003. – 11 с.

38 СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение. – Введ. 1996-01-01. – М. : Изд-во стандартов, 1996. – 88 с.

39 ГОСТ 12.1.019-2009. Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты. – Введ. 2009-01-01. – М. : Стандартинформ, 2010. – 45 с.

43 Технический регламент «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ»: офиц. текст [утв. постановлением Правительства РФ от 12 октября 2005 г. N 609 с изменениями от 27 ноября 2006 г., 26 ноября 2009 г.]. – М. : Маркетинг, 2009. – 12 с.

Приложение А

(Обязательное)

Свидетельства на реактивы для нейтрализатора

Рисунок А1 – Свидетельства на реактивы для нейтрализатора

Рисунок А2 – Свидетельства на реактивы для нейтрализатора

Рисунок А3 – Свидетельства на реактивы для нейтрализатора

Рисунок А4 – Свидетельства на реактивы для нейтрализатора

Четрежи:

Скачать: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ

РОЛЬ КАТАЛИТИЧЕСКИХ НЕЙТРАЛИЗАТОРОВ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ В СНИЖЕНИИ НЕГАТИВНОГО ВЛИЯНИЯ ЛЕГКОВОГО АВТОТРАНСПОРТА НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

С введением экологического стандарта Евро, требования к снижению уровня вредных веществ в отработавших газах повысились [2], что повлекло рост внимания инженеров – конструкторов к конструкционным особенностям системы нейтрализации выпускного тракта колесных транспортных средств.

Анализируя процесс роста требований экологических стандартов от Евро-0 до Евро-6, мы наблюдаем тенденцию технологических изменений в конструкции каталитических нейтрализаторов отработавших газов [3].

Первые простые системы нейтрализации отработавших газов, имевшие одну зону контроля смеси, появились после внедрения системы Евро-0. Впервые была разработана и внедрена конструкция дожигания несгоревшего топлива прямо в выпускном тракте. Постепенно системы нейтрализации трансформировались в конструкции с двумя зонами контроля и лямбда зондом, интегрированными в электронную систему управления контролем чистоты отработавших газов [1].

Показательно, что в стремлении очистить отработавшие газы как можно качественнее, конструкторы не только модифицировали сам механизм очистки, но изменяли расположение нейтрализатора по отношению к двигателю. На автомобилях системы Евро-3 и Евро-4 каталитический нейтрализатор установлен под днищем машины. Чем ближе катализатор расположен к двигателю, тем быстрее идет прогрев. В транспортных средствах с нормами токсичности Евро-5 и Евро-6 нейтрализаторы расположены рядом с выпускными отверстиями.

Катализаторы по стандарту Евро 5 установлены на европейских автомобилях, производство которых начато в 2009 году, и на российских машинах, изготовляющихся с 2016 года [4].

Также внедрены в эксплуатацию каталитические нейтрализаторы с технологией Selective Catalytic Reduction (SCR). Это система очистки отработавших газов с использованием реагент AdBlue с впрыском в поток отработанных газов. Двигатель с системой нейтрализации SCR соответствует действующим нормам токсичности ОГ экологического класса Евро 6 [1].

На основании изученных материалов можно сделать вывод об ужесточении требований к системам нейтрализации вредных веществ, что ведет к разработке и внедрению все более совершенных моделей каталитических нейтрализаторов.

Поскольку нейтрализатор являются частью выпускного тракта транспортного средства, можно сделать предположение, что модификация и улучшение систем нейтрализации не только позволяет улучшить очистку ОГ, но и дополнительно (помимо штатного глушителя) снизить уровень шума в системе выхлопа.

Данное предположение требует дополнительных теоретических и экспериментальных исследований.

Источники информации:

внедрение нейтрализаторов выхлопных газов автомобилей относятся к

Системы нейтрализации выхлопных газов машины

Выхлопные газы

Решение для бензиновых двигателей

Принцип действия

Конструкция

Устройство в автомобильных системах и порядок работы

Решение для дизельных двигателей

Конструкция

Проблемы системы нейтрализации выхлопных газов

Системы нейтрализации выхлопных газов

Системы нейтрализации бензиновых двигателей

Системы нейтрализации дизельных двигателей

Практические рекомендации

Нейтрализатор отработанных газов. Устройство и принцип действия

Принцип работы

Каталитические нейтрализаторы

Термические нейтрализаторы

Накопительный нейтрализатор NOx

Каждой норме – свой уровень очистки

Методика проверки

Общее устройство и основные принципы действия системы SCR

Системы нейтрализации выхлопных газов

Нейтрализатор отработанных газов. Устройство и принцип действия

Назначение

Принцип работы

Каталитические нейтрализаторы

Термические нейтрализаторы

Накопительный нейтрализатор NOx

Расположение

Неисправности

Методика проверки

Ремонт

Системы нейтрализации отработавших газов: дорогая наша экология

Экология — двигатель прогресса

Избавиться от сажи!

Избавиться от нейтрализатора!

Автомобильные системы нейтрализации отработавших газов

Каждой норме – свой уровень очистки

Одна задача – множество путей решения

Если Европа окажется в LEZ-зоне, то в какой зоне будем мы?

Системы снижения токсичности отработавших газов легковых автомобилей

1. Нейтрализация отработавших газов

2. Рециркуляция отработавших газов

3. Система вентиляции топливного бака

Фильтры и катализаторы выхлопных газов

Привет студент

Нейтрализация отработавших газов двигателей внутреннего сгорания (ОГ ДВС)

Дипломный проект

Нейтрализация отработавших газов двигателей внутреннего сгорания (ОГ ДВС)

3.1 Определение трудоемкости проведения работы по разработке нейтрализатора отработавших газов ДВС………………………………………

3.2 Расчет фонда заработной платы ……………………………………………..

3.6 Расчет затрат на энергоресурсы…………………………………………….

РОЛЬ КАТАЛИТИЧЕСКИХ НЕЙТРАЛИЗАТОРОВ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ В СНИЖЕНИИ НЕГАТИВНОГО ВЛИЯНИЯ ЛЕГКОВОГО АВТОТРАНСПОРТА НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Вам также понравится

на каком сайте можно обменять скины на деньги кс го

обязательно ли вшивать вкладыш в трудовую книжку или можно просто вложить

У свиноматки запор что делать

Добавить комментарий