| Нейтрализаторы отработавших газов и каталитические фильтры
В связи с вступлением России в состав ЕЭС ранее разработанные отечественные стандарты,
ограничивающие уровень вре-дных выбросов двигателей внутреннего сгорания,
перестали быть определяющими экологические качества. ЕЭС разработало ЕВРО-0,
ЕВРО-1, ЕВРО-2, ЕВРО-3, в 1970 году. Предполагалось, что промышленность стран ЕЭС
будет постепенно, ориентируясь на указанные нормы, совершенствовать выпускаемые
двигатели внутреннего сгорания. Нормы ЕВРО-0 большинством производителей ДВС удалось
внедрить лишь в 1988 году. С 1993 года вступили в действие нормы ЕВРО-1, с 1.10.95-
ЕВРО-2 с обязательной установкой двигателей по нормам с 1.10.96. С 1.10.99- начало
действия норм ЕВРО-3.
Необходимо отметить, что в настоящее время нормам ЕВРО-2 удовлетворяют по уровням
вредных выбросов автомобильные дизели фирм DAF, Mercedes, Cammins, IVECO, MAN,
Scania, Volvo, Renault. В России на уровень ЕВРО-1 вышли дизели АО “КамАЗ”, АО
“Барнаултрансмаш”, АО “Алтайдизель” и ведутся интенсивные работы, направленные на
снижение уровней вредных выбросов до норм ЕВРО-2.
Ведущие двигателестроительные фирмы Европы, Японии, США ориентируются на повышение давления впрыска до
1100…1400 бар, применение ТНВД с электронным регулированием, многоточечный впрыск,
применение топлив с содержанием серы не выше 0,05%.
Совершенствование бензиновых ДВС в последние годы было направлено в
основном на создание новых систем приготовления смеси и повышения
стабильности ее воспламенения, а также на автоматическое электронное регулирование
составом смеси и своевременностью зажигания.
Перспективы, обозначенные ранее форкамерными двигателями,
не обозначились реальностью, хотя эксплуатация двигателей 4Ч 9,2/ 9,2(ЗМЗ-4022.10)
подтвердила преимущества этих двигателей по выбросам СО. В то же время выявились
недостатки: нестабильность показателей топливной экономичности и токсичности на режимах
холостого хода. Это привело к тому, что форкамерные двигатели не смогли занять рынка и
были вытеснены двигателями с центральным впрыском (ЦВС).
Экологические нормы ЕВРО-стандартов для автомобильных двигателей
| ЕВРО стандарты |
Компоненты отработавших газов,г/кВт*ч |
Дата введения |
| Окислы азота NOx |
Твердые частицы ТЧ |
Углеводороды СxHy |
Окись углерода СО |
| ЕВРО-0 |
14,40 |
0,70 |
3,50 |
14,00 |
|
| ЕВРО-1 |
8,00 |
0,36 |
1,10 |
4,50 |
1.10.93 |
| ЕВРО-2 |
7,00 |
0,15 |
1,10 |
4,00 |
1.10.95 |
| ЕВРО-3 |
5,00 |
0,10 |
0,60 |
2,00 |
1.10.99 |
С дизелями в настоящее время выпускают автомобилей фирмы: “BMW”- 16%, “Citroen”- 34%, “Fiat”-16,6%. Применение наддува отмечено на 26% продукции “Alfa Romeo”, на 33% фирмы “Audi”.
Выполнение норм ЕВРО-3 бензиновыми двигателями связано с комплексом мероприятий, состоящих полностью или частично :
- из применения датчиков
обеднения смеси и термостатирования последней с
помощью встроенных электроподогревателей;
- применения камер сгорания
в поршнях и завихрителей, обеспечивающих осевой
вихрь в цилиндре;
- применения систем
зажигания с повышенной энергией искрового
разряда и многоточечных систем зажигания;
- применения “быстрого
сгорания” с движением заряда в цилиндре с
вихревым отношением, равным 3,8;
- повышения надежности
микропроцессорных систем управления рабочим
процессом;
- развития точности дозирования топлива по цилиндрам.
Всеми исследователями, в том числе фирмой AVL, выполнение норм ЕВРО-3 связывается с применением каталитических нейтрализаторов отработавших газов для всех типов двигателей внутреннего сгорания.
Проведенный анализ состояния работ по нейтрализации отработавших газов двигателей внутреннего сгорания говорит о том, что к числу перспективных путей ее развития далее не могут быть отнесены следующие: пламенная нейтрализация(ПН), жидкостная нейтрализация(ЖН), термокаталитическая нейтрализация(ТКН) и ряд других, разработке которых были посвящены исследования, начиная с 1965…1966 годов.
Пламенная нейтрализация отработавших газов(ОГ) неконкурентоспособна ввиду того, что требует дополнительного расхода топлива, затрат энергии на поддержание пламени, подачу воздуха. Кроме этого ПН имеет низкую эффективность очистки ОГ от NOX, CXHY,СО и сажи, высокую пожароопасность, необходимость системы автоматики, связывающей режимы эксплуатации с осуществлением дополнительной подачи топлива и воздуха.
Жидкостная нейтрализация отработавших газов как самостоятельная не существует ни в одной стране мира. ЖН используют как дополнительную с другими видами нейтрализации только для снижения температуры ОГ на выходе из системы выпуска.
К числу непривлекательных факторов ЖН относятся увеличение габаритов техники, существование паров химических реагентов, испаряемых ОГ, большой расход жидкости и реагентов, низкий показатель всесезонности эксплуатации ввиду замерзания реагентов на стоянках в зимнее время, низкая эффективность снижения уровней содержания основных нормируемых токсичных веществ в ОГ. Таким образом, системы ЖН неконкурентоспособны по сравнению с другими системами нейтрализации. ОГ.
Термокаталитическая нейтрализация ОГ разработана достаточно хорошо, зарекомендовала себя высокой степенью очистки, особенно от окислов азота, и продолжает успешно применяться в горнодобывающей промышленности. С другой стороны ТКН громоздки, тяжелы, не могут быть размещены вместо глушителей, требуют дополнительного расхода энергии на привод воздуходувок, систем зажигания, подкачивания и подачи топлива, расход топлива в целом двигателем с ТКН увеличивается на 15%. Установка ТКН на транспортных средствах требует надежной системы автоматики для обеспечения согласования системы подогрева ОГ с режимами эксплуатации двигателя.
Применение КН с “кипящим” или псевдосжиженым слоем катализатора дает возможность достаточно высокой очистки газов от всех нормируемых компонентов. Недостатком является то, что катализаторы в таких процессах истираются и частично выносятся.
В настоящее время стали известными данные о производстве автомобилей с нейтрализаторами в 1996 году:
|
Страна |
Выпущено автомобилей, тыс.
единиц |
Количество с нейтрализаторами
ОГ, тыс.единиц
|
| Германия |
5078 |
2133 |
| Бельгия |
1220 |
281 |
| Франция |
3175 |
1143 |
| Великобритания |
1467 |
484 |
| Италия |
1341 |
281 |
| Испания |
1822 |
291 |
| Украина |
94 |
0 |
| Россия |
745 |
Доля в экспорте |
| Япония |
7801 |
3354 |
| США |
6843 |
3627 |
Новые возможности для изготовления высокоэффективных пористых каталитических блоков представляет самораспространяющийся высокотемпературный синтез /CBC/.
В АлтГТУ проведены успешные работы по применению СВС- технологий для получения пористых проницаемых каталитических блоков с заданными свойствами, получены и испытаны образцы катализаторов.
Новые высокие технологии открывают перспективу для получения и применения высокоэффективных недорогих катализаторов для КН без применения благородных и редкоземельных металлов.
В АлтГТУ им. И.И.Ползунова под руководством профессора В.В.Евстигнеева разработан процесс получения пористых проницаемых фильтров с заданными свойствами как по размерам и упорядоченности пор, так и по предназначению, по типу реакций при нейтрализации газов сложного состава. Процесс получения блочных проницаемых каталитических фильтров является развитием работ по использованию самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС- технологий).
На основе блочных каталитических фильтров создана гамма устройств каталитических нейтрализаторов для дизелей автомобилей, тракторов, дорожной техники, защищенных патентами Российской Федерации. Ряд устройств прошел стендовые и дорожные испытания. В настоящей статье представлены результаты сравнительных испытаний каталитических нейтрализаторов для дизелей КамАЗ, устанавливаемых на автомобилях, эксплуатируемых в условиях с ограниченным воздухообменом. Учитывая, что современные дизели КамАЗ уже удовлетворяют нормам ЕВРО-1, использование на них КН позволит им удовлетворять нормам ЕВРО-2.
Сравнительные испытания дизеля КамАЗ-740 проведены по нагрузочным и скоростным характеристикам, а также на определение эффективности каталитической нейтрализации при наработке двигателем до 280 часов на режиме максимальной мощности.
В систему выпуска ОГ дизеля КамАЗ, установленного на стенде и оборудованного измерительной аппаратурой согласно ГОСТ 17.2.2.01-84 и ОСТ 37.001.234-81, монтировались на расстоянии 2,20 м от выпускных коллекторов два типа КН конструкции АлтГТУ им.И.И.Ползунова: комбинированный нейтрализатор с окислительным блоком с “кипящим” слоем окисного катализатора ШПК-0,5 (платинового) и восстановительным пористым проницаемым каталитическим блоком, выполненным по СВС- технологии (КНКС); двухступенчатый нейтрализатор с пористыми проницаемыми каталитическими элементами, выполненными по СВС- технологии (ПКЭН).
А.А.Мельберт, О.А.Лебедева, А.А.Новоселов
Оригинал статьи http://aomai.ab.ru/Books/Files/1998-01/25/pap_25.html
Назад
|
