Катализатор представляет собой контроль эмиссии выхлопных газов устройство , которое преобразует токсичных газов и загрязняющих веществ в выхлопных газах от двигателя внутреннего сгорания до менее токсичных загрязняющих веществ катализировать в окислительно — восстановительной реакции (окисление и восстановительной реакции). Катализаторы обычно используют с двигателями внутреннего сгорания , работающих на любом бензине (бензин) или дизельное топливо -включая обедненной смеси двигателей, а также керосиновые нагреватели и печи.
Первое широкое внедрение каталитических конвертеров было на автомобильном рынке Соединенных Штатов .Чтобы соответствовать строжайшему регулированию выхлопных газов Агентства по охране окружающей среды США , большинство автомобилей с бензиновым двигателем, начиная с модельного года 1975 года, должны быть оснащены каталитическими преобразователями. [1] [2] [3] [4] Эти «двухсторонние» преобразователи объединяют кислород сокисью углерода (СО) и несгоревшие углеводороды (HC) для получения двуокиси углерода (CO 2 ) и воды (H 2 O). В 1981 году двухсторонние катализаторы были устаревшими с помощью «трехходовых» преобразователей, которые также уменьшают оксиды азота (NOx); однако, двухсторонние преобразователи все еще используются для двигателей с пониженным сопротивлением. Это связано с тем, что трехходовые преобразователи требуют либо богатого, либо стехиометрического горения для успешного снижения NOx.
Хотя катализаторы чаще всего применяются к выхлопным системам автомобилей, они также используются на электрических генераторах , вилочных погрузчиках , горном оборудовании, грузовиках , автобусах ,локомотивах и мотоциклах . Они также используются на некоторых дровяных печах для контроля выбросов. Это, как правило, в ответ на правительственное регулирование либо путем прямого регулирования окружающей среды, либо с помощью правил охраны здоровья и безопасности.
Установка
Многие транспортные средства имеют каталитический нейтрализатор с близкой связью, расположенный вблизи выхлопного коллектора двигателя .Преобразователь быстро нагревается из-за его воздействия на очень горячие выхлопные газы, что позволяет снизить нежелательные выбросы в течение периода прогрева двигателя. Это достигается путем сжигания избыточных углеводородов, которые являются результатом обогащенной смеси, необходимой для холодного запуска.
Когда каталитические преобразователи были впервые введены, большинство автомобилей использовали карбюраторы, которые обеспечивали относительно богатое соотношение воздух-топливо . Поэтому уровни кислорода (O 2 ) в выхлопном потоке обычно недостаточны для эффективной реакции каталитической реакции. Поэтому большинство конструкций времени включали впрыск вторичного воздуха , который вводил воздух в поток выхлопных газов. Это увеличивает доступный кислород, позволяя катализатору функционировать по назначению.
В некоторых трехходовых системах каталитического нейтрализатора имеются системы впрыска воздуха с воздухом, впрыскиваемым между первой (восстановлением NO x ) и вторыми (HC и CO окислением) ступенями преобразователя. Как и в двухходовых конвертерах, этот закачиваемый воздух обеспечивает кислород для реакций окисления. Также иногда присутствует точка впрыска воздуха вверх, перед катализатором, для обеспечения дополнительного кислорода только во время прогрева двигателя. Это приводит к тому, что несгоревшее топливо загорается в выхлопном тракте, тем самым предотвращая его попадание в каталитический нейтрализатор. Этот метод уменьшает время работы двигателя, необходимое для того, чтобы каталитический нейтрализатор достиг своей «световой» или рабочей температуры .
Большинство новых транспортных средств имеют электронные системы впрыска топлива и не требуют систем впрыска воздуха в выхлопных газах. Вместо этого они обеспечивают точно контролируемую воздушно-топливную смесь, которая быстро и непрерывно циклически перемещается между обедненным и богатым сгоранием. Кислородные датчики используются для контроля содержания выхлопного кислорода до и после ремонт катализаторов в москве и эта информация используется электронным блоком управления для регулировки впрыска топлива, чтобы предотвратить загрузку первого катализатора восстановления NO x , при одновременном обеспечении того, что второй катализатор (HC и CO) окисления достаточно насыщен кислородом.
Урон
Каталитическое отравление происходит, когда каталитический нейтрализатор подвергается воздействию выхлопных газов, содержащих вещества, которые покрывают рабочие поверхности, так что они не могут контактировать и реагировать с выхлопом. Наиболее заметным загрязнителем является свинец , поэтому автомобили, оснащенные каталитическими преобразователями, могут работать только на неэтилированном топливе. Другие распространенные каталитические яды включают серу , марганец (происходящий в основном из бензиновой добавки MMT ) и кремний , которые могут поступать в выхлопной поток, если у двигателя есть утечка, которая позволяет хладагенту поступать в камеру сгорания. Фосфор является еще одним загрязнителем катализатора. Хотя фосфор больше не используется в бензине, он (и цинк , другой низкоуглеродистый загрязнитель катализатора) до недавнего времени широко использовался в противоизносных присадках моторного масла, таких как дитиофосфат цинка (ZDDP). Начиная с 2004 года предел концентрации фосфора в моторных маслах был принят в спецификациях API SM и ILSAC GF-4.
В зависимости от загрязняющего вещества каталитическое отравление иногда может быть отменено за счет запуска двигателя под очень большой нагрузкой в ??течение длительного периода времени. Повышенная температура выхлопа может иногда испаряться или сублимировать загрязняющее вещество, удаляя его с каталитической поверхности. Однако удаление отложений свинца таким способом обычно невозможно из-за высокой температуры кипения свинца.
Любое условие, которое приводит к аномально высоким уровням несгоревших углеводородов — необработанному или частично сгоревшему топливу — для достижения конвертера, будет стремиться значительно повысить его температуру, что приведет к риску расплавления субстрата и последующей каталитической дезактивации и жесткому ограничению выхлопных газов. Обычно передние компоненты выхлопной системы (сборщик / сборщик и соответствующие зажимы, чувствительные к ржавчине / коррозии и / или усталости, например, расщепление выпускного коллектора после повторного цикла нагрева), система зажигания, например, катушечные пакеты и / или первичные компоненты зажигания (например, распределитель крышка, провода, катушка зажигания и свечи зажигания) и / или поврежденные компоненты топливной системы (топливные форсунки, регулятор давления топлива и соответствующие датчики) — с 2006 года этанол часто используется с топливными смесями, где компоненты топливной системы, которые не совместимы с этанолом, могут повреждение каталитического нейтрализатора — это также включает использование более толстой вязкости масла, не рекомендованной производителем (особенно с содержанием ZDDP — это включает в себя смеси с высоким пробегом), независимо от их обычного или синтетического масла), утечки масла и / или охлаждающей жидкости (например, надувная головка прокладка, включающая перегрев двигателя).Транспортные средства, оснащенные диагностическими системами OBD-II , предназначены для предупреждения водителя о состоянии пропусков зажигания путем освещения подсветки «проверить двигатель» на приборной панели или мигать, если текущие условия пропуска зажигания достаточно сильны, чтобы потенциально повредить каталитический нейтрализатор.