Катализатор автомобильный что это такое: Что такое катализатор и чем он опасен для мотора — ПЕЖО Центр Тамбов — официальный дилерский центр Peugeot в Тамбове

Содержание

Катализатор автомобильный что это

Что такое Автомобильный Катализатор? Скупка катализаторов ?

В выхлопной системе современного автомобиля расположено специальное устройство для понижения уровня загрязнения перегоревшими газами окружающей среды – это автомобильный катализатор. Выясним его строение и предполагаемые причины поломок.

Катализаторы стали популярны ещё в прошлом столетии. Уже тогда устройство применялось в качестве очистной системы автомобиля, основной задачей которого было снижение уровня вредных отходов, появившихся в ходе работы автомобильного двигателя.

Содержимое каталитического нейтрализатора визуально походит на пчелиные соты, созданные из керамической основы. Верхняя часть структурного элемента покрыта специальным составом, именуемым активатором. А вот последний имеет поверхность из ценных металлов (золото, палладий, медь, платина и родий), которая собственно и служит катализатором. Он является основой для происхождения активных процессов, преобразовывающих угарные газы и оксид азота в природные компоненты, не способные навредить ни окружающей среде, ни здоровью людей. Если исходить из теоретических и практических сведений, то польза от исправного катализатора достаточно ощутима, ведь он практически на 100% очищает результат работы двигателя от ядовитых веществ.

Катализатор в своей постоянной деятельности не использует активные вещества. Современные транспортные средства, которые появились после введения норм токсичности, обладают катализаторами, расположенными на выходе выпускного отверстия. Данное устройство крепится к головке блока цилиндров, непосредственно через прокладку, при помощи специальных крепежей.

Каталитический нейтрализатор является не самым «удобным» соседом для двигателя автомобиля, ведь его размещение крайне усложняет распределение внутренних деталей для двигательного отсека. Следствием такой ситуации становится повышение температуры под капотом автомобиля. Тем не менее, положительным моментом является нормированное и достаточно быстрое прогревание коллекторной зоны, благодаря чему устройство может качественно очищать отработанные газы. Стоит отметить, что реакция катализатора в нормальных условиях должна приравниваться не менее 305 градусов по Цельсию.

Чтобы устройство реагировало и работало, как положено, без нарушений и побочных реакций, перед ним и за ним монтируются кислородные датчики, соответственно, управляющий и диагностический. Данные приспособления именуются не иначе, как лямбда-зонды.

Если рассматривать практику устройства катализатора, то можно увидеть примеры, в которых данное устройство имеет несколько иной вид, расположенный под дном транспортного средства, и применяется в некоторых марках автомобилей, независимо от года выпуска.

Катализатор принято считать одним из самых долговечных и качественных устройств современного автомобиля, именно поэтому о его замене можно говорить исключительно в ключе «самостоятельного» ремонта. Данное мнение основано на утверждении, что каталитический конвертер имеет все шансы прослужить автолюбителю ровно такой срок, который прослужит сама машина. Но благодаря сложившейся многолетней практике можно точно сказать, что это утверждение абсолютно несовершенно.

В каких случаях нейтрализатор может выйти из строя?

Первое, на что жалуются автолюбители касаемо каталитического нейтрализатора – это значительное оплавление «шахматной» поверхности устройства, которое практически полностью перестаёт работать в соответствии с установленными стандартами. Основной причиной подобного исхода принято считать превышение температурного режима, о котором мы говорили выше, его примерный показатель равен – 850-900 градусов.

Следующей причиной выхода из строя катализатора является частичное крошение керамической поверхности детали. В данном случае происходит разрушение определённых частей устройства, которые уже нельзя восстановить без полной замены всей детали.

И наконец, третья причина поломки каталитического конвертера – это загрязнение поверхности керамического слоя детали. Такая ситуация чревата полным выходом из строя катализатора, что подвергает окружающую среду серьёзной опасности.

Часто для того, чтобы предупредить возможные вышеупомянутые причины поломки катализатора, производители стараются создавать катализаторы не с керамической поверхностью, а с металлической. Такое покрытие среди автомобилистов считается наиболее износостойким и практичным.

Первый вариант поломки нейтрализатора, выражающийся в оплавлении детали, чаще всего определяется посредством диагностики двигателя и его мощности. Если показатели неожиданно падают, это является первым признаком того, что виной этому дефекту может быть именно оплавление устройства. Тенденцию к уменьшению мощности двигателя каждый опытный водитель может заметить в момент набора разгона. Данная процедура уже не будет, как прежде, производиться быстро и легко. Также стоит отметить, что и запуск двигателя будет значительно ухудшаться, а впоследствии и вовсе мотор перестанет работать. При наличии подобной проблемы на приборах автомобиля высветится определённое сообщение, которое и покажет текущее состояние каталитического нейтрализатора.

Если первый вариант ещё можно заметить, то вот вторую причину поломки нейтрализатора, а именно, превращение керамического покрытия в крошку, достаточно трудно диагностировать. Предпосылкой к такому исходу в основном становится использование некачественных топливных материалов, часто разбавленных специальными веществами.

Что касается загрязнения внутренних цилиндров посредством заброса отработанных газов, то это, конечно же, не самая распространённая причина выхода из строя каталитического нейтрализатора. Тем более, что опасность такой ситуации представляется не всем современным автомобилям. Грамотные конструкторы большинства автомобильных производителей сумели качественно и эффективно создать систему очищения выхлопных газов, применяя новые технологии. Проблема осталась исключительно утех транспортных средств, которые обладают выхлопной системой, расположенной под дном кузова.

Что говорит гарантия?

Отличным примером для рассмотрения данной проблемы станет вполне реальная ситуация с мотором автогиганта «Nissan», установленным, в основном на модель «X-Trail». Уже при показателях на счётчике в 35-40 тыс. км реальной становилась та проблема, о которой мы говорили чуть выше. Моторы подвергались преждевременному выходу из строя исключительно из-за невероятного износа цилиндров вследствие разрушения керамического покрытия. Учитывая мудрость внутренней политики, высококвалифицированная команда «Nissan» приняла единственно правильное решение – меняла по гарантии шорт-блок и катализатор. Аналогичная проблема коснулась и другого представителя автомобильного мира – компанию «Toyota». Владельцы серии «Camry» прочувствовали все «прелести» выхода из строя катализатора уже после 100 тыс. км пробега. Большинству приверженцев данной модели удалось реализовать законное право на гарантию, но были и те, кто по каким-то причинам этого не сделал.

И если эти две компании достаточно лояльно отнеслись к собственным техническим промахам, то представители «Kia» установили довольно непонятные правила на гарантийное обслуживание автомобильного катализатора. В данном случае гарантийный километраж не должен был превышать 1000 км пробега. А это значит, что среднестатистическому водителю хватило бы нескольких топливных заправок отечественным бензином, чтобы прибегнуть к реализации права на гарантию. Своевременная работа над ошибками помогла «Kia» правильно оценить возможности «своего» двигателя в условиях российского топлива, что выражалось в продлении гарантии на каталитический нейтрализатор с 1. тыс. км до 150 тыс. км пробега.

Подводя итог тематики гарантийного обслуживания катализатора, можно смело заявить, что исходя из обычной практики, срок гарантии на устройство должен быть приравнен к сроку гарантийного обслуживания автомобиля.

Основные предпосылки к поломке катализатора:

Низкое качество топливных материалов, что становится причиной отсрочки зажигания, приводящей к повышению температурного режима выхлопных газов.
Нарушение работы зажигания. То есть, в данном случае, топливный материал, который не претерпел полное сгорание в цилиндре, начинает гореть в самом катализаторе.
Повреждения катализатора вследствие вибрации и механических ударов, что приводит к крошению основного покрытия.
Резкие перепады температурного режима, влияющие непосредственно на нейтрализатор в действии.
Неисправность датчика кислорода или же плохая герметизация форсунок.
Понижение октанового числа в топливе или изменение концентрации составляющих топлива, чаще всего, приводящие к повышению температуры сгорания.
Минимальное время на прогрев двигателя. Современные автомобили оснащены такой системой прогрева каталитического конвертера, которая способствует быстрому прогреванию устройства.
Производственный брак устройства. Одним из самых известных примеров производственного брака катализатора является массовая замена каталитических нейтрализаторов компанией «Suzuki».

Персональный опыт

В конце прошлого столетия у меня был опыт работы в одной коммерческой организации, где я занимал должность менеджера автопарка. Был случай, когда начальник, вызвавший меня на ковёр, заявил: Нам нужно продать «ToyotaCarina», поэтому тебе следует съездить на автомобильную мойку и хорошо вымыть мотор, чтобы он блестел.

Естественно, я отправился в назначенное место, где сообщил пожелания моего начальника. Двигатель того автомобиля имел впрысковую систему и был оснащен одной катушкой зажигания, с высоковольтным распределителем. Уже после непосредственной отправки я заметил неисправности в работе мотора. Учитывая, что до основного места работы было не более трёхсот метров, доехать до него я так и не смог. Причина была в постоянном прекращении работы двигателя, который заводясь, начинал издавать непонятные звуки под дном кузова автомобиля. Машина находилась в состоянии постоянной вибрации. В момент, когда я вышел наружу и посмотрел, что происходит с выхлопной системой, я увидел поток чёрной гари, выходящей в тандеме с искрами.

Такое действие недолго продолжалось, вскоре гарь перестала выходить, после чего я открыл капот и соответственно решил оценить состояние распределителя, открыв и его. Что я увидел? – Огромную лужу. Утилизировав жидкость, качественно высушив поверхность, я всё же смог доехать до места работы. Вот теперь вопрос: Как вы думаете, где происходил процесс сгорания топлива?

Неужели это конец?

Претерпевший поломку каталитический нейтрализатор на автомобиле, который не является участником гарантийного обслуживания по каким-либо причинам, менять катализатор на оригинальный навряд ли кто-то изъявит желание. Это, во-первых, дорого, а, во-вторых, не всегда осуществимо. Что же делать?

Первое, что приходит на ум, это устранение «начинки» каталитического конвертера. Такое действие может, скорее всего, потребовать перезапуска блока управления. То есть систему нужно обмануть.
Утилизировать начинку и вмонтировать на её место пламегаситель. Его строение – это несколько оболочек (камер), которые имеют ровные полости, отвечающие за уменьшение температурного режима и давления газов. Такое действие сможет минимизировать звуковой эффект и снять нагрузку с некоторых составляющих выхлопной системы.
Заменить керамический нейтрализатор универсальным металлическим. Естественно уровень очищения выхлопных газов будет несколько ниже, но особого вреда окружающей среде вы не нанесёте.

А теперь, вы поделитесь, каким образом обстоят дела с вашим «монстром под днищем кузова» — автомобильным катализатором: находится в исправном состоянии, удалён или претерпел замену?

Устройство и принцип работы каталитического нейтрализатора

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.

Конструкция и функции каталитического нейтрализатора

Устройство каталитического нейтрализатора

Нейтрализатор является частью системы выхлопа. Он располагается сразу за выпускным коллектором двигателя. Катализатор состоит из:

Металлический корпус (монтажный мат), имеющий входной и выходной патрубки.
Керамический блок (монолит). Представляет собой пористую структуру с множеством ячеек, которые увеличивают площадь соприкосновения выхлопных газов с рабочей поверхностью.
Каталитический слой — специальное напыление на поверхностях ячеек керамического блока, состоящее из платины, палладия и родия. В последних моделях для напыления иногда используется золото — драгоценный металл, который имеет более низкую стоимость.
Металлический кожух. Выполняет функции теплоизоляции и защиты катализатора от механических повреждений.

Главная функция каталитического нейтрализатора — это нейтрализация трех основных токсических компонентов отработавших газов, поэтому он получил свое название — трехкомпонентный. Вот эти нейтрализуемые компоненты:

Окислы азота NOx – компонент смога, причина кислотных дождей, ядовиты для человека.
Угарный газ СО – смертельно опасен для человека при концентрации в воздухе от 0,1%.
Углеводороды CH – компонент смога, отдельные соединения канцерогены.

Принцип действия катализатора

На практике трехкомпонентный каталитический нейтрализатор имеет следующий принцип действия:

Выхлопные газы из двигателя попадают внутрь керамических блоков, где проникают в ячейки, полностью заполняя их.
Металлы-катализаторы палладий и платина провоцируют реакцию окисления, в результате которой несгоревшие углеводороды СН преобразуются в водяной пар, а угарный газ СО в углекислый.
Восстановительный металл-катализатор родий преобразует NOx (оксид азота) в обычный безвредный азот.
В атмосферу выпускаются очищенные отработавшие газы.

Если в автомобиле установлен дизельный двигатель, то возле катализатора всегда находится сажевый фильтр. Иногда эти два элемента могут быть совмещены в единую конструкцию.

Читайте также: Принцип работы и особенности эксплуатации сажевого фильтра

Рабочая температура катализатора играет решающую роль в эффективности процесса нейтрализации токсичных компонентов. Реальное преобразование начинается только после достижения 300°С. Идеальной, с точки зрения эффективности и срока службы, считается температура от 400 до 800°С. В диапазоне температур от 800 до 1000°С наблюдается ускоренное старение нейтрализатора. Длительная работа при температуре свыше 1000°С оказывает губительное воздействие на катализатор. Альтернативой керамике, выдерживающей высокие температуры, является металлическая матрица из гофрированной фольги. Катализаторами в такой конструкции выступают платина и палладий.

Срок службы катализатора

Разрушение керамического блока катализатора

Средний ресурс катализатора составляет 100 тыс. километров пробега, но при правильной эксплуатации он может исправно функционировать и до 200 тыс. километров. Основные причины раннего износа — неисправность двигателя и качество топлива (топливовоздушной смеси). При наличии обедненной смеси происходит перегрев, а при слишком богатой возникает засорение пористого блока остатками несгоревшего топлива, что препятствует протеканию необходимых химических процессов. Это приводит к тому, что срок службы каталитического нейтрализатора существенно снижается.

Еще одной распространенной причиной неисправности керамического катализатора являются механические повреждения (трещины), возникающие при механических воздействиях. Они провоцируют быстрое разрушение блоков.

При возникновении неисправностей работа каталитического нейтрализатора ухудшается, что фиксируется при помощи второго лямбда-зонда. В этом случае электронный блок управления сообщит о неисправности, выдав на приборной панели ошибку «CHECK ENGINE». Также признаками выхода из строя являются дребезжание, увеличение расхода топлива и ухудшение динамики. В этом случае его меняют на новый (оригинального производства или универсальный). Почистить или восстановить катализаторы невозможно, а поскольку это устройство имеет высокую цену, многие автомобилисты предпочитают просто удалить его.

Можно ли удалить катализатор

При удалении катализатора его очень часто заменяют на пламегаситель. Последний выравнивает поток выхлопных газов. Его установка рекомендуется для устранения неприятных шумов, которые возникают при удалении катализатора. При этом, если вы выбрали именно удаление, лучше полностью снять устройство и не прибегать к рекомендациям некоторых автомобилистов пробить в нем отверстие. Подобная процедура улучшит ситуацию только на время.

В автомобилях, соответствующих экологическим стандартам Евро-3, помимо удаления катализатора необходима перепрошивка электронного блока управления. Ее обновляют до версии, в которой отсутствует каталитический нейтрализатор. Также можно установить эмулятор сигнала кислородного датчика, который избавит от необходимости перепрошивать ЭБУ.

Читайте также: Устройство и принцип работы кислородного датчика

Наилучшим решением при поломке каталитического нейтрализатора будет его замена на оригинальную деталь в специализированном сервисе. Таким образом будет исключено вмешательство в конструкцию автомобиля, а его экологический класс будет соответствовать заявленному производителем.

(3 оценок, среднее: 5,00 из 5) Загрузка…

Что такое катализатор и чем он опасен для мотора — DRIVE2

Каталитический нейтрализатор — один из важнейших компонентов любого современного автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. Именно эта неприглядная деталь помогает сохранить атмосферу от вредных выбросов и уберечь экологию планеты. Несмотря на очевидные плюсы, катализатор может доставить автовладельцу немало проблем и даже полностью убить двигатель машины. Разбираемся в устройстве системы и вовремя устраняем неполадки каталитического нейтрализатора.

Устройство

Каталитический нейтрализатор входит в систему выпуска отработавших газов и располагается в непосредственной близости от выпускного коллектора автомобиля. Именно в него попадает раскалённый выхлоп из коллектора ДВС, и уже после, существенно замедленным, охлаждённым и очищенным от вредных веществ оказывается в резонаторе и в глушителе.

Принцип работы устройства основан на химических реакциях, нейтрализующих вредные выбросы окиси азота, углерода и всевозможных групп углеводородов. Основной элемент катализатора выполнен в виде массивного керамического или металлического блока с мелкими сотами, на стенки которых нанесены драгоценные металлы — сплав иридия и платины, а также родия и палладия. При касании химически активных поверхностей вредные соединения сгорают и выводятся из выхлопной трубы в виде безвредных N2 и CO2. Платина и палладий выполняют в устройстве роль окислителей и сильно ускоряют горение углеводородов. Активный элемент помещён в металлический кожух и снабжён слоем теплоизоляции.

Каталитический нейтрализатор не просто улавливает и нейтрализует вредные соединения, но и непосредственно влияет на работу двигателя. Сигналы с датчиков, расположенных на входе и выходе в устройство, постоянно считываются «мозгами» автомобиля и помогают наилучшим образом оптимизировать рабочую смесь.

Признаки неисправности

Срок службы дорогостоящего катализатора обычно примерно равен сроку службы всего автомобиля, однако нередко он ломается гораздо быстрее положенного и может утянуть за собой мотор. Важно помнить, что каталитический нейтрализатор не выходит из строя без причин. Его поломка — признак неправильной работы системы зажигания, неполного сгорания смеси в цилиндрах, сильного износа мотора или длительного использования некачественного топлива.

Понять, что ваш катализатор просится в утиль, можно по нескольким характерным симптомам:

— снижение производительности мотора

Наиболее распространённым симптомом выхода из строя катализатора является сильное снижение мощности двигателя. Автомобиль начинает терять динамику и плохо разгоняется. Двигатель работает неустойчиво, перегревается и «троит». Это случается при сильном уменьшении пропускной способности катализатора: соты разрушаются, оплавляются и спекаются, закупоривая отверстие и мешая свободному проходу отработавших газов. На начальной стадии неисправности автомобиль будет разгоняться до относительно невысокой скорости, а при запущенном случае мотор начинает тяжело запускаться, а затем «задыхаться» и глохнуть. Топливная экономичность также заметно ухудшается. Также во время холодного пуска появляется резкий неприятный запах.

— грохот под днищем

Громкий грохот под днищем автомобиля говорит о том, что активный элемент каталитического нейтрализатора начал разрушаться и распадаться на части. Керамические осколки под действием потока выхлопных газов хаотично бьются о стенки кожуха и создают неприятный грохот. Как правило, наиболее чётко это проявляется на повышенных оборотах работы мотора и во время запуска.

— слабый напор выхлопных газов из глушителя

Если поднести руку к выхлопной трубе, можно почувствовать пульсацию — выпускные клапаны цилиндров работают поочерёдно. Если на холостых оборотах поток выхлопа ровный и постоянный, это верный признак забитого катализатора. Если повысить обороты, а затем заглушить мотор, выхлопные газы продолжат непродолжительное время создавать напор — выходят газы, скопившиеся в закупоренной трубе.

Наиболее универсальный признак поломки катализатора — ошибка системы, активирующая значок «неполадки двигателя» на приборной панели. При появлении этого симптома нужно безотлагательно считать диагностическим сканером код ошибки и устранить неполадку. Если «мозги» автомобиля обнаруживают неверные показатели на кислородных датчиках, они сразу же оповещают об этом водителя, а заодно переводят систему управления мотором в аварийный режим. Это нередко сопровождается ухудшением динамики и увеличенным потреблением топлива. Компьютерная диагностика в этом случае часто обнаруживает ошибки P0420 (низкая пропускная способность катализатора) или Р0430.

Причины и последствия

А теперь обратимся к главному — почему выходит из строя катализатор и какие последствия это за собой влечёт.

Выход из строя каталитического нейтрализатора не происходит внезапно и беспричинно. При исправной работе всех остальных систем он верой и правдой служит многие годы вплоть до момента утилизации транспортного средства (а нередко и переживает его). Если устройство сломалось на вашем автомобиле — оплавилось или рассыпалось, вам почти наверняка предстоит диагностика и ремонт системы зажигания или питания.

Как правило, катализатор выводится из строя именно благодаря некорректной работе этих двух систем. При неисправной системе зажигания топливо в одном или нескольких цилиндрах не сгорает полностью, а попадает в систему выхлопа. Раскалённый катализатор вынужден дожигать повышенные объёмы углеводородов, которые разогревают соты до сверхвысоких температур, что приводит к их спеканию. Причиной крупной неприятности могут быть свечи зажигания, катушки или высоковольтные провода. К аналогичным поломкам приводит и неисправность форсунок, которые начинают переливать топливо. Износ или залегание маслосъёмных колец цилиндропоршневой группы или выход из строя маслосъёмных колпачков приводит к такому же результату, только догорает в катализаторе уже моторное масло.

Ещё одной распространённой причиной выхода из строя катализатора является сильное механическое повреждение, приводящее к деформации корпуса. Важно помнить, что тонкостенные соты легко крошатся даже при незначительных физических нагрузках. Выезжая на оффроуд, нелишним будет озаботиться установкой дополнительной защиты днища автомобиля.

Несвоевременный ремонт катализатора опасен тем, что мелкие частицы керамики могут попасть через выпускной тракт прямиком в цилиндры двигателя. Оказавшись там, они моментально царапают стенки цилиндров и полностью выводят из строя мотор. Страдает от керамического мусора и турбина (при наличии таковой). Дополнительный нагрев выпускного тракта приводит к деформациям головки блока цилиндров и сильно сокращает ресурс силового агрегата.

Во избежание критической поломки, не доводите свой автомобиль до плачевного состояния и вовремя устраняйте неисправность катализатора. Благо, сделать это вполне по силам даже своими

Катализатор автомобильный, что это такое, признаки поломки, ремонт

Катализатор – это составляющая выпускной системы автомобиля, главная задача которой заключается в снижении концентрации вредных соединений в выпускных газах. Деталь присутствует на всех машинах экологичностью Евро 3 и выше. Так, обеспечивается задержание оксидов азота, окиси углерода, углеводорода.

Повышается экологичность, безопасность транспортного средства. Выход из строя узла сопровождается многочисленными неполадками. При необходимости проводится замена или удаление.

Устройство и принцип работы каталитического нейтрализатора

Рассматривая катализатор автомобильный, что это такое, признаки поломки, рекомендуется изучить конструкцию и принцип работы. Основной составляющей является матрица – керамические или металлические соты со специальным напылением – платиноиридиевым.

Подобное устройство обеспечивает максимальное соприкосновение выхлопов с плоскостью фильтрующего элемента. А нанесенный каталитический слой способствует окислению опасных соединений, с последующим образованием СО2 и N2. Еще одна функция катализатора заключается в обработке выхлопов – снижении температуры, давления, скорости выходящих газов.

Нейтрализатор является сменной запчастью. Его срок службы достигает 100 000 – 150 000 км, при использовании качественного топлива и регулярного проведения регенераций. Но чаще происходит преждевременное засорение, что сопровождается сигналом – активацией Check Engine на панели управления.

Другие признаки неисправности:

Заметно сокращается мощность машины, возникают сложности при запуске. Причина – засорение сот фильтрующего элемента, сокращение пропускной способности.
Возникает ощущение, что автомобиль держат за задний бампер, что не дает ему нормально двигаться и развивать скорость.
Увеличивается расход топлива. Это связано с попытками системы управления провести регенерацию – самоочистку, сопровождающуюся повышением температуры. А для этого используются дополнительные порции горючего.
Меняется запах выхлопов, становится более едким, химическим.

Такие признаки неисправности указывают на необходимость обращения к специалистам. Дальнейшая эксплуатация транспорта приведет к росту противодавления, нарушениям в работе силовой установки, капитальному ремонту.

Как работает засоренный нейтрализатор

Заполнение фильтрующего элемента – неизбежный процесс, признаки забитого катализатора появляются постепенно.

Оценивая имеющиеся неполадки, можно выделить три этапа работоспособности:

Рабочее состояние – нет неполадок, отмечается хорошая пропускная способность, лампочка Check Engine не загорается.
Полу рабочее состояние – сопровождается периодическим проявлением неисправности. Временами пропадает тяга, мощность, отзывчивость. Иногда возникают проблемы с запуском, плавают обороты.
Нерабочее состояние – активируется аварийный режим, машина плохо заводится, а после старта глохнет.

Если катализатор засорен, требуется замена или удаление. Выбор оригинальной запчасти не всегда целесообразен, учитывая стоимость.

Сложность конструкции и использование драгоценных металлов определяет цену – около 1000 евро за один нейтрализатор. А их в конструкции авто может быть несколько.

Как проверить катализатор

Иногда появляются не все признаки неисправности, а только некоторые из них. Сигнальная лампочка на панели также не всегда загорается. Обычно это происходит при серьезных механических повреждениях, при износе каталитического покрытия или при проблемах с электропроводкой. В остальных ситуациях сигнал загорается и тухнет. Поскольку дальнейшая эксплуатация наносит урон автомобилю, стоит задуматься, как проверить катализатор на забитость, не снимая.

На что обратить внимание:

При средней степени засорения падает пропускная способность. Если нажать на педаль, двигатель начнет работать, поднимая обороты. При наличии неисправности процесс будет медленным, показатель не превысит более 2 000 – 3 000.
Когда мотор запущен, стоит подойти к выхлопной трубе – запах выхлопов становится химическим.
Приложив руку к трубе, легко заметить, что давления практически нет – выхлопы не выходят нормально.
Вмятины на защитном корпусе – свидетельствуют о механических повреждениях, которые часто приводят к разрушению матрицы, фильтрующего элемента.

Точно убедиться в засорении матрицы можно, осмотрев деталь на просвет. Но для этого потребуется ее демонтировать. Процедура сопряжена со сложностью, так как деталь находится на днище – требуется яма, подъемник. Сам процесс изъятия отличается для разных автомобилей, крепления часто прикипают.

Другие методы оценки работоспособности нейтрализатора

Проверка на противодавление – еще один метод диагностики без демонтажа. Это наиболее распространенный и простой способ, предполагающий измерение давления выхлопов, последующее сравнение показателей. Задумываясь, как проверить катализатор, нужно подготовить манометр и переходник для подсоединения.

Тонкости диагностики:

Автомобиль загоняют на яму.
Демонтируется первый датчик кислорода.
Используя переходник, подключают манометр. В качестве переходника выбирают резиновый шланг. Важно обеспечить герметичность соединения.
Запустив мотор, нужно поднять и на протяжении 15 секунд поддерживать обороты на уровне 2 500 – 3 000.
В этот момент изучаются данные манометра.
Проводится сравнение, оценка работоспособности.

При показателях в 0,3 кгс/см2 можно утверждать, что система исправна. Более высокие значения – до 0,35 допускаются в случае доработок, тюнинга мотора, иначе это свидетельствует о неполадках. При данных в 0,5 кгс/см2 отмечаются явные неполадки.

В сервисе используются и другие методики, позволяющие точно выявить неисправность. В распоряжении специалистов имеется специальное оборудование, позволяющее оценить состав выхлопов, выполнить диагностику мотор-тестером, провести сканирование, что дает наиболее точные результаты.

Варианты восстановления

При выходе из строя каталитического нейтрализатора нельзя просто изъять деталь, так как воздействие горячих выхлопов приведет к прогоранию остальных элементов выпускной системы. Для замены обычно используется универсальная запчасть или пламегаситель.

Преимущества установки аналога:

деталь обладает более простой конструкцией, что способствует снижению цены;
также обеспечивается очистка выхлопов, сохраняется экологичность автомобиля;
отличное решение для гарантийных, машин часто пересекающих границу стран, где действуют жесткие экологические нормы;

Стоит обратить внимание, что универсальный катализатор не обладает большим сроком службы, вскоре потребует замены. Эффективность работы устройства зависит от выбора модели.

Преимущества пламегасителя:

наиболее доступное решение;
срок службы детали достигает 10 лет;
навсегда решается проблема нейтрализатора;

качество топлива не влияет на работоспособность системы.

Предварительный резонатор не очищает выхлопы, он лишь обеспечивает их обработку. Поэтому снижается экологичность авто. На машинах, где используется второй датчик кислорода, необходима обманка для нормального образования топливной смеси.

Выбор оптимального варианта для замены катализатора определяется в зависимости от модели, года выпуска, характеристик, условий эксплуатации.

Автомобильный катализатор — это… Что такое Автомобильный катализатор?

Автомобильный катализатор: Wikimedia Foundation. 2010.

Катализатор в автомобиле: что это? из чего состоит? в чем заключается работа?

Автопроизводители создают всё более усовершенствованные автомобили, чтобы соответствовать законам, следящим за экологической ситуацией окружающей среды. Основной прорыв был сделан в 1975 году при создании элементарного устройства — катализатора. Его задача обезвредить вещества до выхода в воздух.

Какие выбросы производит автомобиль?

Бортовой компьютер контролирует объём сгораемого топлива, с целью сохранения пропорций воздух:топливо предельно близкими к стехиометрической точке. В теории, это соотношение дает возможность топливу сгореть полностью без избытка окислителя. В двигателях внутреннего сгорания она равна 14,7:1 — на долю горючего требуется 14,7 долей кислорода. Но на практике, топливная смесь далеко не идеальна.

Что такое катализатор в автомобиле?

Катализатор (каталитический нейтрализатор) – часть выхлопной системы, уменьшающий вредные вещества (окись углерода, углеводороды, оксиды азота) в выхлопах.
Автомобильным катализатором называют всю приемную трубу — деталь, сложную и затратную в изготовлении. Состоит из выпускного коллектора, сложных фланцевых соединений, гофры и конечно бочка каталитического преобразователя.

Из чего состоит автомобильный катализатор?

В корпусе располагается керамическая или металлическая конструкция с удлиненными сотами. На сотовую конструкцию наносится тонкий слой сплавов (катализаторов). Она увеличивает площадь контакта проходящих газов с поверхностью каталитического слоя и снижает потребность в веществах, так как используемые элементы дорогие. После бочка катализатора располагается датчик (лямбда-зонд), показывающий загрязненность газов после очистки.

%rtb-4%

В чем заключается работа катализатора?

Термин «катализатор» пришёл из химии. Означает вещество, ускоряющее реакцию, не являющееся продуктом реакции. Бывает двух типов: катализатор восстановления, катализатор окисления.
В современных автомобилях используется трёхкомпонентный каталитический преобразователь, уменьшающий количество выбросов 3‐х самых вредных веществ, озвученных ранее.
Первая стадия очистки — катализатор восстановления, снижает количество оксидов азота.
Вторая стадия — катализатор окисления, снижает уровень несгоревших вредных веществ.
Третью стадию выполняет компьютер, контролирующий поток выхлопов и использующая данные для эффективного управления впрыском топлива. Кислородный датчик, установленный ближе к двигателю, передает бортовому компьютеру объем кислорода в выхлопе. Который регулирует пропорцию воздуха к топливу, попадающего в двигатель. Такая модель позволяет удостовериться, что работа двигателя максимально эффективна, и в выхлопной системе остаётся достаточно кислорода для окисления не сгоревших веществ.
Каталитический нейтрализатор работает эффективно, но не достиг идеала. Самый большой недостатком: работа только при высокой температуре. В момент прогрева каталитический преобразователь практически бесполезен. Можно переместить бочку катализатора выше к двигателю, но газы будут более горячими, что приведет к перегреву, а это уменьшит срок работы нейтрализатора. Большинство производителей размещают каталитический преобразователь в районе правого переднего колеса — на достаточном расстоянии от двигателя, с возможностью поддержания необходимой безвредной температуры.

Для сокращения выбросов можно использовать предварительный нагрев каталитического нейтрализатора. Самое элементарное — использовать электрические нагреватели сопротивлений. Но большинство автомобилей (12-вольтные) не нагревают катализатор до необходимой температуры за короткое время. Гибридные автомобили (высоковольтные) справляются с этой задачей очень быстро. Дизельный двигатель работает при низкой температуре, вследствие чего катализатор не продуктивен. В связи с этим, ведущие проектировщики эко-автомобилей изобрели систему, использующую мочевину (карбамид). Мочевина реагируя с оксидом азота, выделяет азот и водяной пар, обезвреживая более 90% оксидов из выхлопа.

%rtb-4%

Причины выхода из строя автомобильного катализатора?

Ресурс данной экологической детали велик (100–150 тыс.км). Этого хватит не более чем на 5–7 лет. За это время сотовая конструкция выгорает, и теряет свойство фильтрации выхлопов.
Не маловажная причина – низкокачественное топливо. Некачественный бензин искусственно догоняют до нужного значения октанового числа, добавляя свинцовые добавки. При горении выделяются большие температуры, чем обычном бензине. Катализатор перегревается и оплавляется изнутри, забивая фильтрующие «соты».

Что делать при выходе из строя катализатора?

Менять. Дилеры отказывают в гарантии на эту деталь, объясняя поломку следствием использования некачественного бензина. Оригинальный катализатор стоит очень дорого. В нем содержатся дорогие драгоценные металлы, влияющие на условия растаможивания. Сервисы по ремонту автомобилей предлагают альтернативные варианты катализатору.

Универсальный катализатор. Непосредственно бочка катализатора. Устанавливается вместо сломанного катализатора.

Пламегаситель (предварительный резонатор). Ставится вместо катализатора. Выравнивает поток выхлопов (не фильтруя!), устраняя громкие звуки, возникающие в отсутствии катализатора.

Плюсы и минусы аналогов катализатора.

Универсальный катализатор имеет один недостаток: отсутствие гарантии, потому что эксплуатация зависит от внешних факторов. Долговечность у него 60-80 тыс.км, но не редко ломаются раньше, из-за сбоя в системе зажигания или в работе двигателя.
Пламегаситель не фильтрует выхлопные газы, загрязняя атмосферу. Осложняет прохождение техосмотра.

Для чего нужен лямбда-зонд в автомобиле

Признаки забитого или разрушенного катализатора машины. Методы диагностирования неисправностей катализатора

Что такое катализатор и зачем он нужен в выхлопной системе

Как правило все начинается банально просто — на панели автомобиля загорается значёк «Check Engine», делается диагностика, и вылазиет ошибка Р0420 или Р0430, что означает — не эффективная работа катализатора. В 99% случаев, это означает, что катализатор отработал своё и его пора менять. Что делать? Есть разные пути в том числе и всякого рода обманки и прошивки. Но Мы придерживаемся мнения, что не зачем уродовать автомобиль и всетаки поменять катализатор на новый, пусть и не оригинальный, тем более, что в настоящее время замена на качественный универсальный катализатор, по деньгам практически соизмерима с установкой пламегасителя вместо катализатора и прошивкой или обманкой.

Что такое катализатор и зачем он нужен в выхлопной системе?

Катализатор – один из самых дорогих элементов входящий в выхлопную систему автомобиля(стоимость которой достигает 13% стоимости автомобиля), назначение которого дожигание отработанной топливной выхлопной смеси посредством каталитических химических процессов, а именно окислять вредные соединения смеси до менее вредных выхлопов. Катализатор располагается, как правило, в приемной трубе(на коллекторе), но в некоторых выхлопных системах его положение бывает после приемной трубы.

Как работает катализатор в выпускной системе автомобиля?

Составные части катализатора – это стальной корпус, в котором располагается керамический цилиндр с множеством отверстий похожий на пчелиные соты. Каталитический нейтрализатор, так еще называют эту часть системы выхлопа, имеет покрытие на сотах в виде тонкого слоя платиноиридиевого сплава. Этот сплав и способствует окислению выхлопных газов при соприкосновении с его поверхностью. Соты добавляют большую площадь соприкосновения. При данной химической реакции выделяется тепло, которое способствует повышению температуры катализатора, при этом его работа становится еще эффективней. Концентрация выхода окисленных газов соответствует нормам ЕС.

Почему автокатализатор необходим автомобилям?

Автокатализатор – обязательный элемент каждой выхлопной системы автомобиля во всем мире. Потому, что экология планеты земля, мирового уровня важности. Кстати говоря, еще одно название у этого полезного элемента – каталитический конвертер. Конструктивность этой запчасти для выхлопной системы элементарна. Хотя цена катализатора иногда неоправданна, высока! А все потому, что в нем содержится драгметалы: соли платины, родия или палладия. И многие автовладельцы подержанных иномарок испытали это на собственном опыте. Ремонт катализатора дорогостоящая затея. Но современный автомобиль без катализатора просто не поедет как надо, из за сбившихса параметров подачи топлива, получается, замена автокатализаторапросто необходима? Несомнено ДА! Можно конечно вырезать его и поставить пламегаситель, можно бесконечно ездить с горящей лампочкой «Check-Engine», и не правильными параметрами работы двигателя и уродовать свой автомобиль. Но как показал опыт, в итоге дешевле поменять катализатор на новый, без вмешательства в электронику и ездить как и раньше. В настоящее время нашей компанией используются качественные универсальные катализаторы, установка которых будет дешевле в несколько раз оригинала, а по сроку службы превосходят многие установленные на заводе изотовителе. Сколько будет стоить замена катализатора? На этот вопрос могут ответить специалисты нашего центра установки «Мир глушителей». Обращайтесь к нам, и мы поможем сэкономить вам время и денежные средства!

Катализатор автомобильный, что это такое? ⋆ ГК «Катализаторофф»

С целью обеспечения сохранения экологической ситуации в Мире все крупные автопроизводители стали оснащать свою продукцию — современные автомобили — специальным элементом. Деталь, монтируемая в выхлопную систему авто, получила название каталитический нейтрализатор автомобильных выхлопов.

Разберем чуть подробнее, катализатор автомобильный — что это такое и как он функционирует.

Прежде всего, обратим внимание на название автодетали — каталитический нейтрализатор или просто катализатор. Название содержит суть работы агрегата. Катализаторами называют вещества, способные ускорять те или иные химические процессы. Такие вещества и входят в конструкцию каталитического преобразователя. Это металлы платиновой группы: платина, палладий, родий, иридий, а в последнее время и золото.

Именно эти металлы-катализаторы и обеспечиваются процесс превращения тяжелый и вредных компонентов автовыхлопов в безопасные составляющие, которые и попадают в земную атмосферу.

Где же размещаются указанные ценные металлы. Для этого разберем общую конструкцию катализатора.

Устройство и принцип работы катализатора

При внешнем обзоре катализатора представляется утолщением трубы или бочкообразным параллелепипедом с входным и выходным отверстиями. С помощью этих патрубков фильтр монтируется в выхлопную систему транспортного средства. К патрубкам подсоединяется два датчика — лямбда-зонды, они контролируют процесс очистки газов и передают параметры на электронный блок управления (ЭБУ) авто.

Учитывая, что для протекания химической реакции доокисления выхлопных газов необходима температура не ниже 350°С, монтаж катализатора осуществляется под днищем авто сразу за выхлопным коллектором. Именно там температура отработанных газов соответствующая.

Указанный бочкообразный параллелепипед — это внешний защитный корпус (кожух) фильтра, предназначенный от оберегания внутренних компонентов от внешних ударов или прочих помех. Изготавливается кожух из стали.

Внутри корпуса размещается особый наполнитель — монолит. Между монолитом и корпусом укладывается термоизолирующий слой.

Особого внимания заслуживает наполнитель каталитического нейтрализатора выхлопных газов, так как это центральная деталь агрегата. Материалом изготовления монолита служит либо огнеупорная керамика, либо стальные листы. В итоге все катализаторы делятся на две основные группы: металлические и керамические катализаторы.

Принцип работы у них одинаковый, но из-за материала каждый их фильтров обладает своими преимуществами и недостаткам.

В разрезе структура монолита напоминает пчелиные соты, совокупность очень мелких продольных сквозных ячеек. Такая схема придумана неслучайно. Цель — достижение максимальной поверхности наполнителя. Именно на эту поверхность и наносится особый слой (каталитический) с содержанием металлов-катализаторов.

Раскаленные выхлопные газы, пройдя через входной патрубок (фиксирующий исходный состав выхлопов), заполняют ячейки монолита. Соприкоснувшись с каталитическим напылением, газы начинают разлагаться на безопасные компоненты.

Далее через выходной патрубок очищенные газы попадают в глушитель и оттуда уже в атмосферу. Состав выхлопов с расщепленными компонентами фиксируется вторым лямбда-зондом. С помощью этого датчика ЭБУ и определяет насколько качественно прошла реакция разложения.

что это такое и что ценного в нем, признаки неисправностей и их устранение

Автомобильный катализатор – он же каталитический нейтрализатор – это деталь, которая призвана уменьшить объем вредных веществ, выбрасываемых из выхлопной трубы автомобиля в атмосферу. Достаточно сложное устройство и принцип работы – причины, по которым катализаторы нередко доставляют автовладельцам массу проблем. Что нужно знать об этой детали и надо ли ее убрать?

Что такое катализатор и для чего он нужен?

Выхлопные газы – продукты окисления углеводородного топлива, не полностью сгораемого внутри автомобильного двигателя. В составе выхлопа есть как безвредные, так и токсичные вещества. К первым относится азот, кислород, углекислый газ. Спектр вредных компонентов значительно шире:

угарный газ;
углеводороды;
оксиды азота;
альдегиды;
бензпирен;
частицы сажи.

Все перечисленные выше вещества являются токсичными, а сажа и бензпирен еще и сильные канцерогены. Неправильная настройка двигателя приводит к тому, что концентрация вредных выбросов увеличивается от двух раз для бензиновых моторов и до двадцати раз для дизельных.

Задача катализатора – нейтрализовать негативное действие углеводородов, оксидов углерода и азота в выхлопных газах, и тем самым снизить вред автомобиля с ДВС для окружающей среды. Сам процесс нейтрализации происходит в ходе окислений либо восстановления в зависимости от типа нейтрализатора. В результате реакций токсины превращаются в свободный азот и углекислый газ.

Для контроля катализатора в выхлопной системе устанавливается особый датчик – лямбда-зонд. Он отслеживает концентрацию кислорода в отработанных газах. Показания кислородного датчика влияют на режим работы двигателя авто, от чего в свою очередь зависит состав выхлопных газов.

Как устроен автомобильный катализатор?

Каталитические нейтрализаторы в современных автомобилях имеют весьма простое устройство:

корпус из нержавеющей стали;
керамический наполнитель;
термическая защитная прокладка;
кислородный датчик (лямбда-зонд).

В зависимости от типа детали в качестве наполнителя используются металлические либо керамические мелкие соты, покрытие тончайшим слоем редких металлов – иридия, палладия и родия. Лямбда-зонд устанавливается на входе в катализатор и на выходе, т.е с обеих его сторон.

Принцип работы катализатора

Точный принцип работы автомобильного катализатора зависит от того, к какому типу он относится:

В восстанавливающем элементе происходит разложение оксидов азота на кислород и молекулярный азот. За эти химические реакции отвечают драгметаллы платина и родий.
В окисляющем элементе свободный кислород вступает в активную реакцию окисления с углеводородами и угарным газом из выхлопа, связывая их в безопасные соединения.

В обоих перечисленных случаях вредность отработанных газов для природы заметно уменьшается.

Виды катализаторов

В первую очередь каталитические нейтрализаторы классифицируются по принципу работы на два типа – восстанавливающие и окисляющие. Они уже были рассмотрены ранее. Кроме типа реакций, которые протекают внутри этих устройств, оба типа различаются составом. В первых используется платина и родий, во вторых – платина и палладий. Соответственно, это влияет на стоимость детали.

Второй признак, по которому различаются детали – материал, из которого сделана сотовая сетка:

Керамические. Главное достоинство деталей с сеткой из керамики – низкая цена. Это обусловлено дешевизной материала и технологии изготовления. Отсюда же вытекает основной недостаток – хрупкость. Даже небольшого удара хватит для растрескивания.
Металлические. Отличаются долговечностью, прочностью, надежностью. Хорошо переносят воздействие влажности, удары, вибрацию, тряску. В связи с этим стоимость металлических катализаторов существенно больше, если сравнивать их с керамическими.

Следующий критерий для классификации каталитических нейтрализаторов – место установки в выхлопной системе автомобиля. По этому признаку устройства делятся всего на две категории:

Монтируемые на приемной трубе. Деталь может располагаться как на самой трубе, так и сразу после нее, непосредственно перед резонатором. Это удобный в плане замены и ремонта тип размещения, так как демонтировать устройство с приемной трубы очень легко.
Монтируемые внутри коллектора. В этом случае элемент является частью выпускного коллектора. Первый серьезный недостаток – неремонтопригодность такого катализатора. Второй – деталь быстро и сильно нагревается до критических температур.

Исходя из преимуществ, оптимальный вид нейтрализатора – керамический с установкой прямо на приемной трубе выхлопной системы. Если позволяет бюджет, лучше купить металлическую деталь.

Причины и признаки неисправности

В теории катализатор может работать на протяжении многих десятилетий, так как расход редких металлов в его составе очень небольшой. На практике все получается не так радужно. Есть целый ряд причин, по которым каталитический нейтрализатор выхлопных газов может выйти из строя:

механическое воздействие – критично для керамических катализаторов;
попадание воды (особенно холодной) на раскаленную поверхность детали;
взрыв топлива внутри катализатора из-за проблем в системе зажигания;
регулярное использование низкокачественного и загрязненного топлива;
применение этилированного бензина – катализатор может прогореть;
попадание в нейтрализатор масла, охлаждающей жидкости или промывки.

Перечисленные причины могут привести к таким распространенным поломкам нейтрализатора, как выгорание активного слоя, оплавление, появление нагара на внутренних стенках устройства.

Эксплуатация автомобиля с неисправным катализатором уменьшает ресурс самого двигателя. По этой причине нельзя откладывать ремонт или замену детали на потом – это выйдет очень дорого.

Как проверить катализатор?

Не надо быть специалистом, чтобы догадаться о неисправности автомобильного катализатора. На его выход из строя и необходимость замены указывает ряд достаточно специфичных признаков:

увеличенный расход топлива без видимых причин;
автомобиль медленнее набирает скорость;
возникли проблемы с тягой, упала мощность мотора;
загорелась лампочка проверки двигателя;
несколько увеличился расход масла;
при нажатии на педаль газа мотор откликается не сразу;
при запуске двигателя чувствуется неприятный запах.

Лучший способ диагностики неисправности нейтрализатора – осмотр. Также своего рода средством проверки является приборная панель, а именно лампочка «Check engine» и соответствующий поломке лямбда-зонда или катализатора код ошибки в бортовом компьютере.

Еще один способ – измерить давление выхлопных газов с помощью манометра, после чего сравнить показания с нормативами. Так, нормой считается давление 0,3 кгс/см2. Если это значение больше, скорее всего с деталью есть проблемы, и нужна помощь специалистов из автосервиса.

Как почистить катализатор?

Засорившийся с течением времени катализатор рекомендуется быстро и тщательно прочистить. В противном случае двигатель начнет «задыхаться», его мощность упадет, а расход топлива, наоборот, вырастет. На необходимость заняться очисткой нейтрализатора указывают признаки:

упавшая мощность мотора и медленный разгон;
возникают проблемы с запуском двигателя;
мотор самопроизвольно отключается на ходу;
двигатель нестабильно работает на холостом ходу;
цвет выхлопа изменился, стал более выраженным.

Визуально на необходимость прочистки нейтрализатора указывает его загрязненность продуктами горения, смолами, маслом и прочими посторонними включениями. Есть два способа его очистки:

Механическая. Для такой прочистки применяется наждачная бумага. Нужно демонтировать нейтрализатор, взять кусочек наждачки и счистить налет с металлических или керамических сот, аккуратно надавливая на них. Оставшиеся после процедуры частицы грязи, масла и сажи удаляются из нейтрализатора сжатым воздухом, подаваемым под давлением.
Жидкостная. Используется специальная промывка, которую можно купить в магазине автодеталей. Если такой возможности нет, можно использовать этанол или жидкость для очистки карбюратора. Порядок работ – демонтаж катализатора и его погружение в тару. Далее соты обильно поливаются промывкой, а через 20-30 минут – струей горячей воды.

В конце жидкостной очистки нужно тщательно просушить нейтрализатор с помощью сжатого воздуха. Если чистота детали вас не удовлетворит, процедура повторяется еще раз с самого начала.

В случае с механической очисткой важно проявить аккуратность и не давить наждачкой на соты слишком сильно. Керамические детали могут треснуть, раскрошиться и от небольшого давления.

Зачем вырезают катализатор из автомобиля?

Весьма популярна практика самостоятельного удаления катализатора из выхлопной системы авто. Делается это не просто так – демонтаж нейтрализатора предоставляет водителю преимущества:

не надо покупать новую деталь;
увеличение мощности двигателя;
можно заливать «грязное» топливо;
уменьшение расхода топлива;
отсутствие ошибок лямбда-зонда;
нет проблем с запуском двигателя.

Автомобиль вполне исправно работает и без каталитического нейтрализатора. Но последствия все же есть, и в первую очередь для окружающей среды. Выхлоп становится грязным и приобретает неприятный запах. В выхлопной системе могут появляться посторонние звуки, шумы и вибрации.

Если удаление было сделано неправильно, на приборной панели регулярно будут отображаться ошибки. Также машина без катализатора не сможет пройти регулярный технический осмотр.

Как удалить устройство из выхлопной системы?

Для демонтажа катализатора потребуется установить автомобиль над смотровой ямой. Далее из положения снизу демонтируется та часть выхлопной трубы, на которой установлен этот элемент. После этого нейтрализатор срезается болгаркой, и труба заваривается, либо разбирается, если такая возможность предусмотрена конструктивно. Последний этап – монтаж пламегасителя. Он обеспечит нормальную работу резонатора выхлопной трубы и устранит ряд плохих последствий.

Сложность удаления катализатора заключается в риске повредить выхлопную трубу, резонатор или выпускной коллектор в зависимости от того, где установлен элемент. Несмотря на возможность самостоятельного демонтажа катализатора, рекомендуется доверять эту работу специалистам из автосервиса. Так риск негативных последствий для автомобиля будет минимальным или нулевым.

Заключение

Каталитический нейтрализатор, несмотря на благородное предназначение, доставляет водителю больше проблем, нежели пользы. Невысокое качество и чистота топлива делают из теоретически «вечной» детали часто выходящий из строя рудимент. Все больше автовладельцев предпочитают удалять катализатор и устанавливать на его место обманку – такой шаг обходится заметно дешевле.

Каждый автомобилист сам решает, изымать нейтрализатор из выхлопной системы своего авто, или нет. Однако в развитых странах Европы давно приняли решение – наличие катализатора в авто играет большую роль для всей природы и для каждого человека в отдельности. Вот по этой причине катализаторы в обязательном порядке устанавливаются на все современные автомобили мира.

как заработать на старом катализаторе

В современном автомобиле кроется немало интересного. Оказывается, в нем есть даже благородные металлы – и на этом факте может неплохо заработать сам автовладелец.

Не все знают, что так называемый катализатор выхлопной системы – а точнее каталитический нейтрализатор отработавших газов – содержит в себе драгоценные металлы платиновой группы. В первую очередь это собственно платина, а также благородные металлы палладий и родий.

В корпусе катализатора скрывается пористая керамическая или металлическая начинка, на которую и напылен тот или иной благородный металл.

Поэтому после выхода автомобильного катализатора из строя – а это обычно случается после 150 – 200 тыс км пробега – его можно не выбрасывать на помойку, а сдавать в специальные перерабатывающие предприятия. Которые умеют извлекать благородный металл для передачи его на переработку для повторного использования.

Читайте также: Расходы на электромобиль и бензиновый: какой выгоднее

Главный нюанс этой процедуры в том, что платина или металлы-платиноиды находятся в катализаторе в виде тончайшего слоя, напыленного на пористые керамические соты. Собственно, устройство нейтрализатора так и задумано – чтобы поверхность контакта выхлопных газов с металлом-катализатором была как можно обширнее. Поэтому собрать распыленную платину с 20 тысяч квадратных метров внутренней поверхности сот не так уж и просто. Для этого приходится «ополаскивать» керамику кислотами, нагревать, гальванизировать, дробить… Но это, собственно говоря, проблемы не автомобилиста, а других людей.

Оптовые партии катализаторов переработчики берут по более высокой, договорной цене.

Для нас куда интереснее вопрос – как определяется цена, по которой принимается катализатор, который отработал свое? Чтобы определить количество платиноидов, используется РФ-спектрометр, он же – рентгенофлуоресцентный анализатор. Но прежде всего нужно распилить корпус, вытащить керамический наполнитель и измельчить его. Затем, соотнеся данные спектрометра и массу перемолотой начинки, приемщик определяет цену.

Средняя цена катализатора, который отработал свое, от 500 до нескольких тысяч гривен, и получить их можно, что называется, не сходя с места – просто сдав ненужную запчасть в пункте приема. Интересно, что приемщики при оценке учитывают текущие котировки драгоценных металлов на мировых биржах – во всяком случае, так они заявляют. А цифра эта относительно платины может испытывать значительные колебания, например: в зависимости от ситуации одна унция этого металла в различные периоды может стоить и несколько сот долларов, и полторы тысячи долларов.

Содержание драгоценных металлов в катализаторе определяют с помощью спектрометра. Он, кстати, умеет отличать металлы-заменители платины.

Для понимания: содержание чистой платины или других платиноидов составляет десятые и сотые доли процента от общей массы начинки катализатора.

Что такое каталитический нейтрализатор и зачем он вам?

Некоторые заправщики считают их помехой, но кошки — жизненно важный компонент системы контроля выбросов вашего автомобиля.

Война за выбросы бушует большую часть 40 лет, когда правительства жестко обрушиваются на автомобильную промышленность.В 1970-х годах правительство США ввело в действие закон, гласящий, что каждый автомобиль, произведенный с этого года, должен быть оснащен устройством, называемым каталитическим нейтрализатором. Это устройство вскоре распространилось по всему миру автомобилей и теперь стало основным средством контроля выбросов и интегрировано практически в каждую современную выхлопную систему.

Что такое каталитический нейтрализатор и для чего он нужен?

Кот сидит примерно на трети расстояния до выхлопной системы и напоминает небольшую металлическую камеру, которая принимает выхлопные газы и изменяет их химическую природу, чтобы уменьшить объем вредных выбросов, только что выходящих из выхлопного коллектора.Внутри кошачьего корпуса находится сотовая структура на керамической основе, облицованная чрезвычайно драгоценными металлами, каждый из которых выполняет определенную работу по сокращению выбросов.

Есть три основных выброса, производимых автомобильными двигателями: газообразный азот (N2), двуокись углерода (CO2) и водяной пар (h3O). Однако каталитический нейтрализатор в основном используется для борьбы с более мелкими и более вредными продуктами, которые образуются из-за естественного несовершенного процесса сгорания в двигателе внутреннего сгорания. Это оксид углерода, углеводороды и оксиды азота.Поэтому большинство кошек в наши дни называют трехкомпонентными каталитическими нейтрализаторами из-за трех основных типов выбросов, с которыми им удается справиться.

96 КБ

Выхлопная система от старого Chevy с изображением каталитического нейтрализатора.
«Катализатор» — это вещество, которое ускоряет химическую реакцию, и внутри каталитического нейтрализатора есть два типа катализатора.Первый — это восстановительный катализатор, в котором в сотах используются платина и родий для снижения выбросов NOx. NOx производится оксидом азота и диоксидом азота в выхлопных газах. Азотные газы вступают в контакт с металлами-катализаторами, которые вырывают атомы азота из молекул, что, в свою очередь, выделяет более чистый кислород, который попадает в выхлопную систему.
Катализатор второго типа представляет собой катализатор окисления, в котором для завершения работы используются платина и палладий.Эти катализаторы окисляют или сжигают окись углерода и углеводороды, остающиеся в поступающем газе, помогая уменьшить количество смога, производимого испарившимся несгоревшим топливом.
Сотовая сетка увеличивает площадь поверхности, с которой выхлопные газы взаимодействуют.
Заключительный этап контроля выбросов представляет собой датчик O2, расположенный прямо перед котом.Датчик передает обратно в ЭБУ, сколько кислорода содержится в выхлопных газах, а бортовой компьютер затем может регулировать соотношение воздух / топливо, чтобы двигатель работал как можно ближе к стехиометрической точке.
Это точка, в которой — теоретически — все топливо, поступающее в камеру сгорания, будет использовать весь предоставленный кислород для завершения процесса сгорания. Эта последняя стадия не только способствует общей эффективности двигателя, но также позволяет ему обеспечивать кошку достаточным количеством кислорода для эффективного завершения процесса окисления с помощью второго катализатора.
Так что же такое спортивный кот?
Спортивная кошка умеет делать все, что может делать обычная кошка, но в гораздо более гладкой и эффективной упаковке.Сотовая конструкция стандартного котла спроектирована таким образом, чтобы максимально увеличить площадь поверхности катализаторов при сохранении их общего объема на низком уровне из-за огромной стоимости используемых драгоценных металлов.
К сожалению, соты можно рассматривать как препятствие для выхлопных газов, которые должны выходить в окружающую среду как можно быстрее и эффективнее. Таким образом, каталитический нейтрализатор замедляет выхлопные газы, заставляя двигатель работать тяжелее, поскольку он изо всех сил пытается выдохнуть выхлопные газы в конце каждого цикла двигателя.Сотовая структура внутри каталитического нейтрализатора также способна развалиться от перегрева, создавая тем самым дополнительную блокировку для выхлопных газов.
Сотовая структура внутри разрушилась из-за чрезвычайно высоких температур, создаваемых несгоревшим топливом.
Основная цель выхлопной системы — отвод выхлопных газов от двигателя плавным и быстрым способом, с ограничениями и расширениями, такими как большой каталитический нейтрализатор, вызывающий только турбулентность и, следовательно, нарушенный, более медленный воздушный поток.Спортивные кошки делают все возможное, чтобы решить эту проблему, уменьшая размер камеры и создавая более гладкую поверхность внутри камеры, чтобы газы проходили через нее быстрее и легче.
Чтобы снизить выбросы, керамическая матрица в сотовой конструкции намного мельче, чем у обычной кошки, что гарантирует, что катализаторы могут эффективно преобразовывать соответствующие гадости туда, где они должны быть, чтобы соответствовать правилам выбросов. Небольшого увеличения мощности можно добиться, переключившись на спортивную кошку, при этом цикл двигателя будет освобожден, чтобы максимизировать его эффективность.
Является ли декат приемлемым вариантом?
Здесь вы можете увидеть, что каталитический нейтрализатор был полностью заменен на прямую «трубу для удаления воды».
В большинстве случаев прямой ответ — нет.Многие заправщики решают, что каталитический нейтрализатор создает серьезную закупорку в выхлопной системе, которую необходимо устранить, и поэтому полностью удаляют кошку из системы, заменяя ее прямой трубой. Хотя это увеличит объем вашей трансмиссии и потенциально лишит двигатель еще нескольких лошадиных сил, в большинстве стран вождение автомобиля без каталитического нейтрализатора считается незаконным.
Очистка кошки — это еще одна форма очистки кошки от клетчатки, которая представляет собой процесс удаления сотовых внутренностей кошки, чтобы просто уменьшить количество ограничений, накладываемых на выхлопные газы.
Очистка от ката неизбежно увеличит объем вашей выхлопной системы, но приведет к очень небольшому увеличению мощности. Видео на YouTube-канале robsri18
Большинство людей, которые идут по пути полного удаления кошки, решают рискнуть и просто имеют кошку, ожидающую, когда ее снова поставят на место, когда придет время ТО.Но если вас поймает проницательный полицейский с фонариком, игра может быть окончена. А учитывая, что прирост мощности потенциально можно пересчитать по одной руке в зависимости от размера двигателя, спортивный кот кажется гораздо более жизнеспособным вариантом, если вы действительно чувствуете, что серийный кот на вашем автомобиле сдерживает вашу трансмиссию.
Последствия раздевания кошек своими руками
Однако в автомобиле с турбонаддувом влияние декаттинга будет усилено, поскольку удаление прекаталитического преобразователя позволит увеличить поток выхлопных газов в турбокомпрессор.Каталитические нейтрализаторы работают лучше всего при высоких температурах, поэтому предварительный катализатор — это меньшая версия, которая находится выше выхлопной системы, чтобы помочь снизить выбросы при запуске, когда двигатель работает на очень богатой смеси.
В системе выхлопа с турбонаддувом предварительный клапан обычно находится прямо перед турбокомпрессором, поэтому удаление ограничит эту область выхлопа. Но опять же, это будет рассматриваться как вмешательство в стандартную систему контроля выбросов выхлопных газов и будет считаться незаконным в большинстве стран.
48 КБ
Выхлопная система от Subaru WRX, показывающая предварительную установку непосредственно перед местом размещения турбокомпрессора.
Вы переоделись в спортивного кота или ходили по канату целой дудки? Прокомментируйте ниже свои мысли об этой распространенной, но рискованной модификации!
Какие автомобили имеют самые дорогие каталитические нейтрализаторы?
Каталитические нейтрализаторы
известны одним и только одним: их очень дорого заменять.Фактически, каталитический нейтрализатор — самая дорогая часть большинства автомобилей. Вы спросите, насколько они дороги? Вот краткий обзор того, какие автомобили имеют самые дорогие каталитические нейтрализаторы.
Что такое каталитический нейтрализатор?
Каталитический нейтрализатор — это часть вашей выхлопной системы, предназначенная для уменьшения выбросов. Снаружи он похож на небольшой глушитель, но его уникальность делает его внутренняя структура.
Здесь вы найдете сотовую сетку, покрытую драгоценным металлом, предназначенную для увеличения площади поверхности, так что газ взаимодействует с катализатором.По мере прохождения выхлопных газов вредные газы «фильтруются» в менее вредные, отсюда и слово «конвертер».
Где находится каталитический нейтрализатор?
Каталитический нейтрализатор находится под автомобилем в выхлопной системе. Точное местоположение будет зависеть от автомобиля к автомобилю. Однако его всегда можно найти где-то между выпускным коллектором и глушителем. Оригинал приваривается на заводе, а запасные части обычно зажимаются.
Какие каталитические преобразователи самые дорогие?
По данным на 2020 год, самый дорогой каталитический нейтрализатор принадлежал Ferrari F430 с умопомрачительной ценой в 3770 долларов. Более того, для F430 требовалось , два, из них, поэтому полная замена обойдется автовладельцам в 7 540 долларов без учета затрат на рабочую силу.
Хотя преобразователь Lamborghini Aventador технически занимает третье место по стоимости (3120 долларов США), мы указываем его на втором месте, потому что, как и F430, для Aventador требуется два преобразователя.Таким образом, общая стоимость замены составляет 6240 долларов. Само собой разумеется, что если вы можете позволить себе Ferrari или Lamborghini, вы, вероятно, сможете позволить себе каталитический нейтрализатор по любой цене.
Автомобиль со вторым (или третьим) по цене каталитическим нейтрализатором не так экзотичен, как Lamborghini или Ferrari, но может похвастаться очень уважаемой линейкой автомобилей. Эта честь принадлежит Ram 2500 с каталитическим нейтрализатором по цене 3460 долларов.
Четвертый самый дорогой Ford F-250 обойдется водителям в 2 804 доллара, что значительно ниже, чем у первой тройки.Замыкает пятерку лидеров Ford Mustang за 1500 долларов — относительно скромная цифра для сравнения. Средняя стоимость каталитического нейтрализатора составляет от 800 до 1200 долларов в зависимости от марки и модели автомобиля. Как правило, чем больше двигатель, тем дороже преобразователь.
Имейте в виду, что эти цены включают только стоимость самого преобразователя. Другие детали выхлопной системы и затраты на рабочую силу могут добавить к общей стоимости ремонта, если у вас сломался преобразователь.
Почему каталитические преобразователи такие дорогие?
Как видите, даже недорогой каталитический нейтрализатор — дорогая деталь в ремонте.Но почему? Это всего лишь небольшая часть вашей выхлопной системы.
Причина в названии. Каталитические нейтрализаторы используют химический катализатор для очистки выхлопных газов. С помощью этого катализатора оксид азота становится азотом и кислородом, монооксид углерода становится диоксидом углерода, а оставшиеся несгоревшие углеводороды превращаются в воду и диоксид углерода.
К сожалению, подходящими катализаторами являются только редкие металлы, такие как платина, палладий и родий. Все эти металлы очень дороги.Текущая спотовая цена платины составляет 1135 долларов за унцию, а палладий стоит дороже золота — 2332 доллара за унцию. Хотя родий очень полезен, он очень нестабилен и колеблется от 10 000 до 21 000 долларов за унцию.
Производители автомобилей делают все возможное, чтобы сделать каталитические нейтрализаторы как можно меньше и использовать как можно меньше драгоценных металлов. Однако у этих усилий по уменьшению размеров есть пределы, и даже минимальное количество этих металлов может быть очень дорогостоящим.
Тем более, что нет возможности расширить предложение.В настоящее время каталитические нейтрализаторы используют больше палладия, чем любые другие приложения, и потребляют треть платины, производимой в мире каждый год. Другими словами, каталитические нейтрализаторы дешевеют не скоро.
Должен ли я заменить каталитический нейтрализатор?
Ответ на этот вопрос в основном зависит от того, в каком штате вы живете. В некоторых штатах не проводятся испытания на выбросы, поэтому им безразлично, есть ли у вас неисправный преобразователь. В других штатах, например в Калифорнии, существуют строгие стандарты выбросов для транспортных средств.В штатах с такими повышенными стандартами отказ от замены сломанного преобразователя почти наверняка приведет к неудавшейся проверке выбросов.
Кроме того, некоторые преобразователи сконструированы таким образом, что отказавший блок в конечном итоге ограничивает поток выхлопных газов вашего автомобиля, что потенциально может привести к отказу двигателя. Если вы не можете позволить себе замену, мы советуем вам ее заменить.
Q&A: Как каталитические нейтрализаторы в автомобилях выходят из строя и почему это имеет значение
В современных автомобилях каталитические нейтрализаторы используются для удаления окиси углерода, углеводородов и других вредных химикатов из выхлопных газов.
Для этого они полагаются на дорогостоящие металлы, обладающие особыми химическими свойствами, эффективность которых со временем снижается. Доцент Маттео Карнелло и докторант Эммет Гудман недавно возглавили команду, которая предложила новый способ снизить стоимость и продлить срок службы этих материалов, решив проблему, которая долгие годы беспокоила автомобильных инженеров. В процессе Карнелло и его коллеги сделали нечто замечательное: совершили прорыв в зрелой области, где изменения происходят медленно, если вообще происходят.
Что насчет каталитических нейтрализаторов?
Новый каталитический нейтрализатор может стоить 1000 долларов и более, что делает его одной из самых дорогих деталей в любом автомобиле. Они дороги, потому что в них используются дорогие металлы, такие как палладий, для ускорения химических реакций, очищающих выхлопные газы. Палладий стоит около 50 долларов за грамм — больше, чем золото, — и каждый катализатор содержит его около 5 граммов. Такие металлы, как палладий, являются катализаторами — особым классом материалов, которые ускоряют химические реакции, но не изменяют сами себя химически.Теоретически катализаторы можно использовать снова и снова, бесконечно долго. Однако на практике характеристики катализаторов со временем ухудшаются. Чтобы компенсировать это, мы вынуждены заранее использовать больше этих дорогих металлов, что увеличивает стоимость. Наша цель — лучше понять причины этого ухудшения и способы борьбы с ним.
Почему катализаторы выходят из строя?
В идеале катализаторы должны быть сконструированы так, чтобы иметь максимально возможную площадь поверхности, способствующую наибольшему количеству химических реакций.Поэтому производители обычно разбрасывают множество мелких частиц по поверхности нового каталитического нейтрализатора. Из прошлых исследований мы знаем, что со временем атомы металла начинают двигаться, образуя все более и более крупные частицы, которые имеют меньшую площадь поверхности и, следовательно, становятся менее эффективными. Мы называем этот процесс комкования «спеканием». Чтобы противодействовать спеканию, производители используют чрезмерное количество металла, чтобы преобразователь соответствовал нормам выбросов в течение 10-15-летнего срока службы автомобиля. Наша команда обнаружила, что спекание — не единственная причина дезактивации.Фактически, этот новый механизм дезактивации оказывается прямо противоположным спеканию. В некоторых случаях вместо того, чтобы увеличиваться в размерах, частицы распадаются на более мелкие частицы и в конечном итоге становятся отдельными атомами, которые по существу неактивны. Это новое понимание, которое, как мы полагаем, никто не представляло раньше, побудило нас искать совершенно новый способ увеличения срока службы и производительности металлов в каталитических нейтрализаторах.
Что мы можем сделать, чтобы катализаторы прослужили дольше?
Наши исследования показывают, что если мы тщательно контролируем и размер, и расстояние между металлическими частицами, частицы палладия не будут спекаться в большие сгустки и не распадаться на отдельные атомы.Раньше многие люди в сообществе катализа думали, что если вы хотите сделать частицы стабильными, вы должны держать их как можно дальше друг от друга, чтобы предотвратить миграцию частиц. Мы опровергли это понятие, объединив команду, которая изучила деградацию по-новому. Аарон Джонстон-Пек из Национального института стандартов и технологий использовал передовую микроскопию, чтобы визуализировать присутствие отдельных атомов. Саймон Бэр из Национальной ускорительной лаборатории SLAC использовал рентгеновские методы, чтобы доказать, что каталитические материалы начинаются как частицы и заканчиваются как отдельные атомы.Чтобы поместить эти экспериментальные результаты в теоретическую основу, мы работали с Фрэнком Абильдом-Педерсеном из Центра изучения взаимодействия и катализа и SLAC SUNCAT, а также с Филиппом Плессоу из Технологического института Карлсруэ в Германии. У них были вычислительные ресурсы, чтобы помочь нам смоделировать механизм деактивации в атомарном масштабе. В конце концов, мы предоставили научную основу, которая могла бы позволить поддерживать сокращение загрязнения, используя меньше драгоценных металлов и снижая стоимость каталитических нейтрализаторов.Если автомобильные инженеры в конечном итоге подтвердят и осуществят эти выводы, это станет огромной победой для потребителей в долгосрочной перспективе.
Эта работа была поддержана Министерством энергетики США, Центром изучения интерфейсов и катализа SUNCAT, Стэнфордским источником синхротронного излучения и Национальной ускорительной лабораторией SLAC.
Маттео Карнелло, доцент кафедры химического машиностроения и материаловедения и инженерии.
Каталитический нейтрализатор
— обзор
2.5.2 Современные низкосортные схемы
Доступность больших объемов каталитических нейтрализаторов из автомобилей (автокотов) привела к развитию технологий плавки, основанных на улавливании железа и меди (Mishra and Reddy, 1987; Hoffmann, 1988). Энгельхард разработал пирометаллургические и гидрометаллургические технологии для концентрирования и очистки различных материалов, содержащих низкие содержания драгоценных металлов, включая золото (Benson et al., 2000). Это отличие от типичных плавильных печей с автокатастрофой, где золото не рассматривается как сырье для печи.
Плавильный завод представляет собой угольную дугу под флюсом мощностью 2,5 МВА с трехэлектродным кольцом (AC) и работает как печь сопротивления шлака. Плотность мощности этой специализированной печи относительно высока — 320 кВт / м ² для подачи высокоглиноземистого сырья. Печь футерована огнеупором и охлаждается тремя водоохлаждаемыми медными пластинами для разработки футеровки замораживания. Операция полунепрерывная; выпуск шлака производится каждые 3 часа через водоохлаждаемую шлакобезьянку, а выпуск сплава производится один раз в день через выпускное отверстие в глиноземном блоке.Брызговик используется для открытия и закрытия летки из сплава, а летка для шлака открывается и закрывается вручную.
Поток отходящего газа проходит через термоокислитель для окисления CO до CO ₂, смешивается с охлаждающим воздухом и фильтруется с использованием статического мешка для первичной очистки. Затем отходящий газ очищается щелочью и проходит через электрофильтр перед окончательным выбросом в атмосферу.
Для плавки доступно довольно большое количество разнообразных материалов, включая остатки нефтепереработки, образующиеся во внутренних контурах гидрометаллургической переработки; автокатализаторы (также называемые autocats ) от внутреннего производства и после рыночных источников, а также отработанные катализаторы от химической промышленности.Остатки нефтепереработки представляют собой нерастворимые материалы, обычно остатки выщелачивания, содержащие значительное содержание МПГ, включая золото и серебро вместе со значительными количествами натрия и хлорида.
При производстве Autocat образуется значительный объем отходов с небольшим, но значительным содержанием МПГ. Эти керамические подложки представляют собой алюмосиликаты с высокой температурой плавления, а именно кордиерит [Mg ₂ Al ₄ Si ₅ O ₁₈] и муллит [Al ₆ Si ₂ O ₁₃], с различными количества глинозема.Автокошки после продажи значительно различаются по содержанию МПГ, с загрязнителями, которые включают железо, никель, хром, свинец, фосфор, цинк и редкоземельные металлы, такие как CeO ₂.
Отработанные катализаторы представляют собой тугоплавкие материалы с широким спектром составов, от оксида алюминия, алюмосиликатов, цеолитов и силикатов до карбидов кремния. Содержание металлов колеблется от 0,1% до 5% МПГ, а составы варьируются от отдельных МПГ (Pt на Al ₂ O ₃) до отдельных МПГ плюс основной металл (Pt / Fe на Al ₂ O ₃) к смешанным МПГ (Au / Pd на Al ₂ O ₃).Эти материалы обычно имеют относительно небольшое содержание МПГ и большую площадь поверхности и плохо реагируют на выщелачивание из-за значительной потери МПГ, которая происходит при повторной абсорбции.
Более традиционные очистители также добавляются в цикл плавки и включают в себя очистители для ювелиров, которые обычно содержат менее 0,1% золота, а также полировальные помады, которые представляют собой смеси тугоплавких абразивных материалов, таких как оксиды железа, корунд [Al ₆ Si ₂ O ₁₃] и оксид алюминия [Al ₂ O ₃].Плавка таких сложных смесей требует хорошего химического анализа для расчета добавок извести и других флюсов для образования жидких шлаков в диапазоне 1500–1600 ° C. Для этого при компаундировании плавильных смесей делается ссылка на тройные фазовые диаграммы для CaO – Al ₂ O ₃ –SiO ₂ и CaO – FeO – SiO ₂.
Механизм сбора, по сути, использует карботермическую реакцию между гематитом и углеродом с образованием мелкодисперсных частиц железа, которые действуют как коллектор.Считается, что условия плавления являются окислительными, когда большая часть железа выводится в шлак в виде FeO, но некоторая часть оксида железа восстанавливается до металла, образуя плотную мелкодисперсную металлическую фазу. Мелкодисперсный коллектор железа проходит через расплавленный шлак, сталкиваясь с золотом и МПГ, и при достижении критического размера частиц гравитационные силы заставляют частицы оседать на поду.
Основные карботермические реакции резюмируются следующим образом:
(47.1) Fe2O3 + C → 2FeO + CO (г)
(47,2) FeO + C → Fe + CO (г)
Оксид железа — не единственный источник металла-коллектора. При температуре 1600 ° C большинство оксидов металлов восстанавливается до металла, что приводит к дополнительному выпадению металла, что снижает содержание МПГ в сплаве. Это особенно верно в присутствии SiO ₂, где восстановление до кремния термодинамически благоприятно при температурах выше 1600 ° C. Восстановление приводит к образованию в сплаве ферросилиция, что нежелательно с гидрометаллургической точки зрения.Образованный сплав имеет плотность 7–8 г / см ³ и значительно плотнее, чем шлак, который обычно составляет 2–4 г / см ³. Содержание МПГ в получаемом сплаве обычно находится в диапазоне 10–15%.
Коэффициенты распределения D _x интересующих металлов между фазой сплава и шлака приведены в Таблице 47.3.
Таблица 47.3. Коэффициенты распределения МПГ в типичных условиях плавки
Элемент D _x
Au 130
Rh 230
D _x (% (м / м) металла X) _сплав / (% (м / м) металла X) _шлак .
На рис. 47.3 показана типичная технологическая схема для концентрации МПГ из глинозема и алюмосиликатного сырья в плавильных и гидрометаллургических установках.
Рисунок 47.3. Типовая технологическая схема каталитических нейтрализаторов плавки и выщелачивания.
Каталитические нейтрализаторы различных типов
Двухкомпонентные каталитические преобразователи

В этой конструкции выхлопные газы проходят через подложку, содержащую драгоценные металлы, платину и палладий, которые позволяют протекать химической реакции.Температура выхлопных газов повышается в процессе конверсии.
Из-за сильного нагрева, создаваемого этим процессом, выхлопные газы, выходящие из конвертера, должны быть горячее, чем газы, входящие в конвертер. Это также объясняет, почему на большинстве устройств требуются тепловые экраны.
Двухходовые преобразователи относительно эффективно работают на обедненной топливной смеси. Неэффективность контроля NOx (оксидов азота) привела к внедрению трехходовых преобразователей.
Трехходовые воздушные каталитические преобразователи Plus
Позволяет восстанавливать NOx (оксиды азота) до N2 (азот) и O2 (кислород)
Позволяет окислять CO (оксид углерода) до менее вредного CO2 (диоксида углерода)
Позволяет окислять HC (несгоревшие углеводороды) до CO2 (диоксид углерода) и h3O (вода)
Трехходовые воздушные преобразователи с плюсом использовались в системах выхлопа транспортных средств в Северной Америке в конце 70-х — начале 80-х годов.
Внутри преобразователя находятся две подложки. Лицевая сторона, покрытая драгоценным металлом родием, используется для уменьшения выбросов NOx в простые N2 и O2. Этот процесс наиболее эффективен, когда присутствует мало O2 (богатая смесь). Поэтому он расположен перед воздушной трубкой.
Так как богатая смесь содержит много углеводородов и СО, воздушный насос и трубка подают дополнительный О2 в эту смесь, прежде чем она попадет во второй субстрат.

Вторая подложка, покрытая драгоценными металлами, палладием и платиной, позволяет окислять HC и CO до менее вредных выбросов CO2 и h3O.

Эта система была не очень эффективна, и ее сняли с производства в начале 80-х, когда был представлен современный трехходовой преобразователь.
Трехкомпонентные каталитические преобразователи
Трехходовые преобразователи используются в системах контроля выбросов транспортных средств в Северной Америке — и во многих других странах — с 1981 года.

Трехходовой преобразователь без воздуха использует передовой химический состав катализатора для хранения и выделения O2 в сочетании с мониторингом O2. и система управления.

В этой системе используется один или несколько датчиков O2 для переключения топливной смеси между бедной и богатой условиями.Это колебание в сочетании с накоплением и высвобождением O2 на поверхности катализатора позволяет оптимально снизить все три выброса.

Трехходовые преобразователи используются вместе с диагностическими системами OBDII на современных автомобилях. Эта система предупреждает водителя, когда преобразователь не работает с максимальной эффективностью.
Узнайте больше о качественных деталях выхлопной системы, найдите нужную деталь для автомобиля или найдите местную ремонтную мастерскую сегодня.
Содержание этой статьи предназначено только для информационных целей и не должно использоваться вместо обращения за профессиональной консультацией к сертифицированному технику или механику.Мы рекомендуем вам проконсультироваться с сертифицированным техником или механиком, если у вас есть конкретные вопросы или проблемы, связанные с какой-либо из тем, затронутых в данном документе. Ни при каких обстоятельствах мы не несем ответственности за любые убытки или ущерб, вызванные вашим использованием какого-либо контента.

Как работает каталитический нейтрализатор?
Ответ: С 1975 года каждый автомобиль, произведенный в США, должен иметь каталитический нейтрализатор. Каталитический нейтрализатор отвечает за контроль вредных выбросов из вашего автомобиля.Он расположен в нижней части вашего автомобиля, сразу за двигателем. Разбив его название, мы можем точно проанализировать его функцию. Каталитические преобразователи содержат вещества или соединения, такие как платина, родий или палладий, которые действуют как катализаторы и преобразователи. Соединения действуют как катализаторы, потому что вызывают химическую реакцию, но не меняют своей первоначальной формы. Эти соединения также действуют как преобразователи, поскольку они вступают в реакцию и преобразуют вредные газы, такие как окись углерода, углеводороды и оксиды азота, производимые вашим двигателем.Это преобразование в менее вредные газы происходит до того, как они выходят из вашей выхлопной системы в воздух. Каталитические нейтрализаторы содержат сотовые (покрытые крошечными порами) структуры, покрытые платиной, родием или палладием в зависимости от стадии катализатора. Выхлопные газы двигателя проходят через сотовые конструкции с покрытием и вступают в реакцию с соединениями. Выбросы проходят через две разные стадии катализатора: катализатор восстановления и катализатор окисления.На первой стадии катализатора (катализатор восстановления) оксиды азота реагируют с сотовой структурой, покрытой платиной и родием. Когда эти вредные оксиды азота вступают в реакцию с катализаторами (платина и родий), катализаторы удаляют молекулу азота, удерживают ее и высвобождают молекулы кислорода. Затем оставшиеся молекулы азота соединятся с другими молекулами азота и выйдут через выхлопную систему. На этом этапе вредные газы оксидов азота превращаются в безвредные газы кислорода и азота.На второй стадии катализатора (катализатор окисления) окисляются окись углерода и углеводороды. Это означает, что молекулы кислорода будут реагировать с молекулами монооксида углерода и углеводородов. Эти вещества проходят через сотовую структуру, покрытую платиной и палладием, которая действует как катализатор и способствует реакции. На этом этапе очень вредные угарный газ и углеводородные газы преобразуются в менее вредные углекислые газы и пары воды. Каталитические преобразователи также работают рука об руку с системой управления.Эта система управления управляет системой впрыска топлива и контролирует выбросы, покидающие двигатель, до того, как они попадут в каталитический нейтрализатор. Он также содержит кислородный датчик, который определяет, сколько кислорода поступает в выхлопную систему. Датчик кислорода контролирует количество кислорода и сообщает системе впрыска топлива, что нужно увеличить или уменьшить количество кислорода, используемого в топливно-воздушной смеси, используемой для питания двигателя. Датчик также следит за тем, чтобы в выхлопной системе было достаточно кислорода для использования каталитическим нейтрализатором на стадии катализатора окисления.
границ | Анализ влияния каталитического нейтрализатора на производительность автомобильных двигателей с помощью имитационных моделей в реальном времени
Введение
В последние десятилетия постоянная потребность в сокращении выбросов загрязняющих веществ от двигателей внутреннего сгорания (ДВС) побудила производителей оригинального оборудования как усовершенствовать существующие подсистемы (например, впрыск топлива, системы приведения в действие клапанов и т. Д.), Так и внедрить инновационные решения (с особым упором на последующие — лечебные устройства). Фактически, для того, чтобы эти технологии были действительно эффективными, требуется надлежащая и одновременная разработка компоновки предприятия, систем контроля и стратегий управления.
Сложность систем и большое количество управляющих переменных требуют глубокого понимания процессов, которые определяют поведение управляемой трансмиссии как системы в целом. Проектирование архитектуры системы и ее устройств управления определенно требует прочной теоретической поддержки со стороны физических моделей, чтобы описать общее поведение системы, которое в большинстве случаев является нелинейным и поэтому трудно предсказуемым. Математические модели являются мощным инструментом для оценки влияния компоновки системы и стратегий управления на конечный результат, что сокращает путь от проектных спецификаций до дорожных испытаний (Guzzella and Onder, 2010).
Применение быстрых математических моделей при проектировании силовых агрегатов и связанных систем управления хорошо известно уже более десяти лет, и несколько примеров можно найти в литературе (Gambarotta and Lucchetti, 2011). Подробный сценарий изложен в (Guzzella and Onder, 2010). Обычно подходы наполнения и опорожнения (F&E) и квази-установившегося потока (QSF) используются для построения 0D моделей с сосредоточенными параметрами, которые используются как для впускных и выпускных систем, так и для процессов в цилиндрах, но при этом учитывают « в реальном времени »(Gambarotta et al., 2011; Гамбаротта и Луккетти, 2013). Даже если химические и физические процессы, происходящие в цилиндре, очень сложны, «быстрые» модели требуют упрощенных однозонных 0D-подходов, в которых сгорание рассматривается посредством определения надлежащей функции сжигания топлива (Heywood, 1988), а реакции образования загрязняющих веществ с помощью упрощенного механизмы или — чаще — модели черного ящика (Guzzella, Onder, 2010). Большинство коммерческих инструментов основано на этих методологиях (как описано в Gambarotta and Lucchetti, 2011, 2013).
Этот сценарий подчеркивает важную роль быстрых математических моделей в моделировании сложных систем, общее поведение которых возникает в результате взаимодействия различных компонентов и процессов сложным и нетривиальным образом. После этого рассмотрения и для исследования влияния различных каталитических подложек на характеристики силовых агрегатов была разработана модель системы последующей обработки, которая сочетается с моделью двигателя с «углом поворота коленчатого вала» (Gambarotta and Lucchetti, 2013).Особое внимание было уделено пенам как инновационному материалу для подложек (Bach and Dimopoulos Eggenschwiler, 2011). Полученные результаты представлены в статье.
Пенопласт с открытыми ячейками — это ячеистые материалы, состоящие из соединенных между собой твердых распорок, расположенных в ячейках, которые охватывают пустотные области и открытое окно или поры. Такие пены могут быть легко изготовлены с использованием различных технологий и материалов, начиная от полимеров, керамики (Al ₂ O ₃, кордиерита или SiC) и металлов (Santoliquido et al., 2017). Пенопласт с открытыми ячейками — это инновационные субстраты, характеризующиеся высокой пористостью, низкой плотностью и высокой механической прочностью. В последние годы они были рассмотрены для различных промышленных применений, таких как фильтры, теплоизоляторы, поглотители механической энергии, глушители, теплообменники и каталитические реакторы. В качестве подложек катализаторов они обладают рядом преимуществ по сравнению с сотовыми монолитами и насадочными слоями. Структура с открытыми ячейками обеспечивает более высокую однородность потока, что является критическим фактором для эффективности преобразования загрязняющих веществ и долговечности катализатора (Zygourakis, 1989; Martin et al., 2000; Gaiser et al., 2003). В сотовых монолитах ламинарный поток в каналах приводит к низкому тепло- и массообмену. Вместо этого сеть твердых стоек решеток открытых ячеек характеризуется извилистыми путями, которые усиливают взаимодействие газа со стенкой и способствуют снижению тепловой инерции (Giani et al., 2005; Lucci et al., 2016). В автомобильной промышленности критическим параметром является падение давления, которое влияет на эффективность двигателя. Пены имеют более высокий перепад давления по сравнению с монолитом с такими же размерами (Twigg, Richardson, 2007; Lucci et al., 2015; Фон Рикенбах и др., 2015). Это может быть компенсировано увеличением массопереноса, что позволяет уменьшить размер катализатора (Dimopoulos Eggenschwiler et al., 2009) или другой геометрической конфигурацией реактора (Koltsakis et al., 2008). Некоторые усилия были потрачены на их моделирование. С одной стороны, было проанализировано высококачественное сканирование пенопласта с помощью КТ (компьютерной томографии), с другой стороны, чтобы уменьшить вычислительную нагрузку, пены были смоделированы как регулярные структуры с ячейками Кельвина (Boomsman et al., 2003; Джани и др., 2005; Инаят и др., 2011). Было продемонстрировано, что обычные субстраты с ячейками Кельвина работают лучше, чем их соответствующие рандомизированные пены, с точки зрения компромисса между массопереносом и падением давления (Lucci et al., 2016).
Недавно было предложено изменение структуры пены, основанное на достижениях технологий аддитивного производства (AM). Такие «пены» состоят из повторяющихся элементарных ячеек различной формы (Inayat et al., 2016; Bracconi et al., 2018; Papetti et al., 2018). Были предложены различные элементарные ячейки для построения взаимосвязанных структур. (Papetti et al., 2018) описывает систематическую геометрическую оптимизацию регулярной подложки с открытыми ячейками и сочетает в себе численное моделирование и методы AM для реализации первой в мире, насколько известно авторам, подложки катализатора с 3D-печатью из кордиерита для реальных транспортных средств. Приложения.
Определить количественно влияние структуры подложки катализатора на характеристики двигателя непросто из-за различного динамического поведения сотов и пен во время переходных процессов, а также из-за высокой нелинейности всей системы двигателя.Чтобы сравнить влияние сотовых и вспененных подложек, был разработан оригинальный математический инструмент 0D, который использовался для моделирования современного дизельного двигателя с турбонаддувом объемом 1,6 л. Результаты моделирования, полученные в отношении ездового цикла EUDC, представлены в документе, показывающем влияние этих различных опор на тепловые переходные процессы катализатора и на расход топлива.
Моделирование в реальном времени системы последующей обработки двигателя и выхлопных газов
Двигатель с углом поворота коленчатого вала, модель
Для целей данной работы модель двигателя, описанная в Gambarotta et al.(2011) и Gambarotta and Lucchetti (2013), рассматривая двигатель с турбонаддувом и системой рециркуляции отработавших газов. Процессы внутрицилиндрового обмена и газообмена были описаны с использованием подхода QSF для впускных и выпускных клапанов и метода F&E для коллекторов и цилиндров. Сгорание считается определяющим надлежащую скорость тепловыделения (HRR), а образование загрязняющих веществ оценивается с помощью подмоделей черного ящика. Был разработан оригинальный алгоритм для интеграции уравнений сохранения в цилиндре с подходящим временным шагом (настроенным на сохранение углового шага ~ 1 ° CA для любой скорости двигателя n ), при сохранении большего общего временного шага для впуска. и выхлопные системы.Модель топливной системы учитывает динамику топливной рампы (через ее объемный модуль), характеристики потока форсунок и утечки и позволяет рассчитать расход впрыскиваемого топлива на основе давления в рампе p _rail и времени подачи питания ET. Модели на основе карт черного ящика использовались для компрессора C и турбины с изменяемой геометрией (VGT).
Среднее за цикл значение коэффициента эквивалентности φ рассчитывается из общей массы всасываемого воздуха (полученной путем интегрирования массового расхода воздуха по каждому циклу) и общей массы топлива, впрыскиваемого за цикл (оценивается на основе расхода впрыскиваемого топлива).Массовые расходы рассматриваемых загрязняющих веществ (CO, HC и PM), необходимые для расчета концентраций загрязняющих веществ X _mi в выхлопных газах, а затем тепла, выделяемого реакциями окисления внутри катализатора (см. Модель катализатора), являются оценивается как функция коэффициента эквивалентности φ и частоты вращения двигателя n с помощью экспериментальных карт, расположенных в справочных таблицах в следующей форме:
Модель и ее причинно-следственная схема описаны в Gambarotta et al.(2011) и Гамбаротта и Луккетти (2013). Он использовался для моделирования нескольких автомобильных двигателей (как SI, так и дизельных), откалиброванных и проверенных для сравнения выходных данных модели с экспериментальными данными, как подробно описано в Gambarotta and Lucchetti (2011, 2013) и Gambarotta (2017). Предложенная модель также использовалась в оригинальной системе Hardware-in-the-Loop (HiL) на базе ПК, разработанной авторами (Gambarotta et al., 2012), демонстрируя хорошую способность прогнозировать поведение и производительность движка и связанных с ним. подсистемы как в установившихся, так и в переходных режимах работы.
Выхлопная система и катализатор модели
Процессы теплопередачи в выхлопной системе играют ключевую роль в моделировании ДВС из-за значительного влияния температуры выхлопных газов на эффективность систем последующей обработки. Следовательно, тщательное описание процессов теплообмена является фундаментальным, особенно во время критических переходных процессов (например, «отключение» катализатора, регенерация улавливателя твердых частиц и т. Д.). Другими критическими фазами работы двигателя по выбросам являются длительная работа при низкой нагрузке, когда система последующей обработки значительно охлаждается, а также при максимальной нагрузке, когда температуры достаточно высоки, но массовый расход выхлопных газов вынуждает катализатор работать с пониженной массой. дефицит передачи.По этой причине, несмотря на ограничения, накладываемые подходом 0D, особое внимание было уделено моделированию теплового поведения выхлопной системы.
Рабочая жидкость рассматривается как смесь идеальных газов, определяемая вектором массовых концентраций X _mi, относящихся к 7 химическим веществам, то есть N ₂, O ₂, CO ₂, H ₂ O, CO, H ₂ и NO. Экстенсивные свойства ρ и c _p рассчитываются как средневзвешенные с учетом состава смеси, а k = c _p / c _v известно из c _p и константа газовой смеси R .Таким образом нельзя рассчитать интенсивные свойства μ, Pr и λ. Динамическая вязкость μ рассчитывается как функция отношения эквивалентности φ посредством экспериментальной корреляции (Heywood, 1988):
μ = 3,3 · 10-7Tm0,71 + 0,027φ, дюйм [Па · с]
Pr оценивается следующим выражением (Heywood, 1988):
Pr = 0,05 + 4,2 (k-1) -6,7 (k-1) 2, для φ≤1
Наконец λ получается из определения Pr :
Модель выпускного коллектора
Математическая модель выпускного коллектора была разработана на основе подхода F&E.Температура и давление получаются из уравнений сохранения массы и энергии, применяемых к коллектору, рассматриваемому как объем 0D. Оценивая тепловой поток через стенки коллектора, как это было предложено в Guzzella и Onder (2010), уравнение сохранения энергии для выхлопных газов внутри коллектора можно записать следующим образом:
dUdt = m˙exhhexh-m˙turhtur-m˙EGRhEGR-Q˙in
где Q˙in — тепловой поток от газовой смеси к стенкам коллектора. Энтальпия газов, выходящих из коллектора h _tur и h _EGR рассчитывается исходя из того, что температура газа равна температуре внутри коллектора.
В представленной модели тепловая инерция выпускного коллектора учитывалась при заданной общей массе м _w и постоянной удельной теплоемкости c _w для стенок коллектора (рисунок 1). Температура стенок коллектора была принята однородной, и ее изменения были оценены с помощью следующего дифференциального уравнения:
dTwdt = 1 мВт · cw (Q˙in-Q˙out)
где Q˙in и Q˙out — тепловой поток между газовым потоком и стенками и между стенками и окружающим воздухом соответственно.Эти тепловые потоки могут быть рассчитаны со ссылкой на хорошо известное схематическое описание, представленное на рисунке 1, где тепло передается за счет конвекции и излучения между газовым потоком и внутренними стенками, за счет теплопроводности через стены и за счет конвекции и излучения между внешними стенами и окружающей средой. воздух. Однако в предложенной модели внутреннее излучение считается незначительным. Даже если реальная геометрия коллектора сложна, он был смоделирован как одиночная цилиндрическая труба с надлежащей длиной L , чтобы уменьшить вычислительную нагрузку в рамках подхода 0D.
Рисунок 1 . Схема потоков выхлопного коллектора.
Для оценки Q˙в использовалась определенная корреляция, предложенная в литературе для систем впуска и выпуска ДВС в следующей форме (Depcik and Assanis, 2001):
Член Pr ^c часто принимает значение, близкое к 1, а значения для a и b определяются на основе измерений. Значение Nu было оценено на основе корреляции Гниелинского, описанной в Konstantinidis et al.(1997) и Кандилас и Стамателос (1999), предложив подходящий коэффициент конвективного увеличения для учета нестабильности и турбулентности потока, определенный следующим образом:
, где Nu _eff и Nu _th — эффективное и теоретическое значение соответственно. Последнее значение можно оценить с помощью хорошо известных корреляций из Konstantinidis et al. (1997) и Кандилас и Стамателос (1999):
Nuth = (f / 8) (Re-1000) Pr1.07 + 12,7 (f / 8) 1/2 (Pr2 / 3-1) 104 и
Nuth = (f / 8) RePr1.07 + 12,7 (f / 8) 1/2 (Pr2 / 3-1) Re <104
где
и
f = (0,790lnRe-1,64) -2 3000 Тогда можно рассчитать коэффициент конвекции и тепловой поток, так как:
и
Q˙in = Айнхин (Texh_man-Tw)
, где Pr , μ и λ для выхлопных газов оцениваются как T _{exh _ man} температура, принимаемая как однородная в выпускном коллекторе.
Оценка конвективного теплового потока от стенок коллектора в окружающий воздух более трудна из-за геометрии компонентов и внешнего вида потока. Для простоты геометрия коллектора была принята как цилиндрическая, а внешнее поле потока однородно и связано со скоростью транспортного средства. Модель основана на корреляции, предложенной в Konstantinidis et al. (1997) и Кандилас и Стамателос (1999), таким образом оценивая Nu следующим образом:
Nuout = 0,3 + Nuout_lam2 + Nuout_tur2, 10 , где Nu _{out _ lam} и Nu _{out _ tur} — это функции Re и Pr , номера следующим образом:
Nuout_lam = 0.664Ре1 / 2Пр1 / 3
и
Nuout_tur = 0,037Re0,8Pr1 + 2443Re-0,1 (Pr2 / 3-1)
Из Nu _из Коэффициент конвекции и тепловой поток можно рассчитать, начиная с
и
Q˙conv_out = Острие (Тв-Цур)
, где A _out — внешняя область коллектора. Термодинамические свойства Pr , ρ, μ и λ оцениваются со ссылкой на температуру пленки (т. Е. На среднее значение между температурой стенок коллектора T _w и температурой окружающего наружного воздуха T _sur).
Поток тепла внешнего излучения Q˙rad_out был оценен в предположении, что внешняя стенка коллектора представляет собой серую поверхность в полости бесконечной протяженности. Следовательно, его можно рассчитать с помощью хорошо известных соотношений Стефана-Больцмана (Incropera et al., 2013):
Q˙rad_out = Aoutεσ (Tw4-Tsur4)
, где A _out — внешняя площадь коллектора, ε — коэффициент излучения, σ — постоянная Стефана-Больцмана и T _w и T _sur — стена и температуры наружного окружающего воздуха соответственно.
Общий тепловой поток Q˙out от коллектора можно рассчитать исходя из значений конвекции и излучения как
Q˙out = Q˙conv_out + Q˙rad_out
Модель катализатора
Каталитический нейтрализатор представляет собой сложный компонент с точки зрения как потока газа, так и химических реакций. Гидродинамика, процессы тепломассопереноса играют важную роль в его поведении, и их следует тщательно учитывать. Принимая во внимание цели представленной работы, ни 3D (например, Lucci et al., 2014, 2015; Von Rickenbach et al., 2014), ни метод одномерного моделирования (например, Shamim et al., 2002; Pontikakis et al., 2004) не использовались. Применялся 0D-подход, предполагающий для каждого компонента однородное пространственное распределение термодинамических параметров и применение уравнений сохранения с эмпирическими корреляциями там, где это необходимо. Доказано, что разработанная модель способна моделировать поведение катализатора и его влияние на характеристики трансмиссии во время значительных переходных процессов (например, ездовых циклов) с очень коротким временем расчета и с учетом компоновки системы, размеров компонентов и стратегий управления, принятых во время переходных процессов.
Модель была разработана в соответствии с причинно-следственной связью, представленной на Рисунке 2. Были рассмотрены два объема (выделены голубым цветом до и после каталитического ядра) в соответствии с подходом F&E. Модель ядра (выделена оранжевым цветом) была основана на процедуре QSF (т.е., предполагая отсутствие накопления массы и энергии). Поскольку процессы в каталитическом нейтрализаторе являются сложными и, как правило, трехмерными, необходимо было ввести правильные допущения, чтобы уловить их общие эффекты, все еще ограничивая нагрузку на моделирование.Поэтому процессы, происходящие в активной зоне, были упрощены путем разделения модели на два модуля, как показано на рисунке 3: «модель газа», которая описывает поток газа в катализаторе, и «модель монолита», которая воспроизводит тепловое поведение ядро катализатора. На каждом временном шаге массовый расход и изменения температуры через активную зону оценивались путем решения двух систем алгебраических уравнений из двух модулей, которые связаны посредством теплообмена между выхлопным газом и стенками подложки (в соответствии с рисунком 3).
Рисунок 2 . Схема и причинно-следственная связь модели катализатора.
Рисунок 3 . Макет модели ядра катализатора.
«Модель газа» была разработана, как показано на рисунке 4. На каждом временном шаге значения давления p и температуры T в двух соседних объемах используются для вычисления разности давлений Δ p , среднего давления p _м и температура T _м (с учетом направления потока).Предполагая, что ядро катализатора представляет собой концентрированное сопротивление потоку (без накопления массы), массовый расход газа можно оценить с помощью эмпирической алгебраической корреляции в следующей форме:
, где ρ и μ (как другие свойства жидкости) рассчитываются как p _m и T _m с учетом состава выхлопных газов. Геометрия катализатора включает как габаритные размеры ядра, так и его морфологические характеристики (соты / пена, пористость и т. Д.).). Тогда температура газа на выходе из активной зоны может быть определена путем интегрирования уравнения сохранения энергии в 1D и в установившемся режиме:
m˙cpdTdx = hA ′ (Tmon-T) + qgen
, где не учитываются осевой теплообмен и изменение кинетической и потенциальной энергии в газе (как обычно считается; Pontikakis et al., 2004), A ‘ — удельная площадь контакта на единицу длины, а q _gen — одномерное распределение тепловыделения по осевой длине сердечника (между x = 0 и x = L ).Свойства газа оцениваются на уровне p _м и T _м и принимаются постоянными.
Рисунок 4 . Структура модуля «модель газа» (входные и выходные переменные выделены зеленым и красным цветом соответственно).
Конвективный теплообмен между газом и активной зоной описывается, как обычно, с помощью коэффициента конвекции h , полученного из Nu , рассчитанного с помощью эмпирической корреляции в следующей форме (Konstantinidis et al., 1997; Кандилас и Стамателос, 1999):
Температура стенки монолита T _mon предполагается постоянной на временном шаге, то есть как осевой, так и радиальный градиенты температуры не учитываются в соответствии с подходом 0D, чтобы ограничить время моделирования.
Молекулярная диффузия различных частиц и химические реакции в газовой смеси и в активной зоне не рассматривались. Однако общие эффекты окисления несгоревших частиц воспроизводятся с точки зрения выделяемого тепла с помощью следующего выражения (в [Вт / м]):
, который представляет собой одномерное распределение тепловыделения по осевой длине сердечника (между x = 0 и x = L ).Q˙gen — это общий тепловой поток (в [Вт]), производимый в объеме активной зоны из-за реакций окисления загрязняющих веществ, и оценивается по массовому расходу выхлопных газов ṁ, концентрация загрязняющих веществ X _mi, что соответствует более низкому теплотворная способность LHV _i и коэффициент преобразования η _i следующим образом:
Q˙gen = ∑i = 1Nm˙ · Xmi · LHVi · ηi
Номер N и тип загрязнителей зависят от конкретного применения.В представленной модели были рассмотрены CO и один или несколько видов, представляющих HC, поскольку их реакции окисления были приняты как наиболее важные при определении температуры катализатора. Следует отметить, что рабочая жидкость рассматривалась как смесь 7 химических веществ, то есть N ₂, O ₂, CO ₂, H ₂ O, CO, H ₂ NO. Вектор концентраций загрязняющих веществ { X _mi} в выхлопных газах (т.е.е., выхлопные газы двигателя) могут быть получены из экспериментальных данных в виде справочных таблиц как функции рабочих параметров двигателя (например, коэффициент эквивалентности φ, частота вращения двигателя n и выходная мощность; Fiorani et al., 2008). Таким же образом вектор {η _i} эффективности преобразования может быть определен с помощью справочных таблиц, определенных экспериментально как функция температуры монолита T _mon и скорости газа (Fiorani et al., 2008) . Этот подход (который в основном представляет собой черный ящик, как это обычно требуется для моделей реального времени) позволяет учитывать дальнейшие реакции, которые могут происходить в катализаторе, путем введения надлежащих эмпирических корреляций для моделирования различных каталитических нейтрализаторов и систем доочистки.
Термин q _gen (который является функцией осевой координаты x , длины активной зоны L , количества N вовлеченных загрязняющих веществ и общего теплового потока Q˙gen от окисления несгоревшие соединения) зависит от скоростей реакций в ядре катализатора, на которые влияют многие сложные процессы: химическая кинетика при низких температурах, диффузия в порах монолита при средних температурах и диффузия в газовой фазе при высоких температурах.Следовательно, если температуры достаточно высоки, химические вещества могут реагировать мгновенно, как только они достигают стенок субстрата. Предполагая, что концентрация химических веществ в текущих газах экспоненциально падает вдоль осевой абсциссы, и учитывая, что диффузионный массообмен пропорционален разнице в концентрациях, было принято экспоненциальное распределение тепла, выделяемого несгоревшими соединениями, выраженное в следующей форме:
Коэффициенты a и b могут быть определены исходя из того, что интеграл q _gen по длине подложки равен общему тепловому потоку Q˙gen, генерируемому в сердечнике, т.е.э.,:
и предполагая, что отношение q _gen (0) / q _gen (L) = 100. Таким образом, получаются следующие выражения для a и b :
a = N · ln (N) · Q˙genL · (N-1) и b = — ln (N) L
Интеграция уравнения сохранения энергии в 1D и в установившемся режиме между x = 0 и x = L позволяет определить изменения температуры газа вдоль активной зоны.Для x = L можно определить температуру газа на выходе T _out.
Тепловой поток между газом и монолитом на каждом временном шаге можно оценить с помощью уравнения:
Q˙int = Q˙gen-m˙ · cp · (Tout-Tin)
Следует отметить, что, поскольку свойства газовой смеси определяются относительно средней температуры в активной зоне, значение T _из оценивается посредством итерационного расчета (процедура do-while , рисунок 4 ) с 0.Порог 1К.
Для оценки изменения средней температуры монолита T _mon можно использовать уравнение сохранения энергии в следующем виде:
dTmondt = 1mmon · cmon · (Q˙int-Q˙ext)
Помимо теплового потока, обмениваемого с газами Q˙int и теплоемкости монолита м _mon · c _mon, требуется также тепловой поток в наружный окружающий воздух Q˙ext.
Даже если могут быть найдены разные конфигурации, наиболее распространенным методом является установка монолита в металлический кожух со слоем вставленного изоляционного материала: такая компоновка была принята в разработанной модели, как схематично показано на рисунке 5.Передача тепла от монолита к окружающему воздуху происходит сначала за счет теплопроводности через слой изоляционного материала и металлический кожух, а затем за счет конвекции и излучения от внешних стен к окружающему воздуху. В этом случае конвекция может быть принудительной или естественной в зависимости от скорости автомобиля v , которая, следовательно, представляет собой входной параметр для модели. Следуя квазистационарному подходу, установившийся процесс теплопередачи может быть смоделирован на каждом временном шаге, предполагая два последовательно соединенных тепловых сопротивления, и поэтому общее тепловое сопротивление может быть выражено как:
Rt_tot = Rt_cond + Rt_conv · Rt_irrRt_conv + Rt_irr
, где R _{t _ cond} обусловлено проводимостью, а R _{t _ conv} и R _{t _ irr} связано с конвекцией передача тепла наружу.
Рисунок 5 . Схема процессов течения и теплообмена в ядре катализатора.
Принимая во внимание только слой изоляционного материала (т. Е. Пренебрегая термическим сопротивлением металлического корпуса) и предполагая цилиндрическую геометрию, R _{t _ cond} был рассчитан по следующей формуле (Incropera et al. ., 2013):
Rt_cond = Tmon-TwQ˙ext = ln (rins_extrins_int) 2π · L · λins
Принудительную конвекцию в окружающий воздух можно рассматривать, принимая цилиндрический корпус с радиусом r _ext: следовательно,
Rt_conv = Tw-TextQ˙conv = 1Aext · hconv
где
с коэффициентом усиления 3/2 для учета осевой проводимости в металлическом корпусе.
Коэффициент конвекции h получен, начиная с Nu (Incropera et al., 2013): следующая корреляция из Черчилля и Бернштейна (которая не требует коэффициентов, которые изменяются с Re и действительна для широкого диапазона Re и Pr ) было использовано:
Nuconv = 0,3 + 0,62Re1 / 2Pr1 / 3 [1+ (0,4 / Pr) 2/3] 1/4 [1+ (Re282000) 5/8] 4/5
где
v — скорость невозмущенного потока, предположительно равная скорости транспортного средства.Тогда h можно рассчитать по следующей формуле:
Что касается теплового излучения, если предположить, что внешняя стенка металлического кожуха представляет собой серое тело внутри большой полости, соответствующий тепловой поток можно оценить как Incropera et al. (2013):
Q˙irr = Aext · ε · σ · (Tw4-Text4)
, из которых
Rt_irr = 1Aext · ε · σ · (Tw2 + Text2) · (Tw + Text)
Наконец, тепловой поток к внешнему окружающему воздуху можно рассчитать как:
Параметры принудительной и естественной конвекции рассчитаны с учетом свойств жидкости при средней температуре:
, где T _w известно из уравнения:
Следовательно, значение T _w оценивается посредством итеративного вычисления с 0.Порог 1К.
Описанная процедура использовалась для моделирования различных субстратов катализатора (соты или пены) с использованием подходящих корреляций для связи массовых расходов и изменений давления в ядре катализатора (концентрированное сопротивление потоку) и для определения Nu для теплообмена между выхлопной газ и монолит. Конкретные корреляции, используемые для сот и пен, рассматриваемых в настоящей работе, будут представлены в следующем параграфе.
Физическая идентификация модели Catalyst
Представленная модель системы последующей обработки была затем откалибрована с учетом конкретных геометрических форм сердцевины, сот и пен.Сопротивление потоку и процессы теплопередачи были определены из корреляций, доступных в литературе, и были использованы стандартные физические и геометрические свойства.
В сотах газ должен двигаться по каналам очень малого сечения, поэтому поток в основном ламинарный. Корреляции, связывающие массовый расход с Δ p , очень похожи на корреляции, полученные для ламинарного потока в трубе, и могут быть выражены в форме p = f (ṁ), которую можно переписать в обратной форме ṁ = f ( p ), что подходит для блок-схемы рисунка 4.В настоящем исследовании использовалось следующее соотношение
ΔpL = 28,5 · μ · m˙ρ · ε · A · Dc2
или, положив Re = ρ · u · ε · Dcμ
, как указано в Incropera et al. (2013) для полностью развитого ламинарного потока через канал квадратного сечения.
Что касается пены, то первое соотношение было получено из Giani et al. (2005), полученные в результате экспериментальных испытаний металлических пен с высокой пористостью. Геометрия этих пен была схематизирована в предположении кубических ячеек с аккуратно упакованными цилиндрическими стойками.Исходя из выражения для потерь нагрузки внутри пучка труб, авторы предложили следующее соотношение:
ΔpL = 2ds · (0,87 + 13,56Re) · (11-G (ε)) 4 · G (ε) 4 · ρu2
, где в Re характеристический размер — это диаметр стойки d _s, а скорость u получается делением объемного расхода на площадь поперечного сечения A монолита. G ( ε ) — отношение диаметра стойки d _s к диаметру пор D _p: для рассматриваемой геометрии оно зависит только от пористости ε и может быть выражено как следует:
G (ε) = dsDp = (4 · (1-ε) 3π) 1/2
Вторая корреляция, предложенная Луччи и др.(2014), рассмотрено для пен. Чтобы избежать значительного разброса, типичного для экспериментальных данных (из-за изменчивости тестируемых пен), авторы предлагают 3D-моделирование CFD в качестве альтернативы реальным измерениям для характеристики поведения пены (аргументируя необходимость большего контроля над геометрическими параметрами). В частности, со ссылкой на пену, смоделированную как набор ячеек Кельвина (рис. 6), и отмечая, что падение давления в пене возникает из-за сил сопротивления, оказываемых жидкостью на стойки, авторы в Lucci et al.(2014) предлагают следующую корреляцию:
-dpdx = SSA · ρu22 · χ2ε3 · CD
, где χ называется «извилистостью» и представляет собой отношение между длиной фактического пути, по которому проходит жидкость, и соответствующим осевым смещением. Что касается сложной геометрии пен, χ обычно намного больше 1. Чтобы соответствовать результатам трехмерного моделирования, коэффициент сопротивления C _D был определен в следующей форме (Lucci et al., 2014) :
, где Re вычисляется с D _p в качестве характеристической длины, предполагающей среднюю скорость на площади поперечного сечения (поэтому ниже, чем эффективное значение внутри пены: по этой причине в предыдущем уравнении термин χ ² / ε ³ добавлено).Хотя приведенное выше уравнение позволяет оценить градиент давления в осевом направлении (одномерная модель), его можно использовать для расчета общего Δ p , оценки свойств жидкости при p _м и T _м таким образом получив
pL = SSA · ρu22 · χ2ε3 · (0,4 + 30Re0,8)
Оценка теплового потока между выхлопными газами и внутренней поверхностью монолита была основана на расчете коэффициента конвекции h , который можно получить из Nu .Корреляция, используемая для сот, была получена из Giani et al. (2005) следующим образом:
Nu = 2,977 · (1 + 0,095 · Re · Pr · DcL) 0,45
где
Re = ρ · u · Dcμ · ε = m · ˙dsμ · ε · A
Для пен использовались две корреляции из литературы. Первый был предложен Giani et al. (2005), где авторы расширяют результаты, полученные экспериментально, для определения характеристик металлических пен. Nu выражается как функция от Re и Pr с классической формулировкой с двумя поправочными коэффициентами, определенными из экспериментальных данных следующим образом:
, где Re = ρ · u · dsμ = m · ˙dsμ · A.
Вторая корреляция была использована для пен, полученная из Lucci et al. (2014). Для оценки Nu было использовано следующее выражение:
Nu = 1,28 · Hg0,32Pr13ε2,34
, где вместо Re используется номер Хагена Hg , определяемый как:
Следует напомнить, что первая корреляция (Giani et al., 2005) основана на схематизации пены как набора кубических ячеек (Рисунок 6), принимая диаметр стойки d _s в качестве характерной длины. .При такой геометрии только два из четырех параметров D _p, ε, d _s и SSA являются независимыми, например, если известны D _p и ε , d _s и SSA получаются из следующих уравнений:
G (ε) = dsDp = [4 · (1-ε) 3π] 12 и SSA = 2Dp [3π (1-ε)] 12
Вторая корреляция (Lucci et al., 2014) получена из моделирования CFD, предполагая диаметр пор D _p как характеристическую длину и моделируя пену как набор ячеек Кельвина (Рисунок 6).Также в этом случае задействованы два независимых параметра и выполняются следующие отношения:
ε = 1-3π2 (dsDp) 2 + 7,54 (dsDp) 3 и SSA = 10,331-εDp-5,81- εDp
В таблице 1 представлены различные соотношения гидравлического сопротивления и свойств передачи для структур, рассматриваемых в этой статье. Более подробную информацию о них можно найти в указанной литературе (Giani et al., 2005; Lucci et al., 2014).
Таблица 1 . Использованы соотношения гидравлического сопротивления и переноса.
Общий объем каталитического реактора принят равным 1,5 л при длине реактора 15 см. Стандартная сотовая структура, обозначенная далее как «h_Giani», используется в качестве эталонного случая и характеризуется пористостью ε = 63%, характерным диаметром канала D _p = 1 мм и специфическим площадь поверхности SSA = 2700 м ² / м ³. Сотовую структуру сравнивают с двумя пеноподобными структурами с открытыми ячейками, настоящей пеной (Giani et al., 2005), идентифицированный как «f_Giani», и синтетическая структура клетки Кельвина (Lucci et al., 2014), идентифицированная как «f_Lucci». Обе ячеистые структуры имеют пористость ε = 73%, что выше, чем у сотовой структуры, меньшую площадь поверхности SSA = 1000 м ² / м ³ и характерный размер пор d _p = 2 мм. Другие параметры, принятые для моделирования, представлены в таблице 2: объем монолита считается одинаковым для сотовых и пенопластов (даже если для пенопласта требуются меньшие объемы).Значения d _p и ε приводят к сотам около 400 cpsi, что можно считать коммерческими стандартами, а значение D _p приводит к пенам с 12,7 PPI.
Таблица 2 . Значения параметров, принятые для моделей катализаторов.
Толщина s _ins и λ _ins изоляционного слоя была принята равной 6 мм и среднему значению для пенополиуретана.Значение общего коэффициента излучения полусферы ε для внешней металлической поверхности сильно зависит от отделки поверхности и степени окисления (от 0,1 для полированных поверхностей до 0,9 для сильно окисленных поверхностей): в этом случае, поскольку внешний кожух обычно не имеет определенной отделки. и, кроме того, он мог окисляться, было принято значение 0,6. Удельная плотность ρ _mon и теплоемкость c _mon монолита были определены с учетом кордиерита для сот и Al ₂ O ₃ для пен.
Однако следует помнить, что все вышеперечисленные параметры можно легко изменить в модели, что позволяет тестировать и сравнивать различные геометрические формы.
Разработка и проверка модели двигателя
Выхлопная система и модели с катализатором были объединены с моделью 0D «угол поворота коленчатого вала» дизельного двигателя с турбонаддувом. Структура модели (чередование объемных и не объемных блоков) позволяет избежать численных проблем и алгебраических циклов (Gambarotta and Lucchetti, 2013).
Модель была идентифицирована со ссылкой на дизельный двигатель 1,6 л с турбонаддувом (основные технические данные приведены в таблице 3) на основе экспериментальных данных в установившемся режиме от изготовителя оборудования, которые использовались для определения справочных таблиц и коэффициентов интерполяция функций методом наименьших квадратов (т. е. коэффициентов расхода впускных / выпускных клапанов, коэффициентов потери давления воздушного фильтра и выхлопной системы и т. д.). Модели компрессоров и турбин были определены на основе их характеристик от производителя (Gambarotta and Lucchetti, 2013).Карты для оценки концентраций загрязняющих веществ в выхлопных газах взяты из Fiorani et al. (2008). Алгоритм, разработанный для интегрирования уравнений модели, использует постоянный главный временной шаг 2 мс и переменный временной шаг для процессов в цилиндре, чтобы сохранить угловой шаг ~ 1 ° CA независимо от частоты вращения двигателя n . В этом приложении на ПК с частотой 2 ГГц и 2 ГБ ОЗУ отношение времени моделирования к физическому времени всегда было заметно ниже 0,65.
Таблица 3 .Основные технические данные рассматриваемого дизельного двигателя.
Входными параметрами являются частота вращения двигателя, массовый расход топлива, управляющие сигналы для VGT и EGR, температура и давление окружающей среды. Выходами может быть каждый из параметров, оцененных моделью двигателя, например крутящий момент, bmep , эффективная выходная мощность, параметры состояния во впускном и выпускном коллекторе (т.е. p, T, X _mi ) и т. д. После идентификации модель двигателя была испытана путем сравнения результатов расчетов с экспериментальными данными, измеренными на испытательном стенде в установившихся условиях эксплуатации изготовителем оборудования (кроме тех, которые использовались для идентификации), что дало хорошее согласие, как указано в Гамбаротта и Луккетти (2013).
Рабочие условия из ездового цикла
Чтобы подчеркнуть влияние характеристик субстрата на поведение двигателя, был выбран раздел «Дополнительный городской ездовой цикл» (EUDC) Нового европейского ездового цикла (NEDC). В этом случае входные параметры (скорость вращения, массовый расход топлива, управляющие сигналы VGT и EGR) были определены с помощью обратной модели транспортного средства (разработанной в Guzzella и Sciarretta, 2005). Данные автомобиля были идентифицированы со ссылкой на Alfa Romeo Giulietta 1.6 JTD. На основе временных характеристик скорости и передачи, предписанных для 400-секундного EUDC, мгновенные запрошенные значения скорости вращения и крутящего момента были вычислены и использованы в качестве входных данных для модели. Различия между целевым и фактическим крутящим моментом двигателя использовались для оценки посредством алгоритма ПИД-регулирования с обратной связью массового расхода впрыскиваемого топлива.
Результаты моделирования
для EUDC
Поведение системы впуска и выпуска
Проведено сравнение термодинамических параметров впускной и выпускной систем, полученных с разными подложками.В качестве примера ниже приведены некоторые результаты со ссылкой на EUDC, принимая сотовую основу в качестве базовой линии («h_Giani», сплошной красный цвет), и вычисленные различия между двумя пеноподобными структурами с открытыми ячейками (реальная пена «f_Giani» , »Сплошным зеленым цветом, а структура ячейки Кельвина« f_Lucci »- сплошным синим).
Как и ожидалось, пенопласты приводят к более высоким потерям давления. На Фигуре 7 представлена разница статического давления через катализатор Δ p _DOC, показывающая максимальное увеличение примерно на 10 кПа для обеих рассматриваемых пен.Однако значительные нелинейности из-за типичных процессов во впускной и выпускной системе приводят к общему нетривиальному поведению. Фактически, перепад давления через турбину Δ p _tur немного ниже (Рисунок 8) и, следовательно, изменения давления в выпускном коллекторе p _{exh _ man} (Рисунок 9 ) ниже ожидаемого (т.е. ниже, чем увеличение падения давления Δ p _DOC, рисунок 7).Это приводит к выводу, что более высокие потери давления, вызванные пеной, могут частично уравновешиваться эффектами турбонагнетателя, по крайней мере, при высоких нагрузках двигателя. Результаты на Рисунке 8 показывают, что немного более высокий перепад давления пенных катализаторов приводит к более высокому КПД турбины (за счет немного более высокого уровня давления на выходе из турбины). Таким образом, в любом случае снижение расхода топлива частично компенсируется более высоким КПД турбины.
Рисунок 7 .Расчетные потери давления через различные подложки катализаторов.
Рисунок 8 . Расчетные изменения давления через турбину.
Рисунок 9 . Расчетное давление в выпускном коллекторе.
Температурные профили внутри каталитического реакторного блока представлены на рисунке 10. Из-за более высокой пористости структуры с открытыми ячейками имеют меньшую тепловую инерцию и более короткие тепловые переходные процессы. На рисунке 10 показано, что и пена, и структуры с ячейками Кельвина способны достигать температуры выключения 550 K примерно в два раза быстрее, чем сотовые (следует отметить, что зеленые и синие линии почти полностью накладываются друг на друга).Однако по тем же причинам они характеризуются более быстрой фазой охлаждения.
Рисунок 10 . Расчетная температура подложек.
Прогноз экономии топлива
Модель позволила оценить мгновенный и совокупный расход топлива на рассматриваемой EUDC: результаты представлены на рисунке 11. Красная сплошная линия представляет совокупный расход топлива для двигателя с сотовой подложкой («h_Giani»), который считается эталоном. чтобы подчеркнуть влияние субстратов с открытыми клетками.Таким образом, на Рисунке 11 синяя и зеленая линии показывают отклонение в процентах при использовании пенопласта (зеленая сплошная линия, «f_Giani») и подложек из ячеек Кельвина (синяя сплошная линия, «f_Lucci») по отношению к сотовой подложке («h_Giani». ).
Рисунок 11 . Расчетный совокупный расход топлива во время EUDC.
Анализ мгновенного расхода топлива ṁ _f показывает, что в предполагаемых условиях для сотовой конструкции достигаются более низкие значения, чем для обеих структур пенопласта с открытыми порами.Однако разница в совокупном расходе топлива между вариантами составляет менее 0,20%. Кроме того, среди субстратов с открытыми порами расход топлива с настоящими пенами («f_Giani») немного ниже, чем со структурами с ячейками Кельвина («f_Lucci»).
Как было показано ранее, падение давления через каталитический нейтрализатор выше для структур с открытыми ячейками (рис. 7) для всех проанализированных случаев, подтверждая, что структуры с открытыми ячейками характеризуются более высоким сопротивлением потоку. Это основная причина более высокого расхода топлива для рассматриваемых структур с открытыми ячейками, особенно при разгоне.При более высоких нагрузках двигателя и более высоких массовых расходах выхлопных газов увеличение перепада давления в выпускном коллекторе более выражено. Однако следует отметить, что в настоящем исследовании увеличение расхода топлива вызвано заменой сотовой подложки пенопластом с открытыми ячейками, принимающим одинаковую форму и объем. Но более высокие массообменные свойства структур с открытыми ячейками позволяют создавать более компактные реакторы по сравнению с сотовыми, и это приводит к снижению их гидравлического сопротивления, таким образом компенсируя недостаток в расходе топлива.
Максимальное отклонение, наблюдаемое в мгновенном расходе топлива между всеми случаями, составило 0,35% и проявляется только во время ускорений, когда требуется более высокий крутящий момент. В устойчивых условиях движения при постоянной скорости увеличенный мгновенный расход топлива из-за подложки с открытой ячеистой структурой ниже (приблизительно 0,10%). Эти изменения приводят к увеличению всего впрыскиваемого топлива всего на 0,20% за все 400 с цикла.
Выводы
Математические модели представляют собой интересный (и часто неизбежный) способ получить правильное понимание поведения сложных систем.Фактически, разработка теоретических инструментов требует хорошего компромисса между физическим и эмпирическим подходами для ограничения времени процессора.
В статье была создана быстрая модель каталитического нейтрализатора для автомобильного применения, которая была интегрирована в модель 0D «угла поворота коленчатого вала» дизельного двигателя с турбонаддувом. После улучшения модели теплообмена для выпускного коллектора (для учета тепловой динамики во время переходных процессов) была разработана 0D-модель катализатора для моделирования связанных потоков и тепловых процессов.Затем модель катализатора была соединена с моделью двигателя для исследования поведения всей системы и влияния характеристик подложки катализатора. В этой связи реальный дизельный двигатель 1,6 л с турбонаддувом и системой рециркуляции отработавших газов был смоделирован в рамках ездового цикла EUDC, сравнивая характеристики двигателя с различными субстратами катализатора.
Было проанализировано поведение трех различных каталитических структур: сотовой структуры, пенопласта с открытыми ячейками и структур с открытыми ячейками Кельвина. Было показано, что при использовании реакторов того же объема увеличенный перепад давления, вызванный структурами с открытыми ячейками, приводит к увеличению общего расхода топлива не более 0.20%. С другой стороны, структуры с открытыми ячейками демонстрируют более быстрые тепловые переходные процессы из-за их более низкой тепловой инерции и, таким образом, способны быстро достигать температуры выключения.
Следует отметить, что более высокие массообменные свойства структур с открытыми ячейками могут позволить создавать более компактные реакторы по сравнению с сотовыми структурами. Это может помочь снизить общее гидравлическое сопротивление пен, открывая новые возможности для повышения эффективности системы последующей обработки, снижая при этом удельный расход топлива.Представленный математический инструмент оказался очень эффективным для моделирования поведения комплексной системы (двигатель + система последующей обработки) и будет использован в будущем для исчерпывающего исследования этих тем.
Напомним, что в представленной модели рабочая жидкость рассматривалась как смесь 7 химических веществ, т.е. N ₂, O ₂, CO ₂, H ₂ O, CO, H ₂ № Количество N и тип загрязняющих веществ зависит от конкретного применения.В представленной модели были рассмотрены CO и один или несколько видов, представляющих HC, поскольку их реакции окисления были приняты как наиболее важные при определении температуры катализатора. В ближайшем будущем могут быть рассмотрены различные системы доочистки, например трехкомпонентные катализаторы (что представляет собой очень интересное применение для этих новых решений). Однако моделирование трехкомпонентного катализатора является более сложным, поскольку оно включает кислородный баланс (бензиновые двигатели всегда работают почти в стехиометрическом режиме) и, таким образом, всегда работают в условиях нехватки кислорода.Представленный подход может быть использован для попытки моделирования трехкомпонентного катализатора в реальных условиях движения в режиме реального времени.
Напоследок следует подчеркнуть, что в представленной работе модель транспортного средства еще не проработана. Поэтому необходимые входные параметры (то есть скорость вращения, массовый расход топлива, управляющие сигналы VGT и EGR) были определены с помощью обратной модели транспортного средства (разработанной в Guzzella и Sciarretta, 2005). Поэтому был выбран более простой цикл EUDC, поскольку это модальный цикл движения, все еще достаточно значительный, чтобы можно было проверить эффективность и гибкость предлагаемого инструмента моделирования.На следующем этапе деятельности будет разработана подходящая модель транспортного средства, которая будет интегрирована с моделью двигатель + катализатор, чтобы дать возможность оценивать скорость и крутящий момент двигателя в более сложных переходных циклах движения (как WLTC).
Доступность данных
Наборы данных, созданные для этого исследования, доступны по запросу соответствующему автору.
Авторские взносы
AG, вице-президент и PD участвовали в разработке и проведении исследования, анализе результатов и написании рукописи.
Заявление о конфликте интересов
Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Благодарности
Авторы выражают благодарность Швейцарскому федеральному управлению по окружающей среде (FOEN) за финансовую поддержку проектов, Система последующей обработки выхлопных газов для минимального воздействия на окружающую среду, Транспортное средство для доставки на природном газе, Евро-7 и выше (EAS7 +), проект №
.UTF 584.13.18 и имитация катализатора Vertrag Nr. 15.0002.PJ / S122-1359.
Ссылки
Бах К. и Димопулос Эггеншвилер П. (2011). Керамические пенные подложки для катализаторов окисления дизельных двигателей: конверсия загрязняющих веществ и вопросы эксплуатации . Документ SAE № 2011-24-079.
Google Scholar
Бумсман, К., Пуликакос, Д., и Вентикос, Ю. (2003). Моделирование потока через металлические пены с открытыми порами с использованием идеализированной периодической ячеистой структуры. Внутр. J. Heat Mass Trans. 24, 825–834. DOI: 10.1016 / j.ijheatfluidflow.2003.08.002
CrossRef Полный текст
Bracconi, M., Ambrosetti, M., Okafor, O., Sans, V., Ou, X., Pereira, C.F., et al. (2018). Исследование падения давления в трехмерных реплицированных пенопластах с открытыми порами: сопоставление CFD с экспериментальными данными по аддитивным пенам. Chem. Англ. J. DOI: 10.1016 / j.cej.2018.10.060. [Epub перед печатью].
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Депчик, К., и Ассанис, Д. (2001). Универсальная корреляция теплопередачи для впускных и выхлопных потоков в двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием . Документ SAE 2002-01-0372.
Google Scholar
Димопулос Эггеншуилер, П., Циноглу, Д., Сейферт, Дж., Бах, К., Фогт, У., и Горбар, М. (2009). Подложки из вспененной керамики для автомобильных катализаторов: жидкостно-механический анализ. Exp. Жидкости 47, 209–222. DOI: 10.1007 / s00348-009-0653-2
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Фьорани, П., Гамбаротта, А., Лучкетти, Г., Аузиелло, Ф. П., Де Чезаре, М., и Серра, Г. (2008). Подробная модель среднего значения выхлопной системы автомобильного дизельного двигателя . Технический документ SAE, № 2008-28-0027.
Google Scholar
Гайзер, Г., Остерле, Дж., Браун, Дж., И Заке, П. (2003). Прогрессивное распределение однородных спининлет-потоков при жестких условиях . Технический документ SAE № 2003-01-0840.
Google Scholar
Гамбаротта, А.(2017). «Методы математического моделирования турбонагнетателей и двигателей с турбонаддувом», в Turbocharger and Turbocharging: Advancements, Applications and Research (Hauppauge, NY: Nova Science Publishers Inc.,), 375–434.
Гамбаротта А. и Луккетти Г. (2011). Управляемое моделирование автомобильных двигателей на основе угла поворота коленчатого вала . Документ SAE NoICE2011-24-0144.
Google Scholar
Гамбаротта А. и Луккетти Г. (2013). «Модель угла поворота коленчатого вала для моделирования в реальном времени дизельных двигателей в HiL / SiL-приложениях», 13-й Штутгартский международный симпозиум по автомобильным и двигательным технологиям (Штутгарт).
Гамбаротта А., Луккетти Г. и Важа И. (2011). Моделирование переходных режимов дизельных двигателей с турбонаддувом в реальном времени. Proc. Inst. Мех. Англ. Pt D J. Automob. Англ. 225, 1186–1203. DOI: 10.1177 / 0954407011408943
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Гамбаротта А., Руджеро А., Шолла М. и Луккетти Г. (2012). Система HiL / SiL для моделирования дизельных двигателей с турбонаддувом. MTZ Worldwide 73, 48–53. DOI: 10.1365 / s38313-012-0143-4
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Джани, Л., Гроппи, Г., и Тронкони, Э. (2005). Характеристики массопереноса металлических пен в качестве носителей для структурированных катализаторов. Ind. Eng. Chem. Res. 44, 4993–5002. DOI: 10.1021 / ie04
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Guzzella, L., and Onder, C.H. (2010). Введение в моделирование и управление системами двигателей внутреннего сгорания . Берлин: Springer-Verlag.
Guzzella, L., и Sciarretta, A. (2005). Двигательные установки транспортных средств .Берлин: Springer Verlag.
Google Scholar
Хейвуд, Дж. Б. (1988). Двигатели внутреннего сгорания, Основы . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Макгроу-Хилл.
Google Scholar
Инайят, А., Фройнд, Х., Цайзер, Т., и Швигер, В. (2011). Определение удельной поверхности керамических пен: новый взгляд на модель тетракаидекаэдров. Chem. Англ. Sci. 66, 1179–1188. DOI: 10.1016 / j.ces.2010.12.031
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Инаят, А., Клумпп, М., фон Бейер, М., Фройнд, Х. и Швигер, В. (2016). Разработка нового соотношения падения давления для пен с открытыми порами, полностью основанного на теоретических основаниях: с учетом формы стойки и геометрической извилистости. Chem. Англ. J . 287, 704–719. DOI: 10.1016 / j.cej.2015.11.050
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Incropera, Ф. П., Девитт, Д. П., Бергман, Т. Л., и Лавин, А. С. (2013). Принципы тепломассообмена, 7-е изд. .Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья.
Кандилас И. П. и Стамателос А. М. (1999). Конструкция выхлопной системы двигателя на основе расчета теплопередачи. Energy Converv. Управлять. 40, 1057–1072. DOI: 10.1016 / S0196-8904 (99) 00008-4
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Кольцакис, Г. К., Кацаунис, Д. К., Самарас, З. К., Науманн, Д., Сабери, С., Бом, А., и др. (2008). Разработка системы доочистки на основе пенопласта для дизельного легкового автомобиля .Технический документ SAE № 2008-01-0619.
Google Scholar
Константинидис П. А., Кольцакис Г. К. и Стамателос А. М. (1997). Моделирование переходных процессов теплопередачи в выхлопных системах автомобилей. Proc. Inst. Мех. Англ. Часть C 211, 1–14. DOI: 10.1243 / 0954406971521610
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Луччи, Ф., Делла Торре, А., Черногория, Г., и Димопулос Эггеншвилер, П. (2015). О каталитических характеристиках структур с открытыми ячейками по сравнению с сотовыми структурами. Chem. Англ. J. 264, 514–521. DOI: 10.1016 / j.cej.2014.11.080
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Луччи, Ф., Делла Торре, А., Черногория, Г., Кауфманн, Р., и Димопулос Эггеншвилер, П. (2016). Сравнение геометрических, импульсных и массообменных характеристик реальных пен с решетками ячеек Кельвина для применения в катализаторах. Внутр. J. Тепломассообмен . 108, 341–350. DOI: 10.1016 / j.ijheatmasstransfer
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Луччи, Ф., Делла Торре, А., Фон Рикенбах, Дж., Черногория, Г., Пуликакос, Д., и Димопулос Эггеншвилер, П. (2014). Выполнение рандомизированных структур клеток Кельвина в качестве каталитических субстратов: анализ на основе массопереноса. Chem. Англ. Sci. 112, 143–151. DOI: 10.1016 / j.ces.2014.03.023
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Мартин А. П., Уилл Н. С., Бордет А., Корнет П., Гондойн К. и Мутон X. (2000). Влияние распределения потока на характеристики выбросов каталитических нейтрализаторов .Технический документ SAE № 2000-05-0175.
Google Scholar
Папетти, В., Димопулос Эггеншвилер, П., Делла Торре, А., Луччи, Ф., Ортона, А., и Черногория, Г. (2018). Аддитивные полиэдрические структуры с открытыми порами используются в качестве подложек для автомобильных катализаторов. Внутр. J. Heat Mass Transf. 126, 1035–1047. DOI: 10.1016 / j.ijheatmasstransfer.2018.06.061
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Понтикакис Г. Н., Константас Г. С. и Стамателос А.М. (2004). Моделирование трехкомпонентного катализатора как современный инструмент инженерного проектирования. J. Eng. Газовые турбины Power 126, 906–923. DOI: 10.1115 / 1.1787506
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Сантоликвидо, А., Бьянки, Г., Димопулос Эггеншвилер, П., и Ортона, А. (2017). Аддитивное производство периодических керамических подложек для носителей автомобильных катализаторов. Внутр. J. Appl. Ceram. Technol. 14, 1164–1173. DOI: 10.1111 / ijac.12745
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Шамим, Т., Шен, Х., Сенгупта, С., Сон, С., и Адамчик, А. (2002). Комплексная модель для прогнозирования производительности трехкомпонентного каталитического нейтрализатора. J. Eng. Газовые турбины Power 124, 421–428. DOI: 10.1115 / 1.1424295
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Твигг М. и Ричардсон Дж. (2007). Основы и области применения структурированных пенокерамических катализаторов. Ind. Eng. Chem. Res. 46, 4166–4177. DOI: 10.1021 / ie061122o
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Фон Рикенбах, Дж., Луччи, Ф., Нараянан, К., Димопулос Эггеншвилер, П., и Пуликакос, Д. (2014). Многомасштабное моделирование гетерогенных реакций, ограниченных массопереносом, в пенопластах с открытыми ячейками. Внутр. J. Тепломассообмен . 75, 337–346. DOI: 10.1016 / j.ijheatmasstransfer.2014.03.060
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Фон Рикенбах, Дж., Луччи, Ф., Нараянан, К., Димопулос Эггеншвилер, П., и Пуликакос, Д. (2015). Влияние диффузионного сопротивления покрытия в сотовых и пенных каталитических реакторах. Chem. Англ. J. DOI: 10.1016 / j.cej.2015.03.132
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Зигуракис, К. (1989). Переходный режим монолитных каталитических нейтрализаторов: двумерная модель реактора и эффекты радиально неоднородного распределения потоков. Chem. Англ. Sci. 44, 2075–2086.
Google Scholar
Номенклатура
.
No related posts.