Преобразуватели на изгорели газове на автомобилни двигатели
Преобразуватели на отработени газове
Конверторите се използват за намаляване на концентрацията на токсични компоненти в отработените газове. Основните токсични вещества в отработените газове са въглероден оксид (CO), група азотни оксиди (NOx, основният от които е NO2) и въглеводороди (CmHn).
Има термо и каталитични конвертори.
В термоконверторите CO се редуцира напълно до CO2 и CH се изгаря. Въглеродният окис (CO) има значителна топлина на изгаряне, но гори при температури над 700 ˚С. За изгаряне на въглероден окис отработените газове се нагряват (ако е необходимо) в термоизолирана камера и в нея се подава допълнителна порция въздух. Използването на допълнително захранване с гориво за отопление на газ и впръскване на въздух води до увеличаване на разхода на гориво до 15%.
Най-често срещаните са каталитичните конвертори. Тяхното действие се основава на намаляване на енергията, отделена по време на химичните процеси на окисляване на токсични вещества чрез използване на катализатори (платина, паладий, родий).
Каталитичните конвертори се делят по вид на окислителни (преобразуват CO в CO2) и редукционни (разграждат NOx до свободен азот и кислород), както и трикомпонентни (неутрализират и трите токсина - CO, CH и NOx, т.е. те са редокс).
Катализаторите могат да бъдат еднокамерни и двукамерни. Носачът може да бъде керамичен или метален.
Най-често се използват трипътни неутрализатори. Те работят най-ефективно в комбинация с λ-сонди, но дори и без тях те могат да намалят емисиите на токсини с 50%. λ-сонда е сензор за определяне на количеството свободен кислород в отработените газовегазове. Въз основа на данните, получени от сензора, електронният микропроцесор определя коефициента на излишък на въздух α, след което коригира количеството гориво, подадено към цилиндрите.
Ефективната работа на каталитичния преобразувател съответства на много тесен диапазон от стойности за коефициента на излишък на въздух (0,98≤α≤1). При отклонение на състава на горивната смес от посочените стойности ефективността на катализатора рязко спада. Използването на микропроцесор във връзка с λ-сонда ви позволява да поддържате състава на сместа с точност от ±1%.
Устройство с каталитичен конвертор
Катализаторът се състои от метален корпус ( фиг. 7 ), в който е разположен носач 2, покрит с активен каталитичен слой. Медиите могат да бъдат насипни или твърди, керамични или метални. По-често се използват монолитни неутрализатори от топлоустойчива керамика. В техния случай се правят канали с квадратно сечение. Повърхностите на канала са покрити с тънък слой от катализатор - платина, паладий, родий (в съотношение 1:16:1). За един неутрализатор са необходими 1,5...3 g благородни метали. Платината насърчава окислителните процеси, родият насърчава редукционните процеси. Благородният метален слой е покрит със слой от алуминиев оксид, предварително нанесен върху керамиката, което увеличава активната повърхност на катализатора и стимулира ускоряването на реакциите.
За да се увеличи устойчивостта на керамиката на ударни натоварвания и да се компенсира термичното разширение на металните части, между тялото и преградите е поставена набивка от високо легирана тел. Нормалната работа на каталитичните конвертори протича при температура 250 ˚С, т.е. след значително загряване на двигателя. Те работят най-ефективно при температура от 400 ... 800 ˚С, т.е.оптимални топлинни условия на двигателя. При по-висока температура се получава синтероване на междинния слой с катализатора, ефективността на преобразувателя намалява и той преждевременно губи своята ефективност.
Причини за повреда на каталитичния конвертор
При нормални условия автомобилният катализатор може да се повреди, след като каталитичният слой изгори - поради намаляване на неговата площ, катализаторът не е в състояние да изгори отработените газове до края и следователно количеството вредни вещества на изхода на ауспуха се увеличава.
Най-често катализаторите стават неизползваеми поради неизправност в системата за образуване на смес или запалване. В този случай пчелните пити се запушват и не позволяват на катализатора да окисли сместа. Повреда на катализатора на автомобила може да възникне и поради лошото качество на бензина, който съдържа голямо количество тетраетил олово за изкуствено повишаване на октановото число. Тетраетиловото олово покрива част от каталитичния слой и пречи на устройството да изпълнява пълноценно функциите си. В допълнение, причината за повреда на катализатора може да е масло или антифриз, навлизащи в горивната камера, или вода, навлизаща в катализатора. Продължителният празен ход на двигателя има пагубен ефект върху издръжливостта на катализаторите.