КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ КАТАЛИТИЧЕСКИХ

НЕЙТРАЛИЗАТОРОВ С СВС-БЛОКАМИ ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Ковалева Л.А., Новоселов А.А.

Алтайский государственный технический университет им. И.И.Ползунова

В состав атмосферы из общего объема выбросов всеми источниками до 40% токсичных веществ по массе поступает из выхлопных труб поршневых двигателей внутреннего сгорания, в том числе до 34% выбросов окиси углерода (СО), до 64% - окислов азота (NОх) и до 30% - твердых частиц (ТЧ), в том числе сажи.

Снижение вредных выбросов поршневыми двигателями внутреннего сгорания представляет собой многогранную и порой противоречивую проблему, решение которой связано с совершенствованием рабочих процессов, систем технического обслуживания, развитием нейтрализации отработавших газов.

При оценке вредных выбросов по эксплуатационному циклу, например, дизелей 4Ч 13/14 и 6Ч 13/14 доля отдельных компонентов в уровне суммарных выбросов составляет: по окислам азота - 95... 98,5%; по окиси углерода - 1,54... 1,62%; по углеводородам - 0,002... 0,007%; по твердым частицам - от 3 до 0,25%.

Подобная оценка вредных выбросов дизеля 5Д6 - 192 /6415/18/ показала, что на долю Noх приходится 99, 18% токсичности, на долю СО - 0,8%, а на долю СхНу - 0,02%.

Наиболее доступным путем снижения вредных выбросов поршневых выбросов является путь применения каталитических нейтрализаторов отработавших газов. Здесь необходимо различать нейтрализаторы по назначению - для дизелей или бензиновых двигателей. Для бензиновых двигателей уже не применяют чисто окисных катализаторов. Примером могут служить результаты испытаний окисного катализатора ШПК - 0,5. Катализатор на носителе из алюмосиликата содержит на поверхности благородные металлы, в том числе платину.

Оценка эффективности нейтрализатора с СВС - блоками проверялась по испытательным типам. При испытании по 13-режимному испытательному циклу снижение выбросов окислов азота наблюдалось на 2...3%, что можно считать в пределах ошибок измерений. Снижение выбросов СО наблюдалось на 44... 45%, а углеводородов - на 45...46%.

Оценка эффективности нейтрализатора с катализатором ШПК - 0,5 при испытании по 8-режимному испытательному циклу АУI показала, что эффективность по снижению окислов азота составляет 17... 18%, окиси углерода - 46...47%, углеводородам - 44... 45%.

Применение многофункциональных катализаторов, полученных методами СВС - технологий, разработанных в АлтГТУ, позволило добиться лучших результатов по снижению вредных выбросов поршневых двигателей.

Эксперименты по оценке эффективности каталитического нейтрализатора с СВС - каталитическими фильтрами на автобусе с дизелем Д-461 показали, что снижение выбросов окислов азота в начале испытаний составляло 61... 62%, через 240 часов работы - до 62%, через 320 часов работы - до 66%. По окиси углерода эффективность очистки в начале испытаний - 57... 58%, через 240 часов - 47... 48%, через 320 часов - 45... 46%.

Комбинирование окисного и восстановительного блоков приводит к повышению качества очистки, в том числе по ТЧ, однако увеличиваются и противодавления выпуску отработавших газов, которые влияют на рабочий процесс и качество сгорания в цилиндрах двигателей.

Произведена оценка отдельных мероприятий, направленных на снижение вредных выбросов поршневых двигателей. Осуществление малотоксичных регулировок топливной аппаратуры может иметь эффективность по снижению выбросов Nох в 30...60% при стоимости 4... 11 долларов США/кВТ ч. Модификация процессов сгорания обходится в пределах 2,5... 16,3 дол./кВТ ч в ценах 1997 года и при этом эффективность снижения Noх может достигать 55...87%. По этому пути пошли фирмы "Изудзу", "Хино", "Мицубиси" (Япония), "Перкинс" (Великобритания), "Катерпиллер", "Камминс" (США) и другие.

Каталитическая нейтрализация отработавших газов позволяет иметь эффективность по снижению выбросов Noх 82...93%. Стоимость ее сравнительно высока и достигает, в случае применения благородных металлов, 30...50дол./кВТ× ч. В случае применения меднохромокислых катализаторов стоимость нейтрализации падает до 11...13 дол./кВТ× ч.