Катализатор представляет собой выхлопное управление излучением устройство , которое уменьшает токсичные газы и загрязняющие вещества в выхлопных газах от двигателя внутреннего сгорания на менее токсичные загрязняющие вещества пути катализировать в окислительно - восстановительную реакцию . Каталитические нейтрализаторы обычно используются в двигателях внутреннего сгорания, работающих на бензине или дизельном топливе , включая двигатели с обедненной смесью , а иногда и в керосиновых обогревателях и печах.
Первое массовое внедрение каталитических нейтрализаторов произошло на автомобильном рынке США . В соответствии с более строгими требованиями Агентства по охране окружающей среды США в отношении выбросов выхлопных газов большинство автомобилей с бензиновым двигателем, начиная с 1975 модельного года , оснащаются каталитическими преобразователями. [1] [2] [3] [4] Эти «двухсторонние» конвертеры объединяют кислород с монооксидом углерода (CO) и несгоревшими углеводородами (C n H n ) с образованием диоксида углерода (CO 2 ) и воды (H 2 O). ). В 1981 году двусторонние каталитические нейтрализаторы были заменены на «трехкомпонентные» преобразователи, которые также восстанавливают оксиды азота ( NO
Икс ); [1], однако, двухходовые преобразователи все еще используются для двигателей с обедненной смесью. Это связано с тем, что трехкомпонентные преобразователи требуют либо обогащенного, либо стехиометрического сгорания для успешного снижения выбросов NO.
Икс .
Хотя каталитические преобразователи чаще всего применяются в выхлопных системах автомобилей, они также используются в электрических генераторах , вилочных погрузчиках , горнодобывающем оборудовании, грузовиках , автобусах , локомотивах , мотоциклах и на кораблях. Их даже используют в некоторых дровяных печах для контроля выбросов. [5] Обычно это происходит в ответ на государственное регулирование , либо через прямое экологическое регулирование, либо через правила охраны труда и техники безопасности.
История
Опытные образцы каталитического нейтрализатора были впервые разработаны во Франции в конце 19 века, когда на дорогах было всего несколько тысяч «нефтяных машин»; Эти прототипы имели инертный материал, покрытый платиной, иридием и палладием, запечатанный в двойной металлический цилиндр. [6]
Спустя несколько десятилетий каталитический нейтрализатор был запатентован Юджином Худри , французским инженером-механиком и экспертом по каталитической переработке нефти [7], который переехал в Соединенные Штаты в 1930 году. Когда были опубликованы результаты ранних исследований смога в Лос-Анджелесе Гудри обеспокоился ролью выхлопных газов дымовых труб и автомобильных выхлопов в загрязнении воздуха и основал компанию под названием Oxy-Catalyst. Сначала Хоудри разработал каталитические преобразователи для дымовых труб, сокращенно называемые «кошками», а позже разработал каталитические преобразователи для складских вилочных погрузчиков, которые использовали неэтилированный бензин низкого качества. [8] В середине 1950-х он начал исследования по разработке каталитических нейтрализаторов для бензиновых двигателей, используемых на автомобилях. За свою работу он был награжден патентом США 2 742 437 . [9]
Каталитические нейтрализаторы были далее разработаны рядом инженеров, включая Карла Д. Кейта , Джона Дж. Муни , Антонио Элеазара и Филиппа Мессина из Engelhard Corporation [10] [11], которые создали первый серийный каталитический нейтрализатор в 1973 году. [12]
Первое массовое внедрение каталитических нейтрализаторов произошло на автомобильном рынке США . Чтобы соответствовать новым правилам Агентства по охране окружающей среды США по выбросам выхлопных газов, большинство автомобилей с бензиновым двигателем, начиная с 1975 модельного года , оснащаются каталитическими преобразователями. Эти «двусторонние» конвертеры объединяли кислород с монооксидом углерода (CO) и несгоревшими углеводородами (C n H n ) с образованием диоксида углерода (CO 2 ) и воды (H 2 O). [1] [2] [3] [4] Эти строгие правила контроля выбросов вынудили удалить из автомобильного бензина антидетонационный агент тетраэтилсвинец , чтобы снизить содержание свинца в воздухе. Свинец является каталитическим ядом и может эффективно разрушить каталитический нейтрализатор, покрывая его поверхность. Требование удаления свинца позволило использовать каталитические нейтрализаторы для соответствия другим нормам выбросов в правилах. [13]
Уильям С. Пфефферле разработал каталитическую камеру сгорания для газовых турбин в начале 1970-х годов, позволяющую сгорать без значительного образования оксидов азота и монооксида углерода. [14] [15]
Строительство
Конструкция каталитического нейтрализатора следующая:
- Носитель катализатора или подложка . В автомобильных каталитических нейтрализаторах сердечник обычно представляет собой керамический монолит с сотовой структурой (обычно квадратной, а не шестиугольной). (До середины 1980-х каталитический материал наносился на уплотненный слой гранул оксида алюминия в ранних применениях GM.) Монолиты из металлической фольги из кантала (FeCrAl) [16] используются в приложениях, где требуется особенно высокая термостойкость. [16] Структура подложки обеспечивает большую площадь поверхности . Кордиерит керамической подложки используется в большинстве каталитических нейтрализаторов был изобретен Родни Бэгли , Ирвин Lachman , и Рональда Льюиса в Corning Glass , для которых они были введены в Национальный зал славы изобретателей в 2002 году [1]
- Мешок. Washcoat является носителем для каталитических материалов и используется для диспергирования материалов по большой площади поверхности. Оксид алюминия , диоксид титана , диоксид кремния , или смесь диоксида кремния и оксида алюминия могут быть использованы. Каталитические материалы суспендируют в покрытии перед нанесением на сердцевину. Материалы Washcoat выбираются для образования шероховатой неровной поверхности, которая увеличивает площадь поверхности по сравнению с гладкой поверхностью голой основы. [17]
- Церий или оксид церия-циркония . Эти оксиды в основном добавляются в качестве активаторов накопления кислорода. [18]
- Сам катализатор чаще всего представляет собой смесь драгоценных металлов , в основном платиновой группы . Платина является наиболее активным катализатором и широко используется, но не подходит для всех приложений из-за нежелательных дополнительных реакций и высокой стоимости. Палладий и родий - два других используемых драгоценных металла. Родий используется в качестве катализатора восстановления , палладий используется в качестве катализатора окисления , а платина используется как для восстановления, так и для окисления. Также используются церий , железо , марганец и никель , хотя каждый из них имеет ограничения. Никель не разрешен к использованию в Европейском Союзе из-за его реакции с оксидом углерода на токсичный тетракарбонил никеля . [ необходима цитата ] Медь может использоваться везде, кроме Японии . [ требуется разъяснение ]
При выходе из строя каталитический нейтрализатор можно сдать в утиль . Эти драгоценные металлы внутри конвертера, включая платину , палладий и родий , извлекаются.
Размещение каталитических нейтрализаторов
Каталитическим нейтрализаторам для эффективной работы требуется температура 800 градусов по Фаренгейту (426 ° C). Поэтому их устанавливают как можно ближе к двигателю, либо один или несколько каталитических нейтрализаторов меньшего размера (известные как «предварительные коты») размещают сразу после выпускного коллектора.
Типы
Двусторонний
Двухкомпонентный (или «окислительный», иногда называемый «оксикат») каталитический нейтрализатор выполняет две одновременные задачи:
- Окисление из окиси углерода до двуокиси углерода : СО 2 + O 2 → 2 СО 2
- Окисление углеводородов (несгоревшее и частично сгоревшее топливо) до диоксида углерода и воды : C x H 2x + 2 + [(3x + 1) / 2] O 2 → x CO 2 + (x + 1) H 2 O (горение реакция)
Этот тип каталитического нейтрализатора широко используется в дизельных двигателях для снижения выбросов углеводородов и оксида углерода. Они также использовались в бензиновых двигателях автомобилей американского и канадского рынков до 1981 года. Из-за их неспособности контролировать оксиды азота их заменили трехходовые преобразователи.
Трехходовой
Трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы имеют дополнительное преимущество, заключающееся в контроле выбросов оксида азота (NO) и диоксида азота (NO 2 ) (оба вместе сокращенно обозначаются NO. Икс и не путать с закисью азота (N 2 O) ), которые являются предшественниками кислотных дождей и смога . [19]
С 1981 года "трехкомпонентные" (окислительно-восстановительные) каталитические нейтрализаторы используются в системах контроля выбросов транспортных средств в Соединенных Штатах и Канаде; многие другие страны также приняли строгие правила выбросов транспортных средств, которые фактически требуют трехходовых преобразователей на транспортных средствах с бензиновым двигателем. Катализаторы восстановления и окисления обычно содержатся в общем корпусе; однако в некоторых случаях они могут размещаться отдельно. Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор выполняет одновременно три задачи: [19]
Восстановление оксидов азота до азота (N 2 )
Окисление углерода, углеводородов и монооксида углерода до диоксида углерода
Эти три реакции протекают наиболее эффективно, когда каталитический нейтрализатор получает выхлоп от двигателя, работающего немного выше стехиометрической точки. При сжигании бензина это соотношение составляет от 14,6 до 14,8 частей воздуха на одну часть топлива по массе. Соотношение для автогаза (или сжиженного нефтяного газа LPG), природного газа и топлива на этаноле может значительно различаться для каждого вида топлива, особенно с кислородсодержащим топливом или топливом на спиртовой основе, при этом для E85 требуется примерно на 34% больше топлива, что требует настройки модифицированной топливной системы и компонентов, когда используя эти виды топлива. В общем, двигатели оснащены 3-каталитические нейтрализаторы оснащены компьютеризированной замкнутым контуром обратной связи впрыска топлива системы с использованием одного или нескольких датчиков кислорода , [ править ] , хотя в начале развертывания трехходовых преобразователей, карбюраторы оснащены смеси обратной связи контроль.
Трехходовые преобразователи эффективны, когда двигатель работает в узком диапазоне соотношений воздух-топливо около стехиометрической точки, так что состав выхлопных газов колеблется между богатым (избыток топлива) и бедным (избыток кислорода). Эффективность преобразования падает очень быстро, когда двигатель работает за пределами этого диапазона. При работе на обедненной смеси выхлопные газы содержат избыток кислорода, и снижение выбросов NO
Икс не приветствуется. В богатых условиях избыточное топливо потребляет весь доступный кислород до катализатора, оставляя только кислород, накопленный в катализаторе, доступным для функции окисления.
Системы управления двигателем с обратной связью необходимы для эффективной работы трехкомпонентных каталитических нейтрализаторов из-за непрерывной балансировки, необходимой для эффективного NO.
Икс восстановление и окисление УВ. Система управления предназначена для предотвращения NO
Икс восстановительный катализатор от полного окисления, но пополняет запас материала кислорода, так что его функция в качестве катализатора окисления сохраняется.
Трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы могут накапливать кислород из потока выхлопных газов, как правило, когда соотношение воздух-топливо становится бедным. [20] Когда из выхлопного потока недоступно достаточное количество кислорода, накопленный кислород высвобождается и потребляется (см. Оксид церия (IV) ) . Недостаток кислорода возникает, когда кислород, полученный из NO
Икс восстановление недоступно, или когда определенные маневры, такие как резкое ускорение, обогащают смесь сверх способности конвертера подавать кислород.
Нежелательные реакции
Нежелательные реакции приводят к образованию сероводорода и аммиака , которые отравляют катализаторы. Иногда в лакокрасочное покрытие добавляют никель или марганец, чтобы ограничить выбросы сероводорода. [ необходима цитата ] Топливо без серы или с низким содержанием серы устраняет или сводит к минимуму проблемы с сероводородом.
Дизельные двигатели
Для двигателей с воспламенением от сжатия (например, дизельных ) наиболее часто используемым катализатором является катализатор окисления дизельного топлива (DOC). DOC содержат палладий и / или платину, нанесенные на оксид алюминия . Этот катализатор преобразует твердые частицы (ТЧ), углеводороды и моноксид углерода в диоксид углерода и воду. Эти преобразователи часто работают с КПД 90 процентов, практически устраняя запах дизельного топлива и помогая уменьшить количество видимых твердых частиц. Эти катализаторы неэффективны для NO
Икс , поэтому выбросы NOx из дизельных двигателей регулируются системой рециркуляции выхлопных газов (EGR).
В 2010 году большинство производителей дизельных двигателей малой грузоподъемности в США добавили в свои автомобили каталитические системы, чтобы соответствовать федеральным требованиям по выбросам. Были разработаны два метода каталитического восстановления NO.
Икс выбросы при обедненных выхлопных газах, селективном каталитическом восстановлении (SCR) и NO Икс адсорбер .
Вместо содержащего драгоценные металлы NO
Икс поглотители, большинство производителей выбрали системы SCR из неблагородных металлов, в которых используется такой реагент , как аммиак, для снижения содержания NO
Икс в азот и воду. [21] Аммиак подается в каталитическую систему путем впрыска мочевины в выхлопные газы, которая затем подвергается термическому разложению и гидролизу до аммиака. Раствор мочевины также называют жидкостью для выхлопных газов дизельного двигателя (DEF).
Выхлоп дизельных двигателей содержит относительно высокое содержание твердых частиц. Каталитические нейтрализаторы удаляют только 20–40% твердых частиц, поэтому твердые частицы удаляются с помощью улавливателя сажи или дизельного сажевого фильтра (DPF). В США на все легкие, средние и тяжелые автомобили с дизельным двигателем, построенные после 1 января 2007 года, распространяются ограничения на выбросы твердых частиц, поэтому они оснащены двухкомпонентным каталитическим нейтрализатором и сажевым фильтром. . [ необходима цитата ] Поскольку двигатель был произведен до 1 января 2007 года, в автомобиле не требуется установка DPF. [ необходима цитата ] Это привело к увеличению запасов производителями двигателей в конце 2006 г., чтобы они могли продолжать продавать автомобили без сажевого фильтра и в 2007 г. [22]
Двигатели с искровым зажиганием на обедненной смеси
В двигателях с искровым зажиганием на обедненной смеси катализатор окисления используется так же, как в дизельном двигателе. Выбросы от двигателей с искровым зажиганием на обедненной смеси очень похожи на выбросы от дизельных двигателей с воспламенением от сжатия.
Монтаж
Многие автомобили имеют моноблочный каталитический нейтрализатор, расположенный рядом с выпускным коллектором двигателя . Преобразователь быстро нагревается из-за воздействия очень горячих выхлопных газов, что позволяет снизить нежелательные выбросы во время прогрева двигателя. Это достигается за счет сжигания избыточных углеводородов, образующихся в результате чрезмерно богатой смеси, необходимой для холодного пуска.
Когда каталитические нейтрализаторы были впервые представлены, в большинстве автомобилей использовались карбюраторы, которые обеспечивали относительно высокое соотношение воздух-топливо . Таким образом, уровни кислорода (O 2 ) в выхлопном потоке были обычно недостаточными для эффективного протекания каталитической реакции. Поэтому большинство конструкций того времени предусматривали впрыск вторичного воздуха , который впрыскивал воздух в поток выхлопных газов. Это увеличило доступный кислород, позволяя катализатору функционировать должным образом.
Некоторые системы с трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором имеют системы впрыска воздуха, при этом воздух впрыскивается между первыми ( НЕТ
Икс восстановления) и второй (окисление HC и CO) ступени конвертера. Как и в двухкомпонентных конвертерах, этот нагнетаемый воздух обеспечивает кислород для реакций окисления. Точка впрыска воздуха перед каталитическим нейтрализатором также иногда присутствует для подачи дополнительного кислорода только в период прогрева двигателя. Это приводит к воспламенению несгоревшего топлива в выхлопном тракте, тем самым предотвращая его попадание в каталитический нейтрализатор. Этот метод сокращает время работы двигателя, необходимое для того, чтобы каталитический нейтрализатор достиг своей «начальной» или рабочей температуры .
Большинство новых автомобилей имеют электронные системы впрыска топлива и не требуют систем впрыска воздуха в выхлопные трубы. Вместо этого они обеспечивают точно регулируемую топливно-воздушную смесь, которая быстро и непрерывно переключается между обедненным и богатым сгоранием. Кислородные датчики контролируют содержание кислорода в выхлопных газах до и после каталитического нейтрализатора, и блок управления двигателем использует эту информацию для регулировки впрыска топлива таким образом, чтобы предотвратить первое ( НЕТ
Икс восстановления) катализатора от насыщения кислородом, одновременно обеспечивая достаточное насыщение кислородом второго катализатора (окисление НС и СО).
Повреждать
Отравление катализатором происходит, когда каталитический нейтрализатор подвергается воздействию выхлопных газов, содержащих вещества, которые покрывают рабочие поверхности, так что они не могут контактировать и вступать в реакцию с выхлопными газами. Наиболее заметным загрязнителем является свинец , поэтому автомобили, оснащенные каталитическими нейтрализаторами, могут работать только на неэтилированном топливе. К другим распространенным каталитическим ядам относятся сера , марганец (происходящий в основном из присадки к бензину MMT ) и кремний , которые могут попасть в поток выхлопных газов, если в двигателе есть утечка, из-за которой охлаждающая жидкость попадает в камеру сгорания. Фосфор - еще один загрязнитель катализатора. Хотя фосфор больше не используется в бензине, он (и цинк , еще один низкоуровневый загрязнитель катализатора) широко использовался в противоизносных присадках к моторному маслу, таких как дитиофосфат цинка (ZDDP). Начиная с 2004 года, предел концентрации фосфора в моторных маслах был принят в спецификациях API SM и ILSAC GF-4.
В зависимости от загрязнителя отравление катализатора иногда можно обратить вспять, запустив двигатель при очень большой нагрузке в течение длительного периода времени. [ необходима цитата ] Повышенная температура выхлопных газов может иногда испарять или сублимировать загрязнитель, удаляя его с каталитической поверхности. [ необходима цитата ] Однако удаление свинцовых отложений таким способом обычно невозможно из-за высокой температуры кипения свинца. [ необходима цитата ]
Любое состояние, которое вызывает аномально высокие уровни несгоревших углеводородов (сырого или частично сгоревшего топлива или масел), которые достигают конвертера, будет иметь тенденцию к значительному повышению его температуры, что создает риск расплавления субстрата и, как следствие, каталитической дезактивации и серьезного ограничения выхлопа. Эти условия включают отказ вышестоящих компонентов выхлопной системы (коллектор / коллектор и связанные с ними зажимы, подверженные ржавчине / коррозии и / или усталости, например, раскалывание выпускного коллектора после повторяющихся циклов нагрева), системы зажигания, например, катушек и / или первичного зажигания. компоненты (например, крышка распределителя, провода, катушка зажигания и свечи зажигания) и / или поврежденные компоненты топливной системы (топливные форсунки, регулятор давления топлива и соответствующие датчики). Утечки масла и / или охлаждающей жидкости, возможно, вызванные утечкой из прокладки головки, также могут стать причиной большого количества несгоревших углеводородов. С 2006 года (в США) в бензин добавляется 10% этанол . [23] Этаноловое топливо может растворять большое количество воды, потенциально перенося коррозионные ионы и кислотные соединения к компонентам топливной системы. [24] Сам этанол также может перевариваться acetobacter в присутствии воды, образуя коррозионную уксусную кислоту . Эти факторы могут привести к коррозии компонентов топливной системы и аномально высокому соотношению воздух-топливо . [25]
Нормативно-правовые акты
Нормы выбросов значительно различаются от юрисдикции к юрисдикции. Большинство автомобильных двигателей с искровым зажиганием в Северной Америке оснащались каталитическими нейтрализаторами с 1975 года [1] [2] [3] [4], а технология, используемая в неавтомобильных приложениях, как правило, основана на автомобильной технологии. Во многих странах запрещено снимать или отключать каталитический нейтрализатор по любой причине, кроме его прямой и немедленной замены. Тем не менее, некоторые владельцы автомобилей снимают или «выпотрошивают» каталитический нейтрализатор на своем автомобиле. [26] [27] В таких случаях преобразователь может быть заменен на приварную секцию обычной трубы или фланцевую «испытательную трубу», якобы предназначенную для проверки, не засорен ли преобразователь, сравнивая работу двигателя с и без конвертер. Это облегчает временную переустановку преобразователя для прохождения испытания на выбросы. [28]
В США снятие преобразователя с транспортного средства или снятие преобразователя с транспортного средства является нарушением раздела 203 (а) (3) (А) Закона о чистом воздухе 1990 г. с внесенными в него поправками. транспортного средства, за исключением случаев замены его другим преобразователем, [29] и Раздел 203 (a) (3) (B) запрещает любому лицу продавать или устанавливать любую часть, которая может обойти, нарушить или вывести из строя любые система контроля выбросов, устройство или элемент конструкции. Транспортные средства без работающих каталитических нейтрализаторов обычно не проходят проверку на выбросы загрязняющих веществ. На автомобильном рынке поставок высокого потока преобразователей для автомобилей с обновленными двигателями, или владельцы которых предпочитают выхлопная система с большей, чем в наличии емкости. [30]
Влияние на поток выхлопных газов
Неисправные каталитические нейтрализаторы, а также исправные преобразователи ранних моделей могут ограничивать поток выхлопных газов, что отрицательно сказывается на характеристиках автомобиля и экономии топлива. [26] Современные каталитические нейтрализаторы существенно не ограничивают поток выхлопных газов. Например, испытание в 2006 году Honda Civic 1999 года показало, что снятие штатного каталитического нейтрализатора привело к увеличению максимальной мощности только на 3%; новый преобразователь с металлическим сердечником обошелся автомобилю всего в 1% мощности по сравнению с отсутствием преобразователя. [28]
Опасности
Карбюраторы на автомобилях до 1981 года без обратной связи управления топливно-воздушной смесью могли легко подавать слишком много топлива в двигатель, что могло привести к перегреву каталитического нейтрализатора и потенциально воспламенению легковоспламеняющихся материалов под автомобилем. [31]
Период прогрева
Автомобили, оснащенные каталитическими нейтрализаторами, выделяют большую часть своего общего загрязнения в течение первых пяти минут работы двигателя; например, до того, как каталитический нейтрализатор прогреется достаточно, чтобы быть полностью эффективным. [32]
В 1995 году компания Alpina представила катализатор с электрическим подогревом. Названный «E-KAT», он использовался в автомобиле Alpina B12 5,7 E-KAT на базе BMW 750i . [33] Нагревательные змеевики внутри каталитического нейтрализатора в сборе подвергаются электричеству сразу после запуска двигателя, в результате чего катализатор очень быстро нагревается до рабочей температуры, чтобы дать автомобилю право на обозначение транспортного средства с низким уровнем выбросов (LEV). [34] BMW позже представила тот же подогреваемый катализатор, разработанный совместно Emitec, Alpina и BMW, [33] в своем 750i в 1999 году. [34]
Некоторые автомобили содержат предварительный каталитический нейтрализатор, небольшой каталитический нейтрализатор перед главным каталитическим нейтрализатором, который нагревается быстрее при запуске автомобиля, снижая выбросы, связанные с холодным запуском. Предварительная кошка чаще всего используется производителями автомобилей при попытке достичь рейтинга автомобиля со сверхнизким уровнем выбросов (ULEV), например, на Toyota MR2 Roadster. [35]
Воздействие на окружающую среду
Каталитические нейтрализаторы доказали свою надежность и эффективность в снижении вредных выбросов из выхлопной трубы. Однако они также имеют некоторые недостатки в использовании, а также негативное воздействие на окружающую среду при производстве:
- Двигатель, оснащенный трехкомпонентным катализатором, должен работать в стехиометрической точке , что означает, что потребляется больше топлива, чем в двигателе с обедненной смесью . Это означает примерно на 10% больше выбросов CO 2 от автомобиля.
- Для производства каталитического конвертера требуется палладий или платина ; часть мировых поставок этих драгоценных металлов производится недалеко от Норильска , Россия , где промышленность (среди прочего) привела к тому, что Норильск был добавлен в список самых загрязненных мест журнала Time . [36]
- Части каталитических нейтрализаторов и высокая температура самих преобразователей [37] могут вызвать лесные пожары , особенно в засушливых районах. [38] [39] [40]
Кража
Из-за внешнего расположения и использования ценных драгоценных металлов, включая платину , палладий и родий , каталитические преобразователи являются мишенью для воров. Эта проблема особенно распространена среди грузовиков и внедорожников последних моделей из-за их большого дорожного просвета и легко снимаемых каталитических нейтрализаторов с болтовым креплением. Приварные преобразователи также подвержены риску кражи, так как их легко отрезать. [41] [42] [43] Ножницы часто используются для незаметного снятия преобразователя [44] [45], но другие инструменты, такие как переносная сабельная пила, могут повредить другие компоненты автомобиля, такие как генератор переменного тока, проводка или топливопроводы. , с потенциально опасными последствиями. Рост цен на металлы в США во время товарного бума 2000-х годов привел к значительному увеличению хищений конвертеров. Замена каталитического нейтрализатора может стоить более 1000 долларов, и больше, если автомобиль был поврежден во время кражи. [46] [47] [48]
В 2019–2020 годах воры в Соединенном Королевстве нацеливались на гибридные автомобили старых моделей, в которых драгоценного металла больше, чем в новых автомобилях, а иногда и дороже, чем стоимость автомобиля, что приводило к их дефициту и длительным задержкам с их заменой. [49]
Диагностика
В различных юрисдикциях теперь требуется бортовая диагностика для контроля функции и состояния системы контроля выбросов, включая каталитический нейтрализатор. Транспортные средства, оснащенные диагностическими системами OBD-II , предназначены для предупреждения водителя о состоянии пропуска зажигания посредством включения индикатора «Проверьте двигатель» на приборной панели или его мигания, если текущие условия пропуска зажигания достаточно серьезны, чтобы потенциально повредить каталитический нейтрализатор. [ необходима цитата ]
Бортовые диагностические системы имеют несколько форм.
Датчики температуры используются для двух целей. Первый - это система предупреждения, обычно на двухходовых каталитических нейтрализаторах, которые до сих пор иногда используются на вилочных погрузчиках, работающих на сжиженном нефтяном газе. Датчик предназначен для предупреждения о том, что температура каталитического нейтрализатора превышает безопасный предел 750 ° C (1380 ° F). Современные конструкции каталитических нейтрализаторов менее подвержены температурным повреждениям и могут выдерживать длительные температуры до 900 ° C (1650 ° F). [ необходимая цитата ] Температурные датчики также используются для контроля работы катализатора: обычно устанавливаются два датчика, один перед катализатором, а другой - после него, чтобы контролировать повышение температуры над сердечником каталитического нейтрализатора. [ необходима цитата ]
Датчик кислорода является основой замкнутого контура системы управления на искровым зажиганием богатых ожоговой двигателя; однако он также используется для диагностики. В автомобилях с OBD II после каталитического нейтрализатора устанавливается второй кислородный датчик для контроля уровня O 2 . Уровни O 2 контролируются, чтобы увидеть эффективность процесса сжигания. Бортовой компьютер сравнивает показания двух датчиков. Показания снимаются путем измерения напряжения. Если оба датчика показывают одинаковый выходной сигнал или задний O 2 «переключается», компьютер распознает, что каталитический нейтрализатор либо не работает, либо был снят, и включит контрольную лампу неисправности, что повлияет на работу двигателя. Чтобы обойти эту проблему, были разработаны простые «имитаторы кислородного датчика» путем моделирования изменений в каталитическом нейтрализаторе с помощью планов и предварительно собранных устройств, доступных в Интернете. Хотя они не разрешены для использования на дорогах, их использование было неоднозначным. [50] Подобные устройства применяют смещение к сигналам датчиков, позволяя двигателю работать на более экономичной обедненной смеси, что, однако, может привести к повреждению двигателя или каталитического нейтрализатора. [51]
НЕТ
Икс датчики чрезвычайно дороги и обычно используются только тогда, когда двигатель с воспламенением от сжатия оснащен нейтрализатором избирательного каталитического восстановления (SCR) или нейтрализатором NO.
Икс поглотитель в системе обратной связи. При установке в систему SCR может быть один или два датчика. Когда установлен один датчик, он будет предварительным катализатором; когда установлены два, второй будет посткатализатором. Они используются по тем же причинам и таким же образом, что и кислородный датчик; единственная разница - это контролируемое вещество. [ необходима цитата ]
Смотрите также
- Каталитический нагреватель
- Оксид церия (III)
- НЕТ Икс адсорбер
- Моделирование рассеивания воздуха на проезжей части
Рекомендации
- ^ a b c d e Палука, Тим (зима 2004 г.). «Делать невозможное» . Изобретения и технологии . 19 (3). Архивировано из оригинала 3 декабря 2008 года . Проверено 14 декабря 2011 года .
- ^ а б в Издательство Петерсена (1975). «Каталитический нейтрализатор». В Эрвин М. Розен (ред.). Руководство Петерсена по поиску и устранению неисправностей в автомобильной промышленности . Нью-Йорк, Нью-Йорк: Гроссет и Данлэп. п. 493. ISBN 978-0-448-11946-5.
В течение многих лет выхлопная система ... оставалась практически неизменной до 1975 года, когда был добавлен странный новый компонент. Это называется каталитический нейтрализатор ...
- ^ а б в «General Motors считает, что у нее есть ответ на проблему загрязнения воздуха в автомобилях» . Клинок: Толедо, Огайо . 12 сентября 1974 . Проверено 14 декабря 2011 года .
- ^ а б в "Усилия по экономии топлива в головках каталитического нейтрализатора" . Страж Милуоки . 11 ноября 1974 . Проверено 14 декабря 2011 года .
- ^ «Выбор правильной дровяной печи» . Burn Wise . Агентство по охране окружающей среды США . Проверено 2 января 2012 года .
- ^ Кастеньед, Лоран (2018). Airvore или лицо неясного транспорта; хроника загрязнения окружающей среды annoncée . Монреаль (Квебек): écosociété. стр. 109–110 и иллюстрация с. 7. ISBN 9782897193591. OCLC 1030881466 .
- ^ Чере, Чаба (январь 1988 г.). «10 лучших инженерных достижений». Автомобиль и водитель . 33 (7): 63.
- ^ " Выхлопные газы стали безопасными " Popular Mechanics , сентябрь 1951 г., стр. 134, внизу страницы
- ^ « Его кошки, поедающие дым, теперь атакуют смог ». Popular Science , июнь 1955 г., стр. 83-85 / 244.
- ^ ( требуется регистрация ) «Карл Д. Кейт, отец каталитического нейтрализатора, умер в возрасте 88 лет» . Нью-Йорк Таймс . 15 ноября 2008 г.
- ^ Робертс, Сэм. «Джон Дж. Муни, изобретатель каталитического нейтрализатора, умер в возрасте 90 лет» . Нью-Йорк Таймс .
- ^ [ ненадежный источник? ] штатный писатель (без даты). " Корпорация Энгельхард ". referenceforbusiness.com. Проверено 7 января 2011 года.
- ^ «Юджин Гудри» . Институт истории науки . Июнь 2016 . Проверено 27 октября 2016 года .
- ^ Роберт Н. Картер, Лэнс Л. Смит, Хасан Карим, Марко Кастальди, Шах Этемад, Джордж Мюнч, Р. Самуэль Бурс, Пол Менахерри и Уильям К. Пфефферле (1998). « Разработка технологии каталитического сжигания для газотурбинных двигателей ». MRS Proceedings , 549, 93 DOI: 10.1557 / PROC-549-93
- ^ Достойно, Шэрон. « Химик из Коннектикута получает награду за технологию очистки воздуха ». Биомедицина . 23 июня 2003 г. Дата обращения 11 декабря 2012 г.
- ^ а б Пишингер, проф. Д-р инж. Стефан (2011). Verbrennungsmotoren Band 2 (24-е изд.). Ахен, Германия: Lehrstuhl Für Verbrennungskraftmachinen. п. 335.
- ^ Мартин Воцмайер, Томас Кройцер, Юрген Гишофф, Герхард Лепперхофф. Контроль выхлопных газов автомобилей , в Энциклопедии промышленной химии Ульмана , Wiley-VCH 2002. DOI: 10.1002 / 14356007.a03_189.pub2
- ^ Kašpar, J .; Fornasiero, P .; Грациани, М. (1999). «Использование оксидов на основе CeO2 в трехкомпонентном катализе». Катализ сегодня . 50 (2): 285–298. DOI : 10.1016 / S0920-5861 (98) 00510-0 . ISSN 0920-5861 .
- ^ а б Каспар, Ян; Форнасьеро, Паоло; Хики, Нил (2003). «Автомобильные каталитические преобразователи: современное состояние и некоторые перспективы». Катализ сегодня . 77 (4): 419–449. DOI : 10.1016 / S0920-5861 (02) 00384-X .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
- ^ Брандт, Эрих; Ван, Яньин; Гризл, Джесси (2000). «Динамическое моделирование трехкомпонентного катализатора для контроля выбросов выхлопных газов двигателя SI» (PDF) . IEEE Transactions по технологии систем управления . 8 (5): 767–776. DOI : 10.1109 / 87.865850 .
- ^ «Информационный бюллетень по технологии контроля загрязнения воздуха (PDF, Агентство по охране окружающей среды США)» (PDF) .
- ^ «Стандарты двигателей и транспортных средств для тяжелых условий эксплуатации и требования к контролю содержания серы в дизельном топливе для автомобильных дорог» (PDF) . 19 августа 2015. (123 КБ)
- ^ https://business.inquirer.net/114239/10-ethanol-in-your-gas-tank-starts-easter-monday
- ^ Матейовский, Лукаш; Macák, Jan; Поспишил, Милан; Барош, Петр; Сташ, Мартин; Краусова, Анета (2017). «Исследование коррозии металлических материалов в смесях этанол – бензин: применение электрохимических методов» . Энергия и топливо . 31 (10): 10880–10889. DOI : 10.1021 / acs.energyfuels.7b01682 .
- ^ https://www.equipmentworld.com/equipment/article/14952223/e-10-alive-the-corrosive-damage-ethanol-gasoline-does-to-your-fuel-pump
- ^ а б Крутсингер, Мартин (29 сентября 1982 г.). "Наборы для фольги для автоматического контроля загрязнения хорошо продаются". Солнце Гейнсвилля .
- ^ «Некоторые из нас могут позволить себе только драндулет». Пост Палм-Бич . 23 февраля 1996 г.
- ^ а б «Бить закон» . Импортировать тюнер . 1 октября 2006 года Архивировано из оригинала 28 февраля 2014 года . Проверено 9 января 2011 года .
- ^ Продажа и использование послепродажных каталитических преобразователей , Агентство по охране окружающей среды США, Федеральный регистр США, том 51
- ^ Таннер, Кит. Mazda MX-5 Miata . Мотоциклы . п. 120.
- ^ Ульман, Оуэн (14 июня 1976 г.). «Каталитический нейтрализатор по-прежнему вызывает споры после двух лет использования». Бюллетень [ необходимы пояснения ] .
- ^ Каталитические нейтрализаторы , nsls.bnl.gov
- ^ а б «Вехи» . alpina-automobiles.com . Архивировано из оригинала на 30 июня 2015 года . Дата обращения 5 июня 2015 .
- ^ а б Эдгар, Джулиан (5 октября 1999 г.). «Прощай, 12 вольт ... привет 42 вольт!» . Автоскорость. Архивировано из оригинального 28 мая 2012 года . Проверено 2 января 2012 года .
Текущая модель BMW 750iL имеет максимальную электрическую нагрузку 428 ампер (5,9 кВт)! В этом автомобиле более половины максимальной нагрузки приходится на кратковременный электрический нагрев каталитических нейтрализаторов.
- ^ «Предварительные кошки - что вы должны знать» . Клуб владельцев Toyota - Форум Toyota . Проверено 15 апреля 2018 года .
- ^ Уолш, Брайан (12 сентября 2007 г.). «Норильск, Россия» . Самые загрязненные места в мире . Время . Проверено 7 января 2011 года .
- ^ «Вот как избежать случайного начала следующей огненной бури» . pe.com . 6 сентября 2016.
- ^ «Возгорание от каталитического нейтрализатора является обычным явлением» . ocregister.com . 18 ноября 2008 . Проверено 15 апреля 2018 года .
- ^ «Каталитический нейтрализатор обвиняется в возгорании щетки SR-52» . fox5sandiego.com . 29 июня 2017 . Проверено 15 апреля 2018 года .
- ^ «Архивная копия» . Архивировано из оригинала 14 июля 2017 года . Проверено 14 июля 2017 года .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
- ^ Фрага, Брайан (30 ноября 2011 г.). «Полиция Карвера расследует кражу каталитического нейтрализатора» . Южное побережье сегодня . Проверено 21 декабря 2011 года .
- ^ Медичи, Джо (31 июля 2007 г.). «Коварные воры» . Chroniclet.com . Архивировано из оригинального 28 сентября 2007 года.
- ^ Мурр, Эндрю (9 января 2008 г.). «Изнурительное новое преступление - что воры крадут из современных автомобилей» . Newsweek . Проверено 7 января 2011 года .
- ^ «Каталитические нейтрализаторы воруют на ценные металлы» . 11 декабря 2019 г. - через www.rte.ie. Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ «Полиция Котати арестовала подозреваемых в краже каталитического нейтрализатора» . 29 ноября 2019.
- ^ «Воры по всей стране скользят под машинами, проникая в каталитические нейтрализаторы» . Нью-Йорк Таймс . 9 февраля 2021 г.
- ^ Джонсон, Алекс (12 февраля 2008 г.). «Украдено за 60 секунд: сокровище в твоей машине - по мере роста цен на драгоценные металлы каталитические преобразователи становятся мишенью для воров» . NBC News . Проверено 7 января 2011 года .
- ^ "Преобразователи, захваченные ворами автомобильной партии". PoconoNews . 2 июля 2009 г.
- ^ «Кража каталитического нейтрализатора: владельцам гибридных автомобилей грозит страховой кошмар» . Хранитель . 1 февраля 2020.
- ^ «Мировое соглашение связано с незаконным контролем выбросов вредных устройств, продаваемых для автомобилей» . 1 июня 2007 г.
- ^ "Проверьте огни двигателя, по какой-то причине". Concord Monitor . 12 января 2003 г.
дальнейшее чтение
- Keith, CD, et al. Патент США 3441381 : «Устройство для очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания». 29 апреля 1969 г.
- Lachman, IM et al. Патент США 3,885,977 : «Анизотропный кордиеритовый монолит» (керамическая подложка). 5 ноября 1973 г.
- Чарльз Х. Бейли. Патент США 4 094 645 : «Комбинированный глушитель и каталитический нейтрализатор с низким противодавлением». 13 июня 1978 г.
- Чарльз Х. Бейли. Патент США 4250146 : «Безкорпусный монолитный каталитический нейтрализатор». 10 февраля 1981 г.
- Шринивасан Гопалакришнан. ГБ 2397782: "Процесс и синтезатор для молекулярной инженерии материалов". 13 марта 2002 .
Внешние ссылки
- Каталитический нейтрализатор в HowStuffWorks
- Применение высокотемпературной изоляционной ваты в автомобилестроении
- Фотографии каталитического нейтрализатора
- Информация об утилизации каталитического нейтрализатора
- Сообщения полиции указывают на кражу автомобильных каталитических нейтрализаторов в разных частях США на Wikinews