Олег Никифоров Современный мир оказывает большое влияние на жизнь каждого из нас. Новые технологии стремительно наполняют нашу жизнь, уровень технического оснащения растет. Вместе с благосостоянием населения растет всеобщая автомобилизация, которая, с одной стороны, привносит в жизнь удобство и комфорт, а с другой – заставляет задуматься над экологией нашей страны. В этой связи были приняты экологические нормы, необходимые для последовательного снижения вредного влияния отработавших газов автомобилей на города и села.
Выхлопные газы двигателей представляют собой сложную многокомпонентную смесь газов, паров, капель жидкостей и дисперсионных твердых частиц. Среди которых можно выделить следующие составляющие: содержащиеся в воздухе – азот и кислород, продукты полного сгорания топлива – диоксид углерода и водяной пар, вещества, образующиеся в результате термического синтеза из воздуха при высоких температурах – оксиды азота, продукты неполного сгорания топлива – монооксид углерода, углеводороды, дисперсионные твердые частицы, а также оксиды серы, альдегиды, продукты конденсации и полимеризации. Кроме продуктов сгорания топлива в выхлопных газах двигателей присутствуют продукты сгорания смазочного масла и веществ, применяющихся в качестве присадок к топливу и маслу.
Исследования ученых в области автомобильного катализа позволяют уже сейчас предлагать потребителю экономически эффективные решения по борьбе с загрязнением атмосферы токсичными компонентами выхлопных газов. Надо отметить, что это является непростой технической задачей. В зависимости от источника загрязнения – бензиновый или дизельный двигатель – требуется отдельный подход в решении задачи. Наиболее оптимальным вариантом является изначальное проектирование системы с учетом экологических стандартов, а так как в проектировании систем участвуют до пяти компаний, то и с учетом дальнейшей модернизации и использования системы.
В качестве наиболее используемых систем можно назвать четыре основные (все они применяются в настоящее время).
Трехфункциональные катализаторы используются при решении проблемы в бензиновых двигателях, где зарекомендовали себя с положительной стороны. Они позволяют снизить содержание вредных веществ в отработавших газах двигателя на 90–95%.
В окислительных катализаторах для дизелей происходит окисление монооксида углерода и продуктов неполного сгорания топлива до двуокиси углерода и водяного пара.
Когда вы едете за автобусом, оснащенным дизельным двигателем, можно заметить черный клубок дыма. Особенно заметно это в холодную погоду или в момент запуска двигателя. Это твердые частицы – один из наиболее значимых токсичных компонентов выхлопных газов. Основными составляющими твердых частиц являются сажа, оксиды металлов, сульфаты и вода, а также в меньших объемах – несгоревшие частицы топлива и моторного масла. В настоящее время разработан каталитический сажевый фильтр, особенностью которого является непрерывная его очистка от накапливающихся твердых частиц при средней рабочей температуре выхлопных газов вкупе с другими компонентами системы.
Выбор каталитического конвертера зависит от состава и температуры выхлопных газов. Выхлопные газы дизельного двигателя содержат так много кислорода, что окислы азота не могут восстановиться до свободного азота. Наибольшую опасность окислы азота представляют в качестве активного компонента смога. Так, соединяясь с несгоревшими олефиновыми углеводородами, они образуют токсичные нитроолефины, вызывающие заболевания дыхательных путей и нервные расстройства. Причем токсикологический эффект воздействия окислов азота на человека примерно в десять раз выше, чем у монооксида углерода. Следовательно, необходим поиск решения проблемы восстановления окислов азота. Для снижения концентрации окислов азота в выхлопных газах дизелей легковых автомобилей в Германии разработан накопительный нейтрализатор окислов азота, который уменьшает содержание окислов азота при помощи их аккумулирования с последующим восстановлением до свободного азота. Другим техническим решением является использование катализатора селективного восстановления. В этом случае в выпускной тракт дизельного двигателя впрыскивают некоторое количество специального раствора мочевины. Дозирование и момент впрыска рассчитываются в соответствии со стратегией управления, заложенной в электронный блок управления. Вся эта смесь перемешивается в выхлопном тракте и поступает в селективный каталитический конвертер, где протекает восстановительная реакция.
Выбрать единственно правильную систему нейтрализации токсичных компонентов выхлопных газов, эффективно работающую с различными типами двигателей, действующих в разных климатических зонах, с разным качеством топлива нельзя. Уровень технического оснащения, возможности технологической базы и качество горюче-смазочных материалов накладывают не меньшие ограничения на конструкцию нейтрализатора, чем стоимость продукта при выборе типа каталитической системы. Поэтому необходим комплексный подход, сочетающий в себе различные вариации для технических решений.
