Безопасность жизнедеятельности и экология
При очистке ОГ дизелей особое внимание уделяется сокращению содержания двух компонентов:
твердых частиц, которые возникают из-за неоднородного распределения смеси в камере сгорания;
оксидов азота (NOx), которые образуются при высоких температурах сгорания топливовоздушной смеси в дизеле.
Окислительный нейтрализатор
Чтобы быстрее достигнуть рабочей температуры, окислительный нейтрализатор 9 (рис. 1) должен располагаться в системе выпуска как можно ближе к двигателю. Он уменьшает уровень эмиссии углеводородов (СН), оксида углерода (СО) и летучих составляющих твердых частиц, превращая все это в воду (Н20) и диоксид углерода (СО,). Окислительные нейтрализаторы уже выпускаются серийно. Особыми версиями (т. н. «трехкомпонентными» — ред.) можно одновременно сократить уровни эмиссии оксидов азота (NOx), CH и СО, причем содержание NOx снижается на 5 . 10%.
Фильтр твердых частиц
В фильтре 10 (рис. 1) собираются содержащиеся в ОГ твердые частицы. Падение давления за фильтром твердых частиц — это возможный индикатор его загрязнения сажей, и в этом случае фильтр нуждается в очистке и регенерации. Необходимая для дожигания этой сажи температура (свыше 600°С) при нормальных режимах работы дизеля не возникает. С помощью некоторых регулировок аппаратуры подачи топлива и воздуха, например, установкой позднего момента начала впрыскивания и дросселированием воздуха на впуске, можно повысить температуру ОГ.
К настоящему времени разработаны специальные фильтры из пористой керамики, которые уже применяются серийно на легковых автомобилях.
Каталитические присадки
Добавлением в топливный бак каталитических присадок обеспечивается снижение температуры дожигания твердых частиц в фильтре на 100°С. Разумеется, противодавление ОГ будет постепенно увеличиваться во время работы дизеля, так как негорючие отложения (пепел каталитических присадок) задерживаются фильтром. Это повышает расход топлива и ограничивает срок службы фильтра.
Система регенерации фильтра
При наличии системы регенерации фильтр твердых частиц подсоединяется к окислительному нейтрализатору, который окисляет содержащийся в ОГ оксид азота NO в диоксид азота N02- В этом случае собранная в фильтре сажа непрерывно сжигается при подаче сюда N02 уже при температуре 250°С, что значительно ниже температуры сгорания твердых частиц в обычных фильтрах, где происходит сгорание с подачей обычного кислорода 02.Датчики температуры, дифференциальный датчик давления и датчик сажи за фильтром твердых частиц контролируют функционирование системы регенерации фильтра. В настоящее время эта система испытывается на городских автобусах.
Рис. 10.2 Система выпуска ОГ с окислительным нейтрализатором, фильтром твердых частиц и системой добавления присадок
1-блок управления жидкой каталитической присадкой. 2-блок управления дизелем. 3-насос. 4-датчик уровня присадки. 5-бак с присадкой. 6-клапан дозирования присадки. 7-топливный бак. 8- двигатель. 9-окислительный нейтрализатор. 10-фильтр твердых частиц. 11-датчик температуры. 12-дифференциальный датчик давления. 13- Сажевый датчик
Для длительной работы окислительных нейтрализаторов, из-за их чувствительности к сере, требуется топливо с низким ее содержанием.
Окислительный нейтрализатор и фильтры твердых частиц могут быть интегрированы в один конструктивный элемент с каталитическим покрытием фильтра. Этот фильтр сокращенно именуется CSF (Catalyzed Soot Filter, т. е.фильтр с каталитическим покрытием)или CDPF (Catalyzed Diesel Particulate Filter, т. е. каталитический дизельный фильтр твердых частиц).
Накопительный нейтрализатор NOx
Дизель всегда работает с избытком воздуха (бедная смесь, λ > 1), поэтому трехкомпонентный нейтрализатор, применяемый на бензиновых двигателях со впрыском топлива во впускной трубопровод, не может использоваться для снижения количества оксидов азота (NOx). При избытке воздуха СО и СН реагируют с остаточным кислородом ОГ до образования С02 и Н20 и, таким образом, не могут быть использованы для превращения N0X в азот (N2).
Для снижения концентрации оксидов азота в ОГ дизелей легковых автомобилей разработан накопительный нейтрализатор NOx» который уменьшает содержание оксидов азота другим способом: собирает их, а затем конвертирует. Этот процесс протекает в два этапа: