Безопасность жизнедеятельности и экология

накопление NOx из ОГ при работе дизеля на бедной смеси (λ > 1; от 30 секунд до нескольких минут);

выделение NOx и восстановление (конверсия) в ОГ при работе дизеля на богатой смеси (λ < 1; 2 .10 секунд).

Накопление NOx

Оксиды азота при избытке кислорода в ОГ превращаются с помощью металлических окислительных нейтрализаторов на поверхности накопительного нейтрализатора NOx в нитраты. При этом к накопительному нейтрализатору добавлен окислительный нейтрализатор 3 (рис. 10.3), который окисляет NO в N02.

С возрастанием количества накопленных оксидов азота уменьшается способность нейтрализатора их связывать.

Имеются две возможности узнать, когда нейтрализатор нагружен так, что фазу накопления необходимо завершить:

количество накопленных оксидов азота рассчитывается смоделированным процессом с учетом температуры нейтрализатора;

датчик NOx за накопительным нейтрализатором измеряет концентрацию оксидов азота в ог.

Рис.10.3 Схема системы выпуска ОГ с накопительным нейтрализатором NOx

1-Двигатель 2-Система электрического подогрева ОГ. 3-Окислительный нейтрализатор. 4-Датчик температуры. 5-Широкополосный λ-зонд. 6-Накопительный нейтрализаторNOx 7-Дотчик NOx 8-блок управления

Восстановление NOx

Начиная с определенной степени загрузки, накопительный нейтрализатор NOx должен регенерироваться, т. е. накопленные оксиды азота должны снова высвобождаться и преобразовываться в азот и кислород. Для этого двигатель кратковременно переключается на режим работы с недостатком воздуха (λ = 0,95). При двухступенчатой регенерации (рис. 10.4) возникают диоксид углерода (СО) и азот (N2).

Существуют два различных способа определить конец фазы восстановления:

•смоделированный процесс рассчитывает количество оставшихся на нейтрализаторе оксидов азота;

• лямбда-зонд 7 (рис. 10.4), установленный за нейтрализатором, измеряет концентрацию кислорода в ОГ, и изменение напряжения с состава ОГ с недостатком воздуха (λ<1) на состав ОГ с избытком воздуха (λ>1) указывает на то, что процесс восстановления закончен (отсутствие СО).

Чтобы и при холодном пуске достичь значительного сокращения уровня содержания NOx > можно применить систему 2 электрического подогрева ОГ.

Наличие серы в топливе и смазочном масле приводит к «отравлению» нейтрализатора. Место накопления NOx покрывается серой, поэтому по возможности необходимо применять топливо, свободное от нее (< 0,001%).

Повышением температуры ОГ до 650°С при λ = 1 поверхности нейтрализатора можно очистить от отложений серы (этот процесс именуется десульфатизацией). Высокое содержание серы в топливе требует более частой десульфатизации, что отрицательно сказывается на расходе топлива.

Накопительный нейтрализатор NOx сокращенно называется также NSC (NOx Storage Catalyst).

Комбинированные системы

Для соблюдения будущих норм токсичности ОГ для многих дизельных автомобилей необходимо будет наличие систем очистки ОГ, которые делают возможным как фильтрацию твердых частиц, так и максимально эффективное снижение уровня эмиссии NOx. Такие системы называются четырехкомпонентными, поскольку наряду с NOx и твердыми частицами они снижают также содержание СН и СО.

Комбинация систем требует эффективного управления работой дизеля. К настоящему времени разработаны комбинации накопительного нейтрализатора NOx и фильтра твердых частиц, а также нейтрализатора SCR и фильтра твердых частиц.

Пример комбинированной системы. Сажа непрерывно окисляется фильтром с каталитическим покрытием (CDPF), установленная далее система SCR снижает уровень эмиссии NOx. Добавка восстановителя осуществляется в зависимости от режима и температуры или от концентрации NOx в ОГ перед нейтрализатором. За функционированием комплексной системы наблюдают газовые датчики (NOx и/или NH3) и датчики температуры.