В сущности бензин состоит из молекул углерода и кислорода. При сгорании бензина в цилиндрах двигателя углерод соединяется с кислородом, находящимся в воздухе, в результате чего образуется двуокись углерода (углекислый газ СО2), водород соединяется с кислородом, образуя воду (Н2О). Из 1 л бензина получается примерно 0,9 л воды, которая обычно не видна, так как она выходит из системы выпуска отработавших газов в виде пара, в который превращается под воздействием высокой температуры. Только при холодном двигателе, особенно в холодное время года, видны белые облака отработавших газов, образованные сконденсированной водой.
Эти продукты горения образуются, когда воздух и топливо смешиваются в оптимальной пропорции (14,7:1). Но, к сожалению, это соотношение не всегда выдерживается, поэтому и присутствуют вредные вещества в отработавших газах.
Автомобиль Fiesta оборудован управляемым трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором, дизельный двигатель — окислительным каталитическим нейтрализатором
Все без исключения автомобили оборудованы управляемым трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором, автомобили с дизельными двигателями Endura-DE — окислительным каталитическим нейтрализатором. Управляемый каталитический нейтрализатор уменьшает содержание оксидов углерода примерно на 85%, углеводородов — на 80%, оксидов азота — на 70%. Окислительные каталитические нейтрализаторы не оказывают никакого влияния на концентрацию оксидов азота. С увеличением пробега эффективность каталитического нейтрализатора снижается. Обозначение «управляемый» говорит о том, что при работе двигателя состав отработавших газов постоянно контролируется с помощью датчика концентрации кислорода и содержание вредных веществ в газах уменьшается до предписанных законодательством норм.
Функция датчика концентрации кислорода (лямбда-зонд)
 | Рис. 11.4. Расположение датчика (1) концентрации кислорода в приемной выхлопной трубе (2), где температура отработавших газов максимальна |
Датчик концентрации кислорода (HO2S) на автомобиле Fiesta установлен перед каталитическим нейтрализатором в передней выхлопной трубе ( рис. 11.4) и действует по принципу гальванического элемента с твердым электролитом в виде керамического материала, изготовленного из диоксида циркония и оксида иттрия. Керамический материал датчика подвергается снаружи воздействию отработавших газов, его внутренняя поверхность соединена с окружающим воздухом. Для уменьшения времени приведения датчика в нормальный рабочий режим его оборудуют электрическим подогревом. Вследствие разницы в содержании кислорода в отработавших газах и окружающем воздухе в датчике возникает разность потенциалов, которая при определенном остаточном содержании кислорода в отработавших газах сильно увеличивается. Этот скачок напряжения происходит точно при соотношении топлива и воздуха l=1. При недостатке кислорода (l<1), т.е. при богатой топливовоздушной смеси, напряжение составляет 0,9–1,1 В. При бедной смеси (l>1) напряжение уменьшается до 0,1 В.
Сигнал датчика концентрации кислорода передается блоку управления системой впрыска топлива. Блок обогащает или обедняет топливовоздушную смесь, чтобы поддерживать соотношение топлива и воздуха как можно ближе к оптимальному l=1.
Рабочая область каталитического нейтрализатора
Степень эффективности каталитического нейтрализатора является функцией рабочей температуры. Нейтрализатор начинает работать при температуре приблизительно 300 °С, которая достигается через 25–30 с движения. Рабочая температура в диапазоне 400–800 °С обеспечивает оптимальные условия для получения максимальной эффективности и большого срока службы нейтрализатора.
Керамический каталитический нейтрализатор восприимчив к сверхвысокой температуре. Если его температура превышает 900 °С, начинается процесс интенсивного старения, а при температурах свыше 1200 °С его работоспособность полностью нарушается.
Активный слой состоит из металлов, чувствительных к содержанию свинца в топливе, при отложении которого активность каталитического слоя быстро уменьшается. Поэтому двигатели с каталитическими нейтрализаторами следует эксплуатировать только на неэтилированном бензине.
 | Рис. 11.5. Схема работы каталитического нейтрализатора. От двигателя поступают вредные вещества NOx (оксиды азота), СО (угарный газ) и СН (углеводороды), а после реакции в каталитическом нейтрализаторе выходят N2 (азот), СО2 (углекислый газ) и Н2О (вода): 1,2 – металлические сетки; 3 – корпус; 4 – перфорированная воронка |
Каталитический нейтрализатор имеет пористое керамическое основание, покрытое драгоценными металлами — платиной и родием и заключенное в оболочку из нержавеющей стали. Расположенное на проволочной сетке керамическое основание пронизано большим количеством параллельно расположенных каналов. На стенках каналов нанесен промежуточный слой для увеличения активной поверхности каталитического нейтрализатора ( рис. 11.5).
Каталитический нейтрализатор содержит 2–3 г драгоценных металлов, причем платина способствует окислению, а родий — восстановлению окислов азота.
Каталитический нейтрализатор нейтрализует такие вредные вещества, как угарный газ, углеводород и оксиды азота (поэтому он называется трехкомпонентный каталитический нейтрализатор).
ПРАКТИЧЕСКИЙ СОВЕТ Эксплуатация автомобилей с каталитическим нейтрализатором
· Если двигатель автомобиля Fiesta не пускается из-за разрядки аккумуляторной батареи, не пытайтесь пустить двигатель, толкая или буксируя автомобиль. В каталитический нейтрализатор попадет очень много несгоревшего топлива, которое со временем приведет его в негодность.
· При перебоях в зажигании или пропусках зажигания необходимо сразу же проверить систему зажигания и при дальнейшем движении избегать высокой частоты вращения коленчатого вала двигателя.
· Перед нанесением защитной мастики на днище кузова тщательно закройте каталитический нейтрализатор, иначе возможно возгорание.
· При каждом подъеме автомобиля обязательно проверяйте теплозащитные пластины.
· Негерметичность системы выпуска отработавших газов (прогоревшая прокладка, трещина от высокой температуры и т.д.) перед датчиком концентрации кислорода приводит к неправильным результатам измерения (высокая доля содержания кислорода). Поэтому электронный блок управления двигателем будет обогащать смесь, что приведет к увеличению расхода топлива и преждевременному износу каталитического нейтрализатора.
ТЕХНИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ Состав отработавших газов
Оксид углерода (угарный газ — СО).
Чем богаче топливовоздушная смесь, тем больше образуется угарного газа. Точное управление количеством впрыскиваемого топлива, правильно установленный момент зажигания и равномерное распределение смеси в камере сгорания уменьшают содержание угарного газа в отработавших газах. Никогда не измеряйте содержание оксида углерода в закрытых помещениях, так как угарный газ ядовит и даже небольшая его концентрация в закрытых помещениях может быть смертельна. В воздухе угарный газ относительно быстро соединяется с кислородом и образует углекислый газ. Несмотря на то что углекислый газ не ядовит, он участвует в образовании «парникового» эффекта.
Углеводороды (СН).
Соединения углеводородов объединены в одну группу. Содержание СН зависит от конструкции двигателя (неизменяемая величина). Слишком богатая или слишком бедная топливовоздушная смесь также увеличивает долю содержания СН в отработавших газах. Некоторые из них безопасны, другие могут вызывать раковые заболевания. Все соединения углеводородов совместно с оксидами азота (NOx) образуют смог (тяжело растворимые туманные облака отработавших газов).
Оксиды азота (NOx или NO) -
образуются, прежде всего, из-за наличия азота в воздухе, поступающего в камеру сгорания (свыше 3/4). Их концентрация особенно высока в конструкциях двигателей с низким расходом топлива и малым содержанием СО и СН в отработавших газах. Для этих двигателей характерны высокая температура сгорания и бедная топливовоздушная смесь. При сильной концентрации оксиды азота могут повредить органы дыхания. При соединении с водой образуются кислотные дожди.
Углекислый газ (СО2).
Образуется при сгорании топлива, содержащего углерод, при соединении с кислородом воздуха. Углекислый газ уменьшает полезное воздействие озонового слоя Земли, защищающего от вредного ультрафиолетового излучения Солнца.
Ядовитые вещества, содержащиеся в отработавших газах дизельных двигателей.
При работе дизельного двигателя образуется незначительное количество СО и СН. Из-за более высокой компрессии дизельный двигатель выбрасывает меньше оксидов азота. Но для дизельного двигателя характерны другие вредные вещества в продуктах сгорания. Например, сажа — типичная составная часть отработавших газов дизеля. Сажа состоит из несгоревших углеродов и золы. Частицы сажи при попадании в органы дыхания становятся возбудителями рака. Двуокись серы (SO2) также образуется при наличии серы, прежде всего, в дизельном топливе. Способствует появлению серной или сернистой кислоты в дожде (кислотные дожди). Автомобили с дизельными двигателями становятся причиной 3% кислотных осадков.
Углекислый газ образуется при сгорании дизельного топлива только при более высоких концентрациях.
