Кіріспе
Қазіргі заманғы автомобиль жасау саласы маңызды міндетке тап болып отыр. Инженерлер жаһандық ауа сапасын қорғау үшін зиянды қалдық шығарындыларын азайтуы керек. Іштен жану қозғалтқыштары отын жағу кезінде бірнеше улы қосалқы өнімдер шығарады. Оларға көміртегі тотығы, жанбаған көмірсутектер және азот оксидтері жатады. Сонымен қатар, қозғалтқыштар қатты бөлшектерді немесе күйені шығарады. Әлемдегі реттеуші органдар қатаң шығарындылар стандарттарын енгізді. Бұл стандарттар өндірушілерді озық өңдеу жүйелерін әзірлеуге мәжбүр етеді. Бұл технологиялық салада үш негізгі компонент жетекшілік етеді. Олар - дизельді тотығу катализаторы (DOC), дизельді бөлшектер сүзгісі (DPF) және бензинді бөлшектер сүзгісі (GPF). Әрбір компонент шығатын газ ағынында белгілі бір рөл атқарады. Кейбір жүйелерде сонымен қатар үш жақты каталитикалық түрлендіргіш газ тәрізді ластаушы заттарды өңдеу үшін. Бұл мақалада осы технологиялардың терең техникалық талдауы берілген.
Шығарындыларды бақылаудың негізі: үш жақты каталитикалық түрлендіргіш
The үш жақты каталитикалық түрлендіргіш тарихтағы ең сәтті шығарындыларды бақылау құрылғысын білдіреді. Ол негізінен бензин қозғалтқыштарына қызмет көрсетеді. Бұл құрылғы бір уақытта үш нақты ластаушыны басқарады. Біріншіден, ол азот оксидтерін элементарлық азот пен оттегіге дейін азайтады. Екіншіден, ол көміртегі тотығын көмірқышқыл газына дейін тотықтырады. Үшіншіден, ол жанбаған көмірсутектерді су мен көмірқышқыл газына дейін тотықтырады.
Тиімділік ауа-отын қатынасына қатты байланысты. Қозғалтқыш стехиометриялық нүктеге жақын жұмыс істеуі керек үш жақты каталитикалық түрлендіргіш тиімді жұмыс істеу үшін. Қазіргі заманғы көліктер бұл катализаторды басқа сүзу технологияларымен жиі жұптастырады. Мысалы, қазір көптеген бензинді тікелей бүрку (GDI) қозғалтқыштары пайдаланады үш жақты каталитикалық түрлендіргіш GPF-пен бірге. Бұл комбинация көлік құралының газ тәрізді және бөлшектер шығарындыларының шектеулеріне сәйкес келуін қамтамасыз етеді. Катализатор химиялық реакцияларды басқарады. Сүзгі қатты заттардың физикалық ұсталуын басқарады.
Дизель тотығу катализаторын (DOC) анықтау
DOC дизельді шығару жүйелерінде негізгі химиялық өңдеуші ретінде әрекет етеді. Ол ағынды құрылғыға ұқсайды. Сүзгіден айырмашылығы, ол қатты бөлшектерді ұстамайды. Керісінше, ол химиялық беттік реакцияларға сүйенеді. DOC құрамында керамикадан немесе металдан жасалған ұя тәрізді негіз бар. Өндірушілер бұл негізді бағалы металдардың жуғыш қабатымен қаптайды. Платина мен палладий - ең көп таралған белсенді материалдар.
DOC бірнеше маңызды функцияларды орындайды. Ол көміртегі тотығы мен көмірсутектерді аз зиянды заттарға айналдырады. Сондай-ақ, ол дизель күйесінің еритін органикалық фракциясын өңдейді. Бұл процесс бөлшектердің жалпы массасын азайтады. Сонымен қатар, DOC азот оксидінің қатынасын басқарады. Ол азот оксидін (NO) азот диоксидіне (NO2) айналдырады. Бұл ерекше түрлендіру төменгі ағынды DPF үшін өте маңызды. NO2 жоғары деңгейі төмен температурада күйенің жануын жеңілдетеді. Бұл синергия қалыпты жұмыс кезінде шығару жүйесінің бітелуіне жол бермейді.
Дизельді бөлшектер сүзгісінің (DPF) механизмі
DPF химиялық түрлендіруге емес, физикалық сүзуге бағытталған. Дизельді жағу көміртегі негізіндегі күйені тудырады. Бұл бөлшектер түтін мен тыныс алу денсаулығы мәселелеріне ықпал етеді. DPF қабырға ағынының монолиттік дизайнын пайдаланады. Бұл дизайнда арналар кезектесіп орналасқан ұштарында бітеледі. Бұл пайдаланылған газды арнаның кеуекті қабырғалары арқылы өтуге мәжбүр етеді.
Кеуекті қабырғалар микроскопиялық тор ретінде қызмет етеді. Олар күйе бөлшектерін ұстап қалады, сонымен бірге газдардың шығуына мүмкіндік береді. Дегенмен, бұл бөлшектер ақырында сүзгіні толтырады. Бұл жиналу қозғалтқыштағы кері қысымды арттырады. Жоғары кері қысым отын тиімділігін төмендетеді және қозғалтқыштың зақымдалуына әкелуі мүмкін. Мұны шешу үшін жүйе «қалпына келтіру» циклін бастайды. Қалпына келтіру күйені күлге айналдыру үшін жоғары жылуды пайдаланады. Пассивті регенерация жоғары жылдамдықты тас жолмен жүру кезінде орын алады. Белсенді регенерация қозғалтқышты басқару блогынан (ECU) қосымша отын бүркуді талап етеді. Бұл қосымша отын шығару температурасын шамамен 600 градус Цельсийге дейін көтереді.
GPF: Бензин бөлшектерінің шығарындыларына арналған шешім
Бензинді тікелей бүрку (GDI) қозғалтқыштары қуат пен отын үнемдеуді айтарлықтай арттырады. Дегенмен, олар ескі портты бүрку қозғалтқыштарына қарағанда ұсақ бөлшектердің жоғары деңгейін шығарады. Бензинді бөлшек сүзгісі (GPF) осы нақты мәселені шешеді. GPF DPF қабырға ағынының дизайнына ұқсас. Дегенмен, бензин қозғалтқыштары дизельді қозғалтқыштарға қарағанда басқаша шығару жағдайларын тудырады.
Бензиннен шығатын газ дизельді отынға қарағанда табиғи түрде ыстықырақ. Бұл жылу GPF-тің үздіксіз қалпына келуіне мүмкіндік береді. Демек, GPF дизельді жүйелерде байқалатын күрделі белсенді қалпына келтіру циклдарын сирек қажет етеді. GPF сонымен қатар жоғары кеуектілікке ие. Бұл дизайн газ ағынын жақсартуға және кері қысымды төмендетуге мүмкіндік береді. Көптеген заманауи конструкцияларда инженерлер GPF-ке каталитикалық жабынды жағады. Бұл «төрт жақты катализаторды» жасайды. Бұл интеграцияланған компонент ... міндеттерін орындайды. үш жақты каталитикалық түрлендіргіш күйені сүзу кезінде.
Интеграция және жүйелік синергия
Қазіргі заманғы шығару жүйелері бір ғана компонентке сүйенбейді. Олар үйлесімді жұмыс істейтін бірқатар құрылғыларды пайдаланады. Дизель жүйесінде DOC әдетте DPF-тің жоғары жағында орналасады. DOC DPF жұмыс істеуі үшін қажетті жылу мен NO2 шығарады. Кейбір жағдайларда азот оксидтерін одан әрі тотықсыздандыру үшін DPF-тен кейін селективті каталитикалық тотықсыздану (SCR) жүйесі жұмыс істейді.
Бензин жүйелерінде, үш жақты каталитикалық түрлендіргіш әдетте қозғалтқышқа ең жақын орналасады. Бұл орналасу оның тез қызуына мүмкіндік береді. Суық іске қосу кезінде шығарындыларды азайту үшін тез «шамды өшіру» уақыты өте маңызды. GPF әдетте катализаторды ұстанады. Бұл орналасу жүйенің бөлшектерді сүзбес бұрын газдарды тазартуын қамтамасыз етеді. Кейбір өндірушілер қазір кеңістік пен салмақты үнемдеу үшін осы екі компонентті бір корпусқа біріктіреді.
DOC, DPF және GPF техникалық салыстыруы
Төмендегі кестеде осы үш маңызды компонент арасындағы негізгі техникалық айырмашылықтар көрсетілген.
| Ерекшелік | Дизельді тотығу катализаторы (DOC) | Дизельді бөлшектер сүзгісі (DPF) | Бензин бөлшектер сүзгісі (GPF) |
|---|---|---|---|
| Негізгі мақсат | Улы газдарды (CO, HC) тотықтырыңыз | Қатты күйе бөлшектерін сүзгіден өткізіңіз | Ұсақ бензин күйесін сүзгіден өткізіңіз |
| Қозғалтқыш түрі | Дизельдік қозғалтқыштар | Дизельдік қозғалтқыштар | Бензин (GDI) қозғалтқыштары |
| Ішкі дизайн | Ағынды ұяшық | Қабырға ағынды монолит | Қабырға ағынды монолит |
| Материал | Керамикалық/металл Pt/Pd бар | Кордиерит немесе кремний карбиді | Керамика (кордиерит) |
| Регенерация | Қолданылмайды (тек химиялық заттар) | Белсенді және пассивті циклдар | Үздіксіз пассивті |
| Кері қысым | Әсері төмен | Толық болған кезде айтарлықтай әсер етеді | Орташа және төмен әсер |
| Кілт сөз | Үш жақты каталитикалық түрлендіргіш принциптерін қолданады | Жылу үшін DOC-пен жұмыс істейді | Көбінесе үш жақты каталитикалық түрлендіргішті ауыстырады |
Субстрат материалдары және беріктігі
Материалды таңдау сүзгінің немесе катализатордың қызмет ету мерзімін анықтайды. Көптеген жүйелер кордиеритті пайдаланады. Бұл керамикалық материал термиялық соққыға тамаша төзімділікті ұсынады. Қыздырған кезде ол өте аз кеңейеді. Бұл тұрақтылық қарқынды регенерация циклдері кезінде негіздің жарылуына жол бермейді.
Ауыр жүктемелі дизельді қозғалтқыштарда көбінесе кремний карбиді (SiC) қажет. SiC кордиеритке қарағанда жоғары балқу температурасына ие. Ол «бақыланбайтын» регенерацияның экстремалды температурасына төтеп бере алады. Дегенмен, SiC ауырырақ және қымбатырақ. үш жақты каталитикалық түрлендіргіш, кейбір өндірушілер металл негіздерді таңдайды. Металл негіздердің қабырғалары жұқа болады. Бұл жұқа қабырғалар тиімді беткі ауданды арттырады. Үлкен беткі аудан химиялық реакциялардың тиімділігін арттырады.
Техникалық қызмет көрсету және ақаулық режимдері
Әрбір шығарынды компонентінің қызмет ету мерзімі шектеулі. Күлдің жиналуы DPF және GPF үшін ең үлкен қауіп төндіреді. Күйеден айырмашылығы, күл жанбайды. Күл қозғалтқыш майының қоспаларынан және отын ластаушы заттарынан пайда болады. Мыңдаған шақырым қашықтықта күл сүзгі арналарын толтырады. Бұл күйе үшін бос орынды азайтады. Ақырында, сүзгіні кәсіби тазалау немесе ауыстыру қажет.
DOC және үш жақты каталитикалық түрлендіргіш әртүрлі қауіптерге тап болады. Белгілі бір химиялық заттар бағалы металдарды қаптаған кезде «улану» орын алады. Күкірт, фосфор және қорғасын - катализаторлардың кең таралған улары. Бұл химиялық заттар пайдаланылған газдардың катализатормен жанасуына жол бермейді. Сонымен қатар, шамадан тыс қызу «күйдіруді» тудыруы мүмкін. Күйдіру бағалы металдардың беткі ауданын азайтады. Бұл тұрақты зақым катализаторды тиімсіз етеді. Бұл компоненттерді қорғау үшін әрқашан жоғары сапалы, төмен SAPS (күкіртті күл, фосфор және күкірт) майын пайдаланыңыз.
Шығару тізбегіндегі мәселелерді диагностикалау
Қазіргі заманғы көліктер емдеуден кейінгі жағдайды бақылау үшін сенсорлар желісін пайдаланады. Дифференциалды қысым сенсорлары DPF немесе GPF арқылы қысымның төмендеуін өлшейді. Егер қысым тым жоғары болса, ECU ескерту шамын қосады. Оттегі сенсорлары үш жақты каталитикалық түрлендіргіштің тиімділігін бақылайды.
Істен шыққан DOC көбінесе кейінгі ағындарда ақаулар тудырады. Егер DOC жеткілікті жылу шығара алмаса, DPF қалпына келмейді. Бұл күйенің тез жиналуына және қозғалтқыштың «әлсіреуіне» әкеледі. Әдеттен тыс шығатын газдың иісі көбінесе катализатордың істен шығуын көрсетеді. Қара түтін әдетте DPF негізінің жарылғанын көрсетеді. Жүргізушілер бұл ескерту белгілерін ешқашан елемеуге тиіс. Ерте араласу ауыстыру шығындарында мыңдаған доллар үнемдейді.
Бөлшектерді сүзудің болашағы
Шығарындылар стандарттары бүкіл әлемде қатаңдатылуда. Болашақ ережелер сүзу тиімділігін одан да жоғарылатуды талап етуі мүмкін. Инженерлер қазіргі уақытта сүзгілерге арналған мембраналық жабындарды зерттеуде. Бұл жабындар тіпті 23 нм-ден кіші бөлшектерді ұстап қалуы мүмкін. Біз сондай-ақ электрмен қыздырылатын катализаторлардың көбеюін байқап отырмыз. Бұл құрылғылар көлік құралының электр жүйесін қыздыру үшін пайдаланады. үш жақты каталитикалық түрлендіргіш Бұл технология суық іске қосу кезінде шығарындыларды іс жүзінде жояды.
Қорытынды
DOC, DPF және GPF қазіргі заманғы автомобиль технологиясының танымал емес кейіпкерлері болып табылады. Олар бізге қоршаған ортаға келтіретін зиянды азайта отырып, ішкі жанудың артықшылықтарын пайдалануға мүмкіндік береді. DOC дизельді тазалаудың химиялық негізін қамтамасыз етеді. DPF ауыр күйені ұстап қалудың сенімді шешімін ұсынады. GPF бұл принциптерді заманауи бензин қозғалтқышына бейімдейді. Соңында, үш жақты каталитикалық түрлендіргіш газ фазасын тазартудың маңызды құралы болып қала береді. Тиісті техникалық қызмет көрсету, майды дұрыс таңдау және тас жолда үнемі жүру бұл жүйелердің көліктің қызмет ету мерзімі ішінде жұмыс істеуін қамтамасыз етеді. Технология дамыған сайын, бұл компоненттер одан да интеграцияланған және тиімді бола түседі.
