Расчет каталитического нейтрализатора двигателя

Расчет каталитического нейтрализатора двигателя сводится к определению необходимого количества каталитических элементов, т.е. к определению объема его реактора и определению количества воздуха, необходимого для окисления продуктов неполного сгорания.

Объем реактора нейтрализатора определяется количеством проходящих через него ОГ двигателя и активностью каталитических элементов, которая определяется объемной скоростью газа, проходящей через катализатор. Количество выбрасываемых ОГ прямо пропорционально мощности двигателя, удельному расходу топлива и коэффициенту избытка воздуха. Объем каталитических элементов (реактора) Ц (в л) определяют по формуле:
1/к = 1000Qor/Wr, Wr - объемная скорость, ч-1.

Выбор объемной скорости зависит от химической активности катализатора, формы и размеров каталитических элементов и от состава ОГ. Для нейтрализаторов бензиновых ДВС объемная скорость алюмоплатиновых каталитических элементов принимается равной 100 000 ч-1. Путем регулирования температуры в реакционной камере можно поддерживать оптимальный температурный диапазон. Степень превращения зависит от реакционно-кинетических свойств используемого катализатора. В начале катализатора температура реакции будет соответствовать температуре ОГ, а у его конца несколько увеличится.

Если температура в начале катализатора слишком низка, то ее можно повысить, установив в системе теплообменник. Перед выходом в атмосферу ОГ, нагретые за счет теплоты сгорания до более высокой температуры, отдают свое тепло еще не сожженным ОГ. При эксплуатации температура в нейтрализаторе составляет 400-600°С, для чего нейтрализатор располагают вблизи выпускного клапана.

Наибольшее распространение получили нейтрализаторы с платинородиевыми катализаторами с удельным содержанием драгоценных металлов 1,4 г/л при отношении платины (Pt) к родию (Rh) 5:1. В среднем автомобильный нейтрализатор объемом 1,5 л содержит 1,8 г платины и 0,36 г родия. С середины 1990-х годов наряду с платиной стали применять палладий Pd, обладающий высокой эффективностью на режимах прогрева холодного двигателя, стойкостью к высоким температурам.

Катализаторы, используемые для ускорения реакции окисления СО и СтНn, обычно содержат 1-2 г платины и палладия. Каталитическое превращение СО при температуре выше 400°С может достигать 95-99%. Углеводороды разделяют на быстро и медленно сгорающие. К последним следует отнести предельные СтНn с малой молекулярной массой и в первую очередь метан. Если быстро сгорающие CmHn окисляются до 95%, то метановые СтНn окисляются приблизительно до 10-70%. Окисление медленно сгорающих CmHn достигается за счет действия платины. Что же касается палладия, то он особенно активен при окислении СО и быстро сгорающих CmHn. Если на выходе из нейтрализатора количество СтНn велико, то можно увеличить Озаж, что повышает в нем температуру и уменьшает выброс СтНn.

Блок-носитель каталитического нейтрализатора изготавливают из керамики сотовой структуры, гофрированной фольги из нержавеющей стали толщиной 0,03-0,04 мм или в виде гранул из оксида алюминия, которые укладываются в металлический цилиндр, закрытый по торцам сетками. Чтобы обеспечить необходимый массоперенос между ОГ и каталитической поверхностью, ее площадь увеличивают путем нанесения на нее гамма-оксида алюминия (с пористой структурой), содержащего каталитический материал.