Катализаторы отработавших газов. Основные типы

Катализаторы отработавших газов (ОГ) используются в автомобилях с начала 70-х годов. Первые страны, в которых из-за жестких норм токсичности отработавших газов появились катализаторы, были США и Япония. В Германии автомобили начали оснащать катализаторами лишь в начале 80-х годов. С помощью катализаторов возникающие при сгорании бензина ядовитые вещества СО, СН, NOx превращаются в безвредные СO2, Н2O и N2.

Для каталитического дожигания ядовитых компонентов отработавших газов их нужно пропустить через катализатор, прежде чем они покинут выхлопную систему. Внутри катализатора имеется очень пористый несущий материал из керамических или металлических блоков. Этот несущий материал покрывается сначала оксидным промежуточным слоем (Washcoat), а поверх него — каталитически активным слоем из благородных металлов (платины и/или палладия и родия). На каталитически активном слое происходят химические реакции, при которых еще ядовитые оксид углерода и оксиды азота превращаются в диоксид углерода и элементарный азот, а углеводороды — в диоксид углерода и воду.

У регулируемых трехкомпонентных катализаторов (тройного действия) с помощью лямбда-зонда определяется остаточное содержание кислорода в выхлопе для регулирования состава смеси. Таким образом, можно соблюсти оптимальное соотношение топлива и воздуха А=1. В результате получается точно адаптированный к катализатору состав ОГ. У новых систем степень нейтрализации ядовитых компонентов достигает 98%.

Проблема традиционных регулируемых катализаторов тройного действия состоит в том, что для оптимальной нейтрализации вредных компонентов необходим коэффициент избытка воздуха, равный 1. Из-за этого их использование в дизельных двигателях и двигателях, работающих на бедной смеси, невозможно вовсе или только с очень большими ограничениями.

Были разработаны новые технологии и системы катализаторов, некоторые находятся на пороге запуска в серийное производство. Речь идет о накопительных катализаторах, накапливающих NOx в режиме бедной смеси и снова отдающих при регулируемом обогащении смеси. Особые варианты катализаторов SCR могут использовать создаваемые в режиме бедной смеси углеводороды в качестве восстановителей. Регулирование смеси для восстановления катализатора выполняется по командам электронного блока управления двигателем. Между тем в катализаторах используются и другие материалы — барий, ванадий, вольфрам и иридий. На рисунке изображена принципиальная схема обычного катализатора отработавших газов.

Рис. Схема катализатора отработавших газов

Различают три типа конструкции катализаторов:

• насыпной (корпус катализатора заполнен гранулами, покрытыми каталитическим материалом) — в настоящее время не применяется;
• керамический (несущий материал — керамический блок);
• металлический (несущий материал — металлический блок).