Конструкция и специальное покрытие

Каталитический нейтрализатор NO_x акку­муляторного типа по своей конструкции подобен обычному трёхкомпонентному нейтрализатору, только в дополнение к платиновому и родиевому покрытиям он оснащается специальными добавками, ко­торые способны аккумулировать оксиды азота. Типичными накопительными мате­риалами являются оксиды калия, кальция, стронция, циркония, лантана и бария. Покрытие для аккумулирования NO₂ и покрытия для трёхкомпонентного катали­тического нейтрализатора могут нано­ситься на общий носитель (подложку).

Принцип действия

При работе на смеси стехиометрического состава (X = 1) нейтрализатор NO_x благо­даря покрытиям из благородных металлов работает так же, как и трёхкомпонентный каталитический нейтрализатор, но также преобразует оксиды азота, содержащиеся в отработавших газах при работе на бедной смеси. Однако это преобразование не яв­ляется постоянным процессом как при конвертировании углеводородов и оксида азота, а происходит в три стадии:

1. Аккумулирование (хранение) NO_x;

2.Извлечение (высвобождение) NO_x;

Преобразование.

Аккумулирование NO_x На поверхности платинового покрытия ок­сиды азота каталитически окисляются в диоксид азота NO,, который затем реаги­рует со специальными оксидами на повер­хности катализаторов и с кислородом О, с образованием нитратов. Например, NCX, при химическом соединении с оксидом ба­рия ВаО образует нитрат бария Ba(NO₃)₂ (таблица G, уравнение 1). Такой процесс позволяет нейтрализатору аккумулиро­вать оксиды азота, которые образуются во время работы двигателя на рабочей смеси с избытком воздуха.

Существуют два способа определения фазы полного накопления нейтрализатора NO_x аккумуляторного типа:

• Расчёт количества хранящихся оксидов азота путём моделирования с учётом тем­пературы нейтрализатора (4 на рис. 4);

• Непрерывное измерение концентрации NO_x в отработавших газах датчиком NO_x 6, установленным за нейтрализатором.

Извлечение и преобразование NO_x Чем больше аккумулируется оксидов азота, тем меньше способность нейтрализатора их связывать. Это означает, что регенера­ция должна происходить сразу, как только превышается определённый уровень на­копления, другими словами, аккумулиро­ванные оксиды азота должны высвобож­даться и преобразовываться. Для этого в течение короткого времени двигатель ра­ботает в режиме использования богатой гомогенной смеси (X < 0,8). Процесс извле­чения NO_x и преобразования их в азот и диоксид углерода происходит отдельно один от другого. В качестве восстановите­лей используются Н₂, СН и СО. Наимень­шая скорость регенерации наблюдается при использовании СН, и наибольшая ско­рость при использовании Н₂. Процесс из­влечения NO_x происходит следующим об­разом (следующее ниже описание даётся применительно к оксиду углерода СО как восстанавливающему агенту). Оксид угле­рода восстанавливает (раскисляет) нитрат (например, нитрат бария Ba(NO₃)₂) до ок­сида (например, оксид бария ВаО), что приводит к образованию диоксида угле­рода СО, и оксида азота NO (таблица G, уравнение 2).

Уравнения химических реакций для фазы накопления (1), фазы извлечения (2) и фазы преобразования (3)

(1) 2Ва +4NO, +0. —> 2Вз(Ш,)_? О.) 2 Ва (N01 + 3 СО—>3 СО, + ВаО + 2 NO (3)

2 NO +2 СО —>N₂ +2CO₂

Следовательно, при использовании оксида углерода СО покрытие родия преобразует NO_x в азот и диоксид углерода СО₂ (таб­лица G, уравнение 3).

Существуют два разных способа определе­ния завершения фазы извлечения NO_x:

• Модель, базирующаяся на расчёте коли­чества NO_x, всё ещё остающегося в ней­трализаторе;

• Измерение концентрации кислорода в отработавших газах кислородным дат­
чиком, установленным за нейтрализато­ром, по скачку выходного напряжения
при переходе с режима работы на бед­ной смеси к работе на богатой смеси, что
означает завершение фазы.