Методы эколого-технического мониторинга целостности конструкции каталитического нейтрализатора-конвертера на отечественных автомобилях

Очевидно, что автомобиль в значительной степени влияет на экологию окружающей среды, главную роль здесь играют выхлопные газы ( отработавшие газы) . Выхлопные газы содержат в себе до 200 химический образований, многие из которых являются вредными и даже в незначительном количестве представляют угрозу для окружающей среды и здоровья человека. С запретом использования этилированного бензина (с добавлением свинецсодержащих присадок) начался новый виток в истории борьбы человека за экологически чистый выхлоп. [2, c. 1] Ознаменовался он использованием сначала дожигателей отработавших газов ,а позже катализатора химических реакций. В этой статье будет затрагиваться проблема каталитических конвертеров-нейтрализаторов. А именно способы обнаружения их поломки либо удаления. Удаление нейтрализатора законодательством Украины в данный момент не преследуется, однако в Российской федерации – при обнаружении удаления либо несоответствия показателей выхлопа законодательными нормам положен штраф.

Причина вызвавшая написание этой статьи лежит в плохом качестве продаваемого на автозаправочных станциях бензина и желании водителей сэкономить. Отечественные автомобили (ВАЗ) с завода оборудуются каталитическими нейтрализаторами – у различных моделей срок службы разный , однако, средний срок службы составляет 400- 600 тыс км. При работе в отечественных условиях – срок службы нейтрализатора значительно снижается из-за плохого качества бензина, однако, довольно часты случаи поломки нейтрализатора из-за использования этилированного бензина, который к продаже запрещен, однако, все еще держится на рынке в качестве фальсификата.[3, c. 3] Также из-за возможного попадания масла в двигатель ( оплошность, либо плохое состояние двигателя), попадания топливно-воздушной смеси непосредственно в нейтрализатор с последующим воспламенением (поломка свечей, зажигания) катализатор моментально выходит из строя. Автомобилисты нашли простое решение данной проблемы- они удаляют нейтрализатор, изменяют программу либо устанавливают эмулятор сигналов с датчиков – и эксплуатируют автомобиль с данными новшествами. Что получается в итоге – очевидно: токсичность выхлопа опускается до уровня автомобилей с карбюраторной топливной системой, а иногда и хуже – из-за неадекватного перепрограммирования или поломки эмулятора. Таким образом, современный автомобиль с экологической точки зрения становится аналогом экземпляров автопрома из восьмидесятых годов.

Автор надеется – что вскоре, в связи с попытками Украины преобразовать свое законодательство для ассоциации с Европейским союзом, в стране возникнет либо государственная либо частная служба по контролю за экологичностью выхлопа, однако так как газоанализаторное оборудование сравнительно дорого, то предлагается косвенная методика, которая позволила бы работниками, к примеру, Госавтоинспекции проводить экспресс диагностику – наличия-отсутствия катализатора.

Рис.1: Строение катализатора

Работа катализатора (см. рис.1) заключается в ускорении реакций восстановления и окисления , проходящий в отработавших газах до того момента как они попадут в атмосферу. Современный катализатор состоит из таких компонентов [1, c. 168] : корпус из нержавеющей стали, термостойкая прокладка, подогреватель, трехкомпонентный нейтрализатор, один либо два датчика кислорода расположенных соответственно перед и после нейтрализатора. Корпус из нержавеющей стали необходим для защита основного тела нейтрализатора то есть так называемой керамики либо « сот » от механических и термических воздействий окружающей среды.

Необходимость защиты от механических воздействий объясняется расположением катализатора под днищем автомобиля и соотвественно существованием вероятности попадания в нейтрализатор посторонних предметов и ударов о дорожное полотно, также осуществляется защита от попадания воды, что критически важно, так как рабочая температура катализатора составляет промежуток 600-900 градусов цельсия. Термическая изоляция необходима для возможности перманентного поддержания рабочей температуры вне зависимости от погодных условий.

Необходимо отметить что главной проблемой рассматриваемой в данной статье является способ мониторинга состояния катализатора , а именно наличие оного на автомобиле либо нет. Отсутствие катализатора может быть обусловлено его поломкой и нежеланием водителя затрачивать дополнительные материальные средства на покупка нового нейтрализатора и его установку. Владелец автомобиля руководствуется простым расчетом общая стоимость замены катализатора будет составлять для автомобиля ВАЗ 2170 цену от 5500 грн и выше. В цену входит стоимость оригинального катализатора ( 600 долларов США) и стоимость работ по замене нерабочего катализатора на новый 600 грн . Стоимость же удаления основного тела катализатора с последующей установкой пламегасителя в корпус нейтрализатора составляет 400 грн, также при желании водитель предоставляются услуги по перепрограммированию электронного блока управления для устранения программных сбоев произошедших вследствие изменения конструкции автомобиля

Таким образом первым способом[4, c. 2] который представляется возможным для обнаружения удаления нейтрализатора может являться температура на поверхности корпуса нейтрализатора, так как при удалении его рабочего тела перестают происходить реакции окисления и понижается давление внутри корпуса – то соответственно понизится и температура внутри корпуса, что отразится на температуре самого корпуса. Предлагается экспериментальная проверка сделанных предположений: при удалении основного тела катализатора или удалении с последующей установкой так называемых резонаторных пламегасителей температура корпуса нейтрализатора должна упасть из-за невозможности полноценного теплообмена и отсутствия дополнительного источника тепловой энергии в виде окисляющихся монооксида углерода и углеводородов. Также из-за повышения площади проходного сечения должна изменится кривая зависимости температуры от процента открытия проходного сечения дроссельной заслонки.

Вторым способом проверки наличия-отсутствия катализатора может стать компрессометорный способ . В большинстве случаев после удаления катализатора значительно увеличивается площадь проходного сечения

катализатора – в следствии этого значительно падает давление в объеме перед катализатором, которое ранее создавалось поршнями цилиндров на такте выпуска и самим катализатором , в значительной мере тормозящий поток газов. Проблему составляет мониторинг давления на протяжении определенного временного промежутка – на лицо значительные колебания в давлении в зависимости от такта в цилиндрах, топливоподаче, наличии-отсутствии турбонагнетателя и нагрузки на двигатель, поэтому предлагается использовать компрессометр, который замеряет максимально давление, что нивелирует данную проблему. Так как в автомобиле, оборудованном катализатором будет существовать повышенное относительно атмосферного давление, то необходимо организовать создание базы данных , по максимальным давлениям, и использовать их. Так же вызывает интерес повышение мощности автомобиля вследствие удаления катализатора. Из-за нивелирования противодавления в выпускном трубопроводе, мощность по некоторым данным повышается на 2-5% , что можно замерить на стендах с беговыми барабанами, однако, это слишком дорогая и недостоверная методика. Компрессометр предлагается устанавливать в гнездо первого датчика кислорода, для большей достоверности предлагается проверять давление на различных частотах оборотов коленчатого вала и сравнивать их с базой данных. Проблема с отсутствием датчика кислорода не должна быть критичной так как при его отсутствии программа перейдет на работу по заранее заданным показателям.

Третьим методом наиболее дорогим и точным является непосредственно газоанализ – по показателям прибора можно запросто определить состояние катализатора. Однако, этот способ является дорогим и трудоемким, вследствие необходимости покупки сцециализированного оборудования и задействования специально обученного персонала.

Таким образом в данной статье были рассмотрены проблемы использования катализаторов, возможности диагностирования и проверки наличия-отсутствия на отечественных автомобилях. Методики, предложенные в статье возможны к применению после экспериментальной проверки и обоснования, главную задачу может составлять создание базы данных по автомобилям с показателями давления и температуры отработавших газов перед катализатором.

Литература:

1. Пехальский А.П. Устройство автомобилей: Учебник для студ. Учреждений сред. Проф. Образования / А.П. Пехальский, И.А. Пехальский.- М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 528 с.

2. E. P. Brandt, Yanying Wang, and J. W. Grizzle «Dynamic Modeling of a Three-Way Catalyst for SI Engine Exhaust Emission Control» IEEE Transactions on control systems technology, Vol. XX, No. Y, Month 1999 – 9 p.

3. Авторелиз новостной портал [Элеткронный ресурс]/ Автомобильный катализатор и его роль в выхлопной системе.- Ред. Кондратьев В. – Электрон. дан. – М. – Режим доступа: http://autorelease.ru/articles/109-automobile/374-avtomobilnyj-katalizator-i-ego-rol-v-vyxlopnoj-sisteme.html - Загл. с экрана

4. DRIVE2.RU Сообщество машин и людей [Элеткронный ресурс]/ Удаление катализатора. – Беркут В. – Электрон. дан. – М. – Режим доступа: http://www.drive2.ru/users/kontuor/blog/288230376152058050/ - Загл. c экрана

  Научный руководитель: кандидат технических наук, Горохов Вадим Валерьевич