Вы переоделись в спортивного кота или ходили по канату целой дудки? Прокомментируйте ниже свои мысли об этой распространенной, но рискованной модификации!

Признаки неисправного или неисправного каталитического нейтрализатора

Каталитический нейтрализатор — это компонент автомобиля, который снижает выбросы и загрязнение окружающей среды.Это металлическая канистра, которая устанавливается в выхлопной системе. Он заполнен химическим катализатором, обычно смесью платины и палладия, и помогает преобразовать выбросы транспортного средства в безопасные газы. Обычно неисправный каталитический нейтрализатор вызывает несколько симптомов, которые предупреждают водителя о том, что может потребоваться замена.

1. Пониженная мощность двигателя

Одним из первых симптомов, обычно связанных с неисправным или неисправным каталитическим нейтрализатором, является снижение производительности двигателя.Каталитический нейтрализатор встроен в выхлопную систему автомобиля и, как следствие, может повлиять на производительность двигателя, если в нем возникнут какие-либо проблемы. Засоренный преобразователь будет ограничивать поток выхлопных газов, а треснувший приведет к утечке. И то, и другое может отрицательно сказаться на характеристиках двигателя и привести к снижению мощности и ускорения, а также к экономии топлива.

2. Дребезжащий шум

Дребезжание — еще один признак неисправного или неисправного каталитического нейтрализатора. Если каталитический нейтрализатор изношен или поврежден изнутри из-за чрезмерно богатой топливной смеси, сотовые ячейки, покрытые катализатором внутри преобразователя, могут разрушиться или развалиться, что приведет к дребезжанию.Дребезжание может быть более очевидным при запуске автомобиля и со временем станет хуже.

3. Проверьте двигатель Свет загорается

Неисправный или неисправный каталитический нейтрализатор также может вызвать горящую лампу проверки двигателя. Датчики кислородного и воздушно-топливного состава, которые разработаны в современных автомобилях, контролируют эффективность каталитического нейтрализатора, контролируя уровень газа в выхлопных газах. Если компьютер обнаруживает, что каталитический нейтрализатор не работает должным образом или не катализирует выхлопные газы должным образом, он включает индикатор проверки двигателя, чтобы предупредить водителя о наличии проблемы.Индикатор проверки двигателя также может быть активирован при множестве других проблем, поэтому рекомендуется сканировать автомобиль на наличие кодов неисправностей, чтобы быть уверенным в проблеме.

Каталитический нейтрализатор — один из важнейших компонентов выхлопа современных автомобилей. Без него автомобиль может производить чрезмерные выбросы и испытывать проблемы с прохождением испытаний на выбросы, которые требуются в некоторых штатах. Если вы подозреваете, что у вашего каталитического нейтрализатора может быть проблема, обратитесь к профессиональному специалисту, например, из YourMechanic, для осмотра автомобиля, чтобы определить, потребуется ли в автомобиле замена каталитического нейтрализатора.

Как работает каталитический нейтрализатор?

Ответ: С 1975 года каждый автомобиль, произведенный в США, должен иметь каталитический нейтрализатор. Каталитический нейтрализатор отвечает за контроль вредных выбросов вашего автомобиля. Он расположен в нижней части вашего автомобиля, сразу за двигателем. Разбив его название, мы можем точно проанализировать его функцию. Каталитические преобразователи содержат вещества или соединения, такие как платина, родий или палладий, которые действуют как катализаторы и преобразователи.Соединения действуют как катализаторы, поскольку вызывают химическую реакцию, но не меняют своей первоначальной формы. Эти соединения также действуют как преобразователи, поскольку они вступают в реакцию и преобразуют вредные газы, такие как окись углерода, углеводороды и оксиды азота, производимые вашим двигателем. Это преобразование в менее вредные газы происходит до того, как они выходят из вашей выхлопной системы в воздух. Каталитические нейтрализаторы содержат сотовые (покрытые крошечными порами) структуры, покрытые платиной, родием или палладием в зависимости от стадии катализатора.Выхлопные газы двигателя проходят через сотовые конструкции с покрытием и вступают в реакцию с соединениями. Выбросы проходят через две разные стадии катализатора: катализатор восстановления и катализатор окисления. На первой стадии катализатора (катализатор восстановления) оксиды азота реагируют с сотовой структурой, покрытой платиной и родием. Когда эти вредные оксиды азота вступают в реакцию с катализаторами (платина и родий), катализаторы удаляют молекулу азота, удерживают ее и высвобождают молекулы кислорода.Затем оставшиеся молекулы азота соединятся с другими молекулами азота и выйдут через выхлопную систему. На этом этапе вредные газы оксидов азота превращаются в безвредные газы кислорода и азота. На второй стадии катализатора (катализатор окисления) окисляются окись углерода и углеводороды. Это означает, что молекулы кислорода будут реагировать с молекулами монооксида углерода и углеводородов. Эти вещества проходят через сотовую структуру, покрытую платиной и палладием, которая действует как катализатор и способствует реакции.На этом этапе очень вредные угарный газ и углеводородные газы преобразуются в менее вредные углекислые газы и пары воды. Каталитические преобразователи также работают рука об руку с системой управления. Эта система управления управляет системой впрыска топлива и контролирует выбросы, покидающие двигатель, до того, как они попадут в каталитический нейтрализатор. Он также содержит кислородный датчик, который определяет, сколько кислорода поступает в выхлопную систему. Датчик кислорода контролирует количество кислорода и сообщает системе впрыска топлива, что нужно увеличить или уменьшить количество кислорода, используемого в топливно-воздушной смеси, используемой для питания двигателя.Датчик также следит за тем, чтобы в выхлопной системе было достаточно кислорода для использования каталитическим нейтрализатором на стадии катализатора окисления.

Как работают каталитические нейтрализаторы | HowStuffWorks

В химии катализатор — это вещество, которое вызывает или ускоряет химическую реакцию, не затрагивая себя. Катализаторы участвуют в реакциях, но не являются ни реагентами, ни продуктами реакции, которую они катализируют. В организме человека ферменты являются естественными катализаторами, ответственными за многие важные биохимические реакции [источник: Chemicool].

В каталитическом нейтрализаторе работают два разных типа катализатора: катализатор восстановления и катализатор окисления . Оба типа состоят из керамической структуры, покрытой металлическим катализатором, обычно платиной, родием и / или палладием. Идея состоит в том, чтобы создать структуру, которая подвергает максимальную площадь поверхности катализатора потоку выхлопных газов, а также минимизирует необходимое количество катализатора, поскольку материалы чрезвычайно дороги. Некоторые из новейших конвертеров даже начали использовать золото, смешанное с более традиционными катализаторами.Золото дешевле, чем другие материалы, и может увеличивать окисление — химическую реакцию, уменьшающую количество загрязняющих веществ, — до 40 процентов [источник: Kanellos].

Большинство современных автомобилей оснащены трехкомпонентными каталитическими нейтрализаторами . Это относится к трем регулируемым выбросам, которые он помогает уменьшить.

Катализатор восстановления — первая ступень каталитического нейтрализатора. В нем используются платина и родий, чтобы уменьшить выбросы NOx. Когда молекула NO или NO2 контактирует с катализатором, катализатор вырывает атом азота из молекулы и удерживает его, высвобождая кислород в форме O2.Атомы азота связываются с другими атомами азота, которые также прилипают к катализатору, образуя N2. Например:

2NO => N2 + O2 или 2NO2 => N2 + 2O2

2NO => N ₂ + O ₂ или 2NO

0 903 => N ₂ + 2O ₂

Катализатор окисления является второй ступенью каталитического нейтрализатора.Он уменьшает количество несгоревших углеводородов и монооксида углерода путем их сжигания (окисления) над платиновым и палладиевым катализатором. Этот катализатор способствует реакции CO и углеводородов с оставшимся кислородом в выхлопных газах. Например:

2CO + O ₂ => 2CO ₂

В каталитических нейтрализаторах используются два основных типа структур — соты и керамические шарики . В большинстве автомобилей сегодня используется сотовая структура.

В следующем разделе мы рассмотрим третий этап процесса конверсии и то, как вы можете получить максимальную отдачу от вашего каталитического нейтрализатора.

Границы | Анализ влияния каталитического нейтрализатора на производительность автомобильных двигателей с помощью имитационных моделей в реальном времени

Введение

В последние десятилетия постоянная потребность в сокращении выбросов загрязняющих веществ от двигателей внутреннего сгорания (ДВС) побудила производителей оригинального оборудования как усовершенствовать существующие подсистемы (например, впрыск топлива, системы приведения в действие клапанов и т. Д.), Так и внедрить инновационные решения (с особым упором на последующие — лечебные устройства). Фактически, для того, чтобы эти технологии были действительно эффективными, требуется надлежащая и одновременная разработка компоновки завода, систем контроля и стратегий управления.

Сложность систем и большое количество управляющих переменных требуют глубокого понимания процессов, которые определяют поведение управляемой трансмиссии как системы в целом. Проектирование архитектуры системы и ее устройств управления определенно требует прочной теоретической поддержки со стороны физических моделей, чтобы описать общее поведение системы, которое в большинстве случаев является нелинейным и поэтому трудно предсказуемым. Математические модели являются мощным инструментом для оценки влияния компоновки системы и стратегий управления на конечный результат, что сокращает путь от проектных спецификаций до дорожных испытаний (Guzzella and Onder, 2010).

Применение быстрых математических моделей при проектировании силовых агрегатов и связанных систем управления хорошо известно уже более десяти лет, и несколько примеров можно найти в литературе (Gambarotta and Lucchetti, 2011). Подробный сценарий изложен в (Guzzella and Onder, 2010). Обычно подходы наполнения и опорожнения (F&E) и квази-установившегося потока (QSF) используются для построения 0D моделей с сосредоточенными параметрами, которые используются как для впускных и выпускных систем, так и для процессов в цилиндрах, но при этом учитывают « в реальном времени »(Gambarotta et al., 2011; Гамбаротта и Луккетти, 2013). Даже если химические и физические процессы, происходящие в цилиндре, очень сложны, «быстрые» модели требуют упрощенных однозонных 0D-подходов, в которых сгорание рассматривается посредством определения надлежащей функции сжигания топлива (Heywood, 1988), а реакции образования загрязняющих веществ с помощью упрощенного механизмы или — чаще — модели черного ящика (Guzzella, Onder, 2010). Большинство коммерческих инструментов основано на этих методологиях (как описано в Gambarotta and Lucchetti, 2011, 2013).

Этот сценарий подчеркивает важную роль быстрых математических моделей в моделировании сложных систем, общее поведение которых возникает в результате взаимодействия различных компонентов и процессов сложным и нетривиальным образом. После этого рассмотрения и с целью исследования влияния различных подложек катализатора на характеристики силовых агрегатов была разработана модель системы последующей обработки, которая сочетается с моделью двигателя с «углом поворота коленчатого вала» (Gambarotta and Lucchetti, 2013).Особое внимание было уделено пенам как инновационному материалу для подложек (Bach and Dimopoulos Eggenschwiler, 2011). Полученные результаты представлены в статье.

Пенопласт с открытыми ячейками — это ячеистые материалы, состоящие из соединенных между собой твердых распорок, расположенных в ячейках, которые охватывают пустотные области и открытое окно или поры. Такие пены могут быть легко изготовлены с использованием различных технологий и материалов, начиная от полимеров, керамики (Al ₂ O ₃ , кордиерита или SiC) и металлов (Santoliquido et al., 2017). Пенопласт с открытыми ячейками — это инновационные субстраты, характеризующиеся высокой пористостью, низкой плотностью и высокой механической прочностью. В последние годы они были рассмотрены для различных промышленных применений, таких как фильтры, теплоизоляторы, поглотители механической энергии, глушители, теплообменники и каталитические реакторы. В качестве подложек катализаторов они обладают рядом преимуществ по сравнению с сотовыми монолитами и насадочными слоями. Структура с открытыми ячейками обеспечивает более высокую однородность потока, что является критическим фактором для эффективности преобразования загрязняющих веществ и долговечности катализатора (Zygourakis, 1989; Martin et al., 2000; Gaiser et al., 2003). В сотовых монолитах ламинарный поток в каналах приводит к низкому тепло- и массообмену. Вместо этого сеть твердых стоек решеток открытых ячеек характеризуется извилистыми путями, которые усиливают взаимодействие газа со стенкой и способствуют снижению тепловой инерции (Giani et al., 2005; Lucci et al., 2016). В автомобильной промышленности критическим параметром является падение давления, которое влияет на эффективность двигателя. Пены имеют более высокий перепад давления по сравнению с монолитом с такими же размерами (Twigg, Richardson, 2007; Lucci et al., 2015; Фон Рикенбах и др., 2015). Это может быть компенсировано увеличением массопереноса, что позволяет уменьшить размер катализатора (Dimopoulos Eggenschwiler et al., 2009) или другой геометрической конфигурацией реактора (Koltsakis et al., 2008). Некоторые усилия были потрачены на их моделирование. С одной стороны, было проанализировано высококачественное сканирование пенопласта с помощью КТ (компьютерной томографии), с другой стороны, чтобы уменьшить вычислительную нагрузку, пены были смоделированы как регулярные структуры с ячейками Кельвина (Boomsman et al., 2003; Джани и др., 2005; Инаят и др., 2011). Было продемонстрировано, что обычные субстраты с ячейками Кельвина работают лучше, чем их соответствующие рандомизированные пены, с точки зрения компромисса между массопереносом и падением давления (Lucci et al., 2016).

Недавно было предложено изменение структуры пены, основанное на достижениях технологий аддитивного производства (AM). Такие «пены» состоят из повторяющихся элементарных ячеек различной формы (Inayat et al., 2016; Bracconi et al., 2018; Papetti et al., 2018). Были предложены различные элементарные ячейки для построения взаимосвязанных структур. (Papetti et al., 2018) описывает систематическую геометрическую оптимизацию обычной подложки с открытыми ячейками и сочетает в себе численное моделирование и методы AM для реализации первой в мире, насколько известно авторам, подложки катализатора с 3D-печатью из кордиерита для реальных транспортных средств. Приложения.

Определить количественно влияние структуры подложки катализатора на характеристики двигателя непросто из-за различного динамического поведения сотов и пен во время переходных процессов, а также из-за высокой нелинейности всей системы двигателя.Для сравнения влияния сотовых и вспененных оснований был разработан оригинальный математический инструмент 0D, который использовался для моделирования современного дизельного двигателя с турбонаддувом объемом 1,6 л. Результаты моделирования, полученные в отношении ездового цикла EUDC, представлены в документе, показывающем влияние этих различных опор на тепловые переходные процессы катализатора и на расход топлива.

Моделирование в реальном времени системы последующей обработки двигателя и выхлопных газов

Двигатель с углом поворота коленчатого вала Модель

Для целей данной работы модель двигателя, описанная в Gambarotta et al.(2011) и Gambarotta and Lucchetti (2013), рассматривая двигатель с турбонаддувом и системой рециркуляции отработавших газов. Процессы внутрицилиндрового обмена и газообмена были описаны с использованием подхода QSF для впускных и выпускных клапанов и метода F&E для коллекторов и цилиндров. Сгорание считается определяющим надлежащую скорость тепловыделения (HRR), а образование загрязняющих веществ оценивается с помощью подмоделей черного ящика. Был разработан оригинальный алгоритм интегрирования уравнений сохранения в цилиндре с подходящим временным шагом (настроенным на сохранение углового шага ~ 1 ° CA для любой частоты вращения двигателя n ), при сохранении большего общего временного шага для впуска. и выхлопные системы.Модель топливной системы учитывает динамику топливной рампы (через ее объемный модуль), характеристики потока форсунок и утечки и позволяет рассчитать расход впрыскиваемого топлива на основе давления в рампе p _Rail и времени включения питания ET. Модели на основе карт черного ящика использовались для компрессора C и турбины с изменяемой геометрией (VGT).

Усредненное за цикл значение коэффициента эквивалентности φ рассчитывается из общей массы всасываемого воздуха (полученной путем интегрирования массового расхода воздуха по каждому циклу) и общей массы впрыскиваемого топлива за цикл (оценивается на основе расхода впрыскиваемого топлива).Массовые расходы рассматриваемых загрязняющих веществ (CO, HC и PM), необходимые для расчета концентраций загрязняющих веществ X _mi в выхлопных газах, а затем тепла, выделяемого реакциями окисления внутри катализатора (см. Модель катализатора), являются оценивается как функция коэффициента эквивалентности φ и частоты вращения двигателя n с помощью экспериментальных карт, расположенных в справочных таблицах в следующей форме:

Модель и ее причинно-следственная схема описаны в Gambarotta et al.(2011) и Гамбаротта и Луккетти (2013). Он использовался для моделирования нескольких автомобильных двигателей (как SI, так и дизельных), откалиброванных и проверенных для сравнения выходных данных модели с экспериментальными данными, как подробно описано в Gambarotta and Lucchetti (2011, 2013) и Gambarotta (2017). Предложенная модель также использовалась в оригинальной системе Hardware-in-the-Loop (HiL) на базе ПК, разработанной авторами (Gambarotta et al., 2012), демонстрируя хорошую способность прогнозировать поведение и производительность движка и связанных с ним. подсистемы как в установившихся, так и в переходных режимах работы.

Модель

Выхлопная система и катализатор

Процессы теплопередачи в выхлопной системе играют ключевую роль в моделировании ДВС из-за значительного влияния температуры выхлопных газов на эффективность систем последующей обработки. Следовательно, тщательное описание процессов теплообмена является фундаментальным, особенно во время критических переходных процессов (например, «выключение» катализатора, регенерация улавливателя твердых частиц и т. Д.). Другими критическими фазами работы двигателя по выбросам являются длительная работа при низкой нагрузке, когда система последующей обработки значительно охлаждается, а также при максимальной нагрузке, когда температуры достаточно высоки, но массовый расход выхлопных газов вынуждает катализатор работать с пониженной массой. дефицит передачи.По этой причине, несмотря на ограничения, накладываемые подходом 0D, особое внимание было уделено моделированию теплового поведения выхлопной системы.

Рабочая жидкость рассматривалась как смесь идеальных газов, определяемая вектором массовых концентраций X _mi , относящимся к 7 химическим веществам, т.е. N ₂ , O ₂ , CO ₂ , H ₂ O, CO, H ₂ и NO. Экстенсивные свойства ρ и c _p рассчитаны как средневзвешенные с учетом состава смеси, а k = c _p / c _v известно из c _p и константа газовой смеси R .Таким образом нельзя рассчитать интенсивные свойства μ, Pr и λ. Динамическая вязкость μ рассчитывается как функция отношения эквивалентности φ посредством экспериментальной корреляции (Heywood, 1988):

μ = 3,3 · 10-7Tm0,71 + 0,027φ, дюйм [Па · с]

Pr оценивается следующим выражением (Heywood, 1988):

Pr = 0,05 + 4,2 (k-1) -6,7 (k-1) 2, для φ≤1

Наконец, λ получается из определения Pr :

Модель выпускного коллектора

Математическая модель выпускного коллектора была разработана на основе подхода F&E.Температура и давление получаются из уравнений сохранения массы и энергии, применяемых к коллектору, рассматриваемому как объем 0D. Оценивая тепловой поток через стенки коллектора, как это было предложено в Guzzella и Onder (2010), уравнение сохранения энергии для выхлопных газов внутри коллектора можно записать следующим образом:

dUdt = m˙exhhexh-m˙turhtur-m˙EGRhEGR-Q˙in

где Q˙in — тепловой поток от газовой смеси к стенкам коллектора. Энтальпия газов, выходящих из коллектора h _tur и h _EGR рассчитывается с учетом того, что температура газа равна температуре внутри коллектора.

В представленной модели тепловая инерция выпускного коллектора учитывалась при заданной общей массе m _w и постоянной удельной теплоемкости c _w для стенок коллектора (рисунок 1). Температура стенок коллектора предполагалась однородной, и ее изменения были оценены с помощью следующего дифференциального уравнения:

dTwdt = 1 мВт · cw (Q˙in-Q˙out)

где Q˙in и Q˙out — тепловой поток между газовым потоком и стенками и между стенками и окружающим воздухом соответственно.Эти тепловые потоки могут быть рассчитаны со ссылкой на хорошо известное схематическое описание, представленное на рисунке 1, где тепло передается за счет конвекции и излучения между газовым потоком и внутренними стенками, за счет теплопроводности через стены и за счет конвекции и излучения между внешними стенами и окружающей средой. воздух. Однако в предложенной модели внутреннее излучение считается незначительным. Даже если реальная геометрия коллектора сложна, он был смоделирован как одиночная цилиндрическая труба с надлежащей длиной L , чтобы сохранить вычислительную нагрузку в рамках подхода 0D.

Рисунок 1 . Схема потоков выхлопного коллектора.

Для оценки Q˙в использовалась конкретная корреляция, предложенная в литературе для систем впуска и выпуска ДВС в следующей форме (Depcik and Assanis, 2001):

Член Pr ^c часто принимает значение, близкое к 1, а значения для a и b определяются на основе измерений. Значение Nu было оценено на основе корреляции Гниелинского, приведенной в Konstantinidis et al.(1997) и Кандилас и Стамателос (1999), предложив подходящий коэффициент конвективного увеличения для учета нестабильности и турбулентности потока, определенный следующим образом:

, где Nu _eff и Nu _th — эффективное и теоретическое значение соответственно. Последнее значение можно оценить с помощью хорошо известных корреляций из Konstantinidis et al. (1997) и Кандилас и Стамателос (1999):

Nuth = (f / 8) (Re-1000) Pr1.07 + 12,7 (f / 8) 1/2 (Pr2 / 3-1) 104 и

Nuth = (f / 8) RePr1.07 + 12,7 (f / 8) 1/2 (Pr2 / 3-1) Re <104

где

и

f = (0,790lnRe-1,64) -2 3000 Тогда можно рассчитать коэффициент конвекции и тепловой поток, так как:

и

Q˙in = Айнхин (Texh_man-Tw)

, где Pr , μ и λ для выхлопного газа оцениваются как T _{exh _ man} температура, принимаемая как однородная в выпускном коллекторе.

Оценка конвективного теплового потока от стенок коллектора в окружающий воздух более трудна из-за геометрии компонентов и внешнего вида потока. Для простоты геометрия коллектора была принята как цилиндрическая, а внешнее поле потока однородно и связано со скоростью транспортного средства. Модель основана на корреляции, предложенной в Konstantinidis et al. (1997) и Кандилас и Стамателос (1999), таким образом оценивая Nu следующим образом:

Nuout = 0,3 + Nuout_lam2 + Nuout_tur2, 10 , где Nu _{out _ lam} и Nu _{out _ tur} являются функциями номеров Re и Pr следующим образом:

Nuout_lam = 0.664Ре1 / 2Пр1 / 3

и

Nuout_tur = 0,037Re0,8Pr1 + 2443Re-0,1 (Pr2 / 3-1)

Из Nu _из Коэффициент конвекции и тепловой поток можно рассчитать, начиная с

и

Q˙conv_out = Острие (Тв-Цур)

, где A _out — это внешняя область коллектора. Термодинамические свойства Pr , ρ, μ и λ оцениваются относительно температуры пленки (т. Е. При среднем значении между температурой стенок коллектора T _w и температурой окружающего наружного воздуха T _sur ).

Поток тепла внешнего излучения Q˙rad_out был оценен в предположении, что внешняя стенка коллектора представляет собой серую поверхность в полости бесконечной протяженности. Следовательно, его можно рассчитать с помощью хорошо известных соотношений Стефана-Больцмана (Incropera et al., 2013):

Q˙rad_out = Aoutεσ (Tw4-Tsur4)

, где A _out — внешняя площадь коллектора, ε — коэффициент излучения, σ — постоянная Стефана-Больцмана и T _w и T _на — стенка и температуры наружного окружающего воздуха соответственно.

Общий тепловой поток Q˙out от коллектора можно рассчитать исходя из значений конвекции и излучения как

Q˙out = Q˙conv_out + Q˙rad_out

Модель катализатора

Каталитический нейтрализатор представляет собой сложный компонент с точки зрения как потока газа, так и химических реакций. Гидродинамика, процессы тепломассопереноса играют важную роль в его поведении, и их следует тщательно учитывать. Принимая во внимание цели представленной работы, ни 3D (например, Lucci et al., 2014, 2015; Von Rickenbach et al., 2014), ни метод одномерного моделирования (например, Shamim et al., 2002; Pontikakis et al., 2004) не использовались. Применялся 0D-подход, предполагающий для каждого компонента однородное пространственное распределение термодинамических параметров и применение уравнений сохранения с эмпирическими корреляциями там, где это необходимо. Доказано, что разработанная модель способна моделировать поведение катализатора и его влияние на характеристики трансмиссии во время значительных переходных процессов (например, ездовых циклов) с очень коротким временем расчета и с учетом компоновки системы, размеров компонентов и стратегий управления, принятых во время переходных процессов.

Модель была разработана в соответствии с причинно-следственной связью, представленной на Рисунке 2. Были рассмотрены два объема (выделены голубым цветом до и после каталитического ядра) в соответствии с подходом F&E. Модель ядра (выделена оранжевым цветом) была основана на процедуре QSF (т.е., предполагая отсутствие накопления массы и энергии). Поскольку процессы в каталитическом нейтрализаторе сложны и, как правило, трехмерны, необходимо было ввести правильные допущения, чтобы уловить их общие эффекты, все еще ограничивая нагрузку на моделирование.Поэтому процессы, происходящие в активной зоне, были упрощены путем разделения модели на два модуля, как показано на рисунке 3: «модель газа», которая описывает поток газа в катализаторе, и «модель монолита», которая воспроизводит тепловое поведение ядро катализатора. На каждом временном шаге массовый расход и изменения температуры через активную зону оценивались путем решения двух систем алгебраических уравнений из двух модулей, которые связаны посредством теплообмена между выхлопным газом и стенками подложки (в соответствии с рисунком 3).

Рисунок 2 . Схема и причинно-следственная связь модели катализатора.

Рисунок 3 . Макет ядра катализатора.

«Модель газа» была разработана, как показано на рисунке 4. На каждом временном шаге значения давления p и температуры T в двух соседних объемах используются для вычисления разности давлений Δ p , среднего давления p _м и температура T _м (с учетом направления потока).Предполагая, что ядро ​​катализатора представляет собой концентрированное сопротивление потоку (без накопления массы), массовый расход газа можно оценить с помощью эмпирической алгебраической корреляции в следующей форме:

, где ρ и μ (как другие свойства жидкости) рассчитываются при p _m и T _m с учетом состава выхлопных газов. Геометрия катализатора включает как габаритные размеры ядра, так и его морфологические характеристики (соты / пена, пористость и т. Д.).). Тогда температура газа на выходе из активной зоны может быть определена путем интегрирования уравнения сохранения энергии в 1D и в установившемся режиме:

m˙cpdTdx = hA ′ (Tmon-T) + qgen

, где не учитываются осевой теплообмен и изменение кинетической и потенциальной энергии в газе (как обычно считается; Pontikakis et al., 2004), A ‘ — удельная площадь контакта на единицу длины, а q _gen — одномерное распределение тепловыделения по осевой длине сердечника (между x = 0 и x = L ).Свойства газа оцениваются на уровне p _м и T _м и считаются постоянными.

Рисунок 4 . Структура модуля «модель газа» (входные и выходные переменные выделены зеленым и красным цветом соответственно).

Конвективный теплообмен между газом и активной зоной описывается, как обычно, с помощью коэффициента конвекции h , полученного из Nu , оцененного с помощью эмпирической корреляции в следующей форме (Konstantinidis et al., 1997; Кандилас и Стамателос, 1999):

Температура стенки монолита T _mon предполагается постоянной на временном шаге, то есть как осевой, так и радиальный градиенты температуры не учитываются в соответствии с подходом 0D, чтобы ограничить время моделирования.

Молекулярная диффузия различных частиц и химические реакции в газовой смеси и в активной зоне не рассматривались. Однако общие эффекты окисления несгоревших частиц воспроизводятся с точки зрения выделяемого тепла в следующем выражении (в [Вт / м]):

, который представляет собой одномерное распределение тепловыделения по осевой длине сердечника (между x = 0 и x = L ).Q˙gen — это общий тепловой поток (в [Вт]), производимый в объеме активной зоны из-за реакций окисления загрязняющих веществ, и оценивается по массовому расходу выхлопных газов ṁ, концентрации загрязняющих веществ X _mi , что соответствует более низкому теплотворная способность LHV _i и коэффициент преобразования η _i следующим образом:

Q˙gen = ∑i = 1Nm˙ · Xmi · LHVi · ηi

Число N и тип загрязняющих веществ зависит от конкретного применения.В представленной модели были рассмотрены CO и один или несколько видов, представляющих HC, поскольку их реакции окисления были приняты как наиболее важные при определении температуры катализатора. Следует отметить, что рабочая жидкость рассматривалась как смесь 7 химических веществ, то есть N ₂ , O ₂ , CO ₂ , H ₂ O, CO, H ₂ NO. Вектор концентраций загрязняющих веществ { X _mi } в выхлопных газах (т.е.е., выхлопные газы двигателя) могут быть получены из экспериментальных данных в виде справочных таблиц как функции рабочих параметров двигателя (например, коэффициент эквивалентности φ, частота вращения двигателя n и выходная мощность; Fiorani et al., 2008). Таким же образом вектор {η _i } эффективности преобразования может быть определен с помощью справочных таблиц, определенных экспериментально как функция температуры монолита T _mon и скорости газа (Fiorani et al., 2008) . Этот подход (который в основном представляет собой черный ящик, как это обычно требуется для моделей реального времени) позволяет учитывать дальнейшие реакции, которые могут происходить в катализаторе, путем введения надлежащих эмпирических корреляций для моделирования различных каталитических преобразователей и систем доочистки.

Член q _gen (который является функцией осевой координаты x , длины активной зоны L , количества N вовлеченных загрязнителей и общего теплового потока Q˙gen от окисления несгоревшие соединения) зависит от скоростей реакций в ядре катализатора, на которые влияют многие сложные процессы: химическая кинетика при низких температурах, диффузия в порах монолита при средних температурах и диффузия в газовой фазе при высоких температурах.Следовательно, если температуры достаточно высоки, химические вещества могут реагировать мгновенно, как только они достигают стенок субстрата. Предполагая, что концентрация химических веществ в текущих газах экспоненциально падает вдоль осевой абсциссы, и учитывая, что диффузионный массообмен пропорционален разнице в концентрациях, было принято экспоненциальное распределение тепла, генерируемого несгоревшими соединениями, выраженное в следующей форме:

Коэффициенты a и b могут быть определены, если интеграл q _gen по длине подложки равен общему тепловому потоку Q˙gen, генерируемому в сердечнике, т.е.э.,:

и предполагая, что отношение q _gen (0) / q _gen (L) = 100. Следовательно, получаются следующие выражения для a и b :

a = N · ln (N) · Q˙genL · (N-1) и b = — ln (N) L

Интеграция уравнения сохранения энергии в 1D и в установившемся режиме между x = 0 и x = L позволяет определить изменения температуры газа вдоль активной зоны.Для x = L можно определить температуру газа на выходе T _{на выходе} .

Тепловой поток между газом и монолитом на каждом временном шаге можно оценить с помощью уравнения:

Q˙int = Q˙gen-m˙ · cp · (Tout-Tin)

Следует отметить, что, поскольку свойства газовой смеси определяются относительно средней температуры в активной зоне, значение T _out оценивается посредством итерационного расчета (процедура do-while , рисунок 4 ) с 0.Порог 1К.

Для оценки изменения средней температуры монолита T _mon можно использовать уравнение сохранения энергии в следующем виде:

dTmondt = 1mmon · cmon · (Q˙int-Q˙ext)

Помимо теплового потока, обмениваемого с газами Q˙int и теплоемкости монолита м _mon · c _mon , требуется также тепловой поток в наружный окружающий воздух Q˙ext.

Даже если могут быть найдены разные конфигурации, наиболее распространенным методом является установка монолита в металлический кожух со слоем вставленного изоляционного материала: такая компоновка была предусмотрена в разработанной модели, как схематично показано на рисунке 5.Передача тепла от монолита к окружающему воздуху происходит сначала за счет теплопроводности через слой изоляционного материала и металлический кожух, а затем за счет конвекции и излучения от внешних стен к окружающему воздуху. В этом случае конвекция может быть принудительной или естественной в зависимости от скорости автомобиля v , которая, следовательно, представляет собой входной параметр для модели. Следуя квазистационарному подходу, установившийся процесс теплопередачи может быть смоделирован на каждом временном шаге, предполагая два последовательно соединенных тепловых сопротивления, поэтому общее тепловое сопротивление может быть выражено как:

Rt_tot = Rt_cond + Rt_conv · Rt_irrRt_conv + Rt_irr

, где R _{t _ cond} связано с проводимостью, а R _{t _ conv} и R _{t _ irr} связано с конвекцией и излучением передача тепла наружу.

Рисунок 5 . Схема процессов течения и теплообмена в ядре катализатора.

Принимая во внимание только слой изоляционного материала (т. Е. Пренебрегая термическим сопротивлением металлического корпуса) и предполагая цилиндрическую геометрию, R _{t _ cond} был рассчитан по следующей формуле (Incropera et al. ., 2013):

Rt_cond = Tmon-TwQ˙ext = ln (rins_extrins_int) 2π · L · λins

Принудительную конвекцию в окружающий воздух можно рассматривать, принимая цилиндрический корпус с радиусом, равным r _ext : следовательно,

Rt_conv = Tw-TextQ˙conv = 1Aext · hconv

где

с коэффициентом усиления 3/2 для учета осевой проводимости в металлическом корпусе.

Коэффициент конвекции h получается, начиная с Nu (Incropera et al., 2013): следующая корреляция из Черчилля и Бернстайна (которая не требует коэффициентов, которые изменяются с Re и действительна для широкого диапазона Re и Pr ) был использован:

Nuconv = 0,3 + 0,62Re1 / 2Pr1 / 3 [1+ (0,4 / Pr) 2/3] 1/4 [1+ (Re282000) 5/8] 4/5

где

v — скорость невозмущенного потока, предположительно равная скорости транспортного средства.Тогда ч можно рассчитать по следующей формуле:

Что касается теплового излучения, если предположить, что внешняя стенка металлического кожуха представляет собой серое тело внутри большой полости, соответствующий тепловой поток можно оценить как Incropera et al. (2013):

Q˙irr = Aext · ε · σ · (Tw4-Text4)

, из которых

Rt_irr = 1Aext · ε · σ · (Tw2 + Text2) · (Tw + Text)

Наконец, тепловой поток к внешнему окружающему воздуху можно рассчитать как:

Параметры принудительной и естественной конвекции рассчитаны с учетом свойств жидкости при средней температуре:

, где T _w известно из уравнения:

Следовательно, значение T _w оценивается посредством итеративного вычисления с 0.Порог 1К.

Описанная процедура использовалась для моделирования различных субстратов катализатора (соты или пены) с использованием подходящих корреляций для связи массовых расходов и изменений давления в ядре катализатора (концентрированное сопротивление потоку) и для определения Nu для теплообмена между выхлопной газ и монолит. Конкретные корреляции, используемые для сот и пен, рассматриваемых в настоящей работе, будут представлены в следующем параграфе.

Физическая идентификация модели катализатора

Представленная модель системы последующей обработки была затем откалибрована с учетом конкретных геометрических форм сердцевины, сот и пен.Сопротивление потоку и процессы теплопередачи были определены из корреляций, доступных в литературе, и были использованы стандартные физические и геометрические свойства.

В сотах газ должен двигаться по каналам очень малого сечения, поэтому поток в основном ламинарный. Корреляции, связывающие массовый расход с Δ p , очень похожи на корреляции, полученные для ламинарного потока в трубе, и могут быть выражены в форме p = f (ṁ), которую можно переписать в обратной форме ṁ = f ( p ), что подходит для блок-схемы рисунка 4.В настоящем исследовании использовалось следующее соотношение

ΔpL = 28,5 · μ · m˙ρ · ε · A · Dc2

или, положив Re = ρ · u · ε · Dcμ

, как указано в Incropera et al. (2013) для полностью развитого ламинарного потока через канал квадратного сечения.

Что касается пены, то первое соотношение было получено из Giani et al. (2005), полученные в результате экспериментальных испытаний металлических пен с высокой пористостью. Геометрия этих пен была схематизирована в предположении кубических ячеек с аккуратно упакованными цилиндрическими стойками.Исходя из выражения для потерь нагрузки внутри пучка труб, авторы предложили следующее соотношение:

ΔpL = 2ds · (0,87 + 13,56Re) · (11-G (ε)) 4 · G (ε) 4 · ρu2

, где в Re характерным размером является диаметр стойки d _s , а скорость u получается делением объемного расхода на площадь поперечного сечения A монолита. G ( ε ) — отношение диаметра стойки d _s к диаметру пор D _p : для рассматриваемой геометрии оно зависит только от пористости ε и может быть выражено как следует:

G (ε) = dsDp = (4 · (1-ε) 3π) 1/2

Вторая корреляция, предложенная Луччи и др.(2014), рассмотрено для пен. Чтобы избежать значительного разброса, типичного для экспериментальных данных (из-за изменчивости тестируемых пен), авторы предлагают 3D-моделирование CFD в качестве альтернативы реальным измерениям для характеристики поведения пены (аргументируя необходимость большего контроля над геометрическими параметрами). В частности, со ссылкой на пену, смоделированную как набор ячеек Кельвина (рис. 6), и отмечая, что падение давления в пене возникает из-за сил сопротивления, оказываемых жидкостью на стойки, авторы в Lucci et al.(2014) предлагают следующую корреляцию:

-dpdx = SSA · ρu22 · χ2ε3 · CD

, где χ называется «извилистостью» и представляет собой отношение между длиной фактического пути, по которому проходит жидкость, и соответствующим осевым смещением. Что касается сложной геометрии пен, χ обычно намного больше 1. Чтобы соответствовать результатам трехмерного моделирования, коэффициент сопротивления C _D был определен в следующей форме (Lucci et al., 2014) :

, где Re вычисляется с D _p в качестве характеристической длины, предполагающей среднюю скорость на площади поперечного сечения (поэтому ниже, чем эффективное значение внутри пены: по этой причине в предыдущем уравнении термин χ ² / ε ³ добавлено).Хотя приведенное выше уравнение позволяет оценить градиент давления в осевом направлении (одномерная модель), его можно использовать для расчета общего Δ p , оценки свойств жидкости при p _м и T _м таким образом получив

pL = SSA · ρu22 · χ2ε3 · (0,4 + 30Re0,8)

Оценка теплового потока между выхлопными газами и внутренней поверхностью монолита была основана на расчете коэффициента конвекции h , который можно получить из Nu .Корреляция, используемая для сот, была получена из Giani et al. (2005) следующим образом:

Nu = 2,977 · (1 + 0,095 · Re · Pr · DcL) 0,45

где

Re = ρ · u · Dcμ · ε = m · ˙dsμ · ε · A

Для пен использовались две корреляции из литературы. Первый был предложен Giani et al. (2005), где авторы расширяют результаты, полученные экспериментально, для определения характеристик металлических пен. Nu выражается как функция от Re и Pr с классической формулировкой с двумя поправочными коэффициентами, определенными на основе экспериментальных данных следующим образом:

, где Re = ρ · u · dsμ = m · ˙dsμ · A.

Вторая корреляция была использована для пен, полученная из Lucci et al. (2014). Для оценки Nu было использовано следующее выражение:

Nu = 1,28 · Hg0,32Pr13ε2,34

, где номер Хагена Hg используется вместо Re , определяемый как:

Следует напомнить, что первая корреляция (Giani et al., 2005) основана на схематизации пены как набора кубических ячеек (Рисунок 6), принимая диаметр стойки d _s в качестве характерной длины. .При такой геометрии только два из четырех параметров D _p , ε, d _s и SSA являются независимыми, например, если известны D _p и ε , d _s и SSA получаются из следующих уравнений:

G (ε) = dsDp = [4 · (1-ε) 3π] 12 и SSA = 2Dp [3π (1-ε)] 12

Вторая корреляция (Lucci et al., 2014) получена из моделирования CFD, предполагая диаметр пор D _p как характерную длину и моделируя пену как набор ячеек Кельвина (Рисунок 6).Также в этом случае задействованы два независимых параметра и выполняются следующие отношения:

ε = 1-3π2 (dsDp) 2 + 7,54 (dsDp) 3 и SSA = 10,331-εDp-5,81- εDp

В таблице 1 представлены различные соотношения гидравлического сопротивления и свойств передачи для структур, рассматриваемых в этой статье. Более подробную информацию о них можно найти в указанной литературе (Giani et al., 2005; Lucci et al., 2014).

Таблица 1 . Используются соотношения гидравлического сопротивления и переноса.

Общий объем каталитического реактора принят равным 1,5 л при длине реактора 15 см. Стандартная сотовая структура, обозначенная ниже как «h_Giani», используется в качестве эталонного случая и характеризуется пористостью ε = 63%, характерным диаметром канала D _p = 1 мм и специфическим площадь поверхности SSA = 2700 м ² / м ³ . Сотовую структуру сравнивают с двумя пеноподобными структурами с открытыми ячейками, настоящей пеной (Giani et al., 2005), идентифицированный как «f_Giani», и синтетическая структура клетки Кельвина (Lucci et al., 2014), идентифицированная как «f_Lucci». Обе ячеистые структуры имеют пористость ε = 73%, выше, чем у сотовой структуры, меньшую площадь поверхности SSA = 1000 м ² / м ³ и характерный размер пор d _p = 2 мм. Другие параметры, принятые для моделирования, представлены в Таблице 2: объем монолита считается одинаковым для сотовых и пенопластов (даже если для пен могут потребоваться меньшие объемы).Значения d _p и ε приводят к получению соты около 400 cpsi, что можно считать коммерческими стандартами, а значение D _p приводит к образованию пены 12,7 PPI.

Таблица 2 . Значения параметров, принятые для моделей катализаторов.

Толщина s _ins и λ _ins изоляционного слоя была принята равной 6 мм и среднему значению для пенополиуретана.Значение общего коэффициента излучения полусферы ε для внешней металлической поверхности сильно варьируется в зависимости от отделки поверхности и степени окисления (от 0,1 для полированных поверхностей до 0,9 для сильно окисленных поверхностей): в этом случае, поскольку внешний кожух обычно не имеет определенной отделки. и, кроме того, он мог окисляться, было принято значение 0,6. Удельная плотность ρ _mon и теплоемкость c _mon монолита были определены с учетом кордиерита для сотов и Al ₂ O ₃ для пен.

Однако следует помнить, что все вышеперечисленные параметры можно легко изменить в модели, что позволяет тестировать и сравнивать различные геометрические формы.

Разработка и проверка модели двигателя

Выхлопная система и модели с катализатором были соединены с моделью 0D «угол поворота коленчатого вала» дизельного двигателя с турбонаддувом. Структура модели (чередование объемных и не объемных блоков) позволяет избежать численных проблем и алгебраических циклов (Gambarotta and Lucchetti, 2013).

Модель была идентифицирована со ссылкой на дизельный двигатель 1,6 л с турбонаддувом (основные технические данные приведены в таблице 3) на основе экспериментальных данных в установившемся режиме от производителя, которые использовались для определения справочных таблиц и коэффициентов интерполяция функций методом наименьших квадратов (т. е. коэффициентов расхода впускных / выпускных клапанов, коэффициентов потери давления воздушного фильтра и выхлопной системы и т. д.). Модели компрессоров и турбин были определены на основе их характеристик от производителя (Gambarotta and Lucchetti, 2013).Карты для оценки концентраций загрязняющих веществ в выхлопных газах взяты из Fiorani et al. (2008). Алгоритм, разработанный для интегрирования уравнений модели, использует постоянный главный временной шаг 2 мс и переменный временной шаг для процессов в цилиндре, чтобы сохранить угловой шаг ~ 1 ° CA независимо от частоты вращения двигателя n . В этом приложении на ПК с частотой 2 ГГц и 2 ГБ ОЗУ отношение времени моделирования к физическому времени всегда было заметно ниже 0,65.

Таблица 3 .Основные технические данные рассматриваемого дизельного двигателя.

Входными параметрами являются частота вращения двигателя, массовый расход топлива, управляющие сигналы для VGT и EGR, температура и давление окружающей среды. На выходе может быть каждый из параметров, оцениваемых моделью двигателя, например крутящий момент, bmep , эффективная выходная мощность, параметры состояния во впускном и выпускном коллекторе (т.е. p, T, X _mi ) и т. д. После идентификации модель двигателя была испытана путем сравнения результатов расчетов с экспериментальными данными, измеренными на испытательном стенде в установившихся условиях эксплуатации изготовителем оборудования (кроме тех, которые использовались для идентификации), что дало хорошее согласие, как указано в Гамбаротта и Луккетти (2013).

Условия эксплуатации из цикла движения

Чтобы подчеркнуть влияние характеристик субстрата на поведение двигателя, был выбран раздел «Дополнительный городской ездовой цикл» (EUDC) Нового европейского ездового цикла (NEDC). В этом случае входные параметры (скорость вращения, массовый расход топлива, управляющие сигналы VGT и EGR) были определены с помощью обратной модели транспортного средства (разработанной в Guzzella и Sciarretta, 2005). Данные автомобиля были идентифицированы со ссылкой на Alfa Romeo Giulietta 1.6 JTD. На основе временных характеристик скорости и передачи, предписанных для 400-секундного EUDC, мгновенные запрошенные значения скорости вращения и крутящего момента были вычислены и использованы в качестве входных данных для модели. Различия между целевым и фактическим крутящим моментом двигателя использовались для оценки посредством алгоритма ПИД-регулирования с обратной связью массового расхода впрыскиваемого топлива.

Результаты моделирования для EUDC

Поведение системы впуска и выпуска

Проведено сравнение термодинамических параметров впускной и выпускной систем, полученных с разными подложками.В качестве примера ниже приведены некоторые результаты со ссылкой на EUDC, принимая сотовую основу в качестве базовой линии («h_Giani», сплошной красный цвет), и вычисленные различия между двумя пеноподобными структурами с открытыми ячейками (реальная пена «f_Giani» , »Сплошным зеленым цветом, а структура ячейки Кельвина« f_Lucci »- сплошным синим).

Как и ожидалось, пенопласты приводят к более высоким потерям давления. На Фигуре 7 представлена ​​разница статического давления через катализатор Δ p _DOC , показывающая максимальное увеличение примерно на 10 кПа для обоих рассмотренных пен.Однако значительные нелинейности из-за типичных процессов во впускной и выпускной системе приводят к общему нетривиальному поведению. Фактически, перепад давления через турбину Δ p _tur немного ниже (Рисунок 8) и, следовательно, изменения давления в выпускном коллекторе p _{exh _ man} (Рисунок 9 ) ниже ожидаемого (т.е. ниже, чем увеличение падения давления Δ p _DOC , рисунок 7).Это приводит к выводу, что более высокие потери давления, вызванные пеной, могут быть частично уравновешены эффектами турбонагнетателя, по крайней мере, при высоких нагрузках двигателя. Результаты на Рисунке 8 показывают, что немного более высокий перепад давления пенных катализаторов приводит к более высокому КПД турбины (за счет немного более высокого уровня давления на выходе из турбины). Таким образом, в любом случае снижение расхода топлива частично компенсируется более высоким КПД турбины.

Рисунок 7 .Расчетные потери давления через различные подложки катализаторов.

Рисунок 8 . Расчетные изменения давления через турбину.

Рисунок 9 . Расчетное давление в выпускном коллекторе.

Температурные профили внутри каталитического реакторного блока представлены на рисунке 10. Из-за более высокой пористости структуры с открытыми ячейками имеют более низкую тепловую инерцию и более короткие тепловые переходные процессы. На рис. 10 показано, что и пена, и структуры с ячейками Кельвина способны достигать температуры выключения 550 K примерно за половину времени, затрачиваемого на соты (следует отметить, что зеленые и синие линии почти полностью накладываются друг на друга).Однако по тем же причинам они характеризуются более быстрой фазой охлаждения.

Рисунок 10 . Расчетная температура подложек.

Прогноз экономии топлива

Модель позволила оценить мгновенный и совокупный расход топлива на рассматриваемой EUDC: результаты представлены на рисунке 11. Сплошная красная линия представляет совокупный расход топлива для двигателя с сотовой подложкой («h_Giani»), который считается эталоном. чтобы подчеркнуть влияние субстратов с открытыми клетками.Таким образом, на Рисунке 11 синяя и зеленая линии показывают отклонение в процентах при использовании пенопласта (зеленая сплошная линия, «f_Giani») и подложек из ячеек Кельвина (синяя сплошная линия, «f_Lucci») по отношению к сотовой подложке («h_Giani». ).

Рисунок 11 . Расчетный совокупный расход топлива во время EUDC.

Анализ мгновенного расхода топлива ṁ _f показывает, что в предполагаемых условиях для сотовой конструкции достигаются более низкие значения, чем для обеих структур пенопласта с открытыми порами.Однако разница в совокупном расходе топлива между вариантами составляет менее 0,20%. Кроме того, среди подложек с открытыми порами расход топлива с настоящими пенами («f_Giani») немного ниже, чем со структурами с ячейками Кельвина («f_Lucci»).

Как было показано ранее, падение давления через каталитический нейтрализатор выше для структур с открытыми ячейками (рис. 7) для всех проанализированных случаев, подтверждая, что структуры с открытыми ячейками характеризуются более высоким сопротивлением потоку. Это основная причина более высокого расхода топлива для рассматриваемых структур с открытыми ячейками, особенно при разгоне.При более высоких нагрузках двигателя и более высоких массовых расходах выхлопных газов увеличение перепада давления в выпускном коллекторе более выражено. Однако следует отметить, что в настоящем исследовании увеличение расхода топлива вызвано заменой сотовой подложки пенопластом с открытыми порами, принимающим одинаковую форму и объем. Но более высокие массообменные свойства структур с открытыми ячейками позволяют создавать более компактные реакторы по сравнению с сотовыми, и это приводит к снижению их гидравлического сопротивления, таким образом компенсируя недостаток в расходе топлива.

Максимальное отклонение, наблюдаемое в мгновенном расходе топлива между всеми случаями, составило 0,35% и проявляется только во время ускорений, когда требуется более высокий крутящий момент. В устойчивых условиях движения при постоянной скорости увеличенный мгновенный расход топлива из-за подложки с открытой ячеистой структурой ниже (приблизительно 0,10%). Эти изменения приводят к увеличению всего впрыскиваемого топлива всего на 0,20% за все 400 с цикла.

Выводы

Математические модели представляют собой интересный (и часто неизбежный) способ получить правильное понимание поведения сложных систем.Фактически, разработка теоретических инструментов требует хорошего компромисса между физическим и эмпирическим подходами для ограничения времени процессора.

В статье была создана быстрая модель каталитического нейтрализатора для автомобильного применения, которая была интегрирована в модель 0D «угла поворота коленчатого вала» дизельного двигателя с турбонаддувом. После улучшения модели теплообмена для выпускного коллектора (для учета тепловой динамики во время переходных процессов) была разработана 0D-модель катализатора для моделирования связанных потоков и тепловых процессов.Затем модель катализатора была соединена с моделью двигателя для исследования поведения всей системы и влияния характеристик подложки катализатора. В этой связи реальный дизельный двигатель 1,6 л с турбонаддувом и системой рециркуляции отработавших газов был смоделирован в рамках ездового цикла EUDC, сравнивая характеристики двигателя с различными субстратами катализатора.

Было проанализировано поведение трех различных каталитических структур: сотовой структуры, вспененных материалов с открытыми ячейками и структур с открытыми ячейками Кельвина. Было показано, что при использовании реакторов того же объема увеличенный перепад давления, вызванный структурами с открытыми ячейками, приводит к увеличению общего расхода топлива не более 0.20%. С другой стороны, структуры с открытыми ячейками демонстрируют более быстрые тепловые переходные процессы из-за их более низкой тепловой инерции и, таким образом, способны быстро достигать температуры выключения.

Следует отметить, что более высокие массообменные свойства структур с открытыми ячейками могут позволить создавать более компактные реакторы по сравнению с сотовыми структурами. Это может помочь снизить общее гидравлическое сопротивление пен, открывая новые возможности для повышения эффективности системы последующей обработки, снижая при этом удельный расход топлива.Представленный математический инструмент оказался очень эффективным для моделирования поведения комплексной системы (двигатель + система последующей обработки) и будет использован в будущем для исчерпывающего исследования этих тем.

Напомним, что в представленной модели рабочая жидкость рассматривалась как смесь 7 химических веществ: N ₂ , O ₂ , CO ₂ , H ₂ O, CO, H ₂ № Количество N и тип загрязняющих веществ зависит от конкретного применения.В представленной модели были рассмотрены CO и один или несколько видов, представляющих HC, поскольку их реакции окисления были приняты как наиболее важные при определении температуры катализатора. В ближайшем будущем могут быть рассмотрены различные системы доочистки, например трехкомпонентные катализаторы (что представляет собой очень интересное применение для этих новых решений). Однако моделирование трехкомпонентного катализатора является более сложным, поскольку оно включает кислородный баланс (бензиновые двигатели всегда работают почти в стехиометрическом режиме) и, таким образом, всегда работают в условиях нехватки кислорода.Представленный подход может быть использован для попытки моделирования трехкомпонентного катализатора в реальных условиях движения в режиме реального времени.

Напоследок следует подчеркнуть, что в представленной работе модель транспортного средства еще не проработана. Следовательно, необходимые входные параметры (то есть скорость вращения, массовый расход топлива, управляющие сигналы VGT и EGR) были определены с помощью обратной модели транспортного средства (разработанной в Guzzella и Sciarretta, 2005). Поэтому был выбран более простой цикл EUDC, поскольку это модальный цикл движения, все еще достаточно значительный, чтобы можно было проверить эффективность и гибкость предлагаемого инструмента моделирования.На следующем этапе деятельности будет разработана подходящая модель для транспортного средства, которая будет интегрирована с моделью двигатель + катализатор, что позволит оценить скорость и крутящий момент двигателя в более сложных переходных циклах движения (как WLTC).

Доступность данных

Наборы данных, созданные для этого исследования, доступны по запросу соответствующему автору.

Авторские взносы

AG, вице-президент и PD участвовали в разработке и проведении исследования, анализе результатов и написании рукописи.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Авторы с благодарностью подтверждают финансовую поддержку Швейцарского федерального управления по окружающей среде (FOEN) для проектов, Система последующей обработки выхлопных газов для минимального воздействия на окружающую среду, Транспортное средство для доставки на природном газе, Евро 7 и выше (EAS7 +), проект №.UTF 584.13.18 и имитация катализатора Vertrag Nr. 15.0002.PJ / S122-1359.

Список литературы

Бах К. и Димопулос Эггеншвилер П. (2011). Керамические пенные катализаторы для катализаторов окисления дизельных двигателей: конверсия загрязняющих веществ и вопросы эксплуатации . Документ SAE № 2011-24-079.

Google Scholar

Бумсман, К., Пуликакос, Д., и Вентикос, Ю. (2003). Моделирование потока через металлические пены с открытыми порами с использованием идеализированной периодической ячеистой структуры. Внутр. J. Heat Mass Trans. 24, 825–834. DOI: 10.1016 / j.ijheatfluidflow.2003.08.002

CrossRef Полный текст

Bracconi, M., Ambrosetti, M., Okafor, O., Sans, V., Ou, X., Pereira, C.F., et al. (2018). Исследование падения давления в трехмерных реплицированных пенопластах с открытыми порами: сопоставление CFD с экспериментальными данными по аддитивным пенам. Chem. Англ. J. DOI: 10.1016 / j.cej.2018.10.060. [Epub перед печатью].

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Депчик, К., и Ассанис, Д. (2001). Универсальная корреляция теплопередачи для впускных и выхлопных потоков в двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием . Документ SAE 2002-01-0372.

Google Scholar

Димопулос Эггеншуилер, П., Циноглу, Д., Сейферт, Дж., Бах, К., Фогт, У., и Горбар, М. (2009). Подложки из вспененной керамики для автомобильных катализаторов: жидкостно-механический анализ. Exp. Жидкости 47, 209–222. DOI: 10.1007 / s00348-009-0653-2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фьорани, П., Гамбаротта, А., Лучкетти, Г., Аузиелло, Ф. П., Де Чезаре, М., и Серра, Г. (2008). Подробная модель среднего значения выхлопной системы автомобильного дизельного двигателя . Технический документ SAE, № 2008-28-0027.

Google Scholar

Гайзер, Г., Остерле, Дж., Браун, Дж., И Заке, П. (2003). Прогрессивное распределение однородного спининлетного потока при жестких условиях . Технический документ SAE № 2003-01-0840.

Google Scholar

Гамбаротта, А.(2017). «Методы математического моделирования для турбонагнетателей и двигателей с турбонаддувом», в Turbocharger and Turbocharging: Advancements, Applications and Research (Hauppauge, NY: Nova Science Publishers Inc.,), 375–434.

Гамбаротта А. и Луккетти Г. (2011). Управляемое моделирование автомобильных двигателей на основе угла поворота коленчатого вала . Документ SAE NoICE2011-24-0144.

Google Scholar

Гамбаротта А. и Луккетти Г. (2013). «Модель угла поворота коленвала для моделирования дизельных двигателей в системах HiL / SiL в реальном времени», в 13-м Международном симпозиуме по автомобильным технологиям и технологиям двигателей в Штутгарте (Штутгарт).

Гамбаротта А., Луккетти Г. и Важа И. (2011). Моделирование переходных режимов дизельных двигателей с турбонаддувом в реальном времени. Proc. Inst. Мех. Англ. Pt D J. Automob. Англ. 225, 1186–1203. DOI: 10.1177 / 0954407011408943

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гамбаротта А., Руджеро А., Шолла М. и Луккетти Г. (2012). Система HiL / SiL для моделирования дизельных двигателей с турбонаддувом. МТЗ в мире 73, 48–53. DOI: 10.1365 / s38313-012-0143-4

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джани, Л., Гроппи, Г., и Тронкони, Э. (2005). Характеристики массопереноса металлических пен в качестве носителей для структурированных катализаторов. Ind. Eng. Chem. Res. 44, 4993–5002. DOI: 10.1021 / ie04

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Guzzella, L., and Onder, C.H. (2010). Введение в моделирование и управление системами двигателей внутреннего сгорания . Берлин: Springer-Verlag.

Guzzella, L., и Sciarretta, A. (2005). Силовые установки транспортных средств .Берлин: Springer Verlag.

Google Scholar

Хейвуд, Дж. Б. (1988). Двигатели внутреннего сгорания, Основы . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Макгроу-Хилл.

Google Scholar

Инайят, А., Фройнд, Х., Цейзер, Т., и Швигер, В. (2011). Определение удельной поверхности пенокерамики: новый взгляд на модель тетракаидекаэдров. Chem. Англ. Sci. 66, 1179–1188. DOI: 10.1016 / j.ces.2010.12.031

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Инаят, А., Клумпп, М., фон Бейер, М., Фройнд, Х. и Швигер, В. (2016). Разработка нового соотношения перепада давления для пен с открытыми порами, полностью основанного на теоретических основаниях: с учетом формы стойки и геометрической извилистости. Chem. Англ. J . 287, 704–719. DOI: 10.1016 / j.cej.2015.11.050

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Incropera, Ф. П., Девитт, Д. П., Бергман, Т. Л., и Лавин, А. С. (2013). Принципы тепломассообмена, 7-е изд. .Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья.

Кандилас И. П. и Стамателос А. М. (1999). Конструкция выхлопной системы двигателя на основе расчета теплопередачи. Конвер. Энергии Управлять. 40, 1057–1072. DOI: 10.1016 / S0196-8904 (99) 00008-4

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кольцакис, Г. К., Кацаунис, Д. К., Самарас, З. К., Науманн, Д., Сабери, С., Бом, А., и др. (2008). Разработка системы доочистки на основе пенопласта для дизельного легкового автомобиля .Технический документ SAE № 2008-01-0619.

Google Scholar

Константинидис П. А., Кольцакис Г. К. и Стамателос А. М. (1997). Моделирование переходных процессов теплопередачи в выхлопных системах автомобилей. Proc. Inst. Мех. Англ. Часть C 211, 1–14. DOI: 10.1243 / 0954406971521610

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Луччи, Ф., Делла Торре, А., Черногория, Г., и Димопулос Эггеншвилер, П. (2015). О каталитических характеристиках открытых ячеистых структур по сравнению с сотами. Chem. Англ. J. 264, 514–521. DOI: 10.1016 / j.cej.2014.11.080

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Луччи, Ф., Делла Торре, А., Черногория, Г., Кауфманн, Р., и Димопулос Эггеншвилер, П. (2016). Сравнение геометрических, импульсных и массообменных характеристик реальных пен с решетками ячеек Кельвина для применения в катализаторах. Внутр. J. Тепломассообмен . 108, 341–350. DOI: 10.1016 / j.ijheatmasstransfer

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Луччи, Ф., Делла Торре, А., Фон Рикенбах, Дж., Черногория, Г., Пуликакос, Д., и Димопулос Эггеншвилер, П. (2014). Выполнение рандомизированных структур клеток Кельвина в качестве каталитических субстратов: анализ на основе массопереноса. Chem. Англ. Sci. 112, 143–151. DOI: 10.1016 / j.ces.2014.03.023

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мартин А. П., Уилл Н. С., Бордет А., Корнет П., Гондойн К. и Мутон X. (2000). Влияние распределения потока на характеристики выбросов каталитических нейтрализаторов .Технический документ SAE № 2000-05-0175.

Google Scholar

Папетти, В., Димопулос Эггеншвилер, П., Делла Торре, А., Луччи, Ф., Ортона, А., и Черногория, Г. (2018). Изготовленные аддитивом многогранные структуры с открытыми порами в качестве подложек для автомобильных катализаторов. Внутр. J. Heat Mass Transf. 126, 1035–1047. DOI: 10.1016 / j.ijheatmasstransfer.2018.06.061

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Понтикакис Г. Н., Константас Г. С. и Стамателос А.М. (2004). Моделирование трехкомпонентного катализатора как современный инструмент инженерного проектирования. J. Eng. Газовые турбины Power 126, 906–923. DOI: 10.1115 / 1.1787506

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сантоликвидо, А., Бьянки, Г., Димопулос Эггеншвилер, П., и Ортона, А. (2017). Аддитивное производство периодических керамических подложек для носителей автомобильных катализаторов. Внутр. J. Appl. Ceram. Technol. 14, 1164–1173. DOI: 10.1111 / ijac.12745

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шамим, Т., Шен, Х., Сенгупта, С., Сон, С., и Адамчик, А. (2002). Комплексная модель для прогнозирования характеристик трехкомпонентного каталитического нейтрализатора. J. Eng. Газовые турбины Power 124, 421–428. DOI: 10.1115 / 1.1424295

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Твигг М. и Ричардсон Дж. (2007). Основы и области применения структурированных пенокерамических катализаторов. Ind. Eng. Chem. Res. 46, 4166–4177. DOI: 10.1021 / ie061122o

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фон Рикенбах, Дж., Луччи, Ф., Нараянан, К., Димопулос Эггеншвилер, П., и Пуликакос, Д. (2014). Многомасштабное моделирование гетерогенных реакций, ограниченных массопереносом, в пенопластах с открытыми ячейками. Внутр. J. Тепломассообмен . 75, 337–346. DOI: 10.1016 / j.ijheatmasstransfer.2014.03.060

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фон Рикенбах, Дж., Луччи, Ф., Нараянан, К., Димопулос Эггеншвилер, П., и Пуликакос, Д. (2015). Влияние диффузионного сопротивления покрытия в сотовых и пенных каталитических реакторах. Chem. Англ. J. doi: 10.1016 / j.cej.2015.03.132

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Зигуракис, К. (1989). Переходный режим монолитных каталитических нейтрализаторов: двумерная модель реактора и эффекты радиально неоднородного распределения потоков. Chem. Англ. Sci. 44, 2075–2086.

Google Scholar

Номенклатура

7.1: Каталитические преобразователи — Chemistry LibreTexts

Каталитический нейтрализатор — это устройство, используемое для снижения выбросов от двигателя внутреннего сгорания (используется в большинстве современных автомобилей и транспортных средств).Недостаточно кислорода для полного окисления углеродного топлива в этих двигателях до двуокиси углерода и воды; таким образом образуются токсичные побочные продукты. Каталитические преобразователи используются в выхлопных системах, чтобы обеспечить место для окисления и восстановления токсичных побочных продуктов (например, оксидов азота, монооксида углерода и углеводородов) топлива до менее опасных веществ, таких как диоксид углерода, водяной пар и газообразный азот.

Введение

Каталитические нейтрализаторы

были впервые широко внедрены в автомобили американского производства в 1975 году из-за правил EPA по сокращению токсичных выбросов.Закон Соединенных Штатов о чистом воздухе требовал сокращения выбросов всех новых моделей автомобилей после 1975 года на 75%, причем снижение должно было осуществляться с использованием каталитических нейтрализаторов. Без каталитических нейтрализаторов автомобили выделяют углеводороды, окись углерода и окись азота. Эти газы являются крупнейшим источником приземного озона, который вызывает смог и вреден для жизни растений. Каталитические нейтрализаторы также можно найти в генераторах, автобусах, грузовиках и поездах — почти все, что имеет двигатель внутреннего сгорания, имеет форму каталитического нейтрализатора, прикрепленного к его выхлопной системе.

Каталитический нейтрализатор — это простое устройство, в котором используются базовые окислительно-восстановительные реакции для уменьшения количества загрязняющих веществ, производимых автомобилем. Он преобразует около 98% вредных паров, производимых автомобильным двигателем, в менее вредные газы. Он состоит из металлического корпуса с керамической сотовой внутренней частью с изолирующими слоями. Этот сотовый интерьер имеет тонкостенные каналы, покрытые тонким слоем оксида алюминия. Это пористое покрытие увеличивает площадь поверхности, позволяя протекать большему количеству реакций и содержит драгоценные металлы, такие как платина, родий и палладий.В одном конвертере уходит не более 4-9 граммов этих драгоценных металлов.

Конвертер использует простые реакции окисления и восстановления для преобразования нежелательных паров. Вспомните, что окисление — это потеря электронов, а восстановление — это их получение. Драгоценные металлы, упомянутые ранее, способствуют переносу электронов и, в свою очередь, преобразованию токсичных паров.

Последняя секция преобразователя управляет системой впрыска топлива. Этой системе управления помогает датчик кислорода, который отслеживает, сколько кислорода находится в выхлопном потоке, и, в свою очередь, сообщает компьютеру двигателя, чтобы он отрегулировал соотношение воздух-топливо, поддерживая работу каталитического нейтрализатора на стехиометрической точке и около 100%. эффективность.

Функции

Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор выполняет одновременно три функции:

1. Восстановление оксидов азота до элементарного азота и кислорода: \ [NO_x \ rightarrow N_x + O_x \]
2. Окисление окиси углерода до двуокиси углерода: \ [CO + O_2 \ rightarrow CO_2 \]
3. Окисление углеводородов до диоксида углерода и воды: \ [C_xH_ {4x} + 2xO_2 \ rightarrow xCO_2 + 2xH_2O \]

Есть два типа «систем», работающих в каталитическом нейтрализаторе: «обедненная» и «богатая».«Когда система работает« бедная », кислорода больше, чем требуется, и поэтому реакции способствуют окислению монооксида углерода и углеводородов (за счет восстановления оксидов азота). Напротив, когда система работает «богатый», топлива больше, чем необходимо, и реакции способствуют восстановлению оксидов азота до элементарного азота и кислорода (за счет двух реакций окисления). При постоянном дисбалансе реакций система никогда не достигает 100% эффективность.

Примечание: конвертеры могут накапливать «лишний» кислород в потоке выхлопных газов для дальнейшего использования. Это хранилище обычно происходит, когда система работает экономно; газ выделяется, когда в выхлопном потоке недостаточно кислорода. Выделяемый кислород компенсирует нехватку кислорода, полученного в результате восстановления NO _x , или когда происходит резкое ускорение, и система соотношения воздух-топливо обогащается быстрее, чем каталитический нейтрализатор может адаптироваться к этому. Кроме того, высвобождение накопленного кислорода стимулирует процессы окисления CO и C _x H _4x .

Опасности загрязняющих веществ

Без окислительно-восстановительного процесса для фильтрации и преобразования оксидов азота, монооксидов углерода и углеводородов качество воздуха (особенно в больших городах) становится вредным для человека.

Оксиды азота: Эти соединения относятся к тому же семейству, что и диоксид азота, азотная кислота, закись азота, нитраты и оксид азота. Когда NO _x попадает в воздух, он вступает в реакцию, стимулируемую солнечным светом, с органическими соединениями в воздухе; результат — смог.Смог является загрязнителем и оказывает вредное воздействие на легкие детей. NO _x , реагируя с диоксидом серы, производит кислотный дождь, который очень разрушителен для всего, на что он попадает. Кислотный дождь разъедает автомобили, растения, здания, национальные памятники и загрязняет озера и ручьи до непригодной для рыбы кислотности. NO _x также может связываться с озоном, создавая биологические мутации (например, смог) и уменьшая пропускание света.

Окись углерода: Это опасный вариант природного газа, CO ₂ .Не имеющий запаха и цвета, этот газ не выполняет многих полезных функций в повседневных процессах.

Углеводороды: Вдыхание углеводородов из бензина, бытовых чистящих средств, пропеллентов, керосина и других видов топлива может быть смертельным для детей. Дополнительные осложнения включают нарушения центральной нервной системы и сердечно-сосудистые проблемы.

Каталитическое ингибирование и разрушение

Каталитический нейтрализатор — это чувствительное устройство с внутренним покрытием из драгоценных металлов.Без этих металлов окислительно-восстановительные реакции не могут происходить. Есть несколько веществ и химикатов, которые тормозят работу каталитического нейтрализатора.

1. Свинец: Большинство автомобилей работают на неэтилированном бензине, в котором весь свинец удален из топлива. Однако, если свинец добавляется в топливо и сжигается, он оставляет осадок, покрывающий каталитические металлы (Pt, Rh, Pd и Au) и предотвращающий контакт с выхлопными газами, что необходимо для проведения необходимых окислительно-восстановительных реакций.
2. Марганец и кремний: Марганец в основном содержится в металлоорганическом соединении ММТ (метилциклопентадиенилтрикарбонил марганца).MMT — это соединение, которое использовалось в 1990-х годах для увеличения октанового числа топлива (более высокое октановое число указывает на то, что газ с меньшей вероятностью воспламеняется, вызывая взрыв двигателя. Это важно, поскольку двигатели с более высокими характеристиками имеют высокую степень сжатия, что может требуется бензин с более высоким октановым числом, чтобы дополнить степень сжатия в двигателе), и в настоящее время запрещен к коммерческой продаже из-за правил EPA. Кремний может просачиваться из камеры сгорания в выхлопной поток из охлаждающей жидкости внутри двигателя.

Эти загрязнения препятствуют нормальной работе каталитического нейтрализатора. Однако этот процесс можно обратить вспять, запустив двигатель при высокой температуре, чтобы увеличить поток горячих выхлопных газов через преобразователь, расплавив или сжижая некоторые загрязнения и удалив их из выхлопной трубы. Этот процесс не работает, если металл покрыт свинцом, потому что свинец имеет высокую температуру кипения. Если отравление свинцом достаточно серьезное, весь преобразователь приходит в негодность и подлежит замене.

Термодинамика каталитических нейтрализаторов

Напомним, что термодинамика предсказывает, являются ли реакция или процесс самопроизвольными при определенных условиях, но не скорость этого процесса. Приведенные ниже окислительно-восстановительные реакции протекают медленно без катализатора; даже если процессы термодинамически благоприятны, они не могут происходить без надлежащей энергии. Эта энергия представляет собой энергию активации (\ (E_a \) на рисунке ниже), необходимую для преодоления начального энергетического барьера, препятствующего реакции.Катализатор способствует термодинамическому процессу за счет снижения энергии активации; сам по себе катализатор не производит продукт, но он влияет на количество и скорость образования продуктов.

1. Восстановление оксидов азота до элементарного азота и кислорода: \ [NO_x \ rightarrow N_x + O_x \]
2. Окисление окиси углерода до двуокиси углерода. \ [CO + O_2 \ вправо CO_2 \]
3. Окисление углеводородов до диоксида углерода и воды. \ [C_xH_ {4x} + 2xO_2 \ стрелка вправо xCO_2 + 2xH_2O \]

Кража каталитического нейтрализатора

Из-за наличия драгоценных металлов в покрытии внутренней керамической конструкции многие каталитические нейтрализаторы стали объектами краж.Преобразователь является наиболее легкодоступным компонентом, поскольку он находится снаружи и под автомобилем. Вор легко мог проскользнуть под машину, пропилить соединительные трубки на каждом конце и уйти вместе с каталитическим нейтрализатором. В зависимости от типа и количества драгоценных металлов внутри каталитический нейтрализатор можно легко продать по 200 долларов за штуку.

Глобальное потепление

Хотя каталитический нейтрализатор помогает снизить токсичность выхлопных газов автомобильных двигателей, он также оказывает вредное воздействие на окружающую среду.При конверсии углеводородов и окиси углерода образуется двуокись углерода. Двуокись углерода — один из наиболее распространенных парниковых газов, вносящий значительный вклад в глобальное потепление. Конвертеры иногда вместе с углекислым газом перестраивают азотно-кислородные соединения с образованием закиси азота. Это то же соединение, которое используется в веселящем газе и в качестве усилителя скорости в автомобилях. Как парниковый газ, закись азота в 300 раз сильнее углекислого газа и пропорционально способствует глобальному потеплению.

Список литературы

1. Тимберлейк, Карен К. Химия: Введение в общую, органическую и биологическую химию . 10-е изд. Верхняя Сэддл Ривер: Высшее образование Прентис Холл, 2008.
2. Петруччи, Ральф Х., Уильям С. Харвуд и Джефф Э. Херринг. Общая химия: принципы и современные приложения . 9 изд. Река Аппер Сэдл: Prentice Hall, 2006. d Biological Chemistry . 10-е изд. Тимберлейк, Карен К. Химия: Введение в общие, органические и биологические Chmi

Проблемы

1. Каковы потенциальные опасности токсичных веществ, выбрасываемых автомобилем без каталитического нейтрализатора?
2. Какие 3 окислительно-восстановительных реакции происходят в трехкомпонентном каталитическом нейтрализаторе?
3. Каталитический нейтрализатор работает со 100% эффективностью? Почему или почему нет?
4. Как каталитические нейтрализаторы могут быть повреждены или неправильно использованы?
5. Почему кражи каталитических нейтрализаторов? What ar

Авторы

.