Температура катализатора автомобиля: ⭐ Температура катализатора. Принцип действия каталитического нейтрализатора выхлопных газов

⭐ Температура катализатора. Принцип действия каталитического нейтрализатора выхлопных газов

Принцип действия каталитического нейтрализатора выхлопных газов основан на осуществлении химической реакции под воздействием тепла. Если автомобиль используется в обычном режиме и двигатель успевает прогреваться, то нейтрализатор расщепляет опасные соединения. Если авто передвигается на короткие дистанции с частым глушением ДВС (в транспортном заторе), то выделяется недостаточно тепла для осуществления химических реакций.

Сбои двигателя, экстремально жаркие погодные условия, постоянные перегрузки режима движения авто приводят к превышению допустимой температурной нормы в выхлопной системе, отчего автокат быстрее выходит из строя.

Какая рабочая температура катализатора?

Температура катализатора автомобиля может колебаться от +300 до +800°С, это считается нормой. В таких условиях опасные соединения, содержащиеся в выхлопе, распадаются под воздействием катализирующего покрытия сот. Выходящие вместе с водяным паром токсичные оксиды углерода и азота расщепляются до углекислого газа и молекулярного азота. Реакции химической трансформации соединений запускает сплав драгметаллов из элементов платиновой группы: родий, палладий, платина, золото. Он нанесен тонким слоем на внутреннюю поверхность сот. Состав активно работает в допустимых температурных пределах, но остро реагирует на отклонения от нормы.

Какая температура катализатора влияет на срок службы?

Вопрос оплавления нейтрализатора живо обсуждается на форумах автолюбителей. Есть те, кто считает, что фильтрующая матрица плавится и затрудняет выход газов. Другие утверждают, что керамика жаропрочная и выдерживает температурные нагрузки автомобиля. Но дело вовсе не в свойствах керамических сот, а в функциональности нанесенной на них каталитической пленки. Драгоценный сплав действительно оплавляется, если работает при +900°С и выше.

На что влияет низкая температура работы катализатора?

Говоря о низких показателях, химики имеют ввиду все, что ниже 250-300°С.

Этот барьер служит стартом для запуска химических процессов. Недостаточно активная работа двигателя, краткие акты включения-выключения зажигания приводят к тому, что выхлоп не очищается, а соты автоката забиваются. Нормальная температура катализатора важна для автомобилей с дизельным двигателем, так как в них запускается процедура регенерации (самоочищения сот) при высокой тепловой активности. Частые случаи передвижения на непрогретом ДВС приводят к невозможности самостоятельного выжигания сажи, копоти и приводят автокат (сажевый фильтр) в нерабочее состояние.

Как работает автомобильный каталитический нейтрализатор?

Во время работы двигателя внутреннего сгорания в атмосферу выбрасываются отработанные газы, которые не только являются одной из основных причин загрязнения воздуха, но и одной из причин многих заболеваний.

Эти газы, которые выходят из выхлопных систем транспортных средств, состоят из чрезвычайно вредных элементов, поэтому современные автомобили оснащаются особенной системой выхлопа, в которой обязательно присутствует катализатор.

Каталитический нейтрализатор разрушает вредные молекулы выхлопных газов и делает их максимально безопасными для людей и окружающей среды.

Что такое катализатор?

Каталитический нейтрализатор представляет собой тип устройства, основной задачей которого является снижение вредных выбросов от выхлопных газов автомобильных двигателей. Устройство катализатора простое. Это металлическая емкость, которая установлена в выхлопной системе автомобиля.

В емкости есть две трубы. «Вход» преобразователя соединен с двигателем, и через него поступают выхлопные газы, а «выход» соединяется с резонатором выхлопной системы автомобиля.

Когда выхлопные газы двигателя попадают в катализатор, в нем происходят химические реакции. Они разрушают вредные газы и превращают их в безопасные, которые можно выбрасывать в окружающую среду.

Из каких элементов состоит каталитический нейтрализатор?

Чтобы было немного понятнее, как работает автомобильный каталитический нейтрализатор, рассмотрим, каковы его основные элементы. Не вдаваясь в подробности, перечислим только основные элементы, из которых он построен.

Подложка

Подложка представляет собой внутреннюю структуру катализатора, на которую наносятся покрытие катализатора и драгоценные металлы. Существует несколько типов подложек. Их основное отличие — материал, из которого изготавливается. Чаще всего это инертное вещество, которое стабилизирует на его поверхности активные частицы.

Покрытие

Активный материал катализатора обычно состоит из диоксида алюминия и таких соединений, как церий, цирконий, никель, барий, лантан и другие. Цель покрытия — расширить физическую поверхность подложки и служить в качестве основы, на которую наносятся драгоценные металлы.

Драгоценные металлы

Драгоценные металлы, присутствующие в каталитическом нейтрализаторе, служат для проведения чрезвычайно важной каталитической реакции. Обычно используемые драгоценные металлы — это платина, палладий и родий, но в последние годы большое количество производителей начали использовать золото.

Корпус

Корпус представляет собой внешнюю оболочку устройства и содержит подложку и другие элементы катализатора. Материал, из которого обычно делают корпус — нержавеющая сталь.

Трубы

Трубы соединяют каталитический нейтрализатор автомобиля с выхлопной системой автомобиля и двигателем. Они сделаны из нержавеющей стали.

Как работает автомобильный каталитический нейтрализатор?

Для работы двигателя внутреннего сгорания важно, чтобы в его цилиндрах происходил стабильный процесс сгорания воздушно-топливной смеси. Во время этого процесса образуются вредные газы, такие как оксид углерода, оксиды азота, углеводороды и другие.

Если в автомобиле нет каталитического нейтрализатора, все эти чрезвычайно вредные газы после выброса в выпускной коллектор из двигателя будут проходить через выхлопную систему и будут попадать непосредственно в воздух, которым мы дышим.

Если транспортное средство имеет каталитический нейтрализатор, выхлопные газы будут проходить от двигателя к глушителю через соты подложки и вступать в реакцию с драгоценными металлами. В результате химической реакции вредные вещества нейтрализуются, и из выхлопной системы в окружающую среду попадает лишь безвредный выхлоп, состоящий в большей степени из углекислого газа.

Из уроков химии мы знаем, что катализатор — это вещество, которое вызывает или ускоряет химическую реакцию, не влияя на нее. Катализаторы участвуют в реакциях, но не являются ни реагентами, ни продуктами каталитической реакции.

Есть две стадии, через которые проходят вредные газы в катализаторе: восстановление и окисление. Как это работает?

Когда рабочая температура катализатора достигает от 500 до 1200 градусов по Фаренгейту или 250-300 градусов по Цельсию, происходят две вещи: восстановление, и сразу после этого реакция окисления. Это звучит немного сложно, но на самом деле это означает, что молекулы вещества одновременно теряют и получают электроны, из-за чего меняется их структура.

Восстановление (поглощение кислорода), которое происходит в катализаторе, направлено на превращение оксида азота в экологически чистый газ.

Как работает автомобильный катализатор на стадии восстановления?

Когда закись азота из выхлопных газов автомобиля попадает в катализатор, платина и родий в нем начинают воздействовать на разложение молекул оксида азота, превращая вредный газ в совершенно безвредный.

Что происходит на стадии окисления?

Вторая стадия, которая происходит в катализаторе, называется реакцией окисления, в которой не сгоревшие углеводороды превращаются в диоксид углерода и воду путем смешивания с кислородом (окисление).

Реакции, которые происходят в катализаторе, изменяют химический состав выхлопных газов, изменяя структуру атомом, из которых они состоят. Когда молекулы вредных газов переходят из двигателя в катализатор, он разделяет их на атомы. Атомы, в свою очередь, рекомбинируют в молекулы в относительно безвредные вещества, такие как диоксид углерода, азот и вода, и выбрасываются в окружающую среду через выхлопную систему.

Основными типами каталитических нейтрализаторов, используемых в бензиновых двигателях, являются два: двухсторонний и трехходовой.

Двусторонний

Двустенный (двухсторонний) катализатор одновременно выполняет две задачи: окисляет окись углерода до двуокиси углерода и окисляет углеводороды (не сгоревшее или частично сгоревшее топливо) до двуокиси углерода и воды.

Этот тип автомобильного катализатора использовался в дизельных и бензиновых двигателях для снижения вредных выбросов углеводородов и окиси углерода до 1981 года, но поскольку он не мог преобразовывать оксиды азота, после 81 года его заменили трехкомпонентными катализаторами.

Трехходовой окислительно-восстановительный каталитический нейтрализатор

Этот тип автомобильного катализатора, как выяснилось, был представлен в 1981 году, и сегодня его устанавливают на все современные автомобили. Трехходовой катализатор выполняет три задачи одновременно:

• восстанавливает оксид азота до азота и кислорода;
• окисляет окись углерода до двуокиси углерода;
• окисляет не сгоревшие углеводороды до углекислого газа и воды.

Поскольку этот тип каталитического нейтрализатора выполняет обе стадии катализа — восстановление и окисление, он выполняет свою задачу с эффективностью до 98%. Это означает, что если ваш автомобиль оснащен таким каталитическим нейтрализатором, он не будет загрязнять окружающую среду вредными выбросами.

Типы катализаторов в дизельных двигателях

Для дизельных автомобилей до недавнего времени одним из наиболее часто используемых каталитических нейтрализаторов был дизельный катализатор окисления (DOC). Этот катализатор использует кислород в потоке выхлопных газов для преобразования оксида углерода в диоксид углерода и углеводородов в воду и диоксид углерода. К сожалению, этот тип катализатора эффективен только на 90%, и ему удается устранить запах дизеля и уменьшить видимые частицы, но он не эффективен для снижения выбросов NO x.

Дизельные двигатели выделяют газы, которые содержат относительно высокий уровень твердых частиц (сажи), который состоит в основном из элементарного углерода, с которым катализаторы DOC не могут справиться, поэтому частицы должны быть удалены с помощью так называемых сажевых фильтров (DPF).

Как обслуживаются катализаторы?

Чтобы не было проблем с катализатором, важно знать, что:

• Средний срок службы катализатора составляет около 160000 км. Проехав это расстояние, вам нужно подумать о замене преобразователя.
• Если автомобиль оснащен каталитическим нейтрализатором, вы не должны использовать этилированное топливо, так как оно снижает эффективность катализатора. Единственное подходящее топливо в этом случае — неэтилированное.

Несомненно, преимущества этих устройств для окружающей среды и нашего здоровья огромны, но в дополнение к их преимуществам у них есть и свои недостатки.

Одним из их самых больших недостатков является то, что они работают только при высоких температурах. Другими словами, когда вы заводите автомобиль, каталитический нейтрализатор почти ничего не делает для уменьшения выхлопных газов.

Он начинает работать эффективно только после того, как выхлопные газы нагреваются до 250-300 градусов по Цельсию. Вот почему некоторые производители автомобилей предприняли шаги для решения этой проблемы путем перемещения катализатора ближе к двигателю, что, с одной стороны, улучшает производительность устройства, но сокращает его срок службы, поскольку его близость к двигателю подвергает его воздействию очень высоких температур.

В последние годы было решено разместить каталитический нейтрализатор под сиденьем пассажира на расстоянии, которое позволит ему работать более эффективно, не подвергаясь воздействию высоких температур двигателя.

Другими недостатками катализаторов являются частое засорение и обжиг пирога. Выгорание обычно происходит из-за не сгоревшего топлива, попадающего в выхлопную систему, которое воспламеняется в подаче катализатора. Засорение чаще всего происходит из-за плохого или неподходящего бензина, естественного износа, стиля вождения и т.д.

Это очень небольшие недостатки на фоне огромных преимуществ, которые мы получаем от использования автомобильных катализаторов. Благодаря этим устройствам ограничиваются вредные выбросы, производимые автомобилями.

Некоторые критики утверждают, что углекислый газ — тоже вредный выброс. Они считают, что катализатор в автомобиле не нужен, так как из-за таких выбросов усиливается парниковый эффект. На самом деле, если автомобиль не имеет каталитического нейтрализатора и выделяет угарный газ в воздух, этот оксид сам превратится в углекислый газ в атмосфере.

Кто изобрел катализатор?

Хотя катализаторы массово не появлялись до конца 1970-х годов, их история началась намного раньше.

Отцом катализатора считается французский инженер — химик Евгений Гудри, который в 1954 году запатентовал свое изобретение под названием «Каталитический нейтрализатор выхлопных газов».

До этого изобретения Гудри изобрел каталитический крекинг, в котором крупные сложные органические химические вещества разделяются на безвредные продукты. Затем он экспериментировал с различными видами топлива, его целью было сделать его более чистым.

Фактическое применение катализаторов в автомобили имело место в середине 1970-х годов, когда были введены более строгие правила контроля выбросов, требующие удаления свинца из выхлопа из-за некачественного бензина.

Вопросы и ответы:

Как проверить наличие катализатора на авто? Для этого достаточно заглянуть под автомобиль. Помимо основного глушителя и малого глушителя (резонатора, который стоит в передней части выхлопной системы), катализатор – еще одна колба.

Где в машине стоит катализатор? Так как катализатор должен работать в условиях с высокой температурой, то он стоит максимально близко к выпускному коллектору. Он находится перед резонатором.

Что такое катализатор в авто? Это каталитический нейтрализатор – дополнительная колба в выхлопной системе. Она заполнена керамическим материалом, соты которого покрыты драгоценным металлом.

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ

Про катализаторы…: bmwservice — LiveJournal

Вышеупомянутая «трехкомпонентность» подразумевает исключительно три основных полезных реакции:

а) доокисление «угарного газа» до сравнительно безвредной двуокиси углерода;
б) выделение из вредных окислов азота самого атмосферного азота;
в) расщепление углеводородов на двуокись углерода и воду.

Следовательно, говорить о «катализатор работает» можно только по отношению к тем компонентам выхлопа, для которых он собственно и создавался. Катализатор не «дожигает», а только убивается несгоревшими компонентами моторного масла, топлива и прочими сложными формами углеводородов. «Масло жрет, но пока еще не дымит, потому что катализатор еще работает» — абсурд. Так хорошо знакомое владельцам «немцев» сизое дымление говорит не о смерти катализатора, а о проблемах с двигателем, которые таким образом по наследству достаются катализатору и транзитом через него проходят, заодно его добивая. Катализатор же такие эксцессы способен терпеть лишь непродолжительное время. При несвоевременном устранении причин, его активный слой покрывается спекшейся органикой, а сами соты — наглухо забиваются.

Далее логично осветить такой важный момент как срок жизни катализатора. К великому удивлению, при условии исправно работающего двигателя, этот компонент не менее долговечен, чем кузов автомобиля и даже имеет все шансы его пережить. Каталитический нейтрализатор работает без расхода активного вещества.

Убить катализатор может только неисправность двигателя в некоторых особо заметных проявлениях: моторное масло в выхлопных газах, позднее зажигание и неправильное смесеобразование. Убедиться в этом можно самостоятельно, найдя видавшую виды иномарку ранних выпусков типа BMW E34 года так 1987 и позже — ее катализатор может работать совершенно исправно до сих пор, не в пример современным трех-пятилеткам этого же производителя. А все потому, что моторы типа М50/M20 могут ничего не знать о расходе масла, даже находясь в столь почтенном возрасте…

Катализатор эффективно работает только в диапазоне температур свыше 300 градусов Цельсия. После превышения порога в 900 градусов, он начинает разрушаться. При неудачном стечении обстоятельств (например, разогретый активной ездой катализатор и позднее зажигание от применения 95-го бензина на современном форсированном двигателе, рассчитанном, как правило, исключительно на 98-й) несгоревшее топливо может мгновенно оплавить его например вот так, как на фото:

Следующий важный момент: невероятно распространенная байка про увеличение мощности после удаления катализатора. Если он не оплавлен и сохраняет пропускную способность, «дышать» двигателю он мешает не больше, чем препятствует дыханию вот это приспособление:

Обращу внимание, что не помогают развеять миф даже популяризованные в легкой и непринужденной манере данные. .. Полученные, замечу, после очевидной, но несущественной подтасовки. Но даже они дают «разницу» сравнимую с методологической погрешностью измерений (чем, кстати, по сути и являются, что легко понять по видео). Однако полученная разница в плюс-минус 2 л.с. в данном случае, это сравнение не только и не столько исправного катализатора с его отсутствием, сколько исправного с «частично забитым»(sic!).

Кстати, этот эксперимент я проводил лично и на том же стенде. С более «стабильным» результатом — никаким. Удаление полностью исправного и чистого катализатора вообще не дало никакого прироста мощности и мощность стала даже ниже , что объясняется  изменившимся условиям в измерительной камере: за пару недель, прошедших после «переварки» катализатора, там немного потеплело. Отмечу, что когда закупорка будет аналогичной вышеприведенной фотографии, двигатель вообще перестанет набирать обороты… Измерять что-либо необходимости не будет.

Несмотря на вышесказанное, не могу пойти против истины: катализатор все же немного снижает мощность двигателя и тому есть объективная причина. Объяснение лежит в плоскости истории внедрения катализаторов в серийную продукцию. В то время, когда на конвейере одновременно присутствовали «катализаторные» и «бескатализаторные» модели, унификация не позволяла вносить наиболее эффективные технологические изменения в конструкцию выхлопа.

Когда-то, в «переходной период», катализатор был лишь «пришлепкой» на приемной трубе:

Очевидно, что выхлопные газы после почти метрового пробега температуру немало теряли, эффективность нейтрализации снижалась, что заставляло производителя «подтягивать» термостат вверх на десять градусов, что хорошо видно на примере ранних поколений BMW. Температуру двигателя поднимали на 10-15 градусов, что способствует полноте сгорания и улучшает «экологию» вообще.

В следующем поколении двигателей, подтягивали уже не только и не столько температуру (а ее реально подтянули до 100-110 градусов с 90), но и сам элемент катализатора затолкали практически в цилиндр:

Такая конструкция называется «каталитическим коллектором», или же «катколлектором», что мешает настраивать выпускной коллектор на эффект резонанса.
Это дает некоторое сравнительное снижение мощности по сравнению с хорошо настроенными «спортивными» «пауками»:

Так что нужно просто знать, с чем сравнивать.

Но самый главный вопрос, даже при сравнении действительно сравнимых вещей, сколько же реально «съедает» катализатор. Ведь мы меняем рассчитанную и хорошо настроенную систему на кусок полой трубы бОльшего, чем основной, диаметра, где скорость истечения газов падает, а противодавление немного увеличивается!

Дать достаточно точный ответ на этот вопрос нам снова поможет компания BMW, которая (и это также мною проверено на диностенде) всегда исключительно точно указывает мощностные характеристики двигателей. Искушенные читатели сразу поймут, что проще всего будет сравнить «экологичные» версии спортивных моторов BMW S54B32 для американского рынка с европейскими аналогами.

Сначала посмотрим на разницу в конструкции «Европы»:

А катализатора-то там и нет — его перенесли почти на метр… Так что выпуск здесь совершенно «спортивный», а сам кат стоит далеко от двигателя:

А вот версия для США, где катколлектор традиционный, в угоду экологии:

Настало время огласить разницу: установленный катализатор отнял у двигателя. .. примерно 5 л.с из 343.  И целых 10 Н*м крутящего момента.

То есть, отличия настроенной(!) выхлопной системы от «задушенной» катализатором это примерно 2% по мощности и моменту. Это, конечно, можно почувствовать, но очень непросто…

Умелый чип-тюнинг (который и был выполнен самой BMW в версии M3 CSL) даст не менее 5% прибавки и будет стоить дешевле, чем «фирменный» паук и его установка. Следовательно, тупое (самый удачный термин) выбивание катализатора при сохранении катколлектора вообще ничего не даст.

В завершении, предлагаю основные тезисы «про автомобильные катализаторы»:

1.Катализатор — практически вечный прибор, при условии, что двигатель исправен. Должны быть исправны датчики кислорода, должен отсутствовать расход масла, октановое число топлива должно соответствовать режиму эксплуатации и конструкции двигателя. Это минимально достаточные требования для его долговременного функционирования.

2.Удаление катализатора без необходимости — бессмысленная процедура. Не только бесполезная с точки зрения прибавки мощности, но даже вредная — выхлопные газы впрысковых (в т.ч. и непосредственно-впрысковых) автомобилей крайне токсичны и удушливы в виду короткого пути смесеобразования (сравните с хорошо настроенными карбюраторными автомобилями и запахом их выхлопа). При каждом открытии дверей и окон в пробке/стоянке, выхлопные газы будет затягивать в салон по строго законам физики — в зону пониженного давления. Закрытие дверей оставляет вас с ними один на один. Поврежденный катализатор имеет смысл заменить если не на дорогой оригинальный, то хотя бы на универсальный «евро» картридж, немного более низкой эффективности, но и значительно более дешевый. Прошивки типа «евро- 2» также не имеют никакого отношения к увеличению мощности, но негативно сказываются на поддержании оптимального состава смеси — снижают эффективность нейтрализации, даже при условии сохранения катализатора.

3.Нормальный выхлоп прогретого автомобиля класса типа «евро-4» и выше — горячий воздух практически без запаха. Во всех случаях отклонений от этой «нормы», стоит задуматься о фактическом состоянии катализатора и двигателя.

4.Данные с датчиков контроля за состоянием катализатора, а также датчиков окислов азота, или температуры катализатора (последние установлены на некоторых азиатских двигателях) — важная информация для автовладельца, которую неплохо бы научиться корректно интерпретировать, что позволит не менять (хуже того — удалять) полностью исправный катализатор в случае возникновения фантомных ошибок (снова см. материал про бензин).

5.Катализатор бессмысленно удалять даже в потенциально «проблемных» по топливу регионах. Металлосодержащие присадки со свинцом и железом и рядом не стояли с воздействием на катализатор, например, того же моторного масла. Ни по эффективности, ни по массово-объемным показателям. Литр масла на 1000 км это просто океан на фоне 1000 л самого злого этилированного бензина. И убить такими присадками катализатор еще сложнее, чем найти такой бензин в крупном городе. ..

P0425 — Датчик температуры катализатора (банк 1)P0425 — Catalytic converter temperature sensor, bank 1

OBD-II код неисправности Техническое описание

Неисправность цепи датчика температуры катализатора (ряд 1, датчик 1)

Что это обозначает?

Этот диагностический код неисправности (DTC) — это общий код трансмиссии, который означает, что он применяется к автомобилям с OBD-II, оснащенным датчиком температуры катализатора (Subaru, Ford, Chevy, Jeep, Nissan, Mercedes-Benz, Toyota, Dodge и т. Д.). ). Хотя общие, точные шаги ремонта могут варьироваться в зависимости от марки / модели.

Каталитический нейтрализатор является одним из наиболее важных элементов оборудования для выхлопных газов в автомобиле. Выхлопные газы проходят через каталитический нейтрализатор, где происходит химическая реакция. Эта реакция превращает оксид углерода (CO), углеводороды (HO) и оксиды азота (NOx) — в безвредную воду (h3O) и диоксид углерода (CO2).

Эффективность преобразователя контролируется двумя датчиками кислорода; один установлен выше по потоку от преобразователя и один установлен ниже по потоку. Сравнивая сигналы датчика кислорода (O2), модуль управления трансмиссией (PCM) может определить, правильно ли работает каталитический нейтрализатор. Стандартный датчик O2 с предварительным катализатором из циркония будет быстро переключать свой выходной сигнал приблизительно между 0,1 и 0,9 Вольт. Показание 0,1 вольт указывает на бедную смесь воздух / топливо, тогда как 0,9 вольт указывает на богатую смесь. Если преобразователь работает должным образом, датчик на выходе должен постоянно работать при напряжении около 0,45 Вольт.

Эффективность и температура каталитического нейтрализатора идут рука об руку. Если преобразователь работает должным образом, температура на выходе должна быть немного выше, чем на входе. Старое правило было разницей в 100 градусов по Фаренгейту. Тем не менее, многие современные транспортные средства, возможно, не показывают такое большое расхождение.

Не существует настоящего «датчика температуры катализатора». Обозначенные в этой статье коды — это датчик кислорода. Часть кода «банк 1» указывает на проблему с первым банком двигателя. То есть банк, в который входит цилиндр № 1. «Датчик 1» относится к датчику, установленному перед каталитическим нейтрализатором.

Код неисправности P0425 устанавливается, когда PCM обнаруживает неисправность в блоке 1 цепи датчика температуры катализатора 1.

Связанные диагностические коды включают в себя:

• P0426 Диапазон / производительность цепи датчика температуры катализатора (ряд 1, датчик 1)
• P0427 Низкая цепь датчика температуры катализатора ( ряд 1, датчик 1)
• P0428 Высокая температура цепи датчика температуры катализатора ( ряд 1, датчик 1)

Серьезность кода и симптомы

Серьезность этого кода умеренная. Симптомы кода двигателя P0425 могут включать:

• Подсветка двигателя с подсветкой
• Плохая работа двигателя
• Снижение расхода топлива
• Увеличение выбросов

причины

Возможные причины для этого кода P0425 включают в себя:

• Неисправный датчик кислорода
• Проблемы с проводкой
• Выхлопная смесь воздуха и топлива вышла из равновесия
• Неисправное программирование PCM / PCM

Диагностические и ремонтные процедуры

Начните с визуального осмотра верхнего кислородного датчика и соответствующей проводки. Проверьте надежность соединений, поврежденную проводку и т. Д. Кроме того, проверьте наличие утечек выхлопных газов как визуально, так и на слух. Утечка выхлопных газов может вызвать ложный код датчика кислорода. Если повреждение обнаружено, отремонтируйте при необходимости, очистите код и посмотрите, вернется ли он.

Затем проверьте бюллетени технического обслуживания (TSB) по данной проблеме. Если ничего не найдено, вам нужно будет перейти к пошаговой диагностике системы. Ниже приведена обобщенная процедура, так как тестирование по этому коду варьируется в зависимости от транспортного средства. Чтобы точно протестировать систему, вам нужно обратиться к блок-схеме диагностики для конкретной марки / модели автомобиля.

Проверьте другие коды неисправности

Коды датчика кислорода часто могут быть установлены из-за проблем с работой двигателя, которые приводят к разбалансировке смеси воздух / топливо. Если сохранены другие коды неисправности, вам следует сначала обратиться к ним, прежде чем приступить к диагностике кислородного датчика.

Проверьте работу датчика

Лучше всего это сделать с помощью диагностического прибора или, еще лучше, осциллографа. Поскольку большинство людей не имеют доступа к прицелу, мы рассмотрим диагностику кислородного датчика с помощью диагностического прибора. Подключите диагностический прибор к порту ODB под приборной панелью. Включите диагностический прибор и выберите параметр напряжения датчика 2 банка 1 из списка данных. Доведите двигатель до рабочей температуры и просмотрите работу датчика на диагностическом приборе в графическом режиме. Датчик должен быстро переключаться между насыщенным и бедным (0,1 вольт и 0,9 вольт). Если отклик датчика вялый, он, вероятно, неисправен и должен быть заменен.

Если показания датчика постоянно превышают 0,55 В, либо произошел сбой датчика, смесь воздуха и топлива слишком богата или в сигнальной цепи датчика имеется обрыв. Если показания датчика постоянно превышают 0,35 В, либо датчик вышел из строя, смесь воздуха и топлива слишком бедная, либо в сигнальном проводе к РСМ имеется высокое сопротивление или короткое замыкание.

Проверьте схему

Датчики кислорода выдают собственный сигнал напряжения, который отправляется обратно в PCM. Прежде чем продолжить, вы можете обратиться к заводским схемам подключения, чтобы определить, какие провода какие. Autozone предлагает бесплатные онлайн-руководства по ремонту многих автомобилей, а ALLDATADIY предлагает подписку на один автомобиль. Чтобы проверить неразрывность соединения между датчиком и PCM, поверните ключ зажигания в положение «выключено» и отсоедините разъем датчика O2. Подключите цифровой мультиметр с омами (при выключенном зажигании) между сигнальной клеммой датчика O2 на РСМ и сигнальным проводом. Если показания счетчика выходят за пределы (OL), между PCM и датчиком возникает разомкнутая цепь, которую необходимо найти и отремонтировать. Если счетчик читает числовое значение, существует непрерывность.

Далее вам нужно проверить заземленную цепь. Для этого поверните ключ зажигания в положение «выключено» и отсоедините разъем датчика O2. Подключите цифровой мультиметр с сопротивлением (при выключенном зажигании) между клеммой заземления разъема датчика O2 (со стороны жгута проводов) и заземлением шасси. Если показания счетчика выходят за пределы (OL), на стороне заземления цепи имеется разомкнутая цепь, которую необходимо найти и отремонтировать. Если счетчик читает числовое значение, существует непрерывность заземления.

Наконец, вам нужно убедиться, что PCM правильно обрабатывает сигнал датчика O2. Для этого оставьте все разъемы подключенными и вставьте измерительный провод заднего зонда в клемму сигнала на РСМ. Установите для цифрового мультиметра значение постоянного напряжения. При прогретом двигателе сравните показания напряжения на измерителе с показаниями на диагностическом приборе. Если два не совпадают, PCM, вероятно, неисправен или требует перепрограммирования.

Температура выхлопной трубы автомобиля

Всё об выхлопной системе автомобиля — Советы автолюбителям

Работоспособность двигателя, практически полностью, зависит от качества обработки горючей жидкости. В процессе сгорания топлива, высвобождается требуемое количество энергии, однако, параллельно этому, выделяется газ, в котором система не нуждается. Данный газ заполняет рабочее пространство, создавая препятствия для поступления следующей партии топлива, для проведения повторного сжигания. В целях вывода отработанных газов, была разработана соответствующая система, позволяющая оперативно избавляться от выделяемых отходов.

При накоплении большого количества газа, создается давление, которое воздействует на поршень, открывающий дорогу для дальнейшего прохождения. Чтобы в процессе вывода не возникало определенных сложностей, со стороны выхода газов создается разряженное пространство. Именно для этих целей используется совокупность элементов, именуемая выхлопной системой.

Наличие разряженного воздуха является очень важным моментом. Но, для чего он необходим? Чтобы было понятнее, создается некий эффект, позволяющий мгновенно высасывать продукты распада, наподобие пылесоса. Благодаря этому, рабочее пространство максимально возможным образом освобождается от отходов для проведения процесса обработки топлива сначала.

Разряженность достигается путем создания условий, при которых возникают силы инерции газов, действующие своеобразным образом. В процессе выхода отработанных газов, давление изменяется в сторону увеличения, после чего, происходит разряжение.

Основными источниками, препятствующими нормальному выделению газов, могут быть дополнительные изгибы системы, неисправности некоторых элементов, либо гофра, установленная с некоторыми отклонениями от стандартных показателей. В результате этого, камера наполняется топливной смесью в недостаточном процентном соотношении. Это способствует снижению физических характеристик двигателя. Чтобы себя застраховать, некоторые водители используют выхлопные системы прямоточного типа, в большинстве случаев, с более широким диаметром трубы. Таким образом исчезают все препятствия на пути выхода отработанного газа.

Читайте также:  Как удалить наклейку с кузова автомобиля

Строение прямоточной системы вывода отработанных газов подразумевает наличие коллектора и катализатора. Основной задачей последнего является очистка выходящих газов от ядовитых веществ, снижая вредное воздействие до минимальных показателей. Структура коллектора может быть различной, все зависит от количества цилиндров двигателя.

В качестве основного устройства, отвечающего за снижение скорости передвижения газов, берется резонатор. За счет этого в разы уменьшается уровень производимого шума. В данном случае, резонатор выступает в роли первичного средства. Следующим элементом является глушитель, который предназначен для снижения уровня шума до минимума. Глушитель может быть оборудован датчиками и фильтрами, улавливающими сажу, с последующим распознаванием ее структуры.

Выхлопная система спортивного типа

Для начала, основное внимание уделяется строению выхлопной системы стандартного автомобиля. В основном, такие системы имеют 2-3 участка, которые препятствуют быстрому перемещению газа. Сажевый фильтр, в такой системе, отсутствует. Резонатор имеет пониженное сопротивление. Выпускной коллектор, в данном случае, является одним из самых слабых мест.

Строение коллектора определяется длиной элемента. В случае с коротким звеном системы, целесообразнее использовать конструкцию, состоящую из четырех отводов, перетекающих в одну трубу. Если звено длинное, то форма изменяется согласно требуемым условиям. В этом случае, четыре отвода разделяются на пары, образуя две парные трубы, также перетекающие в одну.

Определенная структура коллектора формируется под те или иные нужды. В случае с коротким коллектором, преследуется цель обслуживания мощных автомобилей, обладающих высокими скоростными возможностями. Так же, он используется в случае повышения характеристик мощности при модернизации. Вариант с длинным коллектором целесообразнее использовать в условиях городского движения. Здесь стоит отметить, что изменение параметров системы выхлопа предусматривает установку новых настроек в системе подачи горючего.

Читайте также:  Принцип работы ДВС

Монтаж резонатора осуществляется в месте с понижающимся давлением газа. Таким образом, можно повысить мощность двигателя. Мощность системы увеличивается в связи с повышением оборотов. Почему увеличиваются обороты? Обороты увеличиваются, в первую очередь, за счет того, что отражатель повышает скорость движения продуктов распада. Таким образом, продуваемость камер моторного отсека становится значительнее. Монтируя глушитель, на максимально далеком расстоянии от резонатора, можно добиться снижения воздействия на процесс разряжения воздуха. В соединительных целях используется особый вид гофра.

Включая в структуру системы широкую трубу, можно добиться неплохого результата по глушению звука, не превышающего отметки в 100 децибел. Однако, если такая труба будет соответствовать параметрам типа А, изменится мощность двигателя в сторону повышения возможностей, но звук будет не соответствовать разрешенным стандартам, составляющим 120 децибел. Для городской местности это является нарушением.

Герметик, как средство восстановления системы

Используя какую-либо технику, ее некоторые элементы со временем изнашиваются. Автомобильные детали не исключение. Кузов и подвеска изготавливаются из более прочных материалов, так как изначально готовятся к работе в жестких условиях. Однако некоторые другие элементы, где воздействие не столь значительное, имеют менее долговечную основу. В качестве примера можно привести тормозные колодки, эксплуатация которых ведется в достаточно агрессивных условиях.

Читайте также:  Как выбрать автополироль для кузова автомобиля

Режим работы выхлопной системы, в общем, также достаточно агрессивный. Система выхлопа располагается в нижней части автомобиля, поэтому механические повреждения возникают на постоянной основе. Однако, это не основной фактор. Более серьезные разрушительные последствия возникают в следствии воздействия высокой температуры, в совокупности с химическими элементами. Чтобы иметь представления, о каких температурах идет речь, нужно принять во внимание, что коллектор нагревается до 1300 °С. Из этого можно сделать вывод о том, что материал должен иметь высокую степень плавления. Здесь используется чугун с высокой устойчивостью к нагреванию. На стыках элементов, температура, в среднем, ниже на 150-200 °С.

Высокие температуры свойственны внутреннему участку, внешние структуры находятся в более выгодном положении. Однако, внешняя часть подвергается резкому изменению температуры, вызванному окружением. Помимо этого, различного рода химические реагенты могут также оказывать угнетающее воздействие на целостность поверхности.

Взяв во внимание все выше перечисленное, средний срок службы выхлопной системы составляет от 3-5 лет. Если материалы корпуса дешевые, то этот показатель еще ниже. Как правило, в процессе эксплуатации, более серьезному воздействию подвергаются участки соединения элементов. Чтобы избежать протечек и утраты герметичности применяются специализированные герметики, температура разрушения которых чуть больше 1000 °С.

Если статья была Вам полезна, можете поделиться материалом в социальных сетях:

Смотрите как нагревается выхлопная система автомобиля

 

У многих из нас всегда есть страх перед выхлопной системой. Все мы знаем, что вся выхлопная система нагревается из-за горячих выхлопных газов, поступающих из двигателя, в результате чего немало людей получали от нее ожоги. Особенно об этом знают владельцы мотоциклов, в которых выхлопные трубы расположены в непосредственной близости к ногам. Но как сильно на самом деле нагревается выхлопная система? Все ли элементы системы нагреваются равномерно? Смотрите подробный ролик об этом на примере автомобиля Honda S2000, который снят с помощью специального тепловизора. 

 

Это очередной ролик из серии автомир глазами теплокамеры. Автор этих роликов на этот раз снял видео о работе выхлопной системы автомобиля. Видео снято с самого запуска двигателя. Затем автор после хорошей прогазовки показал нам, как нагреваются все компоненты выхлопной системы.

Отличный ролик, который детально показывает нам систему отвода горячих газов из камеры сгорания двигателя. 

Обратите внимание, на видео наложены данные о температуре различных компонентов выхлопной системы (верхний левый угол). Как видите например глушитель, вопреки страхам, на самом деле нагревается не очень сильно. Хотя отдельные компоненты выхлопной системы действительно очень горячие.

 

Правда стоит отметить, что видео снято, когда автомобиль стоит на месте на холостом ходу. А как будет выглядеть выхлопная система глазами тепловой камеры во время движения автомобиля? Это также интересно было бы посмотреть. Надеемся, что автор ролика ответит на этот вопрос в скором времени.

Для тех кто не видел другие ролики снятые с помощью тепловой комеры вот список:

| Что происходит с замороженным двигателем: Взгляд с помощью тепловизионной камеры |

| Смотрите как нагреваются шины во время бробуксовки |

| Вот насколько разогреваются тормоза, если ехать на зажатом ручнике | Видео |

| Вот что происходит если завести двигатель без масла |

Выпуск отработавших газов: все не так просто, как может показаться | Автокомпоненты. Бизнес. Технологии. Сервис

Параметры, определяющие качество

На эффективность подавления шума и безопасность использования всей выхлопной системы влияют в первую очередь такие факторы, как конструкция глушителя, диаметр внутренних труб, надежность и способ крепления элементов системы к шасси. Также чрезвычайно важным является качество швов и уплотнений, используемых в соединениях и деталях системы.

Глушители, поставляемые на вторичный рынок, часто отличаются от оригинальных конструкций, устанавливаемых автопроизводителем при выпуске автомобиля. Даже крупные компании, производящие глушители, упрощают оригинальную конструкцию, если она оказывается слишком, на их взгляд, нетехнологичной. Существуют и такие поставщики запчастей, которые умышленно предельно упрощают заводские конструкции выпускных систем. Снижая собственные затраты, они имеют возможность предложить покупателю очень дешевые, по сравнению с оригинальными конструкциями, продуктовые линейки.

Изменение конструкции глушителя, при сохранении его оригинальных параметров и, главное, характеристик, требует проведения ряда тестов и исследований. Производители, меняющие конструкции без каких-либо согласований и тестов своих изделий, часто реализуют их на рынке, а затем их продукция нарушает нормальную работу всей выхлопной системы автомобиля.

Еще одним важным фактором, определяющим выбор выхлопной системы, является использование соответствующих диаметров труб в глушителе. Ведь можно сконструировать глушитель, используя трубы заниженного, от оригинала, диаметра, и он будет существенно понижать шумовой фон. Но подобное «дросселирование» потока выхлопных газов обязательно отразится на снижении эффективности работы двигателя.

Нельзя не остановиться на проблеме материалов, используемых в глушителях. На выхлопную систему действуют такие вредные внешние факторы, как резкие изменения температуры, например при езде во время дождя. Неблагоприятно влияет на элементы системы выпуска отработавших газов и эксплуатация в зимний период, когда на детали действуют низкие температуры; контакт со снегом, солью вызывает образование очагов коррозии. А если учесть, что и внутренняя поверхность элементов глушителя подвергается воздействию кислых сред, то становится понятно, почему выбор материала глушителя влияет не последним образом на срок его службы.

Глушители, устанавливаемые на автозаводе, как правило, изготовлены из листов и труб, материалом которых являются нержавеющие и жаропрочные стали. Из-за высокой цены этих материалов детали системы выпуска газов, предназначенные для реализации на вторичном рынке, делают из рядовой стали, но обрабатывают с обеих сторон антикоррозионным покрытием, главным образом на основе алюминия. Покрытие наносится слоем 80…120 г/м2, толщина определяет устойчивость поверхности к коррозии. Качество покрытия можно оценить визуально: если слой нанесен тонкий, то поверхности деталей не блестят, а имеют матовый алюминиевый оттенок.

Важна, безусловно, для продления срока службы системы выпуска газов толщина самого металла глушителя, поскольку чем он толще, тем дольше изделие прослужит.

Кроме стали в конструкции глушителя используются материалы, поглощающие или же отражающие звуки. С функциями шумоподавления хорошо справляется стекловолокно. Материал характеризуется отличными характеристиками глушения шума и, по сравнению с другими звукоизолирующими технологиями, не наносит вреда окружающей среде. Стекловолокно не поглощает конденсат, но способствует его испарению из глушителя. Этот материал не меняет своих свойств даже при температуре  +900°С. Технология текстурирования стекловолокна позволяет тщательно заполнить «карманы» глушителя.

Важно помнить, что все элементы системы выпуска отработавших газов следует монтировать в строгом соответствии с предназначенными для них местами на днище кузова.

Выхлопная система должна быть закреплена без напряжений, ее расположение должно обеспечивать возможность свободного смещения под действием изменения окружающей и внутренней температуры. При замене отработавшей свой ресурс выхлопной системы на новую эластичные резиновые элементы также меняются.

Необходимо также добавить, что при установке нового глушителя надо обратить внимание на эстетичный вид и антикоррозионную защиту сварных швов, на кронштейны крепления, расположенные на трубах и резонаторах. Металл креплений должен быть определенной толщины, а сами крепления должны быть приварены сварными швами достаточной длины. Сварка частей системы является важнейшим фактором, влияющим на надежность всей выхлопной системы, которой приходится постоянно воспринимать динамические нагрузки различной силы.

Катализаторы на страже чистоты «выхлопа»

Как известно, назначением выхлопной системы является отвод из двигателя отработавших газов, а также снижение шумового эффекта, возникающего в результате пульсации давления выходящих газов. Однако в современных авто выхлопная система выполняет также важнейшую роль и по очистке отработавших газов. С этой целью в выхлопные системы вводятся такие компоненты, как каталитические нейтрализаторы, кислородные датчики, сажевые фильтры и некоторые другие устройства.

В связи с различием в технологиях очистки вредных выбросов каталитические реакторы, предназначенные для «дизелей», нельзя использовать в бензиновых двигателях, и наоборот. В дизельных двигателях задачей очистных устройств является снижение выбросов окиси углерода, которая образуется при работе на обедненной смеси. Снижение выбросов оксида азота в значительной степени обеспечивает действие используемой в двигателях системы рециркуляции отработавших газов (EGR), а также применение системы селективной каталитической нейтрализации (SCR). Хотя в России данная технология, в связи с целым рядом недостатков, а именно высокой ценой, низкой температурой замерзания одного из главных компонентов данной технологии, всего –11,5°С, повышенными требованиями к качеству дизтоплива, используется достаточно редко.

Задачей каталитического нейтрализатора, больше известного в народе под названием катализатор, является преобразование вредных соединений, образующихся в процессе сгорания топлива в двигателе, в несколько менее вредные для экологии вещества. В двигателях с искровой системой зажигания катализаторы окисляют и снижают вредность трех соединений. NOx, или оксид азота, преобразуется в N2 или нейтральный азот, углеводород CH превращается в h4O, а окись углерода CO становится углекислым газом CO2. Поэтому в бензиновых двигателях каталитический нейтрализатор называют трехкомпонентным.

Химические реакции происходят при рабочей температуре катализатора 350…800°С. Для оптимального осуществления процесса сгорания топлива необходимо сохранение стехиометрического состава горючей смеси. Для такой смеси устанавливается специальный коэффициент избытка воздуха λ = 1. Это значит, что для сгорания 1 кг топлива без образования остаточного кислорода потребуется 14,7 кг воздуха. Кстати, при использовании в качестве топлива пропана соотношение воздух/топливо меняется и будет равно 15,6:1.

В качестве материалов, ускоряющих прохождение реакций в катализаторах,используют металлы – палладий, платину, родий, рутений. Эти материалы напыляются на монолитный блок, находящийся внутри реактора и напоминающий своим внешним строением пчелиные соты.

Конечно, сгорание происходит и при λ 1, однако только при λ = 1 уровень выбросов вредных соединений минимальный. Надо сказать, что впрыск точно дозированной смеси могут обеспечить только инжекторные устройства, контролируемые и управляемые бортовым компьютером. Поэтому катализаторы работают в основном в автомобилях с инжекторной системой подачи топлива, а в машинах, где горючую смесь готовит карбюратор, используются очень редко.

Каталитические блоки бывают керамическими и металлическими. Керамическая конструкция характеризуется разделением на квадратные, в сечении, соты, с толщиной стенок между каналами 0,05…0,15 мм. В стальных блоках стенки значительно тоньше, всего 0,03…0,07 мм. Такое строение позволяет стальным блокам пропускать больший поток выхлопных газов. Металлические блоки значительно чаще керамических устанавливают на новые автомобили, они отличаются большим тепловым сопротивлением, поэтому, например, только стальные каталитические решетки используют в двигателях, работающих на газе.

К преимуществам керамических блоков можно отнести более благозвучный для человеческого уха звук, издаваемый ими при работе, чем образующийся при прохождении выхлопных газов через металлические «соты». Однако керамический блок отличается гораздо менее прочной структурой, чем металлический, стойкость его к механическим повреждениям низкая, и очень часто они выходят из строя по причине появления трещин, образовавшихся от ударов. Также керамические блоки хуже металлических переносят перепады температур, поэтому, как писалось выше, «керамику» не применяют в двигателях, работающих на газе.

Эксплуатация катализатора – в жестких рамках

Катализатор относится к устройствам автомобиля, состояние которых водителю достаточно сложно диагностировать самостоятельно. Повреждение каталитического нейтрализатора легко обнаружить в результате проведения анализа выхлопных газов, однако выполнить это можно только на диагностическом стенде. Наиболее важным показателем является процентное содержание окиси углерода СО в «выхлопе». В автомобиле с поврежденным катализатором содержание СО достигает от 1,5 до 4%, тогда как нормально работающий катализатор снижает этот показатель примерно до 0,03%, а часто и до более низкого уровня.

Однако симптомы «утраты трудоспособности» катализатора можно обнаружить в процессе эксплуатации автомобиля. Потеря мощности, проблемы с запуском, шумная работа двигателя – все это может быть признаком того, что катализатор поврежден. Также следует проверить, в каком состоянии находится окончание выхлопной трубы. Если оно сильно закопчено, покрыто сажей, это верный знак того, что выхлопная система, и особенно катализатор, может иметь серьезные дефекты.

Рабочий ресурс современных катализаторов постоянно увеличивается, однако большинство производителей рекомендуют менять катализатор после 120…150 тыс. км пробега. Бывают, конечно, случаи, когда катализаторы выхаживают и по 250 тыс. км, но это относится к разряду исключений.

Для продления «жизни» катализатора необходимо тщательно следить за тем, что попадает в заправочный бак машины. Даже незначительное количество этилированного бензина может необратимо повредить катализатор. Поэтому особенно опасно заправлять автомобиль где-то на трассе, приобретая уже разлитое в канистры горючее.

Кроме того, использование топлива низкого качества, загрязненного, приводит к тому, что за счет высокой температуры выхлопных газов внутренняя часть катализатора может расплавиться. Нормальная работа катализатора происходит примерно при 600°С, а некачественное топливо может повысить температуру до 900°С.

Необходимо также систематически контролировать состояние свечей зажигания. Отсутствие искры в одном из цилиндров будет приводить к стеканию несгоревшего бензина в выхлопную систему, что негативно отразится на состоянии катализатора.

Каталитический нейтрализатор может быть разрушен одним ударом о бордюр или выступающий камень, при движении по пересеченной местности. Следует также опасаться резкого охлаждения катализатора, которое может произойти, например, при пересечении автомобилем глубокой лужи.

Кислородный датчик

Сокращение вредных выбросов в выхлопных газах в значительной степени зависит от кислородного датчика, или лямбда-зонда. Конструкция этих устройств претерпела с годами значительные изменения: если изначально это были обычные датчики, то сегодня это уже микропроцессорные системы.

Очистка выхлопных газов первоначально производилась только с использованием каталитических нейтрализаторов. В их функции входило ускорение химической реакции, в результате которой вредные соединения должны были преобразоваться в менее вредные. В 70-х гг. прошлого века был изобретен кислородный датчик. Соединение этого прибора с катализатором позволило значительно поднять уровень очистки отработанных газов. Лямбда-зонд нагревается быстрее катализатора, а значит, система управления двигателем быстрее начинает получать сигналы об изменениях содержания кислорода в выхлопных газах, которое, как известно, определяет оптимальный для сгорания состав топливно-воздушной смеси.

Важным параметром является температура кислородного датчика: при низкой температуре датчик не функционирует, а при слишком высокой либо при частых значительных температурных перепадах могут возникать поломки датчика, снижается его срок службы.

Чтобы стабилизировать температурный режим работы кислородных датчиков, сделать их независимыми от температуры отработанных газов, современные лямбда-зонды оснащают электрическими подогревателями. Постоянная рабочая температура позволяет получать сигналы от датчика в большем диапазоне режимов работы двигателя, что увеличивает в целом чистоту выхлопных газов автомобиля. Благодаря появлению независимых от окружающей температуры подогреваемых датчиков стали применять монтаж сразу двух кислородных датчиков – до и после катализатора. В этом случае контроль количества кислорода в смеси значительно более точен, а функционирование всей выхлопной системы более надежно. Кроме того, таким образом легко контролировать эффективность работы катализатора.

Один из наиболее известных производителей кислородных датчиков – японская компания Denso. Первые датчики компания выпустила в 1977 г., и за прошедшие годы Denso поставила сотни миллионов своих датчиков производителям автотехники по всему миру. Сегодня высокотехнологичные конструкции Denso доступны покупателям вторичного рынка, причем качество продукции не уступает качеству датчиков, идущих на конвейеры ведущих автостроителей.

Программа выпуска Denso охватывает 277 позиций и 1700 модификаций. Большая их часть – уникальные разработки инженеров компании. Среди таких разработок – датчики циркониево-оксидные, цилиндрического либо плоского исполнения, с подогревом и без такового, титановые датчики, лямбда-зонды для обедненных смесей, линейные A/F и другие.

Не менее известна продукция фирмы NGK. За последние 30 лет компания реализовала более 600 млн кислородных датчиков марки NTK. В течение последнего десятилетия предприятие стало одним из основных поставщиков подобных компонентов, как на вторичном рынке, так и при комплектации новых машин.

Технологии, связанные с производством кислородных датчиков, были освоены компанией NGK еще в 80-х гг. прошлого века, а объемы продаж датчиков NTK увеличивались год от года. До 1999 г. было реализовано 100 млн датчиков, в 2003 г. объем реализации составил 200 млн ед. За следующие четыре года объем возрос вдвое. Сегодня, когда датчики марки NTK уже отметили свое 30-летие, в компании утверждают, что в мире за этот период было продано более 700 млн датчиков.

Увеличению спроса на лямбда-датчики способствуют все более и более жесткие экологические нормы, вводимые в мире. Например, в начале нынешнего века, перед введением OBD II (On-Board-Diagnosis II), требованиями предусматривалась установка одного регулировочного кислородного датчика, но с введением OBD II каждый вновь зарегистрированный автомобиль должен иметь, кроме регулирующего датчика, еще и диагностический. Автомобили с двумя выхлопными трубами должны оборудоваться сегодня не менее чем двумя датчиками каждого вида.

Еще одним фактором, обуславливающим рост продаж датчиков, стало появление двигателей с пониженным расходом топлива, растет число регистрируемых мотоциклов, которые в Европе сегодня оснащаются трехкомпонентными катализаторными нейтрализаторами и кислородными датчиками.

Лямбда-зонды тоже ломаются

Одной из причин значительных объемов продаж кислородных датчиков является то, что поврежденный датчик ремонту не подлежит, а меняется на новый.

Однако лямбда-зонды, изготовленные известными производителями, как правило, не ломаются в течение всего срока эксплуатации транспортного средства, если, конечно, на них не воздействуют внешние причины, например механические удары, приводящие к появлению трещин в керамических элементах либо к обрыву соединения корпуса и кабеля. Загрязнение датчика оседающими на него твердыми частицами, вылетающими вместе с выхлопными газами, приводит к задержке его реагирования на изменения в составе выхлопных газов и, как следствие, вызывает неверные действия электронного модуля, управляющего работой двигателя. Также и влияние влаги, попадающей в места электросоединений, появление коррозии на металлических поверхностях контактов отражаются на качестве сигналов, передаваемых датчиком.

Итак, как мы видим, если учесть при выборе элементов системы выпуска отработавших газов все необходимые для долгой и надежной работы факторы, то можно действительно получить качественно и надежно работающую систему, а достаточно высокая цена ее будет вполне оправданна.

Температура выхлопной трубы автомобиля

В процессе работы двигателя, сгораемое топливо в камерах превращается в энергию и отработанные газы, которые нуждаются в удалении, поскольку необходимо освободить пространство для следующей смеси топлива. Поршень приводится в движение выделяемой энергией, при этом она же служит силой выдавливания отработанных газов из системы.

Чтобы этот процесс происходил беспрепятственно, важно создать на другой стороне разреженную среду.

С этой целью в конструкции автомобиля используют трубы для выхлопных систем, нередко, для соединения которых, используется гофра.

Почему же разреженный воздух в системе так важен? Именно благодаря такому состоянию воздуха достигается быстрое освобождение камеры от газов. Получается что-то вроде эффекта пылесоса. Поэтому камера становится максимально свободной для приема новой порции топливной смеси. Каким же образом достигается разреженность в системе? Этот эффект образуется в результате действия сил инерции газов. После выброса выхлопных газов, давление повышается, а следом создается разреженная атмосфера.

Препятствовать процессу покидания газов из цилиндра могут дополнительные изгибы в системе, а также всевозможные элементы или неисправности, как то неправильно смонтированная гофра. Как следствие, в камеру поступает неполная порция топливной смеси, и общая мощность двигателя значительно снижается. Для избегания подобных проблем, нередко используют прямоточные выхлопные системы, порой с увеличенным диаметром трубы. Это позволяет отработанным газам беспрепятственно покидать систему.

Прямоточная система состоит из коллектора, который может разветвляться на количество цилиндров в двигателе. Следующим элементом является катализатор, который обеспечивает частичное очищение газов.

После этого выхлоп направляется в резонатор, где происходит снижение скорости движения газов и первичное глушение шума выброса. Затем на пути системы расположен глушитель, который снижает до минимума шумы выхлопа. В этой части могут располагаться датчики и фильтр сажи. Каждый из узлов может соединять с другим гофра.

Если взять для примера стандартную выхлопную систему, то, как правило, она насчитывает несколько мест, которые затрудняют скорое и беспрепятственное перемещение газов в системе. Отсутствует сажевый фильтр, а резонатор в такой системе идет с пониженным сопротивлением. Наиболее же уязвимое место в такой системе – это выпускной коллектор. Его необходимо менять в первую очередь.

Конструкция коллектора зависит от его длины. К примеру, короткий будет иметь конструкция 4-1. Это означает, что четыре отвода будут сходиться в одну трубу. Если же это длинный участок, то, скорее всего, он имеет конструкцию 4-2-1. Согласно такой схеме четыре отвода соединяются попарно, то есть в две трубы, а затем эта пара в одну трубу. Короткий вариант конструкции коллектора больше подходит для мощных машин и тех, кто любит скорость, поскольку прибавляет мощности при 6000 тыс. оборотов в минуту. Второй же вариант больше подойдет для городского движения. При этом следует помнить, что изменение конфигурации выхлопной системы приводит к необходимости настройки в системе подачи топлива автомобиля, а гофра поможет соединить участки.

Что касается резонатора, то его необходимо установить на том участке системы, где давление газов понижается. Это необходимо для повышения мощности двигателя.

На этом участке отражателем нагнетается скорость движения газов, увеличивается объем продувки камер двигателя, что приводит к повышению общей мощности за счет увеличения оборотов. И чтобы снизить влияние на уменьшение разреженности воздуха в системе, глушитель следует установить на максимальном удалении от резонатора. Для их крепления подойдет специальная гофра.

Можно сказать, что в стандартной системе широкий фрагмент трубы на конце участка играет роль глушения звука выхода отработанных газов до отметки в 100Дб. Но если произвести замену наконечника на тип А, тогда мощность двигателя значительно увеличивается. При этом и громкость выхлопа также возрастает до недопустимых, в пределах города норм, 120Дб.

В процессе эксплуатации автомобиля любая деталь подлежит износу. Элементы кузова и подвески прослужат дольше, поскольку при изготовлении они рассчитаны на работу в агрессивной среде и условиях. Есть узлы и детали, которые подвержены более быстрому износу и устареванию. К ним можно отнести тормозные колодки (изнашиваются при прямом использовании), шестерни в коробке переменных передач, которые подвержены большим нагрузкам, гофра и прочее. Что же можно сказать о выхлопной системе?

Этот узел также подвержен механическим повреждениям, со стороны тех же камней на дороге. Но больший урон ей приносит агрессивная среда химических веществ, содержащихся в выхлопных газах и высокой температуры. Например, температура коллектора при работе достигает 1300 градусов. Чтобы избежать расплавления, его изготавливают из жаропрочного чугуна. На стыке коллектора и трубы, который соединяет гофра, температура может доходить до 1100 градусов, а катализатор может достигнуть температуры в 1050 и т.д.

Однако, такие температуры достигаются внутри самой системы, а не снаружи, поэтому там обстановка чуть полегче. Но при этом на внешнюю часть воздействует перепад температур окружающей среды, а также всевозможные химические соединения, которыми устраняют гололед на проезжей части.

Таким образом срок службы выхлопной системы составляет около 3-4 лет, а если ее корпус выполнен не из легированной стали, то и того меньше.

Основная нагрузка приходится на места соединения узлов. Особенно из различных материалов. При этом часто используется гофра. Во избежание протекания отработанных газов и нарушения герметичности используют герметик для выхлопной системы, способный выдержать до 1090 градусов.

Неисправность глушителя очень просто установить. В этом случае даже не нужен визуальный осмотр. Глушитель, требующий ремонта слышно за версту. Громкий неприятный звук способен заставить обернуться даже самого выдержанного человека.

Глушитель, который появился на заре автомобилестроения, позволил внести покой в городские кварталы городов, которые зачастую нарушал рёв моторов первых транспортных средств. Громкий чихающий звук несовершенных моторов давил на барабанные перепонки и распугивал местную детвору.

Приближение автомобиля в конце 19 века было слышно за квартал. Использование глушителя позволило решить эту звуковую проблему. Машины стали ездить тише не нарушая сон и покой городских обитателей.

Глушитель автомобиля является составным элементом системы отведения выхлопных газов, образующихся при работе двигателя. Его главная задача заключается в принудительном подавлении шума, возникающего при отводе отработанных газов сгорающего топлива.

Первые глушители являли собой примитивную конструкцию относительно слабо, подавляющую шумы. В результате высоких температур выхлопных газов низкокачественный материал элемента приходил в негодность и начинал резонировать во время работы мотора.

Качественный современный глушитель способен эффективно подавлять шумы преобразую их в приятное «урчание» из выхлопной трубы. Материал, используемый для производства изделия отличается высоким уровнем устойчивости к перепадам температурного режима и коррозии.

Конструкция и устройство глушителя практически всех моделей автомобилей от различных производителей не отличаются между собой. Она проста и тем не менее эффективна.

Именно она принимает первая раскалённые отработанные газы из камеры сгорания мотора. Очень часто их температура может достигать 1000 градусов.

Именно поэтому приёмная труба изготавливается из тугоплавких материалов устойчивых к высоким температурам. Как правило, производители автомобилей используют сплав чугуна и стали

Его задача заключается в нейтрализации максимального количества вредных веществ в отработанных газах до менее опасных элементов. Работа катализатора направлена на минимизацию ущерба для окружающей среды, в которую поступают выхлопные газы

3. Передний глушитель

Он ещё называется резонатором, так как поглощает звуки, издаваемые проходящими через него выхлопными газами автомобиля. Кроме всего прочего, он минимизирует вибрацию, снижая скорость прохождения газов.

Именно передний глушитель снижает шумность транспортного средства, принимая на себя основной удар поступающих с высокой скоростью раскалённых газов от сгораемого топлива

Окончательно снижает шумность работы машины и отводит в окружающую среду выхлопные газы. Их температура снижается до минимального безопасного уровня.

Работа глушителя и всей системы отвода выхлопных газов сопряжена с высокими температурами. Всё это приводит с течением времени к повреждению поверхности глушителя.

Каждый без исключения водитель слышал как работает повреждённый глушитель. Шумность автомобиля в движении особенно на низких передачах существенно возрастает. Всё это создаёт определённый дискомфорт для водителя и прочих участников дорожного движения.

Слабым звеном любого глушителя, конечно же является сварочный шов. Он при интенсивном использовании машины начинает истончаться под воздействием высокой температуры.

В конечном итоге материал прогорает и начинать пропускать выхлопные газы. Посторонний звук, появляющийся при работе мотора является одним из первых признаков появления проблемы.

Зачастую активное использование машины в зимний период времени приводит к коррозийному поражению поверхности глушителя. Процессы образования очагов ржавчины ускоряются при использовании на дорогах солевой противогололёдной смеси и перепадов температуры.

Практически каждый автомобиль на своём веку «видел» смену и ремонт глушителя не менее одного раза за период эксплуатации.

Важность конструктивного элемента выхлопной системы не нужно преуменьшать. Именно глушитель способен нормализовать работу мотора и комфортную езду на машине.

Спасибо за внимание, удачи вам на дорогах. Читайте, комментируйте и задавайте вопросы. Подписывайтесь на свежие и интересные статьи сайта.

Понравилась статья? Поделись с друзьями!

Система выхлопа в дизельных двигателях с турбонаддувом ATD и AXR

Перед системой выхлопа стоит задача отводить отработанные газы и при этом поддерживать количество вредных веществ в отработавших газах на минимальном уровне (режим работы каталитического конвертора). Кроме того, системой выхлопа снижаются до минимума шумы, возникающие при сгорании.

Конструкция системы выхлопа зависит от модели двигателя. Детали системы выхлопа свинчены между собой или соединены зажимными хомутами и могут заменяться по отдельности.

Теплозащитные экраны на пути прокладывания труб препятствуют сильному тепловому излучению на нижние детали кузова. После демонтажа все самоконтрящиеся гайки и прокладки должны всегда заменяться. Крепежные кольца и резиновые буферы тоже заменяются.

Срок службы системы выхлопной трубы

Выхлопная труба в вашем автомобиле рассчитана на 60 000 км пробега. Разумеется, срок ее службы зависит также от условий эксплуатации вашего автомобиля. Если вы преимущественно ездите на короткие расстояния, то внутри системы выхлопа выпадает значительно больше конденсата, сажи и агрессивных кислот, чем при поездках на дальние расстояния с хорошо прогретым двигателем.

• Выхлопную трубу с установленным каталитическим конвертором реже поражает коррозия, чем другие узлы, т.к. там газы сгорания вытекают еще с температурой от 800 до 1000°С.
• В выхлопной трубе и оконечном глушителе отработанные газы значительно снижают свою температуру; в оконечном глушителе у них температура всего 150–300°С. Поэтому в оконечном глушителе появляется больше всего водяного конденсата. Он смешивается с продуктами сгорания, образуя агрессивные кислоты, вызывает сквозную коррозию металла выхлопной трубы изнутри наружу.
• Передние части системы выхлопа при движении на большие расстояния могут страдать от температурных нагрузок, когда горячий металл при дожде постоянно подвергается воздействию холодного душа. Материал может треснуть или сломаться.
• Брызги воды или соленая вода способствуют коррозии снаружи. Удары камнями или о твердый грунт так же, как и колебания, возникающие при дефектных подвесках трубы или их отсутствии, тоже сокращают срок службы выхлопной трубы.
• Следует избегать неблагоприятных условий, которые могут привести к появлению высоких температур в каталитическом конверторе. Автомобиль нельзя припарковывать так, чтобы он оказывался вблизи легко воспламеняющихся материалов.
• Применение дополнительной антикоррозийной защиты или антикоррозийных средств для выпускного коллектора и выхлопных труб, каталитических конверторов и теплозащитных экранов не продлит жизнь системе выхлопа. Эти вещества могут воспламениться во время поездки.

Снижение токсичности выхлопных газов

Топливо в основном состоит из углерода и водорода. При сгорании углерод соединяется с атмосферным кислородом, образуя углекислый газ (CO2), водород, соединяясь с кислородом (O2), образует воду (h5O). Например, из 1 л дизельного топлива образуется около 0,9 л воды, которая за счет теплоты сгорания незаметно удаляется через систему выхлопа. Зимой после запуска холодного двигателя вы часто можете наблюдать белые клубы выхлопа. Это водяной конденсат.

Даже в дизельном двигателе, работающем в отличие от бензинового двигателя с большим количеством воздуха, возникают ядовитые вещества, хотя и в сравнительно меньшем количестве. Снижение токсичности выхлопных газов необходимо для соблюдения строгих стандартов на отработанные газы и для дизельных двигателей TDI.

Для того чтобы система выхлопа работала безупречно, нужно обязательно заливать в бак только неэтилированный бензин. Каталитический конвертор выходит из строя из-за свинца, содержащегося в этилированном бензине. Кроме того, никогда не нужно ездить до полного опустошения топливного бака. Нерегулярная подача топлива приводит к перебоям в зажигании, за счет чего несгоревшее топливо попадает в систему выхлопа. Это может привести к перегреванию и повреждению каталитического конвертора.

Турбонагнетатель обеспечивает чистое сгорание

При большом количестве воздуха в камере сгорания топливо сгорает «чисто». Такие составные части отработавших газов, как окись углерода и сажа, образуются в очень незначительных количествах. Турбонагнетатель обеспечивает подачу большего количества всасываемого воздуха.

За счет этого при относительно небольших количествах впрыскиваемого топлива при сгорании возникает избыток воздуха. Это приводит к пониженному количеству вредных веществ в выхлопе. Турбонагнетатель использует отработанные газы, несущиеся со сверхзвуковой скоростью через выпускной коллектор, в качестве энергии привода. Газы проходят через корпус турбины, где ускоряют ротор насоса более чем до 100 000 об/мин. Ротор посредством вала приводит в действие колесо компрессора. Оно всасывает свежий воздух в корпус компрессора и отжимает его в камеры сгорания. Турбокомпрессорный наддув снижает количество вредных веществ в отработавших газах и шум, кроме того, повышает выход мощности и степень эффективности.

Вторичный воздух для запуска холодного двигателя

За счет системы вторичного воздуха достигается ускоренное нагревание и благодаря этому ранний режим готовности каталитического конвертора после запуска холодного двигателя.

Принцип: за счет чрезмерного обогащения рабочей смеси на этапе запуска холодного двигателя в отработавших газах содержится повышенная доля несгоревших углеводородов. За счет вторичного вдувания воздуха в каталитическом конверторе улучшается последующее окисление и, таким образом, уменьшается эмиссия вредных веществ. Высвобождающаяся энергия сокращает время подготовки к работе каталитического конвертора, за счет этого улучшается качество отработавших газов на стадии прогревания двигателя.

Функционирование: блок управления двигателем управляет через реле вторичным насосом для наддува вторичного воздуха. Воздух поступает к универсальным клапанам. Параллельно настраивается клапан наддува вторичного воздуха, который пропускает пониженное давление к универсальным клапанам для наддува вторичного воздуха. Благодаря этому каждый универсальный клапан открывает путь вторичному воздуху к выпускным каналам в головке блока цилиндров.

От вакуумной коробки трубопровод идет через возвратный клапан (к впускному трубопроводу) к клапану наддува вторичного воздуха. Свежий воздух поступает от корпуса воздушного фильтра к насосу вторичного воздуха.

Сигнальная лампочка отработавших газов

Если блок управления двигателем распознает сбои в работе, то это показывается путем включения сигнальной лампочки отработавших газов. Сигнальная лампочка отработавших газов может включаться в мигающем или постоянном режиме. В любом случае вы должны обратиться в мастерскую для того, чтобы опросить запоминающее устройство неисправностей.

Если лампочка горит в прерывистом режиме, то налицо дефект, который при этом состоянии движения может вызвать повреждение каталитического конвертора. В этом случае можно ехать только при пониженной мощности. Если лампочка горит постоянно, то это означает, что имеется неисправность, ухудшающая состав отработавших газов. Нужно считать информацию в запоминающем устройстве неисправностей блока управления двигателем и автоматической коробкой передач.

В бензиновых и дизельных двигателях, наряду с турбонаддувом и системой рециркуляции выхлопных газов, чистоту отработавших газов обеспечивают каталитические конверторы. В бензиновых двигателях это регулируемые каталитические конверторы с лямбда-зондами, в дизельных двигателях нерегулируемые каталитические конверторы окисления. Этот каталитический конвертор преобразует окись углерода и углеводороды в углекислый газ и воду.

Регулируемый каталитический конвертор в разрезе:

Упомянутая система рециркуляции отработавших газов обеспечивает снижение окиси углерода. К этой системе относятся клапан рециркуляции отработавших газов, который при прогретом двигателе часть газов отводит назад в камеру сгорания. Это снижает температуру сгорания и, следовательно, долю вредных веществ в выхлопе.

Конструкция каталитического конвертора окисления: в корпусе из высококачественной стали 1 размещается ячеистое керамическое тело 2. Оно покрыто слоем оксида алюминия 3, за счет чего его поверхность увеличивается в 700 раз. На этот опорный слой методом напыления нанесен в качестве катализатора благородный металл платина 4.

Выброс твердых частиц является особенностью дизельных двигателей. Она значительно более высокого уровня, чем у бензиновых двигателей. Частицы большей частью состоят из углерода (сажи). Остаток составляют связанные с сажей соединения углеводорода, аэрозоли топлива и смазочных масел, а также сульфаты в зависимости от содержания серы в используемом топливе.

Частицы сажи представляют собой цепи частиц углерода с очень большой специфической поверхностью, к которой присоединены несгоревшие или сгоревшие частично углеводороды. В большинстве случае это альдегиды (с большим количеством молекул) с назойливым запахом. Вызванное ими загрязнение, снижение видимости и запах, безусловно, вредны для окружающей среды.

Кроме запахов, присоединившихся к саже, предполагается ее вредное воздействие на здоровье. По этому поводу нет документального подтверждения, но, тем не менее, при разработке современных дизельных двигателей, разумеется, первостепенное значение имеет устранение твердых частиц.

Рециркуляция отработавших газов

Возможностью снижения неизбежных высоких температур в камерах сгорания дизельного двигателя, несущих ответственность за высокую долю окиси углерода, является впуск отработавших газов. За счет рециркуляции отработавших газов может уменьшаться количество окиси углерода также и в бензиновых двигателях. Для этого из выхлопных газов двигателя системой, регулируемой клапанами, отделяется часть потока. У клапана рециркуляции в Polo конусовидная форма толкателя, которая позволяет получить различное поперечное сечение отверстия при разном подъеме клапана. При этом возможны также промежуточные величины. Количество дозируется и направляется обратно во впускной трубопровод в зависимости от нагрузки на двигатель.

Оценка потенциала дизельного двигателя: при повышенном качестве топливно-смазочных веществ и при применении самой современной технологии достигается уровень требований EN 4.

Разумеется, отработавшие газы не могут сжигаться еще раз, т.к. в них почти не содержится способных к сгоранию веществ. Но при этом уменьшается приток свежего воздуха для сгорания, и это влияет на снижение температуры и, следовательно, на снижение доли окиси углерода.

Управление клапана зависит от характеристик блоков управления двигателем. В бензиновом двигателе функция самодиагностики блока управления системой зажигания/впрыска Motronic J220 контролирует регулировку рециркуляции отработавших газов. В двигателях TDI настройка системы рециркуляции отработавших газов осуществляется блоком управления непосредственным впрыском дизельного двигателя J248 посредством клапана системы рециркуляции отработавших газов N18 непосредственно к клапану рециркуляции отработавших газов.

В каждом случае принцип работы заключается в том, чтобы отвести назад как можно больше отработавших газов, не нарушая работы двигателя. Чем лучше это удается сделать, тем сильнее понижается температура в камерах сгорания, что приводит к снижению эмиссии окиси углерода.

Из-за значительно отличающейся конструкции впускного и выпускного коллектора система рециркуляции отработавших газов в 4-цилиндровом двигателе TDI с буквенным обозначением AXR выглядит несколько по-другому.

Рециркуляция отработавших газов в 3-цилиндровом бензиновом двигателе AWY и AZQ



Информация по обслуживанию



Информация по обслуживанию

Коды неисправности P244C

Указания по диагностике

Идентификатор кода неисправности

DTC P244C 00: Низкая температура катализатора во время регенерации, неисправность

Описание цепи/системы

Система последующей обработки выхлопа дизельного двигателя включает в себя подкапотный предварительный нейтрализатор и каталитический нейтрализатор, расположенный на днище. Нижний каталитический нейтрализатор, в свою очередь, включает в себя дизельный окислительный нейтрализатор и дизельный сажевый фильтр (DPF) со специальным покрытием. Одной из главных целей использования дизельного сажевого фильтра является улавливание частиц из выхлопа двигателя, с тем чтобы минимизировать выбросы сажи в атмосферу. Частицы сажи накапливаются в каналах дизельного сажевого фильтра и затем через регулярные промежутки времени сжигаются в ходе процесса, называемого регенерацией. Таким образом предотвращается забивание дизельного сажевого фильтра. ЕСМ выдает команду на регенерацию дизельного сажевого фильтра на основании расчетов, в которых учитываются такие показатели работы автомобиля, как перепад давления на дизельном сажевом фильтре, температура выхлопных газов, качество моторного масла, частота вращения двигателя и др. Чрезмерное накопление сажи в дизельном сажевом фильтре может ухудшать рабочие характеристики автомобиля. В процессе регенерации для повышения температуры выхлопных газов через многоканальные форсунки впрыскивается дополнительное топливо. В это время температура дизельного сажевого фильтра повышается примерно до 600°C (112°F), и накопившаяся сажа окисляется или сжигается превращаясь в диоксид углерода (CO2).

Условия диагностики кода неисправности

Проверка этого DTC выполняется в процессе регенерации DPF.

Условия установки кода неисправности

Фактическая температура датчика 2 температуры выхлопных газов на 125°C (257°F) ниже желаемой.

Действия, выполняемые при установке кода неисправности

Код неисправности P244C имеет тип А.

Условия удаления кода неисправности

Код неисправности P244C имеет тип А.

Рекомендации по диагностике

•	Если двигатель не работал в течение ночи, то значения температуры, выдаваемые датчиком температуры выхлопных газов и датчиком температуры охлаждающей жидкости двигателя, не должны отличаться более чем на 3°C (5°F).

•	После запуска холодного двигателя температура по показаниям датчиков температуры выхлопных газов должна постепенно расти, а затем стабилизироваться.

•	Высокое сопротивление в цепях любого из датчиков температуры выхлопных газов может приводить к установке кода неисправности.

Справочная информация

Указатель схем

Органы управления двигателем Схема

Указатель видов разъемов

Разъемы компонентов Виды на торцы

Справочная информация по электрооборудованию

Указатель типов кодов неисправности

Коды неисправности (DTC) силовой передачи — Определения типов

Диагностический прибор, Ссылка

Модуль управления Справочные сведения

Проверка цепи/системы

1. Зажигание включено; наблюдать за данными диагностических кодов неисправностей DTC с помощью диагностического прибора. Убедитесь, что другие коды неисправности не установлены.
2. При работающем двигателе выполнить процедуру регенерации с помощью диагностического прибора. Отслеживайте информацию о коде неисправности с диагностического прибора: коды неисправности P244C не должны устанавливаться.
3. Привести в движение автомобиль в соответствии с условиями имеющегося DTC для проверки того, что DTC не сбрасывается. Автомобиль можно также привести в движение в соответствии с условиями данных фиксации кадра/регистрации неисправностей.

Тестирование цепи/системы

1. Зажигание выключено, отсоединить разъем жгута проводов на соответствующем B131 Датчике температуры выхлопных газов.
2. Проверьте, является ли сопротивление между контактом 2 цепи низкого опорного напряжения и массой меньше 5 Ом.

⇒	Если параметр больше указанного диапазона, проверить отсутствие обрыва/высокого сопротивления в схеме низкого опорного напряжения. Если цепь при тестировании окажется нормальной, замените Модуль управления двигателя K20 .

3. При включенном зажигании проверить по диагностическому прибору значение параметра «Датчик температуры выхлопных газов», которое должно равняться 5 В.

⇒	Если параметр ниже указанного диапазона, проверить отсутствие короткого замыкания на массу в сигнальной цепи. Если цепь при тестировании окажется нормальной, замените Модуль управления двигателя K20 .

Примечание: Если в проводной перемычке перегорел предохранитель, сигнальная цепь закорочена на напряжение, и датчик может быть поврежден.

4. Установить плавкую перемычку на 1 А между клеммой 1 сигнальной цепи и заземлением. Убедиться по диагностическому прибору, что параметр «Датчик температуры выхлопных газов» имеет значение 0 В.

⇒	Если параметр выше указанного диапазона, проверить отсутствие короткого замыкания сигнальной цепи на напряжение или отсутствие обрыва/высокого сопротивления. Если цепь при тестировании окажется нормальной, замените Модуль управления двигателя K20 .

5. Проверьте наличие следующих условий:

•	Впускную и выпускную системы на утечки и сужения проходного сечения

•	Топливную систему на утечки и сужения проходного сечения

•	Избыток воды в топливе

•	Нормальную работу клапана рециркуляции выхлопных газов (EGR)

•	Засорение топливного фильтра

•	Препятствие для прохода воздуха в воздушном фильтре

•	Работа турбокомпрессора

•	Механические неисправности двигателя

⇒	Если обнаружена какая-либо из перечисленных выше неисправностей, произвести необходимый ремонт.

6. Если тестирование показало, что все цепи работают нормально, проверить или заменить B131 Датчик температуры выхлопных газов.

Указания по ремонту

После диагностики выполнить Диагностическое подтверждение выполненных ремонтных работ .

Подтверждение выполненных ремонтных работ

При включенном зажигании проверить значение параметра массы накопленной копоти в дизельном сажевом фильтре DPF на диагностическом приборе. Параметр должен быть менее 70%.

© Все права принадлежат Chevrolet. All rights reserved

ТЕМПЕРАТУРА КАТАЛИЗАТОРА P0434 НИЖЕ ПОРОГОВОГО ЗНАЧЕНИЯ, РЯД 2 — АВТО-КОДЫ

Авто-Коды 2022

Утечка воздуха до каталитического нейтрализатора Неисправный датчик кислорода Неисправный каталитический нейтрализатор Что это значит? Поскольку описание кода подразумевает, что код P0434 означает,

Содержание:

Возможные причины

Утечка воздуха до каталитического нейтрализатора

Неисправный датчик кислорода

Неисправный каталитический нейтрализатор Что это значит?

Технические заметки

Поскольку описание кода подразумевает, что код P0434 означает, что модуль управления транспортного средства обнаружил, что трехходовой каталитический нейтрализатор не работает должным образом (не так эффективно, как этого ожидает заводская установка). Замена датчиков кислорода (O2) может иногда исправить код, но в большинстве случаев каталитическое преобразование необходимо заменить, чтобы решить проблему. Если код P0434 сочетается с другими кодами, попробуйте сначала исправить другие коды. Что это значит?

Возможные симптомы

Подсветка двигателя включена (или предупреждающая лампа обслуживания двигателя)

P0434 Описание

Модуль управления двигателем (ECM) контролирует соотношение частоты переключения подогреваемых кислородных датчиков 1 (передний датчик O2) и подогреваемых кислородных датчиков 2 (задний датчик O2).

Трехходовой каталитический нейтрализатор (коллектор) с высокой емкостью накопления кислорода будет указывать на низкую частоту переключения подогреваемого кислородного датчика 2. При уменьшении емкости накопления кислорода частота переключения подогреваемого кислородного датчика 2 будет увеличиваться.

Когда отношение частот подогреваемых кислородных датчиков 1 и 2 приближается к заданному предельному значению, диагностируется трехсторонняя неисправность катализатора.

P0434 Информация для конкретных марок

Температура катализатора P0434 MERCEDES-BENZ ниже пороговой температуры 2

Диагностика проблем каталитического нейтрализатора | Выхлопные системы Walker

С помощью инфракрасного термометра проверьте температуру переднего и заднего приварных колец преобразователя, чтобы убедиться, что преобразователь «загорелся». В зависимости от размера, большинство преобразователей начинают разгораться при температуре около 350°F и полностью загораются при температуре около 500°F.

В нормальных условиях заднее приварное кольцо может нагреваться до температуры на 150°F выше, чем переднее приварное кольцо. Если заднее приварное кольцо достигает температуры более чем на 150°F выше, чем переднее приварное кольцо, двигатель может иметь проблемы с выбросами.

• Имейте в виду, что температура заднего сварного кольца преобразователя напрямую связана с объемом работы, выполняемой преобразователем. Следовательно, повышенные температуры могут указывать на проблемы с выбросами.
• Если заднее приварное кольцо значительно холоднее переднего, возможно, преобразователь не выключается. Это может указывать на неисправность нейтрализатора или неправильную смесь выхлопных газов, что является признаком основной проблемы с выбросами.
• Обычно температура нейтрализатора не превышает 1200°F при правильно работающем двигателе.Периодическая эксплуатация при температуре выше 1600°F может негативно повлиять на покрытие из драгоценных металлов на подложке, снижая его эффективность. Чрезмерно высокие температуры могут снизить срок службы преобразователя или, если они достаточно высокие, разрушить покрытие или подложку преобразователя.
• Поврежденные покрытия и расплавленные подложки обычно возникают при температурах выше 1700°F. Можно проверить на треснутую подложку или поврежденное матовое покрытие, постукивая по корпусу преобразователя. С помощью резинового молотка «постучите» по оболочке, прислушиваясь к незакрепленным компонентам.
• Изменение цвета скорлупы на бронзово-синюю радугу обычно указывает на повышенную температуру. Если преобразователь удален, осмотрите подложку, чтобы увидеть, расплавились ли небольшие проходы или разрушились. Подложка может фактически казаться нормальной на любом конце, поскольку подложка плавится внутри.

Понимание пожароопасности автомобилей с каталитическими нейтрализаторами — Техасская комиссия по качеству окружающей среды

Публикация Агентства по охране окружающей среды США «Обзор проблемы перегрева катализатора», март 1983 г.

История

Многие автомобили 1975 года выпуска и позже оснащены каталитическими нейтрализаторами, которые служат основным средством снижения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу этими автомобилями.Агентство по охране окружающей среды США (EPA) получило отчеты о проблемах с перегревом или пожароопасностью каталитических нейтрализаторов. Этот информационный бюллетень был подготовлен, чтобы эффективно отвечать на такие запросы.

Наверх

Как нагреваются каталитические нейтрализаторы

Катализаторы снижают выбросы за счет ускорения сгорания загрязняющих веществ, выходящих из двигателя. Выполняя эту работу, они разогреваются. Наружная температура металла преобразователей некоторых типов может достигать 800–1000 F в условиях чрезвычайно высокой нагрузки двигателя.Однако измерения, проведенные Лесной службой США, показали, что температура поверхности выхлопных систем автомобилей до 1975 года не менее высока при экстремальных нагрузках двигателя. Таким образом, с этим открытием температура поверхности каталитического нейтрализатора не представляет собой новую проблему для производителей и пользователей автомобилей, пока двигатель работает правильно.

Однако при частичном отказе системы зажигания, например пропуске воспламенения одной или нескольких свечей зажигания или неисправных проводах зажигания, температура поверхностей каталитического нейтрализатора и выхлопной системы после нейтрализатора может достигать 1200–1400 F. Это происходит из-за ненормального количества несгоревшего топлива, подаваемого невоспламеняющимися цилиндрами. Кроме того, в горячем состоянии нейтрализатору потребуется больше времени для охлаждения, чем другим частям выхлопной системы, из-за его большей массы. Это указывает на необходимость внимательного отношения к техническому обслуживанию автомобиля и бдительности владельцев транспортных средств при любых признаках ненормальной работы двигателя.

Наверх

Меры предосторожности

Правила Агентства по охране окружающей среды требуют, чтобы любая система контроля выбросов, используемая производителями транспортных средств, «не должна в своей работе, функционировании или неисправности создавать небезопасные условия, подвергающие опасности автомобиль, его пассажиров или людей или имущество в непосредственной близости от транспортного средства.»

Производители транспортных средств осознают необходимость обеспечения защиты от возможных опасностей или дискомфорта, связанных с высокими температурами каталитического нейтрализатора, как для пассажиров, так и для компонентов автомобиля. Кроме того, защита также необходима для предотвращения возможных опасностей возгорания, связанных с вождением транспортных средств через высокую траву или другую растительность. Конкретные средства, используемые различными производителями для обеспечения защиты от высоких температур, различаются и включают такие подходы, как изоляция всего каталитического реактора, чтобы его внешние поверхности не были горячее, чем глушители, установка защитных металлических экранов между корпусом преобразователя и растительностью и использование более толстых ковровые покрытия внутри автомобиля, чтобы защитить пассажиров от воздействия высоких температур половиц.Кроме того, некоторые автомобили оснащены датчиками температуры для деактивации каталитического реактора или предупреждения водителя об аномально высоких температурах, которые могут быть вызваны пропусками зажигания в свечах зажигания и т. д.

Наверх

Пожары все еще могут случиться

Агентство по охране окружающей среды получило сообщения о возгорании транспортных средств и растительности, в которых были задействованы катализаторы, как от владельцев транспортных средств, так и от Национальной администрации безопасности дорожного движения (NHTSA), организации, которая отслеживает частоту таких инцидентов с отдельными производителями. В некоторых случаях оказалось, что на катализатор и другое оборудование выхлопной системы был нанесен горючий грунтовочный материал. В большинстве случаев также сообщалось о плохой работе транспортных средств с признаками невоспламенения свечей зажигания или других дефектов системы зажигания. Если на какой-либо катализатор подается ненормальное количество несгоревшего топлива, что происходит, когда в двигателе происходят пропуски зажигания в одном или нескольких цилиндрах, катализатор попытается «выполнить свою работу», сжигая это топливо, а не просто выбрасывая его через выхлопную трубу. дело в старых машинах.Когда это происходит, температура поверхности контейнера с катализатором и выхлопной трубы может стать ненормально высокой, что может привести к обугливанию или возгоранию грунтовки, непреднамеренно нанесенной на катализатор или выхлопную систему, обугливанию напольных ковриков в автомобиле или воспламенению сухой растительности. если автомобиль эксплуатируется на бездорожье. Инструкции по обслуживанию автомобилей предостерегают от нанесения грунтовки на катализатор выхлопной системы.

Следует отметить, что пожары растительности, вызванные горячими автомобильными выхлопными системами, происходили до появления автомобилей, оборудованных катализаторами, и будут происходить в будущем.Лесная служба периодически проводит испытания автомобилей на пожароопасность с 1967 года из-за давней озабоченности этого агентства по поводу пожаров, вызванных транспортными средствами, в национальных лесных зонах отдыха.

Наверх

Что можно сделать в будущем

EPA и NHTSA внимательно следят за частотой и типом таких инцидентов. НАБДД на основе обзора, завершенного в декабре 1976 года, пришло к выводу, что «частота и характер инцидентов с каталитическим нейтрализатором не представляют необоснованного риска для здоровья или травм для населения.«Агентство по охране окружающей среды будет по-прежнему требовать от производителей конструкции своих транспортных средств таким образом, чтобы при правильной эксплуатации и обслуживании они не представляли опасности ни для жизни, ни для имущества».

Наверх

Что вы можете сделать

Если вы правильно обслуживаете свой автомобиль, как это рекомендовано в руководстве по эксплуатации, у вас обычно не должно возникнуть проблем. Если вы заметили, что двигатель работает с перебоями, возможно, у вас неисправна свеча зажигания. Обязательно своевременно проверяйте это не только во избежание перегрева катализатора, но и для восстановления хорошей производительности и экономии топлива.

Никогда не паркуйте автомобиль с катализатором или любой другой автомобиль на куче сухих листьев или другой сухой растительности. Обычная осторожность при использовании автомобиля — это все, что нужно, чтобы избежать возгорания катализатора.

Наверх

границ | 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 OEM-производителей усовершенствовать существующие подсистемы (например,например, системы впрыска топлива, привода клапанов и т. д.) и внедрять инновационные решения (с особым упором на устройства доочистки). На самом деле, для того, чтобы эти технологии были действительно эффективными, необходим надлежащий и последовательный дизайн компоновки предприятия, систем управления и стратегий управления.

Сложность систем и большое количество управляющих переменных требуют глубокого понимания процессов, определяющих поведение управляемого силового агрегата как системы в целом.Дизайн системной архитектуры и ее управляющих устройств определенно нуждается в надежной теоретической поддержке физических моделей для определения общего поведения системы, которое в основном нелинейно и поэтому трудно предсказуемо. Математические модели являются мощными инструментами 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 с ними систем управления хорошо известно уже более десяти лет, и в литературе можно найти несколько примеров (Gambarotta and Lucchetti, 2011). Подробный сценарий описан в (Guzzella and Onder, 2010). Обычно подходы наполнения и опорожнения (F&E) и квазистационарного потока (QSF) используются для построения нулевых моделей с сосредоточенными параметрами, которые используются как для систем впуска и выпуска, так и для процессов в цилиндрах, но при этом позволяют « моделирование в реальном времени» (Gambarotta et al., 2011; Gambarotta and Lucchetti, 2013). Даже если химические и физические процессы, протекающие в цилиндре, очень сложны, «быстрые» модели требуют упрощенных однозонных 0D-подходов, в которых сгорание рассматривается через определение надлежащей функции сгорания топлива (Heywood, 1988), а реакции образования загрязняющих веществ — через упрощенные. механизмов или, что чаще, с моделями черного ящика (Guzzella and Onder, 2010).Большинство коммерческих инструментов основаны на этих методологиях (как рассмотрено 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. С учетом этих соображений и для изучения влияния различных субстратов катализатора на характеристики силовых агрегатов была разработана модель системы доочистки, объединенная с моделью двигателя с «углом коленчатого вала» (Gambarotta and Lucchetti, 2013).Особое внимание было уделено пенопласту как инновационному материалу для подложек (Bach and Dimopoulos Eggenschwiler, 2011). Полученные результаты представлены в статье.

Пеноматериалы с открытыми порами представляют собой ячеистые материалы, состоящие из соединенных между собой твердых распорок, расположенных в ячейках, которые охватывают области пустот и открытые окна 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). Пены с открытыми порами — это инновационные субстраты, характеризующиеся высокой пористостью, низкой плотностью и высокой механической прочностью. В последние годы они рассматривались для различных промышленных применений, таких как фильтры, теплоизоляторы, поглотители механической энергии, глушители, теплообменники и каталитические реакторы. Как подложки катализатора они имеют ряд преимуществ по сравнению с сотовыми монолитами и уплотненными слоями. Структура с открытыми порами обеспечивает более высокую однородность потока, что является решающим фактором для эффективности преобразования загрязняющих веществ и долговечности катализатора (Zygourakis, 1989; Martin et al., 2000; Гейзер и др., 2003). В сотовых монолитах ламинарное течение в каналах приводит к низкому тепло- и массообмену. Вместо этого сеть твердых стоек решеток с открытыми ячейками характеризуется извилистыми путями, которые усиливают взаимодействие газа со стенками и способствуют снижению тепловой инерции (Giani et al., 2005; Lucci et al., 2016). В автомобильных приложениях критическим параметром является падение давления, которое влияет на КПД двигателя. Пены имеют более высокий перепад давления по сравнению с монолитом тех же размеров (Twigg and Richardson, 2007; Lucci et al. , 2015; фон Рикенбах и др., 2015). Это может быть компенсировано повышенным массопереносом, позволяющим уменьшить размер катализатора (Dimopoulos Eggenschwiler et al., 2009), или изменением геометрической конфигурации реактора (Koltsakis et al., 2008). Определенные усилия были потрачены на их моделирование. С одной стороны, были проанализированы высокоточные КТ-сканы пены (компьютерная томография), с другой стороны, чтобы уменьшить вычислительную нагрузку, пены были смоделированы как регулярные структуры с ячейками Кельвина (Boomsman et al., 2003; Джани и др., 2005 г.; Инаят и др., 2011). Было продемонстрировано, что подложки с обычными ячейками Кельвина работают лучше, чем их соответствующие рандомизированные пены, с точки зрения компромисса между массопереносом и падением давления (Lucci et al., 2016).

Недавно был предложен вариант структуры пенопласта, основанный 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 дизайн численного моделирования и методы аддитивного моделирования для реализации первой в мире, насколько известно авторам, 3D-печатной каталитической подложки из кордиерита для реального автомобиля. Приложения.

Количественно оценить влияние структуры подложки катализатора на характеристики двигателя непросто из-за различного динамического поведения сот и пеноматериалов во время переходных процессов и высокой нелинейности всей системы двигателя.Для сравнения влияния сотовых и пенных подложек был разработан оригинальный математический инструмент 0D, который использовался для моделирования современного дизельного двигателя объемом 1,6 л с турбонаддувом. Результаты моделирования, полученные применительно к ездовому циклу EUDC, представлены в документе, показывающем влияние этих различных опор на тепловые переходные процессы каталитического нейтрализатора и на расход топлива.

Моделирование двигателя и системы доочистки отработавших газов в реальном времени

Модель двигателя «Crank-Angle»

Для целей этой работы модель двигателя, описанная в Gambarotta et al.(2011) и Gambarotta and Lucchetti (2013) применительно к двигателю с турбонаддувом и рециркуляцией отработавших газов. Процессы внутри цилиндра и газообмена были описаны с использованием подхода QSF для впускных и выпускных клапанов и метода F&E для коллекторов и цилиндров. Считается, что горение определяет надлежащую скорость выделения тепла (HRR), а образование загрязняющих веществ оценивается с помощью подмоделей черного ящика. Разработан оригинальный алгоритм интегрирования уравнений сохранения в цилиндре с подходящим временным шагом (настроенным на сохранение углового шага ~1° СА для любой частоты вращения двигателя n ), сохраняя при этом больший общий временной шаг 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 по давлению в рампе p _рампе и времени включения ET. Модели на основе карты черного ящика использовались для компрессора C и турбины с изменяемой геометрией (VGT).

Усредненное по циклу значение коэффициента эквивалентности φ рассчитывается на основе общей массы всасываемого воздуха (полученной путем интегрирования массового расхода воздуха за каждый цикл) и общей массы топлива, впрыскиваемого за цикл (оценивается на основе расхода впрыскиваемого топлива).Массовые расходы рассматриваемых загрязняющих веществ (CO, HC и PM), необходимые для расчета концентраций загрязняющих веществ X _миль в выхлопных газах, а затем тепла, выделяемого в результате реакций окисления внутри катализатора (см. Модель катализатора), составляют оценивается как функция коэффициента эквивалентности φ и частоты вращения двигателя n посредством экспериментальных карт, организованных в справочных таблицах в следующем виде:

Модель и схема ее причинно-следственной связи 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, сравнивая выходные данные 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 двигателя и связанных с ним систем. подсистем как в стационарных, так и в переходных режимах работы.

Выхлопная система и катализатор Модель

Процессы теплопередачи в выхлопной системе играют ключевую роль в моделировании ДВС из-за значительного влияния температуры выхлопных газов на эффективность систем доочистки. Таким образом, тщательное описание процессов теплообмена имеет основополагающее значение, особенно во время критических переходных процессов (например, «зажигание» катализатора, регенерация улавливателя твердых частиц и т. д.). Другими критичными по выбросам фазами работы двигателя являются длительная работа при малой нагрузке, когда система доочистки значительно охлаждается, а также при максимальной нагрузке, когда температуры достаточно высоки, но массовые расходы выхлопных газов вынуждают катализатор работать под нагрузкой. дефицит трансфера.По этой причине, несмотря на ограничения, налагаемые 0D-подходом, особое внимание было уделено моделированию теплового поведения выхлопной системы.

Рабочее тело рассматривалось как смесь совершенных газов, определяемая вектором массовых концентраций X _mi относящихся к 7 химическим веществам, т.е. H ₂ O, CO, H ₂ и NO. Обширные свойства ρ и C _P рассчитываются как средневзвешенные с учетом состав смеси, и K = C _P / C _V известен с c _p и константа газовой смеси R . Интенсивные свойства μ, Pr и λ не могут быть рассчитаны таким образом. Динамическая вязкость μ рассчитывается как функция коэффициента 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 в соответствии с подходом F&E.Температура и давление получаются из уравнений сохранения массы и энергии, применяемых к многообразию, рассматриваемому как 0D-объем. Оценивая тепловой поток через стенки коллектора, как это было предложено в Guzzella and 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. Энтальпии газов, выходящих из коллектора ч _tur и ч _EGR , рассчитаны в предположении, что температура газа равна температуре внутри коллектора.

В представленной модели рассмотрена тепловая инерция выпускного коллектора при заданной общей массе m _w и постоянной удельной теплоемкости c _w для стенок коллектора (рис. 1). Температура стенок коллектора считалась однородной, а ее изменения оценивались по следующему дифференциальному уравнению:

dTwdt=1mw·cw(Q˙вход-Q˙выход)

, где Q˙in и Q˙out — потоки тепла между потоком газа и стенками и между стенками и окружающим воздухом соответственно.Эти тепловые потоки можно рассчитать со ссылкой на хорошо известное схематическое описание, представленное на рис. 1, где обмен теплом происходит 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. воздуха. Однако в предлагаемой модели внутреннее излучение считается незначительным. Даже если реальная геометрия коллектора сложна, он был смоделирован как единая цилиндрическая труба с надлежащей длиной L , чтобы удержать расчетную нагрузку в рамках 0D-подхода.

Рисунок 1 . Схема потоков выпускного коллектора.

Для оценки Q˙in использовалось специальное соотношение, предложенное в литературе для систем впуска и выпуска двигателей ДВС в следующем виде (Depcik and Assanis, 2001):

Термин Pr ^c часто принимает значение, близкое к 1, а значения для a и b определяются из измерений. Значение Nu было оценено по корреляции Гнелинского, описанной в Konstantinidis et al.(1997) и Кандилас и Стамателос (1999), введя, как было предложено, подходящий коэффициент усиления конвекции для учета неустойчивости потока и турбулентности, определяемый следующим образом:

, где Nu _eff и Nu _th — эффективное и теоретическое значение соответственно. Последнее значение можно оценить с помощью хорошо известных корреляций из работы 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=Ainhin(Texh_man-Tw)

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

Оценка конвективного теплового потока от стенок коллектора к окружающему воздуху затруднена из-за геометрии компонентов и схемы внешнего потока. Ради простоты геометрия коллектора была принята цилиндрической, а поле внешнего потока однородным и связанным со скоростью транспортного средства. Модель основана на корреляции, предложенной 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} — это функции Re и PR номера следующим образом:

Nuout_lam=0.664Re1/2Pr1/3

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=Aouthout(Tw-Tsur)

, где A _из — площадь внешнего коллектора. Термодинамические свойства Pr , ρ, μ и λ оцениваются относительно температуры пленки (т.е. по среднему значению между температурой стенок коллектора T _w и температурой окружающего наружного воздуха T _sur ).

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

Q˙rad_out=Aoutεσ(Tw4-Tsur4)

где A _{OUT — это внешняя область многообразия, ε — это излучательная способность, Σ является постоянной Стефана-болтцмана и T W и T SUR и температуры окружающего воздуха соответственно.}

Суммарный тепловой поток Q˙out от коллектора можно рассчитать на основе значений конвекции и излучения как

Q˙out=Q˙conv_out+Q˙rad_out

Модель катализатора

Каталитический нейтрализатор является сложным компонентом как с точки зрения схемы газового потока, так и с точки зрения химических реакций. Гидродинамика, процессы тепло- и массопереноса играют важную роль в его поведении и должны тщательно учитываться. Принимая во внимание цели представленной работы, ни 3D (например, Lucci et al., 2014, 2015; Von Rickenbach et al., 2014), ни техника одномерного моделирования (например, Shamim et al. , 2002; Pontikakis et al., 2004). Был использован 0D-подход, предполагающий для каждого компонента однородное пространственное распределение термодинамических параметров и применение уравнений сохранения с эмпирическими корреляциями, где это необходимо. Разработанная модель оказалась способной имитировать 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 рис. 2. Были рассмотрены два объема (выделены голубым цветом до и после каталитического сердечника) в соответствии с подходом F&E. Модель ядра (выделена оранжевым цветом) была основана на процедуре QSF (т. е. без учета накопления массы и энергии). Поскольку процессы в каталитическом нейтрализаторе сложны и, как правило, трехмерны, необходимо было ввести надлежащие допущения, чтобы отразить их общее влияние, что все же ограничивало нагрузку на моделирование. Поэтому процессы, происходящие в активной зоне, были упрощены путем разделения модели на два модуля, как показано на рис. 3: «газовая модель», описывающая течение газа в катализаторе, и «монолитная модель», воспроизводящая тепловое поведение ядро катализатора. На каждом временном шаге изменения массового расхода и температуры через активную зону оценивались путем решения двух систем алгебраических уравнений от двух модулей, которые связаны теплообменом между выхлопными газами и стенками подложки (согласно рис. 3).

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

Рисунок 3 . Компоновка модели 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 расчета перепада давления Δ p , среднего давления p _м и температура T _м (с учетом направления потока). Приняв ядро ​​катализатора как сосредоточенное сопротивление потоку (без накопления массы), массовый расход газа можно оценить с помощью эмпирического алгебраического соотношения в следующем виде:

, где ρ и μ (как и другие свойства жидкости) рассчитываются по p _m и T _m с учетом состава выхлопных газов. Геометрия катализатора включает в себя как габаритные размеры ядра, так и его морфологические характеристики (соты/пены, пористость и др.).). Тогда температуру газа на выходе из активной зоны можно определить, интегрируя уравнение сохранения энергии в 1D и в стационарном режиме:

m˙cpdTdx=hA'(Tmon-T)+qgen

, где пренебрегают осевым теплообменом и изменением кинетической и потенциальной энергии в газе (как обычно считается; Pontikakis et al., 2004), A’ – удельная площадь контакта на единицу длины и q _gen — одномерное распределение тепловыделения по осевой длине активной зоны (между х = 0 и х = L ). Свойства газа оцениваются как p _m и T _m и принимаются постоянными.

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

Конвективный теплообмен между газом и ядром описывается, как обычно, через коэффициент конвекции ч , полученный из Nu , оцененный с помощью эмпирической корреляции в следующей форме (Konstantinidis et al., 1997; Кандилас и Стамателос, 1999 г.):

Температура стенки монолита T _mon считается постоянной во временном шаге, т. е. как осевой, так и радиальный температурные градиенты пренебрегают в соответствии с 0D-подходом, чтобы ограничить время моделирования.

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

, который представляет собой одномерное распределение тепловыделения по осевой длине активной зоны (между x = 0 и x = L ). Q˙gen — общий тепловой поток (в [Вт]), образующийся в объеме активной зоны в результате реакций окисления загрязняющих веществ, который оценивается по массовому расходу отработавших газов ṁ, концентрации загрязняющих веществ X _миль , соответственно теплотворная способность LHV _i и эффективность преобразования η _i следующим образом:

Q˙gen=∑i=1Nm˙·Xmi·LHVi·ηi

Номер N и тип загрязняющих веществ зависят от конкретного применения.В представленной модели рассматривались СО и один или несколько видов, представляющих УВ, поскольку их реакции окисления считались наиболее значимыми при определении температуры катализатора. Следует отметить, что рабочая жидкость рассматривалась как смесь 7 химических соединений, т.е. Вектор концентраций загрязняющих веществ { X _миль } в выхлопных газах (т.например, выхлопные газы двигателя) можно получить из экспериментальных данных в виде справочных таблиц в зависимости от 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 обычно требуется для моделей реального времени) позволяет учитывать дальнейшие реакции, которые могут происходить в катализаторе, путем введения соответствующих эмпирических корреляций для моделирования различных каталитических нейтрализаторов и систем доочистки.

Термин q _gen (который является функцией осевой координаты x , длины ядра L , количества N вовлеченных загрязняющих веществ и общего теплового потока Q˙gen от окисления несгоревших соединений) 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 температура достаточно высока, можно предположить, что химические вещества реагируют мгновенно, как только они достигают стенок субстрата. Предполагая, что концентрация химических веществ в протекающих газах экспоненциально падает по осевой оси абсцисс, и учитывая, что диффузионный массообмен пропорционален разности концентраций, было принято экспоненциальное распределение тепла, выделяемого несгоревшими соединениями, выраженное в следующем виде:

Коэффициенты a и b можно определить, полагая, что интеграл от q _gen по длине подложки равен общему тепловому потоку Q˙gen, генерируемому в активной зоне, т.е.е.,:

и предполагая, что соотношение Q _GEN (0) / Q (0) / Q GEN (L) = 100. Следовательно, следующие выражения для A и B получены:

a=N·ln(N)·Q˙genL·(N-1) и b=- ln(N)L

Интегрирование 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 = л можно определить температуру газа на выходе T _из .

Тепловой поток между газом и монолитом на каждом временном шаге можно оценить по уравнению:

Q˙int=Q˙gen-m˙·cp·(Tout-Tin)

Следует отметить, что поскольку свойства газовой смеси определяются по средней температуре активной зоны, значение T _из оценивается путем итеративного расчета (процедура do-while , рис. 4 ) с 0.порог 1к.

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

dTmondt=1mmon·cmon·(Q˙int-Q˙ext)

В дополнение к тепловому потоку, обмениваемому с газами Q˙int и теплоемкости монолита m _mon · c _mon , требуется также тепловой поток во внешний окружающий воздух Q˙ext.

Даже если можно найти различные конфигурации, наиболее распространенным методом является установка монолита в металлический кожух с промежуточным слоем изоляционного материала: такая компоновка была принята в разработанной модели, как схематично показано на рисунке 5. Теплопередача происходит от монолита к окружающему воздуху сначала за счет теплопроводности через слой изоляционного материала и металлического кожуха, а затем за счет конвекции и излучения от наружных стен к окружающему воздуху. В этом случае конвекция может быть принудительной или естественной в зависимости от скорости транспортного средства v , которая, таким образом, представляет собой входной параметр для модели. Следуя квазистационарному подходу, стационарный процесс теплопередачи можно смоделировать в пределах каждого временного шага, предполагая два последовательных тепловых сопротивления, и поэтому общее тепловое сопротивление может быть выражено как:

Rt_tot=Rt_cond+Rt_conv·Rt_irrRt_conv+Rt_irr

где R _{T _ CON} обусловлен проводимостью и R _{R _ R} и R и R _{R _ IRR} связаны соверенностью и радиацией передача тепла наружу.

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

Принимая во внимание только слой изолирующего материала (т. е. пренебрегая тепловым сопротивлением металлического корпуса) и допуская цилиндрическую геометрию, R _{t _ cond} было рассчитано с помощью следующего соотношения (Incropera et al. ., 2013):

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

Принудительную конвекцию в окружающий воздух можно рассматривать при условии цилиндрического кожуха 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 ч получен, начиная с Nu (Incropera et al., 2013): следующая корреляция Черчилля и Бернштейна (которая не требует коэффициентов, меняющихся с Re и справедлива для широкого диапазона Re и Pr ) было использовано:

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, предполагаемая равной скорости автомобиля. Тогда ч можно вычислить по следующему соотношению:

Что касается теплового излучения, принимая внешнюю стенку металлического корпуса за 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 во внешний окружающий воздух можно рассчитать как:

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

где T _w известно из уравнения:

Таким образом, значение T _w оценивается посредством итеративного вычисления с 0.порог 1к.

Описанная процедура использовалась для моделирования различных подложек катализатора (соты или пены) с использованием подходящих корреляций для связи массового расхода и изменений давления в ядре катализатора (концентрированное гидравлическое сопротивление) и для определения Nu для теплообмена между выхлопные газы и монолит. Конкретные корреляции, используемые для сот и пенопластов, рассматриваемых в настоящей работе, будут представлены в следующем параграфе.

Физическая идентификация модели катализатора

Представленная модель системы доочистки была затем откалибрована с учетом конкретной геометрии сердцевины, сот и пеноматериалов.Сопротивление потоку и процессы теплопередачи были идентифицированы на основе корреляций, доступных в литературе, и использовались стандартные физические и геометрические свойства.

В сотах газу приходится двигаться в каналах очень малого сечения, поэтому течение преимущественно ламинарное. Соотношения, связывающие массовый расход с Δ p , очень похожи на полученные для ламинарного течения в трубе и могут быть выражены в виде p = f (ṁ), что можно переписать в обратной форме ṁ = f ( p ), что подходит для блок-схемы на рисунке 4.В настоящем исследовании использовалось следующее соотношение

ΔpL=28,5·мк·м˙ρ·ε·A·Dc2

или, помещая Re=ρ·u·ε·Dcμ

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

Что касается пены, первое соотношение было получено Giani et al. (2005), полученный в результате экспериментальных испытаний высокопористой металлической пены. Геометрия этих пен была схематизирована, предполагая аккуратно упакованные кубические ячейки с 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 между диаметром стойки d _s и диаметром пор D _p : для рассматриваемой геометрии оно : следует:

G(ε)=dsDp=(4·(1-ε)3π)1/2

Вторая корреляция, предложенная Lucci et al. (2014), рассматривается для пен. Чтобы избежать значительной дисперсии, характерной для экспериментальных данных (из-за изменчивости тестируемых пен), авторы предлагают трехмерное моделирование CFD в качестве альтернативы реальным измерениям для характеристики поведения пены (аргументируя больший контроль над геометрическими параметрами). В частности, со ссылкой на пену, смоделированную как набор ячеек Кельвина (рис. 6), и отметив, что перепад 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 движется 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 рассчитывается с D _p в качестве характеристической длины, предполагающей среднюю скорость на площади поперечного сечения (следовательно, ниже эффективного значения внутри пены: по этой причине в предыдущем уравнении член χ ² /ε ³ добавляется).Хотя приведенное выше уравнение позволяет оценить градиент давления в осевом направлении (одномерная модель), его можно использовать для расчета общего Δ p , оценивая свойства жидкости на 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 пенопластов использовались две корреляции из литературы. Первый был предложен Giani et al. (2005), где авторы расширяют результаты, полученные экспериментально для характеристики металлических пенопластов. Nu выражается как функция Re и Pr в классической формулировке с двумя поправочными коэффициентами, определенными из экспериментальных данных следующим образом:

, где Re=ρ·u·dsµ=m·˙dsµ·A.

Для пеноматериалов использовалась вторая корреляция, полученная от Lucci et al. (2014). Для оценки Nu использовалось 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 (рис. 6), принимая диаметр стойки d _s в качестве характерной длины .С этой геометрией только два из четырех параметров D _P , ε, D _{S S и SSA независимы, например, если D P и ε известны , 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 при моделировании CFD, принимая диаметр пор D _p в качестве характерной длины и моделируя пену как набор ячеек Кельвина (рис. 6).Также в этом случае задействованы два независимых параметра и выполняются следующие соотношения:

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

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

Таблица 1 . Используемые корреляции сопротивления потоку и транспорта.

Предполагается, что общий объем каталитического реактора составляет 1,5 л при длине реактора 15 см. Стандартная сотовая структура, обозначенная далее как «h_Giani», используется в качестве эталонного случая и характеризуется пористостью ε = 63%, характеристическим диаметром канала D _p = 1 мм и удельным площадь поверхности SSA = 2700 м ² / м ³ . Сотовую структуру сравнивают с двумя пенообразными структурами с открытыми ячейками, настоящей пеной (Giani et al., 2005), идентифицированную как «f_Giani», и синтетическую клеточную структуру Кельвина (Lucci et al., 2014), идентифицированную как «f_Lucci». Обе ячеистые структуры имеют пористость ε = 73%, выше, чем у сот, меньшую площадь поверхности SSA = 1000 м ² /м ³ и характерный размер пор d _p = = = мм. Другие параметры, принятые для моделирования, приведены в таблице 2: объем монолита считался одинаковым для сот и пеноматериалов (даже если для пеноматериалов могут потребоваться меньшие объемы).Значения d _p и ε приводят к сотовому заполнителю около 400 cpsi, что можно считать коммерческим стандартом, а значение D _p приводит к пенам 12,7 PPI.

Таблица 2 . Принятые значения параметров для моделей катализаторов.

Толщина s _ins и λ _ins изоляционного слоя приняты равными 6 мм и среднему значению для пенополиуретанов.Значение общего полусферического коэффициента излучения ε для внешней металлической поверхности сильно варьируется в зависимости от обработки поверхности и степени окисления (от 0,1 для полированных поверхностей до 0,9 для сильно окисленных поверхностей): в этом случае, поскольку внешняя оболочка обычно не имеет определенной отделки и, кроме того, он мог окисляться, было принято значение 0,6. Определены удельная плотность ρ _пн и теплоемкость с _пн монолита с учетом кордиерита для сот и Al ₂ O ₃ для пен.

Однако следует напомнить, что все вышеперечисленные параметры легко меняются в модели, что позволяет протестировать и сравнить разные геометрии.

Разработка и проверка модели двигателя

Модели выхлопной системы и катализатора были объединены с 0D-моделью «угла поворота коленчатого вала» дизельного двигателя с турбонаддувом. Структура модели (чередование объемных и необъемных блоков) позволила избежать численных проблем и алгебраических циклов (Gambarotta and Lucchetti, 2013).

Модель была идентифицирована по отношению к дизельному двигателю с турбонаддувом 1,6 л (основные технические данные приведены в таблице 3) на основе экспериментальных данных в установившемся режиме от OEM, которые были использованы для определения справочных таблиц и коэффициентов функции интерполяции по методу наименьших квадратов (т. е. коэффициенты расхода впускных/выпускных клапанов, коэффициенты потерь давления в воздушном фильтре и выхлопной системе и т. д.). Модели компрессоров и турбин были идентифицированы 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 модельных уравнений, использует постоянный главный временной шаг 2 мс и переменный временной шаг для внутрицилиндровых процессов, чтобы сохранить угловой шаг ~1° CA независимо от частоты вращения двигателя n . В этом приложении на ПК с тактовой частотой 2 ГГц и 2 ГБ ОЗУ отношение времени моделирования к физическому времени всегда было значительно ниже 0,65.

Таблица 3 .Основные технические данные рассматриваемого дизеля.

Входными параметрами являются частота вращения двигателя, массовый расход топлива, управляющие сигналы для VGT и EGR, температура и давление окружающей среды. Выходными данными могут быть все параметры, оцениваемые 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 протестирована, сравнивая расчетные результаты с экспериментальными данными, измеренными на испытательном стенде в установившихся рабочих условиях OEM (кроме тех, которые использовались для идентификации), что дало хорошее совпадение, как указано в Гамбаротта и Луккетти (2013).

Условия эксплуатации из ездового цикла

Чтобы подчеркнуть влияние характеристик грунта на поведение двигателя, был выбран раздел Нового европейского ездового цикла (NEDC), посвященный загородному ездовому циклу (EUDC). В этой связи входные параметры (частота вращения, массовый расход топлива, управляющие сигналы VGT и EGR) определялись с помощью обратной модели транспортного средства (разработанной в Guzzella and Sciarretta, 2005). Данные автомобиля были идентифицированы со ссылкой на Alfa Romeo Giulietta 1.6 ДТД. Из временных графиков скорости и передачи, заданных для 400-секундного EUDC, были рассчитаны мгновенные запрошенные значения скорости вращения и крутящего момента, которые использовались в качестве входных данных для модели. Различия между заданным и фактическим крутящим моментом двигателя использовались для оценки с помощью алгоритма ПИД-регулирования с обратной связью массового расхода впрыскиваемого топлива.

Результаты моделирования для EUDC

Поведение системы впуска и выпуска

Сравнивались термодинамические параметры в системах впуска и выпуска, полученные с разными субстратами. В качестве примера ниже приведены несколько результатов со ссылкой на EUDC, предполагая, что сотовая подложка используется в качестве базовой линии («h_Giani», выделено сплошным красным цветом), и рассчитаны различия между двумя пеноподобными структурами с открытыми ячейками (реальная пена «f_Giani », сплошным зеленым цветом, и структурой ячейки Кельвина «f_Lucci», выделенным сплошным синим цветом).

Как и ожидалось, пенопластовые подложки приводят к более высоким потерям давления. На фиг.7 показана разность статического давления через катализатор Δ p _DOC , показывающая максимальное увеличение примерно на 10 кПа для обеих рассматриваемых пен.Однако значительные нелинейности из-за типичных процессов в системе впуска и выпуска приводят к нетривиальному поведению в целом. На самом деле перепад давления на турбине Δ p _tur несколько ниже (рис. 8) и, следовательно, изменение давления в выпускном коллекторе p _{exh _ man} (рис. 9) (рис. 9). ) ниже, чем ожидалось (т. е. ниже, чем увеличение перепада давления Δ p _DOC , рис. 7).Это приводит к выводу, что более высокие потери давления, вызванные пенообразованием, могут быть частично уравновешены эффектами турбонагнетателя, по крайней мере, при высоких нагрузках двигателя. Результаты на Рисунке 8 показывают, что несколько более высокий перепад давления пенных катализаторов приводит к более высокому КПД турбины (благодаря несколько более высокому уровню давления на выходе из турбины). Таким образом, и без того низкий расход топлива частично уравновешивается более высоким КПД турбины.

Рисунок 7 .Рассчитаны потери давления через различные подложки катализаторов.

Рисунок 8 . Расчетные изменения давления через турбину.

Рисунок 9 . Расчетное давление в выпускном коллекторе.

Температурные профили внутри блока каталитического реактора представлены на рисунке 10. Из-за более высокой пористости структуры с открытыми ячейками имеют более низкую тепловую инерцию и имеют более короткие тепловые переходные процессы. На рис. 10 показано, что как пеноматериалы, так и структуры ячеек Кельвина способны достигать температуры затухания 550 К примерно в два раза быстрее, чем соты (следует отметить, что зеленые и синие линии почти полностью накладываются друг на друга).Однако по тем же причинам они характеризуются более быстрой фазой остывания.

Рисунок 10 . Расчетная температура подложек.

Прогноз экономии топлива

Модель позволила оценить мгновенный и суммарный расход топлива на рассматриваемом EUDC: результаты представлены на рис. 11. Сплошная красная линия представляет суммарный расход топлива для двигателя с сотовой подложкой («h_Giani»), который принят за эталон чтобы подчеркнуть влияние субстратов с открытыми ячейками.Таким образом, на Рисунке 11 синие и зеленые линии показывают процентное отклонение при использовании пены (зеленая сплошная линия, «f_Giani») и подложек из ячеек Кельвина (синяя сплошная линия, «f_Lucci») по отношению к сотовому («h_Giani» ).

Рисунок 11 . Расчетный совокупный расход топлива во время EUDC.

Анализ мгновенного расхода топлива ṁ _f показывает, что в принятых условиях для сотового заполнителя достигаются более низкие значения, чем для обеих пенопластовых конструкций с открытыми ячейками.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 из ячеек Кельвина («f_Lucci»).

Как было показано ранее, падение давления через каталитический нейтрализатор выше для конструкций с открытыми порами (рис. 7) для всех проанализированных случаев, подтверждая, что структуры с открытыми порами характеризуются более высоким гидравлическим сопротивлением. Это является основной причиной повышенного расхода топлива для рассматриваемых конструкций с открытыми ячейками, особенно при ускорениях.При более высоких нагрузках на двигатель и более высоких массовых потоках выхлопных газов увеличение перепада давления в выпускном коллекторе более выражено. Следует отметить, однако, что в настоящем исследовании увеличение расхода топлива вызвано заменой сотовой подложки пенопластами с открытыми порами, имеющими одинаковую форму и объем. Но более высокие массообменные свойства открытоячеистых структур позволяют сделать реакторы более компактными по сравнению с сотовыми, что приводит к снижению их гидравлического сопротивления, компенсируя недостаток в расходе топлива.

Максимальное отклонение мгновенного расхода топлива между всеми случаями составило 0,35 % и проявлялось только при ускорении, когда требуется более высокий крутящий момент. В устойчивых условиях движения с постоянной скоростью повышенный мгновенный расход топлива из-за субстрата с открытой ячеистой структурой ниже (приблизительно 0,10%). Эти изменения приводят к увеличению общего количества впрыскиваемого топлива всего на 0,20 % за все 400 с цикла.

Выводы

Математические модели представляют собой интересный (и часто неизбежный) способ получить правильное представление о поведении сложных систем. На самом деле разработка теоретических инструментов требует хорошего компромисса между физическим и эмпирическим подходами для ограничения процессорного времени.

В статье построена быстрая модель каталитического нейтрализатора для автомобильного применения, интегрированная в 0D-модель «угла 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. Для этого был смоделирован реальный 1,6-литровый дизельный двигатель с турбонаддувом и рециркуляцией отработавших газов в рамках ездового цикла EUDC, в котором сравнивались характеристики двигателя с различными субстратами катализатора.

Было проанализировано поведение трех различных каталитических структур: соты, пенопласты с открытыми ячейками и структуры с открытыми ячейками Кельвина. Показано, что при использовании реакторов одинакового объема повышенный перепад давления, вызванный конструкциями с открытыми ячейками, приводит к увеличению общего расхода топлива не более чем на 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 затухания.

Следует отметить, что более высокие массообменные свойства структур с открытыми ячейками могут позволить сделать реакторы более компактными по сравнению с сотовыми. Это может способствовать снижению общего гидравлического сопротивления пен, открывая новые возможности для повышения эффективности системы доочистки, одновременно снижая удельный расход топлива.Представленный математический аппарат оказался очень эффективным для моделирования поведения комплексной системы (двигатель+система доочистки) и будет использоваться в будущем для всестороннего изучения этих тем.

Напомним, что в представленной модели рабочая жидкость рассматривалась как смесь 7 химических соединений, т. е. N ₂ , O ₂ , CO ₂ , H ₂ O, CO, H ₂ № Число N и тип вовлеченных загрязняющих веществ зависят от конкретного применения.В представленной модели рассматривались СО и один или несколько видов, представляющих УВ, поскольку их реакции окисления считались наиболее значимыми при определении температуры катализатора. В ближайшем будущем можно будет рассмотреть различные системы доочистки, например, трехкомпонентные катализаторы (что представляет собой очень интересное применение этих новых решений). Однако моделирование трехкомпонентного катализатора является более сложным, поскольку оно включает кислородный баланс (бензиновые двигатели всегда работают близко к стехиометрическому режиму) и, следовательно, всегда работают в условиях нехватки кислорода.Представленный подход можно использовать для моделирования трехкомпонентного каталитического нейтрализатора в реальных условиях вождения в режиме реального времени.

Наконец, следует подчеркнуть, что в представленной работе модель автомобиля еще не разработана. Таким образом, требуемые входные параметры (например, скорость вращения, массовый расход топлива, управляющие сигналы VGT и EGR) были определены с помощью обратной модели транспортного средства (разработанной в Guzzella and Sciarretta, 2005). Таким образом, был выбран более простой цикл EUDC, так как это модальный ездовой цикл, достаточно значимый для проверки эффективности и гибкости предлагаемого инструмента моделирования.На следующем этапе деятельности будет разработана подходящая модель транспортного средства и интегрирована с моделью двигатель+катализатор, чтобы можно было оценить частоту вращения двигателя и крутящий момент в более сложных переходных ездовых циклах (как WLTC).

Доступность данных

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

Вклад авторов

AG, VP и PD внесли свой вклад в разработку и реализацию исследования, в анализ результатов и в написание рукописи.

Заявление о конфликте интересов

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

Благодарности

Авторы благодарят Федеральное управление по охране окружающей среды Швейцарии (FOEN) за финансовую поддержку проектов «Система доочистки выхлопных газов для минимального воздействия на окружающую среду», «Автомобиль для доставки на природном газе, Евро-7 и выше (EAS7+)», проект №.UTF 584.13.18 и моделирование Katalysator Vertrag Nr. 15.0002.ПЖ/С122-1359.

Ссылки

Бах, К., и Димопулос Эггеншвилер, П. (2011). Субстраты керамических пенопластовых катализаторов для дизельных катализаторов окисления: конверсия загрязняющих веществ и вопросы эксплуатации . Документ SAE № 2011-24-079.

Академия Google

Бумсман К., Пуликакос Д. и Вентикос Ю. (2003). Моделирование течения через металлические пенопласты с открытыми ячейками с использованием идеализированной структуры с периодическими ячейками. Междунар. J. Heat Mass Trans. 24, 825–834. doi: 10.1016/j.ijheatfluidflow.2003.08.002

Полнотекстовая перекрестная ссылка

Bracconi, M. , Ambrosetti, M., Okafor, O., Sans, V., Ou, X., Pereira, C.F., et al. (2018). Исследование перепада давления в 3D-реплицированных пенопластах с открытыми порами: сочетание CFD с экспериментальными данными о пенопластах, изготовленных аддитивным способом. Хим. англ. J. doi: 10.1016/j.cej.2018.10.060. [Epub перед печатью].

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

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

Академия Google

Димопулос Эггеншвилер, П., Циноглу, Д., Сейферт, Дж., Бах, К., Фогт, У., и Горбар, М. (2009). Подложки из керамической пены для применения в автомобильных катализаторах: гидромеханический анализ. Экспл. Жидкости 47, 209–222. doi: 10.1007/s00348-009-0653-2

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Фиорани, П., Gambarotta, A. , Lucchetti, G., Ausiello, F.P., De Cesare, M., and Serra, G. (2008). Детальная модель среднего значения выхлопной системы автомобильного дизельного двигателя . Технический документ SAE, № 2008-28-0027.

Академия Google

Гайзер, Г., Остерле, Дж., Браун, Дж., и Заке, П. (2003). Прогрессивные спининлет-однородные распределения потока в жестких условиях . Технический документ SAE № 2003-01-0840.

Академия Google

Гамбаротта, А.(2017). «Методы математического моделирования турбокомпрессоров и двигателей с турбонаддувом», в Турбокомпрессоры и турбонаддув: достижения, приложения и исследования (Хауппауг, Нью-Йорк: Nova Science Publishers Inc.), 375–434.

Гамбаротта, А., и Луккетти, Г. (2011). Ориентированное на управление моделирование автомобильных двигателей на основе угла поворота коленчатого вала . Документ SAE № ICE2011-24-0144.

Академия Google

Гамбаротта, А., и Луккетти, Г. (2013). «Модель угла поворота коленчатого вала для моделирования в реальном времени дизельных двигателей в приложениях HiL / SiL», в 13-м Штутгартском международном симпозиуме по технологиям автомобилей и двигателей (Штутгарт).

Гамбаротта, А., Луккетти, Г., и Вая, И. (2011). Моделирование в реальном времени переходных режимов работы дизельных двигателей с турбонаддувом. Проц. Инст. мех. англ. Pt DJ Автомоб. англ. 225, 1186–1203. дои: 10.1177/0954407011408943

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

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

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Джани, Л., Гроппи Г. и Тронкони Э. (2005). Характеристика массопереноса металлических пен в качестве носителей для структурированных катализаторов. Индивидуальный инж. хим. Рез. 44, 4993–5002. doi: 10.1021/ie04

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Гуззелла, Л., и Ондер, Ч. Х. (2010). Введение в моделирование и управление системами двигателей внутреннего сгорания . Берлин: Springer-Verlag.

Гуззелла, Л., и Шарретта, А. (2005). Силовые установки транспортных средств .Берлин: Springer Verlag.

Академия Google

Хейвуд, Дж. Б. (1988). Основы двигателей внутреннего сгорания . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: McGraw-Hill.

Академия Google

Инаят, А., Фройнд, Х., Зайзер, Т., и Швигер, В. (2011). Определение удельной поверхности керамических пенопластов: новый взгляд на модель тетракадекаэдров. Хим. англ. науч. 66, 1179–1188. doi: 10.1016/j.ces.2010.12.031

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Инаят, А., Клумпп, М., фон Бейер, М., Фройнд, Х., и Швигер, В. (2016). Разработка новой корреляции перепада давления для пенопластов с открытыми порами, полностью основанная на теоретических основаниях: с учетом формы стойки и геометрической извилистости. Хим. англ. Дж . 287, 704–719. doi: 10.1016/j.cej.2015.11.050

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Инкропера, 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. Преобразование энергии. Управлять. 40, 1057–1072. doi: 10.1016/S0196-8904(99)00008-4

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

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

Академия Google

Константинидис П.А., Колцакис Г.К. и Стамателос А.М. (1997). Моделирование переходного теплообмена в автомобильных выхлопных системах. Проц. Инст. мех. англ. Часть C 211, 1–14. дои: 10.1243/0954406971521610

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Луччи, Ф., Делла Торре, А., Монтенегро, Г., и Димопулос Эггеншвилер, П. (2015). О каталитических характеристиках структур с открытыми ячейками по сравнению с сотами. Хим. англ. J. 264, 514–521. doi: 10.1016/j.cej.2014.11.080

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

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

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Луччи, Ф., Делла Торре, А., Фон Рикенбах, Дж., Монтенегро, Г., Пуликакос, Д., и Димопулос Эггеншвилер, П. (2014). Эффективность рандомизированных клеточных структур Кельвина в качестве каталитических субстратов: анализ на основе массообмена. Хим. англ. науч. 112, 143–151. doi: 10.1016/j.ces.2014.03.023

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

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

Академия Google

Папетти В., Димопулос Эггеншвилер П., Делла Торре А., Луччи Ф., Ортона А. и Монтенегро Г. (2018). Полиэдрические структуры с открытыми ячейками, изготовленные аддитивным способом, в качестве подложек для автомобильных катализаторов. Междунар. J. Тепломассообмен. 126, 1035–1047. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.06.061

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Понтикакис Г. Н., Константас Г. С. и Стамателос А.М. (2004). Моделирование трехкомпонентного каталитического нейтрализатора как инструмент современного инженерного проектирования. Дж. Инж. Мощность газовых турбин 126, 906–923. дои: 10.1115/1.1787506

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Сантоликвидо, А., Бьянки, Г., Димопулос Эггеншвилер, П., и Ортона, А. (2017). Аддитивное производство периодических керамических подложек для автомобильных катализаторов. Междунар. Дж. Заявл. Керам. Технол. 14, 1164–1173. doi: 10.1111/ijac.12745

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Шамим, Т., Шен Х., Сенгупта С., Сон С. и Адамчик А. (2002). Комплексная модель для прогнозирования производительности трехкомпонентного каталитического нейтрализатора. Дж. Инж. Мощность газовых турбин 124, 421–428. дои: 10.1115/1.1424295

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Твигг, М., и Ричардсон, Дж. (2007). Основы и области применения структурированных пенокерамических катализаторов. Индивидуальный инж. хим. Рез. 46, 4166–4177. doi: 10.1021/ie061122o

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

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

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

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

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Зигуракис, К. (1989). Переходный режим работы монолитных каталитических нейтрализаторов: двумерная модель реактора и влияние радиально-неоднородного распределения потоков. Хим. англ. науч. 44, 2075–2086.

Академия Google

Номенклатура

Каталитические нейтрализаторы любят погорячее — ScienceDaily

Венский технологический университет успешно выяснил, от чего зависят требуемые рабочие температуры каталитических нейтрализаторов в автомобилях.

Катализаторы плохо работают, если еще не прогрелись. Крошечные металлические частицы в каталитическом нейтрализаторе требуют минимальной температуры для эффективного функционирования. В Венском технологическом университете, благодаря новому методу измерения, теперь стало возможным исследовать множество различных типов этих частиц одновременно. Таким образом, впервые получена достоверная информация о том, от чего именно зависит эффективность каталитических нейтрализаторов.

Желательна низкая температура воспламенения

«Большая часть выбросов загрязняющих веществ из двигателя образуется сразу после запуска, когда каталитический нейтрализатор еще холодный», — объясняет проф.Гюнтер Рупрехтер из Института химии материалов Венского технологического университета. «Только при превышении определенной температуры происходит то, что известно как каталитическое зажигание, и каталитический нейтрализатор работает с высокой эффективностью». Уже разработаны сложные и дорогие системы каталитического нейтрализатора для максимально быстрого достижения этой критической температуры. Однако создание каталитического нейтрализатора, который уже хорошо работает при самых низких температурах, позволило бы сэкономить как деньги, так и энергию.

Прямой или наклонный? Все зависит от угла

Критическая температура, которой должен достичь каталитический нейтрализатор, зависит от используемого материала: особенно часто в каталитических нейтрализаторах используются драгоценные металлы платина и палладий. Однако кристаллографическая ориентация поверхностей мельчайших металлических гранул также играет важную роль. Кристаллы можно гранить в разных строго определенных направлениях — этот процесс знаком нам по огранке драгоценных камней.Даже поверхности естественно выращенных кристаллов формируются в разных направлениях, и ориентация этих поверхностей определяет химическое поведение кристаллов. «Очевидно, что поверхности с разными кристаллографическими направлениями требуют разных температур для каталитического воспламенения», — объясняет профессор Юрий Сухорский, который работает с профессором Рупрехтером.

Много измерений в одном эксперименте

Ранее вряд ли было возможно детально исследовать этот эффект: каталитический нейтрализатор состоит из бесчисленного множества мельчайших гранул.«До сих пор было возможно измерить только наложенную активность всех этих по-разному ориентированных гранул», — говорит Рупрехтер. Однако теперь Рупрехтер и его команда смогли использовать фотоэмиссионный электронный микроскоп, основанный на знаменитом «фотоэффекте» Эйнштейна, для анализа температур воспламенения отдельных металлических гранул во время реакции. Для этого использовалась пленка, на которой было расположено множество крошечных кристаллов диаметром всего около 100 микрометров.Направления кристаллов были распределены случайным образом, что позволило исследовать различные варианты кристаллов в одном эксперименте.

Под микроскопом температуру пленки медленно повышали, фактически демонстрируя, что каталитическое воспламенение происходит при различных температурах в зависимости от направления ориентации. «Для нас важно иметь возможность исследовать различные кристаллические зерна в непосредственной близости и в одинаковых условиях в ходе одного эксперимента», — объясняют исследователи.«Если проводить несколько экспериментов один за другим, невозможно идеально воспроизвести внешние условия так, чтобы отдельные измерения были непосредственно сопоставимы».

Новые данные позволяют осуществлять целенаправленный поиск производственных процессов для каталитических нейтрализаторов с более низкими температурами воспламенения. «Теперь мы знаем, что палладий работает лучше, чем платина, и мы знаем, какое кристаллографическое направление обещает самую низкую температуру воспламенения», — говорит Гюнтер Рупрехтер.Теперь также должна быть возможность реализовать эти открытия в технологии, чтобы создавать каталитические нейтрализаторы, которые вступают в силу в автомобилях как можно скорее после запуска.

Источник истории:

Материалы предоставлены Венским технологическим университетом, Венский технологический университет . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Горячие катализаторы обеспечивают чистый холодный пуск

Джонатан Берд

Во многом БЛАГОДАРЯ их каталитическим нейтрализаторам, современные автомобили производят гораздо меньше вредных выбросов, чем старые автомобили, за исключением первых нескольких минут каждой поездки.Теперь американская компания разработала устройство для преодоления проблемы «холодного запуска», вызванной временем, которое требуется катализаторам для достижения своей рабочей температуры. Компания Ergenics из Рингвуда, штат Нью-Джерси, разработала металлогидридное устройство, которое нагревает катализатор всего за несколько секунд. Затем он использует тепло от двигателя для перезарядки.

Дэвид ДаКоста, президент компании, говорит: «Каталитическим нейтрализаторам современных автомобилей требуется от одной до двух минут, чтобы достичь «температуры зажигания», которая составляет около 350 ° C.Прежде чем они нагреются, выхлопные газы и несгоревшее топливо проходят насквозь».

Нагревательное устройство хранит водород в твердой форме, абсорбированный гидридом металла. Когда водитель поворачивает ключ зажигания, клапан в блоке нагревателя открывается, позволяя примерно 2 граммам газообразного водорода течь из гидрида металла в запатентованный металлический сплав, производя почти мгновенное тепло. «Экзотермическая реакция в нагревательном слое повышает его температуру до 400 °C примерно за пять секунд», — говорит ДаКоста. «Это нагревает выхлоп, который, в свою очередь, нагревает каталитический нейтрализатор.Преобразователь запускается и работает менее чем за 10 секунд».

После того, как двигатель поработает в течение нескольких минут, тепло от его выхлопных газов нагревает слой нагревателя до более чем 450 °C, когда водород вытесняется из сплава обратно в гидрид металла. По словам ДаКосты, весь цикл можно пройти за пятиминутную поездку. Во время более коротких поездок нагреватель регенерируется лишь частично.

Основной конкурирующей технологией для решения проблемы холодного пуска является электрический нагрев. W R. Grace создала прототип электронагревателя, который может нагреть холодную выхлопную систему за несколько секунд.Они весят меньше, чем нагреватель Ergenics — около 1 кг против 2,5 кг, — но у них есть один недостаток — разряжает аккумулятор автомобиля.

Крупные автомобильные компании еще не приняли ни один из этих подходов. ДаКоста говорит, что автопроизводители до сих пор концентрировались на сокращении выбросов за счет улучшения катализаторов и создания двигателей с более чистым горением, а не за счет добавления обогревателей. «Но если требования к выбросам станут более строгими, я полагаю, что мы увидим обогреватели холодного запуска на некоторых автомобилях, особенно с двигателями V-8, чьи преобразователи медленнее нагреваются и работают.

Catalyst Temp Sensor Correlation Bank 1

Код ошибки P046A определяется как корреляция Catalyst Temp Sensor Correlation Bank 1. Это означает несоответствие между сигналами температуры от каталитического нейтрализатора двигателя, ряд 1.

Этот код является общим кодом неисправности. , что означает, что это относится ко всем автомобилям, оснащенным OBD-II, особенно к автомобилям, выпущенным с 1996 года по настоящее время. Он распространен среди Chevrolet, Dodge, Ford, Ram и т. д.Спецификации по определению, устранению неисправностей и ремонту, конечно же, различаются от одной марки и модели к другой.

Определение

Ряд 1 означает ряд двигателя, в котором находится цилиндр №1. Датчики температуры катализатора используются только в дизельных двигателях.

Для чистого сжигания дизельного топлива автомобили оснащаются различными типами воспламенения дизельных выхлопных газов, очищающими каталитический нейтрализатор от вредных выбросов. DEF или жидкость для выхлопных газов дизельных двигателей впрыскивается в каталитический нейтрализатор для повышения температуры каталитического нейтрализатора и сжигания частиц оксида азота, которые находятся внутри.В этих автомобилях используются датчики температуры катализатора (а не датчики O2 или кислорода) для контроля эффективности каталитического нейтрализатора. Наиболее эффективным и практичным способом контроля эффективности катализатора является температура.

Датчик 1 и датчик 2 также называются датчиками выше и ниже по потоку катализатора соответственно. Эти датчики размещаются непосредственно перед и сразу после каталитического нейтрализатора в выхлопной системе. Когда двигатель работает и достаточно прогревается, выхлопные газы, поступающие в каталитический нейтрализатор, должны быть холоднее, чем выхлопные газы, выходящие из нейтрализатора.Это не зависит от состояния системы DEF. PCM (модуль управления силовым агрегатом, также известный как ECM или модуль управления двигателем в автомобилях других марок) контролирует датчики температуры катализатора и сравнивает сигналы двух датчиков. Если степень различия между ними выходит за пределы запрограммированного значения, код ошибки P046A будет сохранен, и загорится индикатор Check Engine.

Общие симптомы

Как и в случае с другими кодами ошибок, загорается индикатор Check Engine, а код сохраняется в компьютерной системе автомобиля. К другим симптомам относятся:

Тяжелый черный дым из выхлопной трубы

Также могут присутствовать другие коды DEF и каталитических кодов.

Возможные причины. to Check

Для диагностики этого кода технические специалисты используют диагностический сканер, DVOM (цифровой вольтметр/омметр), инфракрасный термометр (по возможности с лазерной указкой) и надежный источник информации о транспортном средстве.

Технический персонал следит за тем, чтобы система DEF была заполнена нужной жидкостью и работала должным образом. Если присутствуют другие коды, связанные с DEF, настоятельно рекомендуется сначала устранить эти другие коды и исправить их, прежде чем диагностировать P046A. Затем технические специалисты проверят все разъемы и проводку, связанные с подозрительной системой. Они сосредоточены на жгутах, проложенных вблизи горячих выхлопных труб и коллекторов.

Затем они подключают сканер к диагностическому порту автомобиля, чтобы получить все сохраненные коды и данные стоп-кадра P046A.Они принимают к сведению данные на потом. Затем они очищают код и смотрят, сброшен ли код.

Если код сбросился, то подключают сканер и наблюдают за потоком данных при работающем двигателе при нормальной рабочей температуре. Обычно они сужают поток данных, поэтому он отображает только соответствующие данные и ускоряет доставку, чтобы обеспечить более адекватный сигнал данных от рассматриваемого датчика (датчиков) температуры выхлопных газов.

Затем они получают рекомендации по отклонению температуры для рассматриваемых транспортных средств (из источника информации о транспортных средствах) и сравнивают их с фактическими данными (которые отображаются в потоке данных сканера).

Если разница между датчиками выходит за пределы спецификации, то они используют инфракрасный термометр для получения физической температуры. Затем они сравнивают свои результаты с теми, которые видны на дисплее данных сканера, и проверяют датчики температуры выхлопных газов, которые не совпадают.

Затем техники используют DVOM для тестирования отдельных датчиков в соответствии с рекомендациями, установленными производителем. Датчики, которые не соответствуют спецификациям, должны быть заменены.

Затем техническим специалистам придется отключить все связанные контроллеры и проверить отдельные цепи, если все датчики соответствуют спецификациям.Цепи, которые не соответствуют спецификациям, установленным производителем, должны быть отремонтированы, если не заменены.

Если все цепи и датчики соответствуют спецификациям, установленным производителем автомобиля, то проблема должна быть вызвана неисправностью PCM или ошибкой в ​​его программировании.

Как исправить

Как сказано в диагностике, общий ремонт включает в себя:

• Диагностика и ремонт других соответствующих кодов DEF в первую очередь
• Замена неисправных датчиков
• Ремонт или замена неисправных цепей
• Замена и перепрограммирование PCM

Обратите внимание, что сохраненный код ошибки P046A является не оценкой какого-либо конкретного датчика температуры каталитического нейтрализатора, а несоответствием между корреляцией двух отдельных датчиков.

Если после всей диагностики вы все равно не можете устранить код, то код, скорее всего, вызван неисправностью в PCM.

ОБДИИ

Выхлоп

Выхлоп и каталитический нейтрализатор

Выхлопная система и каталитический нейтрализатор предназначены для безопасного отвода выхлопных газов от двигателя, снижения уровня шума двигателя, снижения выбросов выхлопных газов и поддержания оптимальной топливной экономичности.Эти газы могут быть вредными для вас и окружающей среды, если с ними не обращаться должным образом. Убедитесь, что в передней части выхлопной системы нет отверстий, которые могут привести к плохому контролю выбросов. И убедитесь, что выхлопные газы не попадают в салон, где они могут вызвать серьезные проблемы, включая головокружение, дурноту и даже смерть.

Система выхлопа и каталитического нейтрализатора обычно не содержит движущихся частей, однако эта система чрезвычайно важна для активного контроля загрязняющих веществ в выхлопных газах.Коллектор и трубопровод выхлопной системы отводят газы, образующиеся при сгорании топлива и воздуха в камере сгорания двигателя. Кислородный датчик, датчик обратной связи управления двигателем, расположенный в передней части потока выхлопных газов, измеряет, насколько эффективно топливо и воздух сжигаются в камере сгорания.

Благодаря точному мониторингу сигнала кислородного датчика система управления двигателем чрезвычайно быстро регулирует количество топлива, подаваемого в камеру сгорания, максимально повышая эффективность использования топлива и создавая смесь выхлопных газов, оптимизированную для очистки каталитическим нейтрализатором.Выхлопные газы проходят через каталитический нейтрализатор, где вредные компоненты выхлопа: оксиды азота, углеводороды и монооксиды углерода (NOx, HC и CO) преобразуются в безвредную воду и двуокись углерода (H3O и CO2).

По мере того, как преобразованные выхлопные газы покидают каталитический нейтрализатор, они проходят через другой датчик кислорода, который сигнализирует системе управления двигателем, насколько эффективно каталитический нейтрализатор смог очистить вредные загрязнители выхлопных газов. Оттуда выхлопные газы проходят через типичные компоненты выхлопной системы, включая глушитель(и), резонатор(ы), трубы и выхлопные трубы(и).Давайте более подробно рассмотрим некоторые компоненты выхлопной системы и каталитического нейтрализатора и их функции, в том числе то, как каталитический нейтрализатор изменяет химический состав выхлопных газов.

Обзор выхлопных газов

Выхлопные газы состоят из вредных молекул, но эти молекулы состоят из относительно безвредных атомов. С помощью химии и каталитических технологий мы можем расщепить молекулы после того, как они покинут двигатель автомобиля, на безвредные частицы, прежде чем они попадут в воздух.Эти процессы происходят внутри горячего каталитического нейтрализатора.

Катализатор — это просто химическое вещество, которое ускоряет химическую реакцию, не изменяясь и не расходуясь в процессе. В каталитическом нейтрализаторе работа катализатора заключается в ускорении расщепления вредных молекул. Катализатор изготовлен из платины или подобного платиноподобного металла, такого как палладий или родий.

В каталитическом нейтрализаторе работают два различных 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 потоку выхлопных газов максимальную площадь поверхности катализатора, а также сводит к минимуму необходимое количество катализатора.

Автомобили OBD II оснащены трехкомпонентными каталитическими нейтрализаторами. Это относится к трем регулируемым выбросам, которые он помогает уменьшить. Восстановительный катализатор является первой ступенью каталитического нейтрализатора.Он использует платину и родий, чтобы помочь уменьшить выбросы NOx. Когда молекула NO или NO2 контактирует с катализатором, катализатор вырывает атом азота из молекулы и удерживает его, освобождая 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 => N2 + O2 или 2NO2 => N2 + 2O2. Катализатор окисления является второй ступенью каталитического нейтрализатора. Он уменьшает количество несгоревших углеводородов и монооксида углерода, сжигая их на катализаторе из платины и палладия.Этот катализатор способствует реакции CO и углеводородов с оставшимся кислородом в выхлопных газах. Например: 2CO + O2 => 2CO2

Выпускной коллектор

Выпускной коллектор крепится к головке блока цилиндров и собирает выхлопные газы из каждого цилиндра и объединяет их в одну трубу. Коллектор традиционно изготавливался из чугуна. Новые коллекторы могут быть изготовлены из нержавеющей стали, стали или алюминия. Для большинства конфигураций рядных цилиндров имеется только один выпускной коллектор.На двигателях с V-образным расположением цилиндров, типичных для V-6 и V-8, обычно имеется один выпускной коллектор на ряд цилиндров. Выпускные коллекторы работают в экстремальных условиях с быстрыми изменениями температуры, что может привести к растрескиванию или ослаблению прокладок и соединительных соединений, что приведет к утечке выхлопных газов.

Некоторые выпускные коллекторы имеют верхний по потоку или перед каталитическим нейтрализатором кислородный датчик, ввинченный в него в центральном месте, которое подвергает наконечник кислородного датчика воздействию смеси газов из всех цилиндров.Если эта конструкция используется на двигателях V-6 или V-8, в каждом коллекторе будет датчик кислорода.

Катализатор

Эта часть, похожая на глушитель, преобразует вредный угарный газ и углеводороды в водяной пар и двуокись углерода. Некоторые преобразователи также уменьшают вредные оксиды азота. Преобразователь устанавливается между выпускным коллектором и глушителем.

Каталитический нейтрализатор представляет собой большой металлический контейнер цилиндрической формы, расположенный в потоке выхлопных газов рядом с двигателем.Впускной патрубок преобразователя соединен с двигателем и вводит горячие загрязненные выхлопные газы из цилиндров двигателя. Выход преобразователя соединен с выхлопным трубопроводом. Когда газы от двигателя проходят через катализатор, на его поверхности происходят химические реакции, в результате которых загрязняющие газы распадаются на части и превращаются в другие газы, которые можно безопасно возвращать в атмосферу.

Температура, при которой начинает работать каталитический нейтрализатор, составляет около 600 градусов по Фаренгейту, при нормальном рабочем диапазоне около 1400 градусов по Фаренгейту.Когда к выхлопным газам добавляется несгоревшее топливо, рабочая температура нейтрализатора может резко возрасти. Если температура достигает 2000 градусов по Фаренгейту или выше, керамические соты начинают разрушаться и ослабевать, а металлы катализатора могут расплавиться. Это ускоряет процесс старения и приводит к снижению эффективности преобразователя. Когда эффективность нейтрализатора снижается до точки, когда транспортное средство может превышать предел загрязнения, PCM включит контрольную лампу двигателя и установит диагностический код неисправности.

Неустраненный перегрев является основной причиной засорения каталитического нейтрализатора. Основной причиной здесь часто являются загрязнённые или пропускающие зажигание свечи зажигания.

Кислородный датчик (перед катушкой или перед кат.)

Все автомобили, оборудованные OBD II, используют кислородный датчик для измерения содержания кислорода в выхлопных газах. Датчик сообщает компьютеру управления двигателем (PCM), горит ли топливная смесь богатой (меньше кислорода) или обедненной (больше кислорода).PCM постоянно следит за напряжением датчика, чтобы определить, является ли смесь богатой или обедненной, и регулирует количество топлива, поступающего в двигатель, чтобы получить правильную смесь для максимальной экономии топлива и низкого уровня выбросов. Датчик кислорода установлен в выпускном коллекторе или рядом с ним в передней выхлопной трубе.

Кислородный датчик должен быть горячим (600 градусов по Фаренгейту), прежде чем он будет генерировать надежный сигнал напряжения. Горячие выхлопные газы обеспечивают достаточно тепла, чтобы довести кислородный датчик до рабочей температуры в некоторых рабочих условиях, но не в других условиях, таких как холодный запуск или холостой ход.В это время PCM не использует сигнал кислородного датчика для регулировки состава топливной смеси. Обычно это приводит к обогащению топливной смеси, перерасходу топлива и увеличению выбросов. Из-за этих проблем автомобили, совместимые с OBD II, в основном имеют датчики кислорода с подогревом.

Датчики кислорода с подогревом имеют внутреннюю цепь нагревателя, которая быстрее нагревает датчик до рабочей температуры, чем датчик без подогрева. Подогреватель доводит датчик до рабочей температуры в течение от 20 до 60 секунд в зависимости от датчика, а также поддерживает кислородный датчик горячим, даже когда двигатель работает на холостом ходу в течение длительного периода времени.

Когда сигнал кислородного датчика или цепь нагревателя размыкаются, замыкаются или выходят за пределы допустимого диапазона, PCM обычно устанавливает диагностический код неисправности (DTC) и включает индикатор Check Engine. Тем не менее, кислородные датчики считаются элементами технического обслуживания, которые изнашиваются в результате использования, и их следует заменять в соответствии с рекомендованными производителем интервалами или при обнаружении ухудшения состояния. Изношенный датчик может продолжать функционировать достаточно хорошо, чтобы не установить код неисправности, но недостаточно хорошо, чтобы предотвратить увеличение выбросов и расхода топлива.

Производительность кислородного датчика имеет тенденцию ухудшаться с возрастом, поскольку загрязняющие вещества накапливаются на наконечнике датчика и постепенно снижают его способность создавать напряжение или быстрые изменения напряжения. Этот вид износа может быть вызван различными веществами, попадающими в выхлопные газы, такими как свинец, силикон, сера, масляная зола и даже некоторые топливные присадки. Общепринято, что трех- и четырехпроводные датчики O2 с подогревом в приложениях с середины 1980-х до середины 1990-х годов следует менять каждые 60 000 миль, а рекомендуемый интервал замены для автомобилей, оснащенных OBDII 1996 года и более новых, составляет 100 000 миль.

Кислородный датчик (ниже по потоку или после кат.)

На автомобилях с OBD II один или два дополнительных кислородных датчика устанавливаются внутри или позади каталитического нейтрализатора для контроля эффективности нейтрализатора. Для каждого нейтрализатора будет один кислородный датчик ниже по потоку или после каталитического нейтрализатора, если двигатель имеет двойные выхлопные газы с отдельными нейтрализаторами.

Нижний кислородный датчик работает так же, как верхний кислородный датчик в выпускном коллекторе.Датчик выдает напряжение, которое меняется при изменении количества несгоревшего кислорода в выхлопе. Сигнал высокого или низкого напряжения сообщает PCM, что топливная смесь богата или бедна.

PCM контролирует эффективность нейтрализатора, сравнивая сигналы верхнего и нижнего кислородных датчиков. Если нейтрализатор выполняет свою работу и снижает содержание загрязняющих веществ в выхлопных газах, нижний кислородный датчик должен проявлять небольшую активность. Если сигнал от нижнего кислородного датчика начинает отражать сигнал от верхнего кислородного датчика, это означает, что эффективность нейтрализатора упала, и нейтрализатор не очищает загрязняющие вещества в выхлопных газах.Когда эффективность преобразователя снижается до такой степени, что транспортное средство может превышать предел загрязнения, PCM включит контрольную лампу двигателя и установит диагностический код неисправности.

Глушитель

Глушитель служит для глушения выхлопных газов до приемлемого уровня. Помните, что процесс горения представляет собой серию взрывов, создающих много шума. В большинстве глушителей используются перегородки, чтобы отбрасывать выхлопные газы, рассеивая энергию и приглушая шум.В некоторых глушителях также используется набивка из стекловолокна, которая поглощает звуковую энергию при протекании газов. Внутри глушителя вы найдете обманчиво простой набор трубок с несколькими отверстиями в них. Эти трубки и камеры на самом деле точно настроены, как музыкальный инструмент.

No related posts.