Главный эколог

Под давлением законодателей производители автомобилей бросили все силы на решение проблемы: совершенствовали системы зажигания и впрыска топлива, а вскоре создали если не панацею, то главное оружие в борьбе за чистый воздух – каталитические нейтрализаторы отработавших газов.

И сегодня, спустя несколько десятков лет, конкурентоспособной альтернативы им не существует. Не меняются и основные принципы их работы. Но это не значит, что конструкция систем нейтрализации оставалась неизменной.

Как и прежде, каталитический нейтрализатор представляет собой встроенный в выпускной тракт металлический корпус, в котором спрятаны тончайшие керамические соты. На них наносят слой так называемого катализатора – вещества, ускоряющего химические реакции. За несколько десятилетий производители опробовали разные катализаторы. Сначала чаще всего использовали хром, медь, никель и платину. Последняя оказалась наиболее эффективной, но, увы, очень дорогой.

Благодаря уже первым моделям нейтрализаторов удавалось снизить содержание в выхлопе углеводородов (СН) и окиси углерода (СО) более чем на 80%! Но праздновать победу было рано. Недаром нейтрализаторы тех лет носили название двухкомпонентных – им «по зубам» были лишь эти составляющие выхлопа. А окислы азота (NОх)? Нормы тридцатилетней давности оговаривали снижение их содержания в выхлопе на четверть. Это удавалось сделать, колдуя над самим процессом сгорания. Но с годами требования росли.

Новую главу в истории нейтрализаторов открыли трехкомпонентные системы с добавлением еще одного катализатора, в качестве которого выступал родий или палладий. Попытка угнаться за всеми зайцами привела к новой проблеме: требовалось еще точнее выдерживать стехиометрическое соотношение воздуха и бензина.

Система нейтрализации ведь была «пассивной», за смесеобразование отвечала система впрыска. В случае серьезного отклонения от «рецепта» приготовления смеси нейтрализатор дожигал существенно меньше не только окислов азота, но также углеводородов и окиси углерода. Болезнь протекала в скрытой форме до тех пор, пока соты нейтрализатора не спекались от перегрева. Тут и до пожара недалеко!

Пришлось наделить конструкцию обратной связью. В выпускной тракт до нейтрализатора вставили кислородный датчик, который иногда называют лямбда-зондом. Отслеживая содержание кислорода в выхлопе, датчик выдает сигнал блоку управления двигателем, который при необходимости корректирует состав смеси. Последним звеном экологической цепочки стал дополнительный датчик кислорода, который дает возможность контролировать состав выхлопа на последнем рубеже – уже после очистки.

Современные трехкомпонентные нейтрализаторы перерабатывают более 90% вредных составляющих выхлопа. Но это не предел. Как уверяют производители, эффективность можно повысить до 99%.

Для этого, прежде всего, необходимо максимально быстро вывести нейтрализатор на оптимальный режим работы – разогреть до 800–900°С. Еще недавно на это уходило около 1,5 мин. Быстро? А сколько за это время из трубы вылетит разной гадости? А если умножить на число автомобилей?

Чтобы ускорить разогрев, нейтрализатор ставят как можно ближе к выпускному коллектору, который, кстати, все чаще делают двухстенным стальным вместо традиционного чугунного. Нейтрализатор и коллектор нередко даже объединяют в один узел.

Нынче нейтрализаторы все чаще подготавливают к работе электронагревателями, правда, пока лишь на наиболее дорогих моделях. Ведь подогреваемые соты делают не из керамики, а из стальной фольги толщиной менее 0,03 мм. В производстве такой нейтрализатор обходится недешево. Зато, помимо быстрого прогрева, есть еще один существенный плюс: меньшая толщина наполнителя позволяет увеличить площадь контакта с газами, а значит повысить КПД.

Химики продолжают экспериментировать с каталитическими покрытиями, создавая новые комбинации и сочетания. Например, прекрасные результаты дает соединение родия и палладия в пропорции 1:5.

Особенно заметного эффекта можно добиться, тщательного подобрав угол, под которым выхлопные газы входят в нейтрализатор, задействовав таким образом максимальную площадь сот.

Но совершенствование нейтрализаторов – не единственное занятие конструкторов: они встраивают в выпускной тракт все больше «очистителей». Таковы небольшие предварительные нейтрализаторы, сжигающие вредные компоненты в первые минуты после пуска мотора. Затем, нагревшись, в работу включается основной нейтрализатор. Уже сейчас на некоторых моделях (в основном, это машины американского рынка, раскатывающие по Калифорнии, где власти особо придирчивы к чистоте воздуха) за выпускным коллектором устанавливают три и даже четыре нейтрализатора!

Каждый из трех «очистителей» «Ниссана-Сентра СА», укладывающегося в наиболее строгие на сегодня нормы токсичности SULEV, настроен на индивидуальный режим дожигания. Здесь же и другие ноу-хау, позволяющие вздохнуть глубже. Специальный вихревой клапан во впускном коллекторе снижает содержание углеводородов в выхлопе непрогретого двигателя, а радиатор охлаждения покрыт специальным составом «ПремЭйр»: он преобразует молекулы озона в кислород, снижая вероятность возникновения смога.

Очевидно, в ближайшие годы удастся еще лучше очистить выхлоп и уверенно поддерживать низкий уровень токсичности на протяжении всей жизни автомобиля. Так что – выживем! По крайней мере, есть время всерьез подумать о двигателях будущего, которым, возможно, не понадобятся столь сложные устройства нейтрализации.

На испытаниях выпускной тракт с системой нейтрализации проходит «огонь, воду и медные трубы».

Благодаря катализаторам ядовитые углеводороды, углероды и окислы азота превращаются в безопасные воду, углекислый газ и азот.

Система нейтрализации «Ниссана-Сентра СА»: 1 – радиатор с покрытием «ПремЭйр»; 2, 4, 8 – кислородные датчики; 3, 7, 9 – трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы; 5 – двухстенный выпускной коллектор; 6 – клапан управления вихреобразованием на впуске.

Фирма «Мерседес-Бенц» пока использует в серийных нейтрализаторах керамические соты.

На дизельные «пежо» теперь устанавливают не только нейтрализатор, но и фильтр для улавливания частиц сажи.