13.2. Образование окислов азота NОх

Вредные для здоровья окислы азота образуются при высокой температуре горения в условиях стехиометрического состава смеси [15]. Уменьшение выброса соединений азота связано с определенными трудностями, так как условия их снижения совпадают с условиями образования вредных продуктов неполного сгорания и наоборот. В то же время температуру сгорания удается снизить введением в смесь какого-либо инертного газа или водяного пара.

Для этой цели целесообразно рециркулировать во впускной трубопровод охлажденные отработавшие газы. Уменьшающаяся вследствие этого мощность требует обогащения смеси, большего открытия дроссельной заслонки, что увеличивает общий выброс вредных СО и СН_х с отработавшими газами.

Рециркуляция отработавших газов совместно с уменьшением степени сжатия, изменением фаз газораспределения и более поздним зажиганием может снизить содержание NО_х на 80 %.

Окислы азота устраняют из отработавших газов, используя также и каталитические методы. В этом случае отработавшие газы вначале пропускаются через восстановительный катализатор, в котором происходит снижение содержания NO_x, а затем вместе с добавочным воздухом - через окислительный катализатор, где устраняются СО и СН_х. Схема такой двухкомпонентной системы^* дана на рис. 96.

^* (В отечественной терминологии каталитические системы нейтрализации NO_x, СО и СН_х называются трех компонентными. - Примеч. ред.)

Рис. 96. Схема двухкомпонентной системы каталитической нейтрализации отработавших газов: S - впускной трубопровод; М - двигатель; К - компрессор для подачи дополнительного воздуха; V - выпускной трубопровод; NO_х - восстановительный катализатор для нейтрализации окислов азота; СН_х + СО - окислительный катализатор для нейтрализации углеводородов и окиси углерода

Для снижения содержания вредных веществ в отработавших газах применяют так называемые α-зонды, которые могут быть также использованы совместно с двухкомпонентным катализатором. Особенность системы с α-зондом состоит в том, что добавочный воздух для окисления не подается к катализатору, но α-зонд постоянно следит за содержанием кислорода в отработавших газах и управляет подачей топлива таким образом, чтобы состав смеси всегда соответствовал стехиометрическому. В этом случае СО, СН_х и NO_x будут присутствовать в отработавших газах в минимальных количествах.

Принцип работы α-зонда заключается в том, что в узком диапазоне вблизи стехиометрического состава смеси α = 1 напряжение между внутренней и внешней поверхностью зонда резко меняется, что служит управляющим импульсом для устройства, регулирующего подачу топлива. Чувствительный элемент 1 зонда выполнен из двуокиси циркония, а его поверхности 2 покрыты слоем платины. Характеристика напряжения U_s, между внутренней и внешней поверхностями чувствительного элемента показаны на рис. 97.

Рис. 97. Схема и характеристика датчика состава смеси (α-зонда): 1 - корпус; 2 - слой платины