Нейтрализатор — и наше будущее?

НЕЙТРАЛИЗАТОР — И НАШЕ БУДУЩЕЕ?

]

ПРОБЛЕМЫ И СУЖДЕНИЯ

НЕЙТРАЛИЗАТОР — И НАШЕ БУДУЩЕЕ?

Американцы первыми почувствовали удушливость автомобильных выхлопных газов и их гнетущее влияние на окружающую среду. Еще в 1955 году Конгресс США принял акт о сохранении чистоты воздуха, а спустя десять лет — национальную программу по ограничению токсичности выхлопных газов автотранспорта.

Проблема обострялась и, подобно эпидемии, охватывала все новые страны. Уже в 70-е годы полицейские в центре Токио иногда пользовались кислородной маской.

Главные виновники токсичности выхлопных газов — окислы углерода, углеводороды и окислы азота (CO; CH; NOх). Современная система для снижения их выброса — каталитический нейтрализатор (его часто называют просто катализатором). Он связан с системой управления двигателем, о чем поговорим немного позже.

Нейтрализатор — это керамический блок с множеством продольных каналов, площадь отверстий которых 1 мм2 и толщина стенки 0,1–0,5 мм. На внутреннюю поверхность этих сот-трубок напылен слой платины и родия, всего 3–5 г. Проходя вдоль ячеек катализатора, выхлопные газы при высокой температуре подвергаются нейтрализации и превращаются в безопасные двуокись углерода, водяной пар и азот. Есть и более сложные конструкции, но основной принцип действия тот же. Катализаторы снижают токсичность выхлопа примерно на 90%, то есть позволяют при сохранении уровня загрязнения воздуха увеличить численность автотранспорта почти в десять раз. Конечно, в этом огромная заслуга автомобильной науки и промышленности.

В наши дни каталитические нейтрализаторы распространяются по странам и континентам. Докатились они и до российской глубинки. А здесь их часто встречают... свинцом и ломом. Причина в том, что для нормальной работы катализатора необходимо соблюдать пустяковые по европейским понятиям условия. Посмотрим, какие же это «пустячки».

Во-первых, как известно, даже случайная заправка бака этилированным бензином выводит катализатор из строя. Он окончательно «отравляется» свинцом — остается только выбросить прибор.

Во-вторых, катализатор эффективно работает только при строгом соблюдении состава топливной смеси — 14,7 весовых частей воздуха на одну часть бензина. Любой карбюратор, даже с электронной системой управления, такой точностью и быстродействием для поддержания требуемого состава смеси не обладает.

Таким образом, катализатор эффективен лишь в сочетании с системой впрыска топлива с электронным управлением. На автомобиле появился микропроцессор, который, анализируя данные о температуре, расходе воздуха через коллектор, оборотах и т.п., а главное — сигналы, поступающие от каталитического нейтрализатора, регулирует работу электромагнитных форсунок впрыска топлива. Однако в случае выхода из строя свечи зажигания, перебоев в подаче топлива и т.д. мгновенно нарушается тонкое равновесие состава рабочей смеси — катализатор теряет свою эффективность, причем в некоторых случаях навсегда. Поэтому микропроцессор контролирует работу систем и агрегатов автомобиля, а о неисправностях сообщает водителю.

Есть и еще одна проблема — каталитический нейтрализатор хорошо справляется с окислами азота, только когда их мало. Упрощенно картина такова: окислов азота тем больше, чем выше температура в камере сгорания, а чем она выше, тем больше КПД мотора. Для борьбы с окислами азота нашли простой выход. Соединили выпускной коллектор со всасывающим патрубком, направив часть выхлопных газов обратно в камеру сгорания со свежей рабочей смесью, что снижает наполнение цилиндров и, следовательно, мощность. Получается, что нейтрализатор вредит двигателю.

Но и мотор не остается в долгу. Явный вред катализатору приносит так называемое перекрытие клапанов — момент, когда одновременно открыты впускной и выпускной клапаны. В цилиндре возникает, так сказать, сквозняк: рабочая смесь вылетает в выхлопную трубу через открытый выпускной клапан и отравляет чувствительный катализатор. Однако перекрытие клапанов способствует лучшему наполнению цилиндров и повышению мощности мотора, поэтому пока ни один современный двигатель без этого не обходится. Здесь приведены лишь некоторые примеры, показывающие, что в автомобиле все не просто.

К описанным выше устройствам нужно еще добавить кислородный датчик (лямбда-зонд), который сообщает компьютеру двигателя о работе нейтрализатора, а также систему разогрева катализатора до рабочей температуры, иначе первое время (до 40 минут) он не будет выполнять свои функции. Да и корпус для всей этой начинки потребуется немалых размеров. Масса системы для машины среднего класса не меньше полусотни килограммов, а цена — 500–1500 долларов США.

Оставим на некоторое время технические проблемы и вернемся к ситуации в нашей стране. На этилированном бензине (с тетраэтилсвинцом) катализатор работать не может. А неэтилированного бензина в России выпускается всего несколько процентов от общего количества. Этилированного же делают столько, что можно загубить сколько угодно катализаторов. Вот и «севшие» катализаторы на иномарках пробивают ломом, чтобы снизить сопротивление выхлопа.

Предположим, все отечественные машины укомплектовали катализаторами и заправляют только неэтилированной «экстрой». Но двигатели-то не имеют микропроцессора и электронного впрыска, а карбюратор не обеспечит точного соотношения топливной смеси — значит, катализатор не справится с токсичностью выхлопа.

Похожие сомнения не новы — в то время, когда Америка боролась с токсичностью выхлопа своих автомобилей, призвав на помощь нейтрализаторы, в Европе шли дебаты. Высказывали критику в адрес неостроумных, прямолинейных и очень дорогих решений американцев. Предлагали более рациональные выходы из положения — например, двигатели, работающие на бедных смесях, применение природного газа... Но американской автоиндустрии присущ определенный изоляционизм, у нее собственный путь развития. Богатая экономика, огромная территория, обширные материальные ресурсы позволяют решать проблемы собственными силами. Уйдя далеко вперед, американцы, по сути, навязали свой путь и другим странам.

Для перевода нефтеперерабатывающей промышленности США на производство неэтилированных бензинов потребовалось около 7 лет и более 18 млрд. долларов. Освоение производства катализаторов потребовало еще не менее 5–6 миллиардов. Но для США — это решенная проблема. Законодатели ужесточают нормы токсичности. На рынке возникает стабильный спрос на новую продукцию. Правительство выдает субсидии в 25 млрд. долларов, расширяется производство, создаются рабочие места. Рабочие получают зарплату и платят налоги. Деньги возвращаются, а промышленники получают прибыль. Короче — нормальные рыночные отношения в государстве со стабильной экономикой.

У нас даже в благополучные 70-е годы решить такую проблему было бы очень трудно. Сегодня только для оснащения катализаторами автомобилей ВАЗ потребуется 2,5–3 млрд. долларов. Всего нужно не меньше 20 млрд. долларов, чтобы через 5–8 лет соответствовать достигнутым сегодня за рубежом нормам токсичности, которые с каждым годом ужесточаются. Через пять лет нам снова придется тратить 20 млрд. долларов, чтобы соответствовать новым мировым стандартам.

Какова альтернатива? В качестве примера приведем новейшую (отечественную!) разработку. В России изобретен двигатель высокой экономичности с двумя активными (где происходит процесс сгорания) и двумя вспомогательными цилиндрами, которые служат как нагнетатели воздуха в активные цилиндры, а для расширения отработавших газов — выхлоп из активных цилиндров производится во вспомогательные. Токсичность выхлопа невелика, мощность выше на 25%. Не нужен глушитель: система выхлопа состоит из одной пластмассовой трубы. Конечно, о серийном производстве говорить пока рано.

Но все же я думаю, не стоит тратить время и деньги на ловлю зарубежного автомобильного журавля. Лучше вложить их в российские высокие технологии.

Юрий МАКАРОВ

Ошибка в тексте? Выделите её мышкой! И нажмите: Ctrl + Enter

Комментарии