Газообмен двигателя с трехкомпонентным нейтрализатором изучал Анатолий Вайсман.

Сегодня наиболее распространена трехкомпонентная система нейтрализации отработавших газов – она преобразует ядовитые СО, СН и NОх в безвредный водяной пар, углекислый газ и азот. Главное устройство системы – сам нейтрализатор. Называть его катализатором неправильно, хотя такой термин и укоренился в зарубежной литературе. Катализаторы – это лишь вещества, в присутствии которых ускоряются химические реакции. Они «встроены» в конструкцию нейтрализатора. Отсюда более строгое название устройства: каталитический нейтрализатор.
Правильная работа нейтрализатора возможна только при стехиометрическом составе смеси (λ = 1,0) либо очень небольших отклонениях от него. Взгляните на график: изменение λ всего на 0,5% резко меняет картину. Если смесь «чуть-чуть» обеднить, на выброс СО и СН это почти не повлияет, но резко вырастут оксиды азота. В России согласно ГОСТ Р 52033-2003 содержание СО должно быть не выше 0,5% при минимальных оборотах холостого хода (900 об/мин) и 0,3% при повышенных (2000–3500 об/мин). Выброс СН в обоих режимах не должен превышать 100 ррm. Оксиды азота ГОСТ не нормирует. Зато есть важное требование: вредные выбросы не должны выходить за установленные границы в период всего срока эксплуатации машины. Последнее – серьезная проблема.
Итак, начнем эксперименты. Подопытная – свежая инжекторная «семерка» с пробегом чуть больше 10 тыс. км, недавно прошедшая ТО. На всякий случай проверили основные параметры двигателя. Зазор в клапанах выставлен у дилера на глазок – от 0,12 до 0,17 мм! Мы исправили. А система впрыска в полном порядке: ДМРВ (датчик массового расхода воздуха), датчик положения дросселя, регулятор холостого хода в норме, осциллограмма датчика кислорода, как из учебника! Параметры токсичности легко уложились в нормы ГОСТа: СО – 0,38%, СН – 64 ppm, СО2 – 13,72%, О2 – 0,49%, λ = 1,00.
А теперь смоделируем наиболее типичные и часто встречающиеся неисправности и посмотрим, как система держит оборону.
Датчик кислорода (лямбда-зонд) не вечен. Когда он тихо угаснет, этого не заметит хозяин. Зато контроллер ЭСУД начеку – мотор будет работать! Но хорошо ли? Отключаем датчик. Контроллер тотчас стал «мыслить» по резервной схеме, без коррекции смеси по сигналу лямбда-зонда, включил на щитке сигнал «Проверь двигатель». Смесь обогатилась до λ = 0,964. Такой выхлоп сродни карбюраторному. Трехкомпонентный нейтрализатор как бы лишился ступени (отнюдь не дешевой!), в которой окислы азота восстанавливались в азот, и стал двухкомпонентным, вроде изделий конца ХХ века, в которых датчика кислорода вообще не было. Конечно, с СН и СО он тоже справляется хуже. Содержание СН (200 ppm) выше втрое, а угарного газа (1,68%) – за пределами норм ГОСТа даже для устаревшей системы. К тому же без сигнала датчи­ка кислорода параметры отработавших газов настолько нестабильны, что это само по себе мешает нейтрализатору хорошо работать. Конечно, его состояние зависит и от качества топлива, но вывод ясен: исправный датчик кислорода абсолютно необходим.
Свечи. Любителей экономить на них немало – вот и проверим, что получается. Поставили сильно потрепанный комплект. Кстати, работа двигателя на слух практически не изменилась. А газоанализатор не проведешь – углеводороды подскочили до 2988 ррm, СО – до 1,79%, примерно как при отключенном лямбда-зонде. Из-за пропусков воспламенения кислород повысился до 4,09%, а углекислый газ (это же конечный продукт!) закономерно упал до 10,28%. Но учтем, что свечи бывают разной «свежести», у кого-то результаты могут быть и хуже.
Прогоревший клапан смоделировали, как и в прежних опытах. Уменьшили зазор на 0,1 мм. Цилиндр практически перестал работать, содержание СН – 1232 ррm, СО – 0,33%, СО2 – 12,28%, а кислород, не найдя себе применения в неработающем цилиндре, уходил в трубу – там его 2,77%.
Подсос воздуха, если, конечно, он не слишком значительный, внешне может не проявляться. Но когда отсо­единили от ресивера трубочку и в крошечное отверстие стал поступать лишний воздух, смесь резко обеднилась – до λ = 1,319. Содержание СО упало до 0,12%. Уровень СН вырос до 304 ррm. СО2 логично снизился до 10,57%, а О2 подпрыгнул аж до 5,19%.
ДМРВ (датчик массового расхода воздуха) коварен. В ходе длительной эксплуатации он понемногу стареет, при этом контроллер системы впрыска меняющиеся условия отслеживает и постепенно адаптируется к ним. Но не беспредельно! Когда параметры ДМРВ «уйдут» больше чем на 25%, придется его менять. Адаптация – процесс не мгновенный, так что при внезапном отказе датчика, обрыве провода и т. п. работа системы нарушается: растет расход топлива, падает мощность и т. д. Хотите подтверждения? Поставили на машину убитый ДМРВ марки Siemens – и обманутый контроллер, решив, что воздуха избыток, тут же обогатил смесь до λ = 0,834. Двигатель как будто не отреагировал, но газоанализатор показал рост СО до 6,01% – почти в 16 раз, СН до 256 ppm – примерно в 4 раза, кислорода, естественно, почти нет – всего 0,14%, а СО2 – 10,91%. Это типичная картина сгорания очень богатой смеси.
Подытожим. Трехкомпонентная
система нейтрализации отработавших газов успешно функционирует только при условии, что состав смеси близок к стехиометрическому. Хотя сама система впрыска способна адаптироваться к небольшим отклонениям в отдельных ее звеньях, внезапно возникший дефект в двигателе, датчиках системы впрыска и т. д. препятствует нейтрализации газов. Вывод банален: экологически чистой может быть лишь та машина, в которой все элементы исправны.


  Нет сигнала датчика кислорода, ЭСУД работает по резервной программе и поэтому обогатила смесь.

  Убитый ДМРВ: смесь очень богатая (СО до 6%), кислорода в отработавших газах почти нет.

  Небольшой подсос воздуха в ресивер – и смесь резко обеднилась. В отработавших газах много кислорода.