�ż




258
Silnik
Zmniejszanie szkodliwości spalin
Składniki spalin (emisja surowa przed katalizatorem)
1


jT N2 ~71 % N
/
HC

\
/
NOx


U


\y^j4,2%
\
CO

gazy szlachetne H20 =
\ \


+ 02 = 0,8 % 13%
1 % '


Skład spalin silników benzynowych przy


niecałkowitym spalaniu



Spalanie całkowite
Skład spalin:
dwutlenek węgla, para wodna, azot, gazy szlachetne Spalanie niecałkowite
Mieszanka paliwa z powietrzem nie spala się całkowicie w silnikach Skład spalin Nieszkodliwe składniki:
dwutlenek węgla, para wodna (H20), tlenek węgla (N2), tlenki azulu (N02), cząstki stałe.
Właściwości szkodliwych składników spalin
Dwutlenek węgla (C02)
Dwutlenek węgla jest cięższy od powietrza. Przyczynia się do powstawania efektu cieplarnianego < «) do jakiego się dąży: wydalany przez pojazdy dwutlenek węgla ma być ^ 120 g/km. Udział 10. I h \ C02 w powietrzu, wynikający z działalności człowieka, pochodzi od pojazdów drogowych.
Tlenek węgla (CO)
Tlenek węgla jest bezbarwnym, bezsmakowym i bezzapachowym gazem. W przeciągu 30 minut 0,3 % objętościowego stężenia tlenek węgla może wywołać śmiertelny skutek. Zawartość 50 .. (>n X CO w powietrzu pochodzi od pojazdów drogowych.
Nie spalone
węglowodory
(HC)
Podrażniają błony śluzowe, są uciążliwe zapachowo i uważa się je częściowo za substancje raknlwui cze. W połączeniu z tlenkami azotu, tlenem I promieniowaniem słonecznym zachodzą fotochemii j m® reakcje tworzenia się ozonu (letni smog). Obciąża to m.in. drogi oddechowe. Zawartość 20 ... 3ii �
s, HC w powietrzu pochodzi od pojazdów drogowych.
Tlenki azotu NOv
Pojęcie �śtlenki azotu” jest pojęciem zbiorczym obejmującym tlenek azotu (NO) i dwutlenek m/mIii (N02). N02 jest trującym gazem o kłującym zapachu, który przy większej koncentracji powoi ln|® podrażnienie dróg oddechowych i może doprowadzić do uszkodzenia pęcherzyków płucnych. I Inni / azotu są współodpowiedzialne za szkody leśne. Udział 40 ... 50 % NOx w powietrzu, wynikii|>i>; z działalności człowieka, pochodzi od pojazdów drogowych.
Cząstki stałe
Cząstki stałe w spalinach powstają przede wszystkim podczas spalania paliwa w silnikach o zaplum-samoczynnym. Związane z tymi cząstkami węglowodory kwalifikuje się jako rakotwórcze.
Wartości graniczne odnoszące się do spalin
p. wytyczne 98/60 I n
test ECE/EG
Część 1
Część 2
0    200    400    600    800    1000 s 1200
czas trwania testu t-�
�
Długość cyklu    11 km
Średnia prędkość    32,5 km/h
Prędkość maksymalna 120 km/h (ECE = Economic Commission for Europe)
W krajach Unii Europejskiej wartości graniczne odnoszące się do spili� określane są podczas kontroli pojazdów klasy M1 (sam. osob./komhn N1 (sam. ciężarowe s 3.51 łącznego ciężaru) w teście obejmującym ju. �
tę w mieście i poza miastem. Wartości graniczne uwzględniają pojemni'C skokową silnika. Pierwsza część testu składa się z czterech podhl« wowych cykli jazdy w mieście, przy czym uruchomienie silnika od c/m i. wprowadzenia normy Euro III następuje w temperaturze otoczeniu i n °C). Druga część testu obejmuje 7-minutową jazdę poza miastem < M 2002 roku kontrola spalin wg Euro III uzupełniona została w odnieslnntu do pojazdów z silnikami benzynowymi klasy M1 testem wykonywanym obniżonej temperaturze, uruchomienie silnika przy -7 °C. W teścio lyn zawartość HC w spalinach musi być s 1,8 g/km, a CO < 15 g/km. Metoda pomiaru: W czasie trwania całego testu rozcieńczonego strumli-nia spalin pobiera się do toreb metodą CVS (Constant Volume-SampliM.ji określoną stałą ilość spalin. Poprzez analizę zawartości toreb, określa �
�
 w g/km udział szkodliwych gazów w spalinach,
Wartości graniczne w odniesieniu do samochodów osobowychlkombi (M1, m < 2500 kg, liczba miejsc < 6) z silnikami benzynowymi (OM), lub o zapłonie samoczynnym (DMl



CO
g/km
HC
g/km
NO*
g/km
Suma HC + NOx
cząHlfk

OM
DM
OM
DM
OM
DM
OM
DM
DM

Euro II: dopuszczenie 1996
2,20
1,00




0,50
0,70
0,011

Euro III: dopuszczenie 2000
2,30
0,64
0,20

0,15
0,50

0,56
0,0.'i

Euro IV: dopuszczenie 2005
1,00
0,50
0,10

0,08
0,25

0,30
0,()7'i

EuroV: przewidywane od 2009
1,00
0,50
0,10

0,06
0,18

0,23
O.Otf.

Zmniejszanie szkodliwości spalin silnika o zapłonie iskrowym �'i/udsięwzięcia odnoszące się do silnika
bogata    1-�
� uboga
Szkodliwe gazy w spalinach przy różnym współczynniku nadmiaru powietrza
Zmniejszenie emisji surowej (przed katalizatorem) osiąga się przez:
�ó    Właściwą konstrukcję silnika, np. optymalne ukształtowanie komory spalania, optymalny stopień sprężania; zróżnicowane kanały ssące (tak pod względem długości, jak i przekroju); właściwe koncepcje sterowania, np. zmienny tryb pracy wtryskiwa-czy (odnoszący się do czasu i wielkości otwarcia); zmniejszenie dławienia w czasie zasysania.
�ó    Sposób i jakość tworzenia mieszanki. Wewnętrzne, zewnętrzne tworzenie mieszanki, homogeniczna mieszanka, ładowanie warstwowe: w otoczeniu świecy zapłonowej mieszanka zdolna do zapłonu, w pozostałej przestrzeni spalania mieszanka uboga.
�ó    Recyrkulacja spalin. Wewnętrzne w wyniku przekrycia zaworów; zewnętrzne poprzez system recyrkulacji spalin.
�ó    System zarządzania pracą silnika, np. sterowany charakterystyką zapłon, mierzenie w czasie rzeczywistym wszystkich parametrów warunkujących optymalne warunki pracy silnika i odpowiednie sterowanie członów nastawczych; odłączanie przy braku obciążenia; regulowanie ciśnienia ładowania cylindrów. Kontrola mających wpływ na jakość spalin elementów pod względem realizowanych przez nie funkcji, np. sond lambda, katalizatora, zaworu w przewodzie zawracania spalin, systemu powietrza wtórnego, zaworu w obwodzie regenerującym, zbiornika paliwa.
Sprężarka doładowująca z chłodzeniem powietrza. Zwiększenie mocy z jednostki pojemności skokowej przy jednoczesnym zmniejszeniu szczytowej temperatury w komorze spalania, co skutkuje zmniejszeniem udziału NOx w spalinach.
iitliola: Stężenie szkodliwych gazów przed katalizatorem w zależności od A przy wtrysku do kanału ssącego
Mieszanka
.«ilość maksymalne
Wspófczynnik nadmiaai powielza
Przyczyna / skutek
iininik węgla CO    A < 1
liiwp.ilone węglowodory    k < 0,8
IH    A    >1,2
li linki azotu NOx    k    «1,1
bogata
bogata
uboga
uboga
Niedostateczna ilość powietrza / zużycie paliwa rośnie
Niedostateczna ilość powietrza / zużycie paliwa rośnie Przerywane spalanie / zużycie paliwa rośnie
Maksymalna temperatura spalania / zużycie paliwa maleje
sygnalizacja położenia temperatura
obciążeni«
zasysane powietrze
Zadanie: Recyrkulacja spalin powoduje zwiększenie udziału spalin w cylindrze, co skutkuje obniżeniem maksymalnej temperatury spalania. Zaleta: Zmniejsza się o 40 % powstawanie NOx.
Wady: Moc silnika maleje; zwiększa się emisja HC i CO; nieznacznemu zwiększeniu ulega właściwe zużycie paliwa.
Sterowanie ilością zawracanych spalin (do 20 %):
Prowadzone z wykorzystaniem charakterystyk; w zasadniczy sposób zależne od temperatury silnika, obciążenia i prędkości obrotowej. Nieaktywny: przy zimnym starcie, dochodzeniu do temperatury pracy, przyśpieszaniu, pełnym obciążeniu, biegu luzem.
ly�tom zawracania spalin
Oczyszczanie spalin
nyntom zasilanie powietrzem wtórnym
Zadanie: Przez wdmuchiwanie powietrza wtórnego, przy rozruchu zimnego silnika i jego dochodzeniu do temperatury pracy (A < 1), zmniejsza się udział szkodliwych składników HC i CO w spalinach, w wyniku termicznego dopalania (utleniania). Ten dodatkowy system jest niezbędny, ponieważ katalizator osiąga dopiero w temperaturze > 300 °C swój �ślight off’- punkt (konwersja > 50 %). W razie jego braku niemożliwe jest spełnienie wymagań odnoszących się do spalin podczas kontroli dopuszczającej do ruchu pojazdy z silnikami benzynowymi. Wdmuchiwanie powietrza wtórnego ma miejsce bezpośrednio za zaworem wydechowym. W tym miejscu spaliny mają jeszcze dostatecznie wysoką temperaturę zapewniającą przebieg reakcji (> 600 °C). Izolowane szczeliną powietrzną komory kolektora wylotowego dodatkowo redukują straty ciepła. W silnikach o zapłonie samoczynnym, wdmuchiwanie powietrza wtórnego jest mniej skuteczne, ponieważ spaliny tych silników mają zbyt niskie temperatury. Inne zalety: Skrócenie czasu uaktywnienia katalizatora; katalizator wstępny/kata-lizator można umieścić w większej odległości w kierunku rury wylotowej. Zwiększa się dzięki temu jego trwałość.