Zanieczyszczenia powietrza:
Emisja zanieczyszczeń z silników spalinowych
Lokalne  duża imisja zanieczyszczeń (stężenie zanieczyszczenia
Podstawowe pojęcia rozproszonego w powietrzu) groz
na lokalnie.
W skali makroskopowej  np. smogi.
Zanieczyszczenie
Transgraniczne  np. kwaśne opady.
Zanieczyszczenie to występowanie wszelkich substancji i oddział-
Globalne  groz
ne w skali globalnej, np. zjawisko cieplarniane,
ływań niepożądanych, obcych w dowolnym elemencie środo-
tzw. dziura ozonowa.
wiska, w intensywności umożliwiającej zmianę właściwości śro-
dowiska.
Stężenie Natężenie emisji
Natężenie emisji zanieczyszczenia to pochodna emisji zanie-
Stężenie substancji w mieszaninie substancji  c to udział objęto-
czyszczenia względem czasu.
ściowy lub masowy substancji w mieszaninie substancji; stężenie
może być wielkością bezwymiarową lub jest odnoszone do
dm
jednostki objętości.
E =
dt
Emisja
Emisja zanieczyszczenia  m to masa substancji, uznanej za szko-
dliwą dla środowiska, wydzielanej z silnika.
Emisja drogowa Emisja jednostkowa
Emisja drogowa zanieczyszczenia to pochodna emisji zanie- Emisja jednostkowa zanieczyszczenia to pochodna emisji zanie-
czyszczenia względem drogi przebywanej przez pojazd. czyszczenia względem pracy wykonywanej przez silnik.
dm dm
b =
e =
ds
dL
Liczba drogowa cząstek stałych
Liczba jednostkowa cząstek stałych
Liczba drogowa cząstek stałych to pochodna liczby cząstek
Liczba jednostkowa cząstek stałych to pochodna liczby cząstek
stałych względem drogi przebywanej przez pojazd.
stałych względem pracy wykonanej przez silnik spalinowy.
dPN dPN
bPN = ePN =
ds dL
gdzie: PN  liczba cząstek stałych.
Współczynnik zadymienia (zaciemnienia) spalin  Z. Jednostki stosowane dla stężeń:
procent  %, jedna milionowa  ppm (parts pro million),
Współczynnik ekstynkcji promieniowania świetlnego  k. jedna miliardowa  ppb (parts pro billion),
miligram na metr sześcienny  mg/m3.
Jednostka emisji  kilogram  kg.
Jednostka emisji drogowej  gram na kilometr  g/km.
Jednostka liczby drogowej cząstek stałych  km do minus
pierwszej  km 1.
Jednostka emisji jednostkowej  iloraz masy i pracy 
 gram na kilowatogodzinę  g/(kW�h).
Jednostka liczby jednostkowej cząstek stałych  kilowatogodzina
do minus pierwszej  (kW�h) 1.
Jednostka współczynnika zadymienia (zaciemnienia) spalin 
Emisja zanieczyszczeń z silników spalinowych
 procenty, stopnie Boscha, stopnie Hartridge a, FSN (Filter
Smoke Number).
Klasyfikacja zanieczyszczeń emitowanych z silników
Jednostka współczynnika ekstynkcji promieniowania spalinowych
świetlnego  m 1.
Przyczyny powstawania poszczególnych składników spalin:
spalanie zupełne i całkowite paliwa i oleju,
spalanie niezupełne paliwa i oleju,
spalanie niecałkowite paliwa i oleju,
dysocjacja termiczna składników spalin,
dysocjacja termiczna par paliwa i oleju,
procesy towarzyszące spalaniu paliwa, m.in. utlenianie
azotu zawartego w powietrzu,
procesy absorpcji i desorpcji par oleju i paliwa Produkty spalania zupełnego:
w cylindrach silnika w czasie suwów dolotu i sprężania,
dwutlenek węgla CO2,
emitowanie produktów powstających z zanieczyszczeń
woda H2O,
i dodatków do paliwa i oleju,
trójtlenek siarki SO3.
procesy zachodzące z udziałem składników spalin
w atmosferze.
Produkty spalania niecałkowitego:
węglowodory HC lub THC (CnHm)
pochodne węglowodorów.
Produkty spalania niezupełnego: Substancje szkodliwe dla zdrowia organizmów żywych:
węglowodory HC, tlenek węgla CO,
pochodne węglowodorów, m.in. aldehydy RCHO, gdzie węglowodory HC i ich pochodne  zamiennie  lotne
R  węglowodorowa grupa funkcyjna, związki organiczne VOC,
tlenek węgla CO, tlenki azotu (tlenek i dwutlenek) sprowadzone do
dwutlenku azotu NOx,
sadza C (w rzeczywistości sadza jest odwodornionym
wielopierścieniowym węglowodorem) tlenki siarki (tlenek, dwutlenek i trójtlenek) sprowadzone
do dwutlenku siarki SOx,
tlenki siarki (tlenek SO, dwutlenek SO2).
ołów i jego związki sprowadzone do ołowiu Pb,
sadza, dymy, popioły, metale, inne substancje stałe, ciężkie
związki organiczne w fazie ciekłej  zamiennie  cząstki
stałe PM (TPM).
Substancje sprzyjające bezpośrednio powstawaniu zjawiska
Substancje szkodliwe dla zdrowia organizmów żywych i dla
cieplarnianego w atmosferze:
środowiska występujące w małych stężeniach:
woda  H2O,
kwas siarkowy H2SO4 i inne związki siarki,
dwutlenek węgla  CO2,

kwas azotowy HNO3, cyjanowodór HCN i inne związki
metan  CH4,

azotu,
amoniak  NH3,

aldehydy RCHO,
podtlenek azotu  N2O,
związki fosforu,
freony.
ozon O3.
Substancje powstające również (a najczęściej głównie) poza
Substancje nieszkodliwe dla zdrowia organizmów żywych
silnikiem, tzn. w atmosferze:
i dla środowiska:
dwutlenek azotu NO2,
tlen O2,
trójtlenek siarki SO3,
azot N2,
aldehydy RCHO, R  grupa funkcyjna węglowodorowa,
wodór H2.
cząstki stałe PM,
ozon O3.
Substancje objęte limitowaniem emisji w przepisach europejskich Dodatkowo są limitowane:
(dyrektywach Unii Europejskiej oraz regulaminach Europejskiej współczynnik zadymienia (zaciemnienia) spalin (współczynnik
Komisji Gospodarczej ONZ): ekstynkcji promieniowania świetlnego przez spaliny)  do
Euro V,
tlenek węgla CO,
liczba cząstek stałych PN.
węglowodory i ich pochodne HC,
węglowodory i ich pochodne z wyodrębnieniem metanu
Dodatkowe badania:
NMHC,
emisja dwutlenku azotu  NO2 i podtlenku azotu  N20,
metan CH4,
wymiary charakterystyczne cząstek stałych.
tlenki azotu NOx,
cząstki stałe PM.
W Stanach Zjednoczonych dla silników zasilanych tzw. dodatkowo substancje objęte limitowaniem:
paliwami niekonwencjonalnymi:
niemetanowe węglowodory NMHC (ang. non methane
hydrocarbons),
metanolowymi,
nie spalone gazy organiczne bez metanu, organiczny
etanolowymi,
ekwiwalent paliw węglowodorowych  NMOG (ang. non
skroplonym gazem ropopochodnym (mieszaniną
 methane organic gases)
skroplonych propanu i butanu)  LPG,
lub
sprężonym gazem ziemnym  CNG,
organiczny ekwiwalent paliw węglowodorowych OMHCE
skroplonym gazem ziemnym  LNG,
(ang. organic material hydrocarbon equivalent),
reformowanymi benzyną i olejem napędowym
organiczny ekwiwalent paliw węglowodorowych bez
metanu OMNMHCE (ang. organic material hydrocarbon
equivalent).
y
ródła emisji substancji szkodliwych z pojazdu:
10 5000
układ wylotowy, CO
8 4000
układ paliwowy,
6 3000
skrzynia korbowa.
NOx
4 2000
Dominujące z
ródło emisji  układ wylotowy silnika.
2 1000
HC
0 0
0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4




Charakterystyka regulacyjna składu mieszanki dla silnika ZI
Stężenie: tlenku węgla  CO, węglowodorów  HC i tlenków azotu
w zależności od współczynnika nadmiaru powietrza  
x
CO [%]
HC, NO [ppm]
Szkodliwość tlenku węgla
Substancje toksyczne emitowane z silników spalinowych
A
ączy się z hemoglobiną 200  300 razy szybciej niż tlen, tworząc
Tlenek węgla
karboksyhemoglobinę COHB. Powoduje uduszenie organizmu.
Pierwsza substancja podlegająca limitowaniu.
Największe powinowactwo do hemoglobiny ma grupa cyjanowa!
Przyczyny emisji tlenku węgla:
Objawy:
Niskotemperaturowe utlenianie węglowodorów w zimnym
Ból czoła, skroni, głowy, zawroty głowy.
i niebieskim płomieniu.
Apatia, drgawki.
Rozpad aldehydów.
Utrata przytomności, śmierć.
Dysocjacja dwutlenku węgla w wysokich temperaturach.
Podział węglowodorów
Węglowodory i ich pochodne
Węglowodory
Druga substancja podlegająca limitowaniu.
Przyczyny emisji węglowodorów i ich pochodnych:
A
ańcuchowe Pierścieniowe
(alifatyczne) (cykliczne)
Niecałkowite spalanie paliwa.
Niezupełne spalanie paliwa na skutek przerwania łańcuchów
Nasycone Nienasycone Cykloalifatyczne Aromatyczne
(alkany, parafiny) (areny)
reakcji utleniania.
Alkeny Alkiny Dieny Nasycone Nienasycone
y
ródła emisji węglowodorów:
(olefiny)
(cykloalkany,
cykloparafiny,
Układ wylotowy.
nafteny)
Skrzynia korbowa.
Układ zasilania paliwem. Cykloalkeny Cykloalkiny Cyklodieny
(cykloolefiny)
Szkodliwość węglowodorów i innych związków organicznych Benzen C6H6
Ze względu na aktywność chemiczną. Silny wpływ na układ nerwowy, krwiotwórczy i krążenia.
Bardziej szkodliwe są bardziej reaktywne węglowodory,
Toluen, ksyleny  jednopierścieniowe pochodne benzenu.
mniej trwałe: z wielokrotnymi wiązaniami (nienasycone),
zatem alkiny i alkeny.
Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne  WWA,
Ze względu na przystępność do organizmu ludzkiego.
PAH (polycyclic armatics hydrocarbons).
" Rozpuszczalne w wodzie a szczególnie we krwi. Przykładowo
Największa aktywność sprzyjająca chorobom nowotworowym 
alkiny  nietrwałe są mniej szkodliwe niż alkeny, ponieważ
 pięciopierścieniowe.
wykazują znikomą rozpuszczalność we krwi.
Najgroz
niejszy jest benzo(a)piren inaczej benzo 3,4 piren 
" Ze względu na powinowactwo do procesów metabolicznych
 C20H12.
w organizmie.
" Szczególnie szkodliwe są węglowodory cykliczne, przede
wszystkim aromatyczne (areny), mimo małej aktywności
chemicznej.
Aldehydy
Działanie na organizm ludzki aldehydów:
Związki zawierające grupę funkcyjną  CHO: silnie drażniące błony śluzowe, układ oddechowy i spojówki,
Metanal (aldehyd mrówkowy, formaldehyd)  HCHO. przyczynianie się do chorób skórnych,
Etanal (aldehyd octowy)  CH3CHO. przy dużych stężeniach i czasach ekspozycji  groz
ne dla
życia ludzkiego.
Propenal (akroleina)  C2H3CHO.
Aldehydy aromatyczne.
Pochodzą z przerwanych reakcji łańcuchowych utleniania
węglowodorów.
Aldehydy mają silne właściwości redukujące.
Tlenki azotu
Alkohole
Metanol  CH3OH
NOx: N2O, NO, N2O3, NO2, N2O4
Etanol  C2H5OH
Propanole  C3H6OH
W silniku powstaje głównie NO, tylko kilka procent NO2, głównie
w silnikach ZS.
Metanol  silna trucizna.
NO utlenia się w atmosferze do NO2:
Etanol, propanole  silna trucizna (w większym stężeniu we
pod działaniem promieniowania ultrafiotetowego
krwi).
i o większych energiach (promieniowanie kosmiczne:
R�ntgena, gamma i o większej częstotliwości),
w reakcjach z węglowodorami i z ozonem.
Model powstawania NO w silniku  model Zeldowicza
i Lavoie a:
O + N2 �!
�! NO + N (1. reakcja Zeldowicza)
�!
�!
N + O2 �!
�! NO + O (2. reakcja Zeldowicza)
�!
�!
N + OH �!
�! NO + H (reakcja Lavoie a)
�!
�!
Na szybkość powstawania NO główny wpływ ma temperatura.
Szybkość reakcji powstawania tlenku azotu w zależności od kąta obrotu wału
korbowego: 1  sumaryczna szybkość, 2  szybkość pierwszej reakcji Zeldowicza,
3  szybkość drugiej reakcji Zeldowicza, 4  szybkość reakcji Lavoie a,
5  względne stężenie sumaryczne tlenku azotu
Tlenek azotu NO Podtlenek azotu N2O
B. toksyczny. Reaguje z hemoglobiną, tworząc NO  hemoglobinę Gaz rozweselający.
NO Hb. Powinowactwo do hemoglobiny 1500 razy większe niż
Sprzyja powstawaniu zjawiska cieplarnianego w atmosferze.
tlenu.
Powoduje zawroty głowy, zdrętwienie kończyn, sinicę ust,
uszkodzenie układu krążenia.
Dwutlenek azotu NO2
Mniej toksyczny. Podrażnia drogi oddechowe, śluzówki i oczy.
Sprzyja zwyrodnieniu mięśnia sercowego.
Jest bezwodnikiem kwasu azotowego. Powoduje kwaśne deszcze.
Zanieczyszcza glebę, wody powierzchniowe i podskórne. Niszczy
rośliny.
PM
Cząstki stałe
INSOL SOF
Materia, gromadzona na filtrze absolutnym po przejściu przezeń
rozcieńczonych powietrzem spalin o temperaturze 52 ą 3 �
�C.
�
�
Filtr absolutny  o skuteczności 99% w stosunku do cząstek
PMC PMLUBE PMFUEL
HC w stanie lotnym
o wymiarach < 0,3 �
�m.
�
�
CSOLID HCp
HC
SOF  organiczna frakcja rozpuszczalna w dwuchlorometanie CH2Cl2.
INSOL  frakcja nierozpuszczalna w dwuchlorometanie CH2Cl2
(najczęściej nieorganiczna).
Woda
Azotany
Pozostałe
Siarczany
Filtr do pomiaru emisji cząstek stałych po teście ETC
Szkodliwość cząstek stałych:
Podstawowe przyczyny powstawania cząstek stałych 
Substancje szkodliwe zaabsorbowane w sadzy.
 tworzenie się sadzy.
Długotrwałość pozostawania w środowisku (do 30 dni)
Model tworzenia się sadzy:
i mała szybkość rozprzestrzeniania się.
Odwodornienie węglowodorów
Rozpad odwodornionych węglowodorów do etynu
(acetylenu) C2H2
Model Chakraborty ego i Longa
CmHn & C2H6 C2H4 C2H2
Polimeryzacja
Cyklizacja
Koagulacja
Ozon Ołów
Ozon O3 jest b. silnym utleniaczem; tlen in statu nascendi. Pochodzi głównie z paliwa. Do benzyny dodawane są związki
metaloorganiczne zmniejszające skłonność do spalania
Przyspiesza reakcje przemiany materii, powoduje
stukowego: czteroetylek ołowiu Pb(C2H5)4.
przyspieszenie starzenia się komórek (i organizmu).
Odkłada się w tłuszczu, w wątrobie.
Sprzyja powstawaniu mutacji (działanie również
kancerogenne). Uszkadza układ kostny, krwiotwórczy, nerwowy, oddechowy.
Może sprzyjać depresji, a także stanom agresji.
Złożone oddziaływanie zanieczyszczeń na środowisko Smog
Smog = smoke (dym) + fog (mgła)
Smog londyński.
Smog fotochemiczny (kalifornijski).
Smog:
Kwaśny (londyński, czarny).
Kwaśne opady.
Fotochemiczny (kalifornijski).
Zjawisko cieplarniane w atmosferze.
Zmniejszanie się stężenia ozonu w stratosferze.
Smog kwaśny (londyński, czarny) Smog fotochemiczny (kalifornijski)
Wywoływany procesami fotochemicznymi
Powstaje na skutek wiązania się dymów z mgłą.
Zawiera cząstki stałe, tlenki siarki, tlenek węgla.
NO2 + O2 �łh�"� NO + O3
�ł
HC + NOx + O3 �łh�"� nadtlenki + aldehydy
�ł
Powstaje w niskich temperaturach, przy dużych: wilgotności
powietrza, zachmurzeniu i małym stężeniu ozonu. Do smogu fotochemicznego dochodzi w wysokich temperaturach,
przy małej wilgotności powietrza, przy dużym nasłonecznieniu, przy
dużym stężeniu ozonu.
Powoduje choroby oczu, dróg oddechowych, śluzówki itp.
Powstają silnie reaktywne związki, m.in. ozon, nadtlenki, przede
wszystkim azotan nadtlenku acetylu (PAN  ang.
peroxyacetylnitrate) i nadtlenek wodoru oraz aldehydy.
Smog fotochemiczny powoduje podrażnienie oczu, dróg
oddechowych, obumieranie roślin.
Ozon sprzyja przyspieszaniu procesów przemiany materii.
Kwaśne opady
Powstawanie kwasu siarkowego
2SO2 + O2 �łh�"�
�ł2SO3
SO3 + H2O �ł H2 SO4
�ł
Powstawanie kwasu azotowego
2 NO + O2 �łh�"� 2 N O2
�ł
4 NO2 + O2 �łh�"� N2 O5
�ł
N2O5 + H2O �ł 2 H NO3
�ł
Schemat tworzenia się smogu fotochemicznego
Zjawisko cieplarniane w atmosferze
Podnoszenie się temperatury na powierzchni Ziemi
i w troposferze na skutek znacznej wrażliwości pochłaniania
promieniowania na jego częstotliwość (tzn. również na długość
fal elektromagnetycznych lub na energię promieniowania)
przez tzw. gazy cieplarniane (o wieloatomowych cząsteczkach)
emitowane do atmosfery.
Gazy te znacznie intensywniej niż gazy o cząsteczkach jedno
i dwuatomowych pochłaniają promieniowanie o mniejszych
częstotliwościach w stosunku do promieniowania o większych
częstotliwościach.
Sposób powstawania kwaśnych opadów
Gazy sprzyjające bezpośrednio powstawaniu zjawiska
cieplarnianego w atmosferze:
para wodna  H2O,
dwutlenek węgla - CO2,

metan - CH4,

amoniak - NH3,

podtlenek azotu - N2O,
freony.
Schemat procesu ogrzewania troposfery na skutek zjawiska
cieplarnianego
Ozon stratosferyczny zanika przede wszystkim w reakcji
Zmniejszanie się warstwy ozonowej w stratosferze
katalitycznego rozpadu z atomami głównie chloru, fluoru i bromu.
Zmniejszanie się warstwy ozonowej w stratosferze - jest zjawisko
Najczęściej atomy te są uwolnione na skutek fotolitycznego rozpadu
zmniejszania stężenia ozonu w stratosferze.
freonów, czyli chloro i fluoropochodnych alkanów.
Warstwa ozonowa (inaczej ozonosfera, powłoka ozonowa) - warstwa
W związku z wyraz
nym zmniejszaniem się stężenia ozonu
o zwiększonym stężeniu ozonu, położoną w stratosferze na wysokości
stratosferycznego powołano we Wspólnocie Europejskiej w 1985 r.
około (25 � 30) km nad poziomem morza.
Konwencję Wiedeńską w sprawie Ochrony Warstwy Ozonowej
Ozon stratosferyczny powstaje w wyniku oddziaływania
(ang. Vienna Convention for the Protection of the Ozone Layer).
promieniowania o dużej energii, głównie promieniowania
ultrafioletowego, na cząsteczki atmosferycznego tlenu.
Dzięki bardzo dużej reaktywności ozon stratosferyczny stanowi
ochronę przed przenikaniem do powierzchni Ziemi zabójczego dla
organizmów żywych promieniowania o dużej częstotliwości.
Sposoby zmniejszania szkodliwości emisji substancji Realizacja zmniejszania emisji zanieczyszczeń przez:
wytwarzanych przez silniki spalinowe
zmiany regulacyjne,
Ogólne przedsięwzięcia zmniejszające szkodliwość emisji
zmiany konstrukcyjne,
zanieczyszczeń
zmiany w rodzaju i właściwościach paliw, dodatków do
Metody:
paliw i innych materiałów eksploatacyjnych.
ograniczanie powstawania substancji szkodliwych,
zwiększanie sprawności ogólnej silnika,
oczyszczanie spalin.
Rozwiązania stosowane w silnikach o zapłonie iskrowym Rozrząd wielozaworowy ze zmiennymi parametrami
(fazami rozrządu i wzniosami zaworów).
Zwiększanie stopnia sprężania.
Układy zapłonu: plazmowego, fotochemicznego
Wtryskowe systemów zasilania.
i laserowego.
" Wtrysk wielopunktowy (MPI  Multi Point Injection).
Recyrkulacja spalin.
" Wysokociśnieniowy wtrysk benzyny do cylindra (GDI 
Postęp w opracowywaniu paliw: zmniejszanie zawartości
 Gasoline Direct Injection).
m.in. węglowodorów pierścieniowych, związków ołowiu
Komory spalania do mieszanek:
i siarki, zwiększenie zawartość izoalkanów.
" jednorodnych,
Zintegrowane elektroniczne systemy pomiarów, sterowania
i diagnozowania.
" niejednorodnych.
Katalityczne oczyszczanie spalin  reaktory katalityczne.
Układy dolotowe ze zmiennymi właściwościami
geometrycznymi.
Doładowanie z chłodzeniem powietrza.
Rozwiązania stosowane w silnikach o zapłonie Rozrząd wielozaworowy ze zmiennymi parametrami
(fazami rozrządu i wzniosami zaworów).
samoczynnym
Recyrkulacja spalin.
Stosowanie wtrysku bezpośredniego (zamiast systemów
Postęp w opracowywaniu olejów napędowych. Zwiększanie
z komorą dzieloną).
liczby cetanowej, zmniejszanie zawartości siarki
Bardzo wysokie ciśnienia wtrysku:
i węglowodorów pierścieniowych.
" układy wtryskowe z pompowtryskiwaczami,
Katalityczne oczyszczanie spalin  reaktory katalityczne.
" zasobnikowe (akumulacyjne) układy wtryskowych
(common rail).
Elektronicznie sterowanie układów wtryskowych.
Układy dolotowe ze zmiennymi właściwościami
geometrycznymi.
Doładowanie z chłodzeniem powietrza.
Oczyszczanie spalin
Cel stosowania reaktorów katalitycznych w układzie
wylotowym silnika:
Utlenienie:
" tlenku węgla do dwutlenku węgla,
" węglowodorów do dwutlenku węgla i wody,
" sadzy do dwutlenku węgla.
Zredukowanie tlenków azotu do azotu.
Schemat budowy reaktora katalitycznego: 1  obudowa, 2  element
izolacji osiowej, 3  element izolacji promieniowej, 4  wkład
Budowa reaktora katalitycznego:
Substancje stosowane jako katalizatory:
Obudowa reaktora katalitycznego wykonana ze stali
metale szlachetne,
nierdzewnej.
tlenki metali alkalicznych i ziem alkalicznych,
W izolacji (cieplnej i mechanicznej) wkład ceramiczny lub
pierwiastki przejściowe,
metalowy.
sole i bardziej złożone minerały (glinian srebra,
Na wkładzie warstwa pośrednia tzw. washcoat  z tlenków glinu
glinokrzemiany).
ł Al2O3 z dodatkami innych tlenków, m.in. ceru, tytanu,
cyrkonu i krzemu. Platyna jest dobrym katalizatorem reakcji utleniania.
Podstawowa substancja katalityczna na warstwie pośredniej.
rod  reakcji redukcji.
Substancje katalityczne  mieszaniny poszczególnych
substancji w określonych stosunkach masowych.
Temperatura prawidłowej pracy rektorów katalitycznych Klasyfikacja reaktorów katalitycznych ze względu na
zachodzące w nich reakcje chemiczne:
wynosi (300 � �.
� 800) C�
� �
� �
W temperaturach wyższych niż (1100 � � następuje
� 1200) C�
� �
� �
utleniające,
termiczne starzenie warstwy czynnej na skutek spiekania
redukujące,
krystalitów.
redukująco utleniające (wielofunkcyjne).
Jeden z powodów zmniejszenia skuteczności reaktorów
katalitycznych  niszczenie warstwy czynnej m.in. związkami
siarki i ołowiu.
14
2,5
Silniki o zapłonie iskrowym
12
2
10
Redukująco utleniające reaktory katalityczne
8 1,5
6
(TWC  three way catalyst). 1
4
6,7%
2 0,5
2,7%
0
2(x -1)C Hm + NOx 2n + m + 2n x m(x -1) 1
0
Konw EURO 4
CO + CO2 + H2O + N2
Konw EURO 4
n
4n + m 4n + m 4n + m 2
1,5
Duża skuteczność:
1
przy spalaniu mieszanki stechiometrycznej (sonda lambda),
0,5
4%
dzięki zastosowaniu w warstwie pośredniej substancji
0
Konw EURO 4
charakteryzujących się zdolnością do magazynowania tlenu
Emisja drogowa zanieczyszczeń w warunkach typowej jazdy w miastach
pochodzącego z rozkładu tlenków azotu  przede wszystkim
dla samochodów osobowych z silnikami o zapłonie iskrowym:
tlenku ceru CeO2.
bez reaktorów katalitycznych oraz spełniających wymagania
na poziomie EURO 4
Reaktory utleniające  Oxicat
Silniki o zapłonie samoczynnym
Katalizatory  metale szlachetne: platyna i pallad.
Reaktory katalityczne:
Duża skuteczność reaktorów utleniających.
utleniające tlenek węgla oraz związki organiczne, w tym
również organiczną frakcję cząstek stałych  Oxicat,
redukujące tlenki azotu  DeNOx,
katalityczne filtry cząstek stałych  DPF  Diesel Particle
Filter.
CO
HC
b
[g/km]
b
[g/km]
NOx
b
[g/km]
Reaktory redukujące tlenki azotu  DeNOx Selektywna redukcja katalityczna tlenków azotu  SCR
(Selective Catalytic Reduction).
Selektywna redukcja katalityczna tlenków azotu  SCR
(Selective Catalytic Reduction).
Reduktory:
węglowodory łańcuchowe o liczbie atomów od 2 do 16,
Reaktory katalityczne magazynująco redukujące 
związki nieorganiczne, np. amoniak,
 NSR (NOx storage reduction catalysts)
inne związki organiczne, np. alkohole czy mocznik (dający
amoniak w wyniku hydrolizy).
Katalizatory w selektywnej redukcji tlenków azotu: Równanie reakcji zachodzących w selektywnej redukcji
katalitycznej tlenków azotu węglowodorami
pierwiastki przejściowe umieszczone na silnie kwasowych
zeolitach (glinokrzemianach).
m m
�ł �łO
2 NOx + CnHm + n + - x N2 + n CO2 + H2O
�ł �ł
2
metale szlachetne,
4 2
�ł łł
pierwiastki przejściowe: miedz
, nikiel, mangan, kobalt
i żelazo, umieszczone na nośnikach tlenkowych:
Zadowalająca skuteczność reaktorów:
 prostych tlenków (przede wszystkim ł Al2O3),
zeolitowych  od temperatur (350 � �C,
� 600) �
� �
� �
 układów podwójnych i potrójnych tlenków
tlenkowych już od (200 � �C.
� 350) �
� �
� �
pierwiastków przejściowych.
Równanie reakcji zachodzących w selektywnej redukcji
Zintegrowany system oczyszczania spalin
katalitycznej tlenków azotu amoniakiem
EGR (Exhaust Gas Recirculation)  układ recyrkulacji
spalin z chłodzeniem spalin lub brakiem chłodzenia
Hydroliza mocznika
(utrzymanie wysokiej temperatury spalin przed
CO(NH2) + H2O NH3 + CO2
2
reaktorami katalitycznymi).
Redukcja tlenków azotu amoniakiem
DOC (Diesel Oxidation Catalyst)  utleniający reaktor
katalityczny,
4NO + NH3 + O2 4N2 + 6H2O
DPF (Diesel Particulate Filter), CRT (Continuously
Regenerating Trap)  filtr cząstek stałych,
układ dawkujący i mieszający AdBlue ze spalinami,
SCR (Selective Catalytic Reduction)  reaktor do
selektywnej redukcji katalitycznej tlenków azotu,
ASC (Ammonia Slip Catalyst), CUC (Clean Up
Catalyst)  reaktor katalityczny utleniający amoniak,
NOx Sensor  czujniki (2) stężeń tlenków azotu,
Ammonia Sensor  czujnik stężenia amoniaku,
tłumik wylotu spalin,
praca systemu pod nadzorem zintegrowanego systemu
kontroli i sterowania oraz diagnostyki pokładowej OBD
(On Board Diagnostic).
Funkcje systemu OBD kontroli systemu SCR Reaktory katalityczne magazynująco redukujące  NSR
(NOx storage reduction catalysts)
Stopień 1: eNOx > 5 g/(kW�h)
Katalizatory  metale szlachetne, osadzone na tlenkach metali
Ostrzeżenie wizualne.
alkalicznych i ziem alkalicznych.
Stopień 2: eNOx > 7 g/(kW�h), poziom Ad Blue poniżej
Tlenki są w stanie magazynować związki azotu, powstające
10%
z tlenków azotu.
Pojazdy o mm > 16 Mg  zmniejszenie maksymalnego
momentu obrotowego do 60%.
Pojazdy o mm < 16 Mg  zmniejszenie maksymalnego
momentu obrotowego do 75%.
Stopień 3:
Zmniejszenie prędkości maksymalnej do 20 km/h.
Reakcje w reaktorach katalitycznych magazynująco
Katalityczne filtry cząstek stałych  DPF
 redukujących NSR:
Wkłady z porowatej pianki ceramicznej lub wkłady metalowe
Tlenek azotu utlenia się do dwutlenku, który z alkalicznymi z perforowanych rurek stalowych pokrytych warstwą włókna
tlenkami tworzy azotany. ceramicznego.
Azotany są gromadzone w warstwie tlenków. Skuteczność filtrów jest bardzo duża  do 95%.
W celu usunięcia azotanów z warstwy tlenków okresowo
Oczyszczania filtrów (co kilka godzin):
jest wzbogacana mieszanka palna  następuje rozkład
Dostarczanie do wypalania sadzy dodatkowej energii.
azotanów.
Katalityczna regeneracja filtrów cząstek stałych.
Powstałe w wyniku rozkładu tlenki azotu są w atmosferze
Katalityczne pokrycia powierzchni czynnej filtrów
ubogiej w tlen nieselektywnie redukowane reduktorami
pierwiastkami przejściowymi (lantanowcami
zawartymi w spalinach.
i aktynowcami) z domieszką metali szlachetnych.
Kataliza homogeniczna przez doprowadzanie katalizatorów
bezpośrednio do reagentów, np. do paliwa.
Układ ciągłej regeneracji filtra cząstek stałych DPF w czasie
CRT
użytkowania
CRT  Continuos Regeneration (Regenerating) Trap
OXICAT DPF
m
temperatura (200 �550)o C
CnHm + (n + )O2
4
C + 2NO2 CO2 + 2NO
m
nCO2 + H2O
2
temperatura >550o C
C + O2 CO2
2CO+ O2 2CO2
2NO+ O2 2NO2
DPF
DPF
DPF
OXICAT
OXICAT
OXICAT
86
Dodatki substancji zmniejszających intensywność tworzenia
Schemat układu SCRT do jednoczesnego zmniejszenie
się cząstek stałych  związki organiczne i nieorganiczne metali
emisji cząstek stałych i tlenków azotu
o zmiennych wartościowościach, głównie miedzi i ceru;
również platyna.
SCRT
CRT SCR
87 88
Ograniczanie emisji zanieczyszczeń w fazie nagrzewania
się silników
Przyczyny zwiększonej emisji zanieczyszczeń:
na skutek niskiej temperatury układów silnika mała
skuteczność reaktorów katalitycznych,
zaburzenia procesu spalania, spowodowane niską
temperaturą silnika,
zasilanie cylindrów mieszanką bogatą.
Sposób działania dodatków katalitycznych
89 90
Zmniejszenie dużej emisji zanieczyszczeń w fazie nagrzewania
się silnika:
Reaktory rozruchowe współpracujące z właściwym
reaktorem  podgrzewane elektrycznie lub palnikiem,
umieszczane bardzo blisko kanałów wylotowych.
Zeolitowe pochłaniacze, gromadzące węglowodory w czasie
pierwszych kilkudziesięciu sekund po uruchomieniu nie
nagrzanego silnika.
Po nagrzaniu się właściwego reaktora katalitycznego
zgromadzone w pochłaniaczu węglowodory  desorbowane
przez przepływające spaliny i utleniane w reaktorze.
Zasobniki (akumulatory) ciepła.
Programowane podgrzewanie silnika przed rozruchem.
91