Toksyczne składniki spalin samochodowych

Składnik	Jednostka	Emisja ZI	Emisja ZS
Azot	% obj.	71÷76	76÷77
Tlen	% obj.	0,1÷2,0	10÷16
Para wodna	% obj.	7÷11	3,5÷5
Wodór	% obj.	0,1÷4	0÷0,1
CO2	% obj.	6,5÷14	3,5÷7
CO	% obj.	2÷10	0,01÷0,1
Węglowodory	% obj.	0,1÷1	0,01÷0,4
NOX	[ppm]	20÷1000	30÷900
Aldehydy	[ppm]	30÷300	10÷30
Dwutlenek siarki	[ppm]	Ok.100	400
Cząstki stałe	%stęż	--------------	0,007

Główne źródła emisji składników toksycznych.

W silnikach spalinowych do toksycznych składników spalin zaliczamy: tlenek węgla, węglowodory, tlenki azotu, tlenki siarki, cząstki stałe.

Składniki te są emitowane w silniku z 3 źródeł:

• Z układu wydechowego,

• Ze skrzyni korbowej,

• Z układu zasilania.

Substancje zanieczyszczające emitowane do atmosfery przez silniki mają w temp. 20^oC następującą postać:

• Gazową (CO, NOx, część węglowodorów i aldehydów, SO₂),

• 
  Ciekłą (Niektóre HC i aldehydy),

• Stałą (sadza, związki ołowiu, ciężkie węglowodory).

Ten podział ma znaczenie nie tylko formalne, ponieważ opracowywane normy toksyczności dla dopuszczalnego poziomu tych składników są związane z postacią zanieczyszczeń.

Każde ze źródeł, z których emitowane są składniki toksyczne odznacza się specyficznymi cechami ze względu na różną wielkość emisji, różne własności fizyko-chemiczne wydalanych substancji, jak również różne metody ograniczania poziomu zanieczyszczeń.

Podstawowym źródłem zanieczyszczającym atmosferę jest w silniku układ wydechowy. W silniku spalinowym wydalane jest z niego ponad 60 % HC i prawie 100 % pozostałych substancji. Substancje emitowane z tego źródła można podzielić na:

• Produkty niecałkowitego spalania,

• Produkty niezupełnego spalania,

• Produkty uboczne spalania,

• Produkty powstałe z dodatków i zanieczyszczeń zawartych w oleju i paliwie silnikowym.

Do produktów powstałych w wyniku niecałkowitego spalania zalicza się część węglowodorów zawartych w paliwie, nie biorących udziału w rekcji spalania.

Do produktów niezupełnego spalania należą: pozostała część HC, CO, aldehydy, sadza.

Produkty uboczne spalania stanowią NO, których proces tworzenia, jak wykazały badania, nie zależy od własności paliwa.

Oddzielną grupę stanowią substancje powstające w wyniku reakcji chemicznych dodatków wprowadzanych do paliwa celem polepszenia ich właściwości. Ponieważ są to dodatki najczęściej o składzie licznych HC, w wyniku procesów spalania powodują powstanie nowych związków z których część jest toksyczna.

Skład spalin emitowanych z układu wydechowego zależy w dużym stopniu od obiegu silnika. W związku z tym występują znaczne różnice między silnikami ZS, a ZI. Różnice te wynikają przede wszystkim z różnic w składzie oraz jednorodności mieszanki paliwowo-powietrznej. W silnikach ZI λ oscyluje w granicach λ=1. W silnikach gaźnikowych 0,7<λ<1,2. W silnikach ZS λ posiada zupełnie inne granice i w zależności od obciążenia1,4<λ<12,0. Różnice te wywołują przede wszystkim zmiany w stężeniu składu spalin. Należy podkreśli, że emisja substancji zanieczyszczających powietrze jest zależna nie tylko od ich stężenia, lecz także od wydatku spalin. Całkowitą masę spalin powstałą ze spalania 1 kg paliwa określa się w przybliżeniu z zależności

m_ss - masa spalin

L_t - masa powietrza teoretyczna, niezbędna do zupełnego spalenia 1 kg paliwa

λ - współcz. nadmiaru powietrza

W związku z tym w ZS, w których λ jest znacznie większy , masa, a zatem objętość spalin, może być wielokrotnie wyższa niż w silnikach o ZI. W silnikach ZI regulacja mocy silnika następuje przez zmianę stopnia napełniania cylindrów mieszanką paliwowo-powietrzną, a zatem wydatek spalin zależy od obciążenia silnika. W ZS stopień napełniania cylindrów jest prawie niezależny od obciążenia, natomiast niewielkie różnice w wydatkach spalin wynikają z różnic w wydatkach paliwa.

Przy λ=12 paliwo stanowi ok. 0,6% zużycia powietrza, przy λ=1,4 (max. Obciążenie) ilość paliwa rośnie do 5,3% ilości powietrza.

Rys. zależność wydatku spalin od prędkości obrotowej.

Drugim źródłem emisji substancji zanieczyszczających powietrze jest skrzynia korbowa. W silnikach ZI ok. 20% HC jest stąd emitowane. Przeprowadzone badania dowiodły, że HC wydalane ze skrzyni korbowej silnika ZI mają skład zbliżony do paliwa. Wskazuje to, że pochodzą one z nie spalonej benzyny. Charakterystycznym jest to, że stężenie HC w gazach emitowanych ze skrzyni korbowej jest wielokrotnie większe, niż z układu wydechowego. Dlatego też pomimo niewielkiego wydatku gazów zależnych od stanu technicznego układu TPC, ze skrzyni korbowej jest wydalane tak dużo HC. Silniki, których stan techniczny jest bardzo zły udział ten może sięgać do 50%.

W odniesieniu do ZS udział HC ze skrzyni korbowej w całkowitej emisji jest bardzo mały. Wynika to z rodzaju paliwa i sposobu tworzenia mieszanki.

Trzecim źródłem, z którego pochodzą substancje zanieczyszczające atmosferę jest układ zasilania. Wg danych amerykańskich w silnikach ZI jest z niego wydalane ok. 17% wszystkich emitowanych HC. Przyczyną emisji tych związków jest przede wszystkim efekt parowania. Podczas eksploatacji samochodu szczególnie sprzyjające warunki do emisji HC z układu zasilania istnieją bezpośrednio po unieruchomieniu nagrzanego silnika. W niektórych przypadkach w wysokich temperaturach otoczenia straty na skutek parowania mogą osiągnąć w silnikach ZI ponad 5% zużytego paliwa.

Własności toksycznych składników spalin.

Tlenek węgla - występuje w gazach spalinowych w silnikach o ZI w znacznie większej ilości, niż w silnikach ZS. Jest bardzo toksycznym składnikiem. Ilość emitowanego do atmosfery CO z pojazdów samochodowych w stosunku do całkowitej emisji sięga ok. 60%. CO jest jednym z bardziej toksycznych składników gazów spalinowych. Działanie toksyczne polega na tym, że wiąże się z hemoglobiną 200÷300 razy szybciej, niż tlen, tworząc tzw. karboksyhemoglobinę. Reagując z hemoglobiną CO wypiera tlen z krwi, która staje się niezdolna do przenoszenia dostatecznej ilości tlenu z płuc do tkanek i z tego powodu następuje uduszenie.

Węglowodory - prawie 50% węglowodorów znajdujących się w powietrzu atmosferycznym pochodzi z pojazdów samochodowych. Głównym źródłem HC są silniki z ZI i wydalane są te produkty jako związki niepełnego spalania oraz ze skrzyni korbowej i wskutek odparowania z układu zasilania. Emisja HC w silnikach ZS w porównaniu z ZI jest znikoma ze względu na pełniejsze spalanie wskutek dużego nadmiaru powietrza. Lotność oleju napędowego jest zupełnie inna, niż par benzyny. Bardzo duży udział w tworzeniu tzw. smogu mają właśnie węglowodory. Działanie toksyczne poszczególnych rodzajów węglowodorów jest różne.

Grupa węglowodorów	Szereg homologiczny	Nazwa
Węglowodory nasycone (alkany, parafiny)	Metanowy	Propan, butan, pentan, heksan
Węglowod. nienasycone (alkeny, olefiny)	Etylenowy	Etylen, propylen, butylen, amylen
Węglowod. nienasycone (alkiny)	Acetylenowy, dwuetylenowy	Allylen, izopren
Węglowodory nasycone cykliczne	Monocykliczny	Cyklopentan, cykloheksan
Węglowod. Aromatycz.	Monocykliczny	Benzen
Węglowod. Aromaty. o pierścieniu skondensowanym	policykliczny	3-4 benzopiren

Węglowodory nasycone szeregu metanowego, nienasycone szeregów: etylenowego i acetylenowego działają narkotycznie, drażnią błonę śluzową, powodują bóle głowy, a przy dużych stężeniach senność, a nawet utratę przytomności.

Węglowodory aromatyczne mono- i policykliczne są uważane za rakotwórcze. Przy wysokich stężeniach ok. 60mg/litr występuje utrata przytomności i śmierć w ciągu kilku minut. Przy niższych - wymioty, drgawki, skurcze mięśni. Przy długotrwałym działaniu węglowodorów aromatycznych o niższym stężeniu występują zmiany we krwi oraz uszkodzenie szpiku kostnego. 3 - 4 benzopiren jest szczególnie rakotwórczy, wydzielany jest on w zmiennych warunkach pracy silnika, a zwłaszcza a czasie uruchamiania i zatrzymywania.

Tlenki azotu - spośród różnych tlenków azotu (NO, N₂O, N₂O₃, NO₂, N₂O₄, N₂O₅) w atmosferze najwięcej jest NO i NO₂. Wśród wszystkich źródeł ich emisji, które sumarycznie określa się jako NO_x drugie miejsce zajmują pojazdy samochodowe.

Tlenek azotu NO tworzy się w silniku w wysokich temp.>1000^oC w wyniku reakcji azotu z cząsteczką tlenu, które znajdują się w zassanym powietrzu.

Podczas wydalania gazów spalinowych, wyższa ilość dostępnego tlenu oraz niższa temp. Sprzyjają powstawaniu NO₂. Stosunek NO do NO₂ w spalinach wynosi ok. 2:1.

Własności toksyczne NO:

Wiąże się z hemoglobiną tworząc tzw. NO-hemoglobinę. Przy zatruciach NO pojawiają się zawroty głowy, osłabienie, drętwienie nóg. Przy cięższych - sinica ust, dreszcze i zmiana barwy krwi.

Własności toksyczne NO_2:

Działa drażniąco na płuca wywołując w ciężkich przypadkach ich obrzęk. Powoduje obniżenie ciśnienia krwi, obserwuje się również zmiany zwyrodnieniowe w mięśniu sercowym.

Tlenki siarki - w spalinach występują jako SO₂ i niewielkich ilości SO₃. Pomimo tego, że silniki spalinowe nie są głównym emiterem tych związków, to jednak są one bardzo uciążliwe dla otoczenia. Bardzo duży jest udział tlenków siarki w tworzeniu smogu. Występują tzw. smog kalifornijski i smog londyński.

Smog kalifornijski powstaje w wyniku reakcji fotochemicznej zachodzącej między składnikami spalin w sprzyjających warunkach atmosferycznych, głównie dlatego, że występuje duża ilość światła.

Smog londyński stanowi mieszaninę mgły związanej z wilgotnością powietrza oraz dymów pochodzących z przemysłu i motoryzacji. Głównymi składnikami smogu kalifornijskiego są węglowodory, natomiast londyńskiego - węglowodory i związki siarki.

Smog kalifornijski: węglowodory, tlenki azotu, tlenek węgla, ozon; substancje palne stanowiące źródła: benzyna, gaz, oleje napędowe; powstawanie: lato, jesień >24^oC, mała wilgotność, świecące słońce, wysokie stężenie ozonu, tylko w dzień, widzialność 500÷700m; toksyczność: podrażnienie oczu, brak szczegółowych danych odnośnie poważnych skutków zatruć, podrażnienie górnych dróg oddechowych.

Smog londyński: cząstki stałe, tlenki azotu, tlenek węgla; węgiel, paliwa ciekłe; zima, poniżej 4^oC, bardzo duża wilgotność powietrza, przyćmione słońce, niskie stężenie ozonu; w nocy i w dzień; widzialność słaba; działanie drażniące na płuca, które może doprowadzić do ciężkich schorzeń, a nawet do śmierci.

Dwutlenek siarki jest silnym gazem drażniącym. Rozpuszcza się w wydzielinie błon śluzowych i tworzy żrący kwas siarkawy. Wysokie stężenie SO₂ w powietrzu wywołuje ostre zapalenie oskrzeli, duszności oraz szybko postępujące zaburzenia świadomości.

Trójtlenek siarki wykazuje drażniące i żrące działanie na wszystkie tkanki analogicznie jak działanie kwasu siarkowego. W przypadku silnego zatrucia następuje odwodnienie tkanek, wytrącanie białka i kondensowanie zasad w organizmie. Podobnie jak kwas siarkowy powoduje ciężkie poparzenia skóry i szybko przenika wgłąb tkanek. Powoduje bardzo poważne uszkodzenia rogówki oka.

Związki ołowiu - celem podwyższenia LO benzyn dodaje się do nich związki alkiloołowiowe (głównie czteroetylek ołowiu). Ołów jest bardzo niebezpieczny dla ludzi i zwierząt ponieważ kumuluje się w organizmie (kości, wątroba, nerki) i nie jest wydalany. Problem ten powoli ulega zmniejszeniu ze względu na wprowadzanie benzyn bezołowiowych.

Sposoby określania stężeń składników toksycznych spalin pojazdów samochodowych.

EMISJA -całkowita ilość zanieczyszczeń stałych, ciekłych lub gazowych wydalanych do atmosfery z określonego źródła i w określonym czasie mierzone powyżej emitującego je źródła.

IMISJA - pochodzące z obcych źródeł zanieczyszczenia powietrza (stałe, ciekłe lub gazowe) i które w określonych stężeniach utrzymują się w atmosferze 1,5 m nad ziemią, względnie 1,5 m od górnej linii zabudowań.

Stężenie gazów w powietrzu ( w tym składników spalin samochodowych) określa się jako stężenie objętościowe albo wagowe. Wagowe stężenie jest powszechnie stosowane w toksykologii. Stężenie objętościowe jest mierzone w % objętości danej próbki lub może być również mierzone objętościowo w częściach na milion.

1ppm=1część/ milion=0,0001% objętości

Stężenie masowe stosuje się ogólnie do wyrażania zawartości różnych substancji w powietrzu atmosferycznym w mg/m³, g/m³ powietrza, mg/litr.

Znając stężenie masowe gazu i jego masę cząsteczkową można obliczyć jego objętość ze wzoru:

M - masa cząsteczkowa

P - ciśnienie atmosferyczne[mmHg]

T - temp. bezwzględna [K]

Stężenie gazów wyrażone w [ppm] przelicza się na wyrażone w [mg/dm³] korzystając ze wzoru:

C_m [mg/dm³]

Wpływ czynników konstrukcyjnych i eksploatacyjnych na toksyczność spalin.

Na przebieg procesu spalania podstawowy wpływ wywierają oprócz rodzaju paliwa czynniki konstrukcyjne i eksploatacyjne. Do najważniejszych czynników konstrukcyjnych zaliczamy:

• Wymiary główne silnika (skok tłok, śr. cylindra)

• System spalania

• Kształt komory spalania

• Stopień sprężania

• Fazy rozrządu

• Doładowanie

• Recyrkulacja spalin

• Dodatek wody do cylindrów

• Układ paliwowy (wtryskowy w ZI, wysokociśnieniowy w ZS)

Do podstawowych czynników eksploatacyjnych zalicza się:

• Prędkość obrotowa silnika

• Obciążenie silnika

• Stopień nagrzania silnika

Oprócz parametrów konstrukcyjnych i eksploatacyjnych duży wpływ na toksyczność spalin wywierają parametry regulacyjne. Parametry te są zmieniane przez użytkownika i w ten sposób możemy ingerować w przebieg procesu spalania. Do parametrów regulacyjnych zaliczamy:

• Skład mieszanki palnej

• Kąt wyprzedzenia zapłonu (ZI)

• Kąt wyprzedzenia wtrysku (ZS)

SILNIKI ZI

SILNIKI ZS

Metody obniżania toksyczności spalin w ZI.

Metody obniżania toksyczności spalin, generalnie jeżeli chodzi o rozwiązania, zmierzają w dwóch zasadniczych kierunkach:

1. są to zagadnienia związane z optymalizacją przebiegu procesów spalania, gdzie występuje tworzenie toksyn w spalinach,

2. 
   związane z oddziaływaniem na spaliny, które opuściły komorę spalania.

Oczywistym jest, że łatwiej byłoby usunąć składniki toksyczne ze spalin, gdyby mniej powstawało ich w procesie tworzenia. Obecne tendencje w jednostkach badawczych zmierzają do dokładnego poznania tworzenia składników toksycznych, co pozwoli na eliminowanie ich już u samego źródła.

Oddziaływanie na przebieg procesów spalania może być dokonywane za pomocą trzech grup czynników:

1. konstrukcyjnych,

2. regulacyjnych,

3. eksploatacyjnych.

Konstrukcyjne:

1. wymiary główne silnika (skok tłoka, średnica cylindra) i system spalania,

2. 
   kształt komory spalania,

3. ]stopień sprężania,

4. fazy rozrządu,

5. doładowanie,

6. recyrkulacja spalin,

7. dodatek wody do cylindrów,

8. układ paliwowy (wtryskowy w ZI, wysokociśnieniowy w ZS).

Regulacyjne:

1. skład mieszanki paliwowo-powietrznej,

2. kąt wyprzedzenia zapłonu (ZI),

3. kąty wtrysku (ZS).

Eksploatacyjne:

1. prędkość obrotowa,

2. obciążenie,

3. stopień nagrzania.

W silnikach ZI zasadniczy wpływ na przebieg procesu spalania i emisję składników toksycznych ma skład mieszanki paliwowo-powietrznej. Sterowanie składem mieszanki powoduje jednak zróżnicowanie oddziaływania na ilość składników toksycznych.

Zasilanie silnika mieszanką zubożoną powoduje obniżenie zawartości tlenków azotu, lecz równocześnie wzrasta poziom HC. Zasilanie silnika mieszanką ubogą powoduje również zwiększenie zawartości CO, ale w pewnych lokalnych przestrzeniach spalania (dotyczy spalania przyściennego). Niestety nie istnieje korzystny kompromis pomiędzy zawartością NOx, a parametrami silnika. Silnik zasilany ubogą mieszanką osiąga mniejszą moc, ma mniejsza sprawność i wzrasta jednostkowe zużycie paliwa. Przy stosowaniu mieszanek bogatszych następuje również obniżenie zawartości NOx. Podstawową wadą tego rozwiązania jest jednak wzrost zużycia paliwa nawet do 30%. Jak dotychczas najkorzystniejszy sposób eliminacji składników toksycznych w ZI uzyskuje się przy mieszankach o składzie stechiometrycznym, z jednoczesnym stosowaniem katalizatorów typu dopalanie katalityczne.

Jedną ze skuteczniejszych metod obniżenia zawartości NOx jest recyrkulacja spalin. Polega ona na tym, że doprowadza się z powrotem w układ dolotowy cylindra część spalin z układu wylotowego. W ten sposób ładunek doprowadzony do cylindra jest rozrzedzony, a jednocześnie jest mniej świeżego ładunku. W procesie spalania powoduje to obniżenie max. temperatury spalin, a więc zmniejszenie NO. Uzyskujemy oczywiście mniejszą moc, ale dąży się w tym przypadku do rozsądnej granicy kompromisu. Okazuje się, że jeżeli udział spalin w mieszance nie przekracza 20%, to powoduje to zmniejszenie mocy silnika rzędu 6÷8%.

Podział katalizatorów ze względu na:

1. funkcję:

1. utleniające,

2. redukujące,

3. potrójnego działania.

2. rodzaj nośnika:

1. granulat,

2. monolit ceramiczny,

3. metalowy.

3. materiał katalityczny:

1. metale szlachetne,

2. metale nieszlachetne.

4. rodzaj wymaganego paliwa - paliwo bezołowiowe.

Aby oczyścić spaliny w silniku ZI należy przeprowadzić następujące reakcje chemiczne:

2CO + O₂ → 2CO₂

H_nC_m + kO₂ → mCO₂ + nH₂O

H_nC + 2H₂O → CO₂ + kH₂

2H₂ + O₂ → 2H₂O

2NO + 2CO → N₂ + 2CO₂

2NO + 2H₂ → N₂ + H₂O

2kNO + C_mH_n → kN2 + n/2 H₂O + mCO₂

Budowa katalizatorów.

• nośnik : metalowy lub ceramiczny

• warstwa pośrednia

• warstwa katalizatora: platyna, rod

• obudowa

Coś trza napisać

Składnik toksyczny	Przyczyny powstawania			Okoliczności sprzyjające
Tlenek węgla	niskotemperaturowe spalanie dysocjacja CO2 w strefach o wysokiej temperaturze rozpad aldehydów lokalny niedobór powietrza niedostateczne wymieszanie paliwa i powietrza			Chłodzące oddziaływanie ścian głowicy i cylindra
węglowodory	nie spalona mieszanka wygaszanie płomienia (na ścianach cylindra i głowicy, w szczelinach między tłokiem, a cylindrem, w szczelinach między przylgnią zaworu, a gniazdem) strefy zbyt ubogiej lub zbyt bogatej mieszanki przedmuchy mieszanki podczas współotwarcia zaworów			Uruchamianie i zatrzymywanie silnika
Tlenki azotu	Strefa popłomienna przy składzie mieszanki zbliżonym do stechiometrycznego		wysoka temperatura w cylindrze podczas spalania wysokie ciśnienie w cylindrze
Sadza	Rozpad termiczny paliwa (np. przy jego wtrysku do stref gorących objętych przez płomień)	długi czas wtrysku lokalny niedobór powietrza do spalania (zwłaszcza przy dużych obciążeniach)

Sprawność katalizatora zależy od jego temperatury

Oczyszczanie spalin w silnikach ZS.

W silnikach ZS stosuje się filtry cząstek stałych:

• monolityczne

• zwojowe

Przedsięwzięcia realizowane silnikach ZI w celu obniżenia toksyczności spalin.

Rodzaj przedsięwzięcia	Efekty
Podwyższenie stopnia sprężania	Zwiększenie sprawności ogólnej, obniżenie ge (jednostkowego zużycia paliwa)
Wzrost stopnia zawirowania ładunku	Skrócenie czasu spalania, Obniżenie emisji HC i CO
Wzrost współczynnika nadmiaru powietrza λ	Obniżenie emisji NOx i zużycia paliwa
Podgrzewanie mieszanki	Obniżenie emisji składników toksycznych podczas nagrzewania silnika, zmniejszenie zużycia paliwa
Zwiększenie energii zapłonu	Możliwość spalania mieszanek ubogich
Głowice wielozaworowe	Poprawa stopnia zapełniania zmniejszenie zużycia paliwa
Elektroniczna regulacja faz rozrządu i wzniosu zaworów	Poprawa stopnia napełniania, zmniejszenie emisji NOx przez sterowanie zamknięciem zaworu wylotowego
Elektronizacja układów zasilania (MPI, DMI, DFI)	Optymalizacja składu mieszanki, regulacja jakościowa, możliwość spalania mieszanek ubogich (uwarstwienie ładunku)
Doładowanie	Poprawa stopnia napełniania, zubożenie mieszanki dla układów z regulacją jakościową
Recyrkulacja spalin	Obniżenie emisji NOx
Katalizatory	Obniżenie emisji NOx, HC i CO
Katalizator o małej pojemności cieplnej w układzie by - pass	Obniżenie emisji składników toksycznych podczas nagrzewania silnika, zmniejszenie zużycia paliwa
Urządzenia skracające czas nagrzewania katalizatorów	Obniżenie emisji składników toksycznych podczas nagrzewania silnika, zmniejszenie zużycia paliwa
Ograniczenie zużycia oleju	Obniżenie emisji HC i PAH
Stosowanie paliw bezołowiowych i o zmniejszonej zawartości siarki	Obniżenie emisji związków ołowiu i siarki

Przedsięwzięcia realizowane w silnikach ZS (LD - Light Duty) w celu obniżenia toksyczności spalin.

Rodzaj przedsięwzięcia	Efekty
Optymalizacja kształtu strugi i umieszczenia wtryskiwacza w komorze spalania	Skrócenie czasu opóźnienia samozapłonu, zmniejszenie emisji PM
Wzrost stopnia zawirowania	Skrócenie czasu spalania i opóźnienia samozapłonu, zmniejszenie emisji PM, HC i CO
Zwiększenie ciśnienia wtrysku	Skrócenie czasu opóźnienia samozapłonu, zmniejszenie emisji PM
Opóźnienie wtrysku paliwa	Obniżenie emisji NOx
Wtrysk z dawką pilotującą	Skrócenie czasu opóźnienia samozapłonu, zmniejszenie emisji PM, zmniejszenie przyrostu ciśnienia dp/dα (hałaśliwości)
Elektronizacja wtrysku paliwa	Optymalizacja kąta wyprzedzenia wtrysku (uzależnienie od większej liczby parametrów pracy silnika)
Głowice wielozaworowe	Wzrost stopnia napełnienia, zmniejszenie zużycia paliwa
Elektroniczna regulacja faz rozrządu i wzniosu zaworów	Poprawa stopnia napełnienia, zmniejszenie emisji NOx przez sterowanie zamknięciem zaworu wylotowego
Doładowanie	Obniżenie emisji wszystkich składników toksycznych i wzrost sprawności ogólnej
Chłodzenie powietrza doładowującego	Zwiększenie efektów wynikających z doładowania
Recyrkulacja spalin	Obniżenie emisji NOx
Katalizator utleniający	Obniżenie emisji PM, HC i CO
Filtry sadzowe	Obniżenie emisji PM oraz częściowo HC
Urządzenia skracające czas nagrzewania silnika	Obniżenie toksyczności podczas nagrzewania silnika
Ograniczenie zużycia oleju	Obniżenie emisji PM i HC (PAH)
Stosowanie paliw o zmniejszonej zawartości siarki	Zmniejszenie emisji związków siarki, obniżenie emisji PM

Przedsięwzięcia realizowane w silnikach ZS (HD -HeavyDuty) w celu obniżenia toksyczności spalin.

Rodzaj przedsięwzięcia	Efekty
Optymalizacja kształtu strugi i umieszczenia wtryskiwacza w komorze spalania	Skrócenie czasu wtrysku, zmniejszenie emisji PM, możliwość opóźnienia wtrysku (mniejsza emisja NOx)
Zwiększenie ciśnienia wtrysku przy mniejszym zawirowaniu mieszanki	Zmniejszenie emisji PM przy nie zwiększonej emisji NOx
Zmniejszenie kąta wyprzedzenia wtrysku αwtr	Zmniejszenie NOx, konieczność skrócenia czasu trwania wtrysku i opóźnienia samozapłonu
Elektronizacja wtrysku	Uzależnienie kąta wyprzedzenia wtrysku i dawki paliwa od większej liczby parametrów
doładowanie	Obniżenie emisji wszystkich składników toksycznych i wzrost sprawności ogólnej
Chłodzenie powietrza doładowującego	Zwiększenie korzyści wynikających z doładowania
Recyrkulacja spalin	Obniżenie emisji NOx
Chłodzenie komory spalania przez doprowadzenie ograniczonej ilości wody	Obniżenie NOx
Katalizator utleniający	Obniżenie emisji PM, HC, CO
Filtry sadzowe	Obniżenie emisji PM i częściowo HC
Urządzenia skracające czas nagrzewania silnika	Obniżenie toksyczności podczas nagrzewania silnika
Podgrzewanie paliwa zasilającego	Obniżenie toksyczności podczas nagrzewania silnika
Ograniczenie zużycia oleju	Zmniejszenie emisji HC i PM (PAH)
Stosowanie paliw o mniejszej zawartości siarki	Obniżenie emisji związków siarki, obniżenie emisji PM

AKTUALNE NORMY I TESTY TOKSYCZNOŚCI SPALIN.

Badanie emisji toksycznych składników spalin pojazdów samochodowych i silników spalinowych może odbywać się w:

1. warunkach ustalonej pracy silnika,

2. zmiennych warunkach pracy silnika.

Do 1 można zaliczyć np. badania przeprowadzane na hamowni silnikowej wg 13-to stopniowego testu obowiązującego w Europie (również w Polsce) zawartego w dyrektywie ONZ ECE R49. Analiza gazów przeprowadzana jest na bieżąco w odpowiednich punktach pomiarowych, a emisja jest obliczana w oparciu o stężenie poszczególnych gazów i wydatek spalin.

Do 2 zaliczają się testy przeprowadzane na hamowni podwoziowej (np. ECE R83 w Europie, FTP85 w USA), dynamiczne testy silnikowe oraz większość testów dymienia (ECE R24).

Przepisy europejskie.

1. pojazdy do 3,5 tony; obowiązuje test ECE R83 obejmujący 5 prób:

• badanie wg testu jezdnego,

• badanie emisji CO na biegu luzem,

• pomiar HC ze skrzyni korbowej, emisja HC z nie pracującego pojazdu w komorze grzewczej (temp. 15,6÷28,9^oC w ciągu 60 ±2 min.),

• emisja wg testu jezdnego po przebiegu 80 tys. km,

• test dymienia przy swobodnym przyspieszaniu (ZS).

Badanie wg testu jezdnego (na rys.3) . test ECE R83 powstał z testu ECE R15 przez dodanie piątej fazy. Spowodowane to było zaniżoną emisją NOx w teście ECE R15.

Badanie emisji na biegu luzem: <3,5%

Pomiar HC ze skrzyni korbowej: brak emisji

Emisja HC w komorze grzewczej: max. 2 gramy na test

Test dymienia: max. k=2,5 (dla silników wolnossących), 3 (dla silników doładowanych)

2. pojazdy powyżej 3,5 tony; badaniu poddaje się silniki spalinowe i składa się ono z:

• badania emisji wg testu stacjonarnego ECE R49

• zadymienie spalin ECE R24

• test dymienia przy swobodnym przyspieszaniu

Przepisy amerykańskie.

W USA przepisy normujące dopuszczalną emisję składników toksycznych spalin są o wiele bardziej rygorystyczne niż w Europie. Ponadto w stanie Kalifornia obowiązują przepisy jeszcze bardziej zaostrzone. Przepisy kalifornijskie dzielą samochody na 5 grup wg toksyczności spalin:

1. standard

2. przejściowo niska emisja

3. niska emisja

4. skrajnie niska emisja

5. zero emisji

---