Oferty pracy dla inżynierów
  • StrefaInzyniera.pl (current)
  • Oferty pracy
  • Automatyka
    • Uprawnienia elektryczne SEP
    • Elektrotechnika
    • Elektronika
    • Automatyka
    • Robotyka
  • PrzemysÅ‚
    • PrzemysÅ‚
    • Obróbka metali
    • CAD
    • CATIA
    • Autodesk Inventor
  • IT
    • JAVA
    • C++
    • Sieci
  • Firmy
  • Dla firm
    • Rejestracja - profil firmy
    • Dodaj ofertÄ™ pracy - bezpÅ‚atnie
    • Publikacja artykułów
    • Kontakt
  • Zaloguj siÄ™
  • STREFA INÅ»YNIERA
  • Oferty pracy
  • Automatyka
    • Uprawnienia elektryczne SEP
    • Elektrotechnika
    • Elektroniki
    • Automatyki
    • Robotyka
  • PrzemysÅ‚
    • PrzemysÅ‚
    • Obróbka metali
    • CAD
    • CATIA
    • Autodesk Inventor
  • IT
    • JAVA
    • C++
    • Sieci
  • Firmy
  • Dla firm
    • Rejestracja - profil firmy
    • Dodaj ofertÄ™ pracy - bezpÅ‚atnie
    • Publikacja artykułów
    • Kontakt
  • Logowanie
  • Zaloguj siÄ™
Czy tlenki azotu to gwóźdź do trumny dla silników Diesla? Prawda czy fałsz?
Categories Nowe technologie

Czy tlenki azotu to gwóźdź do trumny dla silników Diesla? Prawda czy fałsz?

Od kilku miesiÄ™cy trwa w Niemczech ożywiona dyskusja na temat zakazu wjazdu do centrów dużych miast pojazdów wyposażonych w starsze generacje silnika Diesla. Chodzi o normy emisji spalin Euro 5 i niżej. Co stanowi problem? Czy silniki Diesla sÄ… same w sobie zÅ‚e, lub nie nadajÄ… siÄ™ do ruchu miejskiego? Nie podzielam tej opinii, ale sÅ‚yszaÅ‚em takie wypowiedzi. Najprawdopodobniej sÄ… motywowane wnioskami z wybuchu afery dieslowej w 2015 roku.

Sama afera dieslowa nie jest tematem tego artykuÅ‚u, ponieważ nie da siÄ™ nakreÅ›lić caÅ‚ej sytuacji jednym artykuÅ‚em (a nie wszystko w tym temacie jeszcze wiadomo), jednak jej wpÅ‚yw nie pozostaje bez znaczenia w kontekÅ›cie tlenków azotu.

ChciaÅ‚bym przedstawić przyczynÄ™ obecnej niechÄ™ci wÅ‚adz niemieckich i europejskich (w koÅ„cu skÄ…dÅ› te normy emisji spalin siÄ™ biorÄ…) do zapÅ‚onu samoczynnego w miastach. Problemem w tym wszystkim jest stężenie w powietrzu rzeczonych w tytule tlenków azotu, czyli NOx-ów. W dużych miastach jest wiÄ™cej samochodów, wiÄ™c i stężenie tlenków azotu w powietrzu jest wiÄ™ksze.

 

Dlaczego tlenki azotu sÄ… szkodliwe?

Stwierdzono, że tlenki azotu, zwÅ‚aszcza w wysokim stężeniu, majÄ… szkodliwy wpÅ‚yw na organizmy żywe, Åšwiatowa Organizacja Zdrowia zaliczyÅ‚a je do substancji rakotwórczych. PrzyczyniajÄ… siÄ™ też do powstawania kwaÅ›nych deszczów, ponieważ sÄ… bezwodnikami kwasowymi, które łączÄ…c siÄ™ z wodÄ… w atmosferze spadajÄ… pod postaciÄ… kwasów azotowych. Nie jestem ekspertem z dziedziny biologii, ale ufam innym ekspertom wÅ‚aÅ›nie z tej dziedziny i uznajÄ™, że sÅ‚usznym jest ograniczanie emisji tych skÅ‚adników powietrza.

 

Czy tylko tlenki azotu w spalinach sÄ… szkodliwe?

Nie, ale sÄ… najbardziej „problematyczne” ze skÅ‚adników spalin w procesach ich oczyszczania. Dodam tylko, że spaliny z silnika benzynowego sÄ… Å‚atwiejsze do kontroli NOx-ów, ale dokÅ‚adniej wyjaÅ›niÄ™ to w dalszej części artykuÅ‚u.

 

SkÄ…d siÄ™ biorÄ… tlenki azotu w spalinach?

Tlenki azotu powstajÄ… przez syntezÄ™ tlenu i azotu z powietrza pod wpÅ‚ywem wysokiej temperatury (1500 stopni Celsjusza i powyżej). PowstajÄ… zarówno przy spalaniu benzyny i oleju napÄ™dowego. Tlen i azot to gÅ‚ówne skÅ‚adniki Å›wieżego powietrza, wystÄ™pujÄ…ce oddzielnie sÄ… nieszkodliwe, jednak w zwiÄ…zku ze sobÄ… stajÄ… siÄ™ szkodliwe, o czym już wspomniaÅ‚em.

W silniku benzynowym wyposażonym w ukÅ‚ad poÅ›redniego wtrysku (MPI i starsze) dąży siÄ™ do utworzenia jednorodnej (homogenicznej) mieszanki paliwowo-powietrznej, gdzie opary paliwa tworzÄ… z powietrzem jeden „gazowy monolit”. Ilość paliwa jest uzależniona od iloÅ›ci powietrza w komorze spalania, a nad iloÅ›ciÄ… powietrza ma siÄ™ kontrolÄ™ najczęściej poprzez sterowanie zaworem zwanym przepustnicÄ…. Ilość paliwa zaÅ› dobierana jest przez ukÅ‚ad sterowania silnikiem tak, by stosunek iloÅ›ci powietrza do paliwa byÅ‚ odpowiedni do zapÅ‚onu mieszanki i tworzÄ…cych siÄ™ spalin, jest to tak zwana mieszanka o wspóÅ‚czynniku lambda równym 1. Czyli idealnÄ… sytuacjÄ… by byÅ‚ stan, w którym caÅ‚y tlen zostaÅ‚by zużyty do spalenia paliwa, a nic by nie zostaÅ‚o do powstania tlenków azotu. Wiemy jednak, że nie żyjemy w Å›wiecie gazów idealnych, a reakcje zachodzÄ… jednoczeÅ›nie i trwajÄ… bardzo krótko. Wystarczy sobie to Å‚atwo przeliczyć – w jednym cylindrze silnika czterosuwowego wystÄ™puje jedno spalanie na dwa obroty silnika, czyli przy prÄ™dkoÅ›ci obrotowej 4000 obr/min w ciÄ…gu minuty wystÄ™puje 2000 spalaÅ„ (a w ciÄ…gu sekundy okoÅ‚o 33).

W silnikach benzynowych wyposażonych we wtrysk bezpoÅ›redni ich gÅ‚ównÄ… zaletÄ… jest celowe tworzenie mieszanki ubogiej przy niskich i Å›rednich obciążeniach silnika. Jest możliwe, a wrÄ™cz pożądane, by paliwa w mieszance byÅ‚o mniej niż w przypadku poprzednio opisanych ukÅ‚adów, ponieważ możliwe jest tu tworzenie mieszanki uwarstwionej, czyli niehomogenicznej. W caÅ‚ej objÄ™toÅ›ci komory spalania nie ma już „monolitu”, a mieszanka różni siÄ™ lokalnie w caÅ‚ej objÄ™toÅ›ci pod wzglÄ™dem wartoÅ›ci wspóÅ‚czynnika lambda. UkÅ‚ad sterowania wtryskiem dobiera tak dawkÄ™ paliwa, by mieszanka o lokalnej lambdzie równej 1 wystÄ…piÅ‚a w momencie i miejscu inicjacji zapÅ‚onu przez Å›wiecÄ™. ZaletÄ… ukÅ‚adu jest mniejsze zużycie paliwa – dobiera siÄ™ przecież mniej paliwa do objÄ™toÅ›ci komory spalania niż przy mieszance homogenicznej. GÅ‚ównÄ… wadÄ… jest natomiast nadmiar tlenu, który w wysokiej temperaturze reaguje wÅ‚aÅ›nie z azotem, tworzÄ…c NOx-y. Sposobem na to jest oczyszczenie spalin z tego szkodliwego zwiÄ…zku, lub rozrzedzenie zawartoÅ›ci tlenu w mieszance paliwowo powietrznej, na przykÅ‚ad spalinami.

W silnikach Diesla nie kontroluje siÄ™ iloÅ›ci dostarczanego powietrza do komory spalania, jedynie siÄ™ jÄ… mierzy przepÅ‚ywomierzem. Dąży siÄ™ naturalnie do tego, by ilość powietrza byÅ‚a jak najwiÄ™ksza, turbosprężarki zwiÄ™kszajÄ…c ciÅ›nienie zwiÄ™kszajÄ… masÄ™ dostarczanego powietrza, a chÅ‚odnice powietrza dolotowego (intercoolery) zmniejszajÄ…c temperaturÄ™ powietrza zwiÄ™kszajÄ… jego gÄ™stość (czyli przy równej objÄ™toÅ›ci – wiÄ™cej masy). Moment obrotowy silnika kontroluje siÄ™ jakoÅ›ciÄ… mieszanki paliwowo-powietrznej, czyli im wiÄ™cej oleju napÄ™dowego siÄ™ doprowadzi do silnika, tym wiÄ™cej silnik dostarcza mocy. Jednak praktycznie niemożliwe jest doprowadzenie do sytuacji, że caÅ‚y tlen z powietrza zostanie użyty do utlenienia paliwa. Wynika to nie tylko z faktu, że paliwa jest na ogóÅ‚ za maÅ‚o, ale również z samego charakteru rozpylenia oleju napÄ™dowego i jego spalania. W silnikach Diesla również stosuje siÄ™ ukÅ‚ady recyrkulacji spalin, by rozrzedzić tlen, którego nadmiar łączy siÄ™ z azotem tworzÄ…c NOx-y. Tlenu dostarczanego do silnika Diesla jest natomiast tyle, że wystarcza go na spalanie paliwa, tworzenie tlenków azotu i jeszcze zostaje jako skÅ‚adnik spalin.

 

Sposoby oczyszczania spalin

Trójdrożny reaktor katalityczny* radzi sobie z redukcjÄ… tlenków azotu, jednak ta technologia, choć bardzo dobrze znana i powszechnie stosowana, nie nadaje siÄ™ do oczyszczania spalin w silnikach Diesla. Jest to spowodowane tym, że:

- z racji, iż w ukÅ‚adzie dolotowym silników Diesla nie ma na ogóÅ‚ przepustnicy, nad przepÅ‚ywem powietrza ma siÄ™ ograniczonÄ… kontrolÄ™. Dlatego wzglÄ™dnie duży przepÅ‚yw powietrza i spalin przez ukÅ‚ad wylotowy (np. na jaÅ‚owych obrotach lub przy hamowaniu silnikiem) intensywnie chÅ‚odzi reaktor katalityczny, którego temperatura pracy wynosi od 450 do nawet 1000 stopni Celsjusza,

- spaliny z silnika o zapÅ‚onie samoczynnym zawierajÄ… w sobie o wiele wiÄ™cej tlenu niż z silnika o zapÅ‚onie iskrowym (jak wyżej wspomniaÅ‚em). A tlen jest bardziej aktywny w reakcjach z jakimkolwiek reduktorem NOx-ów, wiÄ™c ich zastosowanie nie przynosiÅ‚oby efektów w postaci neutralizacji tych zwiÄ…zków do azotu, pary wodnej i dwutlenku wÄ™gla.

StÄ…d moje poprzednie stwierdzenie, że NOx-y w spalinach z silnika benzynowego sÄ… Å‚atwiejsze do uporania siÄ™. A do oczyszczania spalin z silnika Diesla używa siÄ™ obecnie dwóch innych technologii – LNT i SCR.

PuÅ‚apki tlenków azotu – Lean NOx Trap (LNT) – jest to element ukÅ‚adu wylotowego zawierajÄ…cy w swojej konstrukcji pÅ‚aszcz zeolitowy. Zeolity to grupa mineraÅ‚ów, które Å›wietnie pochÅ‚aniajÄ… tlenki azotu, jak i inne substancje. Użycie LNT wiąże siÄ™ z dwoma gÅ‚ównymi problemami:

- mają ograniczoną pojemność, dlatego by długo służyły muszą być poddawane okresowej regeneracji (zazwyczaj oznacza to podgrzanie do określonej temperatury), a po każdej z nich LNT ma obniżoną skuteczność,

- LNT Å‚atwiej absorbuje tlenki siarki, dlatego ważnym jest tankowanie oleju napÄ™dowego dobrej jakoÅ›ci. Tlenków siarki ponadto trudniej siÄ™ pozbyć z pÅ‚aszcza zeolitowego.

DrugÄ… z technologii jest selektywna redukcja katalityczna (Selective Catalyst Reduction – SCR). Polega na redukcji NOx-ów przy użyciu amoniaku. Amoniak w reaktorze powstaje wskutek rozkÅ‚adu mocznika, którego roztwór jest doprowadzany do reaktora z dodatkowego zbiornika pÅ‚ynu szerzej znanego jako AdBlue®. AdBlue® to 32,5% wodny roztwór mocznika - (CO(NH2)2), czyli również zwiÄ…zku azotu, który jest skÅ‚adnikiem chociażby naszej krwi. Problemem w tym ukÅ‚adzie jest wÅ‚aÅ›nie ten pÅ‚yn, którego napeÅ‚nianie może być problematyczne dla wÅ‚aÅ›cicieli aut z tym ukÅ‚adem. Jest jednak bardzo skuteczny i prócz napeÅ‚niania zbiornika nie wymaga regeneracji. Reaktor SCR, w którym zachodzi redukcja NOx-ów wystÄ™puje w parze z reaktorem ASC (Ammonia Slip Catalyst) rozkÅ‚adajÄ…cym amoniak, który również jest substancjÄ… toksycznÄ….

Zużycie AdBlue® uzależnione jest od chwilowej emisji NOx-ów, a ta zależy od stylu jazdy. NajwiÄ™cej tlenków azotu wydziela siÄ™ podczas jazdy na niskich obrotach przy dużym obciążeniu, czyli na zbyt wysokim biegu. Może siÄ™ wiÄ™c wydawać, że silnik Diesla traci tu jednÄ… ze swoich najważniejszych zalet, czyli wysoki moment obrotowy przy niższej prÄ™dkoÅ›ci obrotowej. Producenci pojazdów ksztaÅ‚tujÄ… wiÄ™c krzywe momentu obrotowego tak, by znaleźć kompromis miÄ™dzy zużyciem AdBlue® a osiÄ…gami pojazdu.

 

Innym sposobem na wyeliminowanie emisji tlenków azotu z transportu jest wyeliminowanie silników spalinowych z transportu. Ale to już zupeÅ‚nie inna historia...

 

* Bardziej wÅ‚aÅ›ciwym polskim terminem na trójdrożny reaktor katalityczny, który utarÅ‚ siÄ™ w polskiej literaturze fachowej, byÅ‚by „trójfunkcyjny”, ale w angielskim ten termin to „three-way catalytic converter, TWC”, a „way” to przecież „droga” lub „sposób”). Przymiotnik „trójdrożny” w nazwie bierze siÄ™ stÄ…d, że nastÄ™puje w reaktorze neutralizacja trzech rodzajów zwiÄ…zków – CO, NOx i HC.

 

Maciej Sidorowicz

geniuszzwyksztalcenia.blogspot.com

Zaloguj się aby dodać komentarz

Podobne artykuły

« Nowoczesne oprogramowanie dla sprzedaży detalicznej z urzÄ…dzeniami fiskalnymiPo co nam w samochodach psujÄ…ce siÄ™ rzeczy? »

Podziel się ze znajomymi tym artykułem - udostępnij na FB lub wyślij e-maila korzystając z poniższych opcji:

Oferty pracy dla inżynierów
Oferty pracy dla inżynierów

Automatyk – programista PLC

ANIRO Engineering Sp. z o.o.
GDAŃSK, pomorskie
7 000,00 - 10 000,00 + system premiowy

Civil Project Manager

Wild Goose Enviro Ltd
Irlandia, Galway, dowolny Region
Competitive Salary

Inżynier Budowy

KARMAR SA
Nysa, dolnośląskie

Inżynier Automatyk

Eberspächer Climate Control Systems Sp. z o.o.
Godzikowice (pow. oławski),, dolnośląskie

Homologations and Type Approval Engineer (Automotive)

ZF Group
Częstochowa, śląskie

Global Process Expert

ZF Group
Częstochowa, śląskie

wszystkie oferty
PracaTechniczna.pl

Strefainzyniera.pl - rynek, praca, rozwój - wszystko co ważne dla inżynierów

  • Dla pracodawcy
  • ArtykuÅ‚y
  • Praca
  • Publikacje
  • Popularne stanowiska
  • Offer in English
  • Regulamin
  • Regulamin dla klientów
  • Polityka prywatnoÅ›ci
  • Polityka cookies
  • Kontakt

© 2011 - 2021 NetPortal

Mapa strony Letnisko blisko