Emise motoru: Principy fungování a snižování

Dlouhou dobu nemohly vozy se vznětovým motorem jezdit po silnicích větších měst. Mělo se tak zabránit rostoucímu znečištění ovzduší. V současné době jsou však vozidla s dieselovým motorem tak „čistá“, že zákaz přestal platit. Zapříčinilo to především použití filtrů pevných částic a moderní technologie pomáhající při studeném startu.

Základní principy vznětových motorů

Stejně jako benzínové motory, tak i naftové spalují směs paliva a vzduchu - ovšem s jedním podstatným rozdílem: naftové motory nevyžadují jiskru k zapálení směsi, jako je to u benzinových motorů, které používají zapalovací svíčky k vytvoření jiskry. Proto se vznětové motory někdy také označují jako motory se samozápaly. Nasávaný vzduch je stlačován ve válci, kdy kompresní poměr může být až 25:1. Díky stlačení se nasávaný vzduch zahřeje na teplotu mezi 700 a 900 °C.

Role žhavicích svíček

V chladném období musí dieselový motor při startu čelit obtížným podmínkám. Při studeném startu je nasávaný vzduch obzvláště studený, podobně jako písty a válce, které navíc odebírají energii ze směsi paliva a vzduchu. Proto při teplotách blížících se nule a nižších, je velmi pravděpodobné, že stlačení nasávaného vzduchu nevytvoří teplotu potřebnou ke vznícení. Žhavící svíčky mají za úkol zabránit tomuto jevu. V závislosti na provedení jsou opatřeny kovovou nebo keramickou žhavící tyčinkou, která zasahuje do spalovací komory. Tímto způsobem se spalovací komora ohřeje předtím, než se vytvoří směs paliva a vzduchu.

Moderní žhavící svíčky dosáhnou své pracovní teploty během několika sekund, což znamená, že startování vznětového motoru připomíná benzinový motor. Mimo to, životní prostředí také těží z výhod moderních žhavících svíček. Minimalizují škodlivé emise a výrazně snižují kouřivost. To se děje nejen při startování studeného motoru, ale žhavení pokračuje do momentu, dokud se nedosáhne optimální teploty a nezajistí bezproblémové a bezpečné samovznícení. Navíc žhavící svíčky výrazně přispívají ke snižování emisí pevných částic. I když moderní vozy poháněné dieselovým motorem používají filtry pevných částic, nejnovější technologie žhavících svíček jim pomáhá dosáhnout nejvyšší účinnosti.

Proto je stále více motorů vybaveno žhavícími svíčkami, které jsou kromě předžhavení a dožhavení schopny žhavit přerušovaně. Představuje to obrovskou pomoc v momentě, když u motoru se zavřenou škrtící klapkou dojde k ochlazení filtru pevných částic - například při jízdě z kopce. V opačném případě se emise výrazně zvýší, když auto dojede dolů.

Čtěte také: Vše o emisních normách

Přísné emisní limity

„V posledních letech jsou požadavky norem EURO pro benzinové a naftové motory stále přísnější,“ říká Damien Germès, Senior víceprezident společnosti NGK Spark Plug Europe. „Zvláště v případě vznětových motorů musí emise splňovat velmi přísné limity. To vedlo k vývoji a realizaci velmi důležitých inovací v technologii žhavících svíček, včetně žhavících svíček NGK typu NHTC a žhavících svíček s plně keramickým topným tělesem. Kromě toho žhavící svíčky NHTC umožňují sekundární žhavení po dobu 10 minut od spuštění motoru. - Díky použití žhavících svíček probíhá spalování rovnoměrněji a je úplné.

Vstřikování benzínu a systémy řízení emisí

Vstřikování benzínu, funkce, druhy, činnost. Snižování obsahu emisí ve výfukových plynech vznětových motorů nesilničních vozidel. a používají místo karburátorů vstřikovací systémy. stavu, zatížení motoru apod. snížení používáním katalyzátoru výfukových plynů. velikosti a průběhu točivého momentu. (Central Fuel Injection), např. Injection), např.

Druhy vstřikování benzínu:

• Nepřímé vstřikování jednobodové - SPI
• Nepřímé vícebodové vstřikování - MPI

Existují různé typy vstřikování benzínu: mechanicko-hydraulické, např. mechanicko-hydraulicko-elektronické, např. elektronické vstřikování benzinu začíná od typů např. jsou vytvořeny dvě skupiny, např. první pro 1. a 3.válec, druhá pro 4. a 2. Časový odstup je také 1 otáčka klikového hřídele.

U sekvenčního vstřikování vstřikovací ventily vstřikují jednotlivě po sobě v pořadí zapalování, bezprostředně před začátkem sání, celou dávku paliva najednou, nebo u modernějších systémů rozdělenou až na 3 dávky. Zlepšuje se tím rovnoměrná příprava zápalné směsi, která je pro všechny válce stejná, a také se zlepšuje vnitřní chlazení motoru. Sekvenční vstřikování je ze všech tří uvedených způsobů technicky nejsložitější, ale z hlediska rovnoměrnosti chodu motoru, výkonu, spotřeby a emisí nejdokonalejší. Vyrábí se i v současnosti.

Palivo je vstřikováno v přesně odměřeném množství, které je ve správném poměru s množstvím (hmotností) nasávaného vzduchu. Vstřikovací tlak dodávaný obvykle křídlovým čerpadlem z nádrže je regulován tak, aby tlakový rozdíl mezi tlakem vzduchu v sacím potrubí a tlakem paliva byl vždy stejný - konstantní. U nepřímého vstřikování bývá tlak paliva větší o 0,4 MPa. Množství vstřikovaného paliva je potom závislé pouze na celkové době otevření vstřikovacího ventilu.

Čtěte také: Více o pamětních emisích

U novějších systémů se měří hmotnostní množství nasávaného vzduchu na principu ochlazování měřícího prvku snímače s vyhřívanou vrstvou (filmem). Měřící prvek je elektricky ohříván tak, aby byl udržován stálý teplotní rozdíl (např.160°C) mezi vyhřívanou vrstvou a nasávaným vzduchem. Z regulačního elektrického napětí zpracovává elektronika měřiče vzduchu signál pro elektronickou řídicí jednotku (ECU), odpovídající hmotnostnímu množství vzduchu. Další snímače, které mají vliv na regulaci vstřikování, propojeného se systémem řízení zapalování, jsou zřejmé z obr.

Bosch Motronic

Motronic je sdružený (tj. integrovaný) systém elektronického řízení vstřikování benzinu a zapalování. Oba systémy tj. vstřikování paliva a zapalování jsou řízeny jednou společnou elektronickou řídicí jednotkou (ECU). To umožňuje využití signálů dodávaných snímači pro oba systémy, což vede k celkovému zjednodušení a zvýšení spolehlivosti. Snímači zjištěné skutečné hodnoty veličin se porovnávají s uloženými hodnotami a zjistí tak okamžitý provozní stav motoru. Podle naprogramovaných charakteristik v paměti mikropočítače jsou vysílány elektrické signály pro ovládání vstřikovacích ventilů, zapalování a ostatních akčních členů. Ty jsou ovládány prostřednictvím elektronických výkonových koncových stupňů elektronické řídicí jednotky (tranzistorů, tyristorů apod.). Např. při ovládání vstřikovacích ventilů se vyhodnocují korekční signály jako např. teplota motoru, teplota nasávaného vzduchu, poloha škrticí klapky, signál kyslíkové sondy λ aj. Podobně při ovládání zapalování, se porovnávají změřené veličiny od snímačů s polem naprogramovaných charakteristik. Pro určení okamžiku zážehu jsou nejdůležitější údaje o počtu otáček a zatížení.

Datovou sběrnicí CAN se dále spolu propojují různé systémy vozidla jako protiblokovací systém (ABS), protiprokluzový systém (ASR), regulátor dynamiky jízdy při zatáčení (FDR), elektronický stabilizační systém (ESP) apod. Pro tato systémová propojení již nemůže být škrticí klapka přímo mechanicky ovládaná. Spojení je pouze elektrickými vodiči (Drive by wire.) Polohu škrticí klapky v tom případě nastavuje krokový elektromotor podle pokynů řídicí jednotky, která vyhodnocuje signál snímače polohy plynového pedálu a další korekční signály.

Podstatné systémové chyby se ukládají do chybové paměti elektronické řídicí jednotky (ECU). Mohou být přečteny pomocí servisních diagnostických přístrojů - testerů. Pomocí diagnostiky akčních členů lze provést test jejich funkčnosti, např. vstřikovacích ventilů, čerpadla paliva apod. Chyby podstatné pro zvýšení emisí, jsou průběžně stále kontrolovány prostřednictvím palubní diagnostiky OBD. Např. při špatné funkci katalyzátoru se musí na palubní desce rozsvítit příslušná kontrolní žárovka.

Systémy nepřímého vstřikování paliva u zážehových motorů prošly složitým vývojem, hlavně na konci 20. století. Díky exponenciálnímu tempu vývoje integrovaných elektronických obvodů (Moorův zákon, viz T1) je zákonité předpokládat u novějších systémů mnohonásobně vyšší využívání elektroniky.

Čtěte také: CIM Ministerstvo Emise: Vysvětlení

Přímé vstřikování benzínu

Přímé vstřikování benzínu (FSI) - od r. výroby ve voze Lupo FSI 1,4. V r. TFSI (Turbo Fuel Stratified Injection) - přeplňované zážehové motory s přímým vstřikem paliva - od r. 2006 AUIDI 1,8 TFSI. MPI + FSI. Při částečném zatížení je ve funkci nepřímé vstřikování MPI a ve výkonnostním režimu přímé vstřikování FSI.

Pro ilustraci je vhodné uvést alespoň jejich firemní označení: IDE - Renault, r. 1999; HPI - Peugeot/Citroën, r. 2000; JTS - Alfa Romeo, r. 2002; CGI - Mercedes Benz, r. 2002; SCC - Saab, r. 2005.

Přímé vstřikování benzinu vyžaduje použití vysokotlakého vstřikovacího čerpadla tj. (200 barů). FSI mívá vstřik rozdělen na dva až tři vstřiky v jednom cyklu. Při plném zatížení a tvorbě homogenní směsi je to během sání. Při částečném zatížení je malé množství paliva vstřikováno až těsně před zážehem do tvarové prohlubně dna pístu, aby se vytvořil obláček správně složené směsi u zapalovací svíčky. Zbytek spalovacího prostoru může být vyplněn chudou směsí, popř.

Pro snížení tvorby oxidů dusíku při spalování vrstvené chudé směsi se používá především recirkulace až 40 % výfukových plynů. Pro splnění vyšších požadavků na omezení emisí je nutné např. použití dvou katalyzátorů. ze zásobníkového katalyzátoru. regeneraci řídí elektronická řídicí jednotka podle úrovně zanesení zásobníkového NOx katalyzátoru. Zanesení se projeví zvýšením teploty výfukových plynů. Tyto motory mají také vyšší požadavky na kvalitu benzinu, tj.

Katalyzátory

Katalyzátory motorových vozidel jsou zařízení na snižování obsahu emisí ve výfukových plynech. hmotnostní množství produkovaných výfukových plynů (asi 0,8 % CO, 0,1 % NOx, 0,1 % HC). 94 až 98 %.

Keramické nosiče (monolity) jsou keramická tělesa, která jsou protažena tisíci drobnými kanály. Těmi proudí výfukové plyny. Keramika je složena ze silikátu magnézia a aluminia (hořčíku a hliníku), který je velmi odolný proti vysokým teplotám. Monolit, který velmi citlivě reaguje na mechanické namáhání, je upevněn v plechovém tělese. Mezi plechovým obalem a vlastním tělesem se nachází elastická kovová vložka z vysoce legovaných ocelových drátů (průměr drátu je cca 0,25 mm). Tato vložka musí být tak elastická, aby se zachytily a utlumily všechny vlivy nepříznivě působící na křehký monolit katalyzátoru.

Kovové nosiče (monolity) byly doposud využívány poměrně málo. Jsou montovány nejblíže motoru jako předřazené před hlavním katalyzátorem, protože se po startu motoru rychle zahřejí na pracovní teplotu. Keramické i kovové monolity jsou potaženy nosnou vrstvou z oxidu hliníku, která zvětšuje účinnou plochu katalyzátoru asi 7000krát. (Plocha dvou fotbalových hřišť).

Platina urychluje oxidaci uhlovodíků a oxidu uhelnatého, rhodium redukci oxidů dusíku. Obsah ušlechtilých kovů obsažený v jednom katalyzátoru činí cca 2 až 3 g. Použití katalyzátorů vyžaduje použití bezolovnatého benzinu, protože olovo ničí katalytický účinek ušlechtilých kovů.

Účinek katalyzátoru se vysvětluje tím, že se na povrchu katalyticky aktivních kovů hromadí reagující látky, umožní se tak jejich vzájemný styk a následné chemické reakce. Malé množství katalyzátoru může způsobovat reakci velkého počtu molekul. Některé katalyzátory chemické reakce urychlují (tzv.

Lambda sonda

Optimální, tedy stechiometrické složení směsi (14,8 kg vzduchu na 1 kg benzinu) je charakterizováno koeficientem λ = 1,0. Pouze při tomto koeficientu pracuje katalyzátor s vysokým stupněm účinnosti. Již při odchylce pouze jediného procenta značně klesá účinnost katalyzátoru. Sonda λ je jako měřící čidlo umístěna ve výfuku před katalyzátorem. (Popř. další druhá λ sonda je umístěná za katalyzátorem nebo katalyzátory). Podle obsahu zbytkového kyslíku ve výfukových plynech předává sonda odpovídající napěťový signál regulačnímu členu v řídící jednotce. Napěťová regulace lambda sondou je skoková. Při l = 1 je napěťový signál sondy na úrovni 0,1V. Při dosažení l = 0,99 skočí na 0,8V.

Optimální pracovní teplota třícestného katalyzátoru je 400 až 800°C. Při teplotě nad 800°C se velmi zkracuje životnost katalyzátoru. Při teplotě nad 1000°C již dochází k trvalému tepelnému poškození. K němu může dojít také při nadměrné spotřebě oleje způsobené větší vůlí v drážkách pístních kroužků nebo poškozeným těsněním dříků ventilů apod. K úplné destrukci katalyzátoru (jeho roztržení explozí) může dojít při vynechávání zapalování a např. při roztahování vozidla, kdy není k dispozici potřebné elektrické napětí pro regulaci vstřikování paliva. Při běžném provozu se předpokládá životnost katalyzátoru včetně lambda sondy min. 150 000 km.

Další možností snižování obsahu škodlivin mimo již zmíněné recirkulace spalin je především dodatečné vhánění vzduchu elektricky poháněným ventilátorem. a jeho ohřevu, tj. dokud katalyzátor ještě nemůže být funkční. umístěn dále ve výfukovém potrubí, což prodlužuje jeho životnost.

Zásobníkové katalyzátory na likvidaci NOx, označované např. DNOx, DeNOx, NSC, používané u motorů s přímým vstřikem benzinu, mají mimo platinových kovů ještě speciální přísady (oxidy draslíku, vápníku, stroncia, zirkonu, lanthanu, barya). U nich katalytické reakce mohou probíhat jenom, jenom když je teplota katalyzátoru vyšší než 250 °C. Optimální pracovní teplota zásobníkového katalyzátoru je v rozmezí 300 až 400 °C. Proto je také umístěn dále od motoru a za třícestným katalyzátorem. Regenerace DNOx je popsaná u obr.

Emise u vznětových motorů

Vznětové motory produkují malé množství škodlivých emisí (obr. 23). Mezi nejškodlivější emisní částice vznětových motorů patří oxidy dusíku NOx a pevné částice označované jako PM (particulate matter), které převážně tvoří saze.(75% uhlík, zbytek popel a absorbované HC. Za vysokých teplot ve spalovacím prostoru (1900 - 2000°C), vznikají oxidací vzdušného dusíku oxidy dusíku (NOx). Po delší době v atmosféře země se z poměrně neškodného oxidu dusného další oxidací vytvoří oxid dusičitý. Při vdechování se z něj tvoří na stěnách sliznice kyselina dusičná HNO3. Ta již způsobuje pocit dušení a nucení ke kašli. Množství emisí PM souvisí zejména s kvalitou rozprášení paliva a jeho smísení se vzduchem při jeho vstřikování do válce. Pro dosažení nejvyšší kvality je palivo u moderních motorů vstřikováno pod velmi vysokým tlakem 180 až 220 MPa. Při vdechování např.

Pro zajištění postupného omezování škodlivin jsou stanoveny emisní normy, které musí splňovat motory uváděné v období platnosti dané normy na trh. Emisní normy se liší podle oblasti platnosti (např. Evropa, USA). v závislosti hmotnosti škodliviny na ujeté vzdálenosti. Limity se vztahují na vozidla nově uváděná na trh. postupně se zpřísňujících verzích - od r. 1992 Euro I. v platnost Euro VI.

Přehled limitů emisních norem EURO

Následující tabulka shrnuje limity jednotlivých emisních norem EURO:

Emisní normy pro nesilniční vozidla v Evropě se označují: Stage I; Stage II; Stage III; Stage IV → od r.

Emisní limity Stage IV

Následující tabulka ukazuje emisní limity Stage IV:

Příklady nejčastěji používaných technických řešení snižování emisí u vznětových motorů nesilničních vozidel. Do úrovně Euro 3/III, Stage II bylo reálné splnit emisní normy pouze konstrukčními úpravami motoru.

Oxidační katalyzátor DOC (1) přeměňuje pomocí oxidace (tj. Filtr pevných částic DPF zachycuje saze a ostatní pevné částice. při plném zatížení motoru a zvýšení teploty výfukových plynů na 400 - 550°C. Zobrazený výfukový samočisticí filtr neřeší snižování oxidů dusíku NOx. Posune-li se vstřik paliva blíže horní úvrati, tvorba NOx se sníží. méně dokonalého spalování. DPF a při regeneraci spáleny.

částic DPF a oxidačním katalyzátorem DOC. Aktivní regenerace trvá 30-45 minut (při teplotě ≤ 700 °C). Obvyklá frekvence regenerací je cca 12 hodin. se automaticky po předchozích upozorněních obsluhy zastaví. ACEA C 1 až C4, tj. Recirkulací se snižuje obsah volného kyslíku ve válci a ochlazené výfukové plyny ještě více sníží maximální teplotu spalování.

SCR neboli selektivní katalytická redukce plynech. Při činnosti keramického SCR katalyzátoru je samočinně do výfukového potrubí před SCR katalyzátor vstřikována kapalina AdBlue. oxidační katalyzátor DOC. Bod tuhnutí má -11 °C. V nádržce je elektricky ohřívána. stavu, systém snižování emisí nefunguje. Tankuje se z nádrže s modře označeným víčkem a hrdlem. stanic běžně dostupná. Dodává se také v 10 - 18 litrových kanystrech. Nesmí dojít k záměně s naftou!!! Cena AdBlue je mnohem nižší než cena nafty. rozdíl od recirkulačních systémů EGR, CEGR. jsou značné prostorové nároky.

Kombinace systémů CEGR + DPF + SCR - fy Deutz. Výhodou systémů CEGR + DPF je menší prostorová náročnost ve srovnání se SCR. Nepotřebují také další provozní kapalinu (AdBlue). Mají ale vyšší nároky na výkonnost elektronické řídicí jednotky motoru (ECU). Nevýhodou je určité zvýšení spotřeby paliva. Důvodem je značný odpor pro proudění výfukových plynů filtrem DPF a palivo spotřebované při regeneraci filtru DPF. Určitým omezení je rovněž proces regenerace, kdy po každých 10 - 12 h chodu motoru nesmí obsluha během 30-45 min zastavit motor. Odklad regenerace je sice možný, ale jen o 3 h. Životnost filtru DPF je omezena na cca 5000 mh a náklady na jeho renovaci se u velkých motorů pohybují okolo 1000 €, což zvyšuje náklady o cca 5Kč/mh.

tags: #emise #motoru #principy #fungování

Oblíbené příspěvky:

• Pravidla pro spaní v přírodě v Roháčích
• Obnovitelná energie z malých vodních elektráren
• Jak vybrat správný odpadkový koš?
• Praktické stojany na odpadkové pytle
• Informace o Drnovém potoce