Technologie pro snižování zadních výfukových emisí

Není jednoduché v dnešní době říct, co a jak vychází z výfuku motorů. Záleží to na neskutečném množství věcí - od typu motoru přes dodatečné úpravy emisí až třeba po okamžitou relativní vlhkost vzduchu. Malé vs. velké? Jsou emise vaší noční můrou?

Emise - co vlastně z toho výfuku vypadává?

Z motoru výfukovými ventily odchází směs paliva a vzduchu, ve které ještě stále dochází k reakcím. Je to extrémně složitý chemismus, při němž přichází ke slovu nejen klasická chemická rovnice H2 + O2 = 2H2O, ale do všeho ještě mluví vysoká teplota a navíc i dynamika plynů.

Věřte, že tohle by nebyl dobře se čtoucí díl o spalovacích motorech a tom, co se uvnitř děje. Nechme to stranou a protáhněme výfukové potrubí do dostatečné délky tak, aby dokázaly všechny chemické děje proběhnout, nenechávejme tohle všechno prohnat EGR ventilem, protlačit katalyzátorem, smáčet močovinou a strčme sondu do výfuku. Ten je díky své délce už dostatečně chladný, aby termické reakce neměly na chemické děje žádný vliv. Ovšem ještě musíme ale celou tuto část rozdělit na dvě samostatné kapitoly, protože zážehové a vznětové motory mají zcela rozdílnou regulaci vstupů a tedy i rozdílné výsledky.

Zážehové motory

Základní informací budiž vždy graf, kde na ose x je přebytek vzduchu a na ose y hodnoty emisí v ppm. Prohlédněte si graf a zjistíte, že tu máme velký problém v tom, že musíme vyvážit hned několik různých jedovatých plynů, které mají maxima / minima přesně v místě, kde ostatní mají minima / maxima.

Takže se vraťme k předpokladu, že ʎ=1, pro spalovací soustrojí řekněme ideální teoretický přebytek vzduchu, kdy se spálí všechno palivo (promiňte, minule jsme si řekli, že to čistá jednička není, ale tohle je pouze pro ukázku). Z grafu takzvané regulační charakteristiky vidíme, že oblasti námi vyžadovaného přebytku vzduchu se dostáváme k nejnižším hodnotám oxidu uhelnatého (CO), u nespálených uhlovodíků jsme sice na sestupující křivce, ale pořád to není ono, zato jsme na vrcholu oxidů dusíku (NOx).

Čtěte také: Emise a lambda sonda

Pohyb jakýmkoli směrem je stále cestou do ekologického zatracení. Když přidáme palivo při akceleraci, tak máme příliš bohatou směs s briketami CO. Když zase vytvoříme chudou směs, u které se nedostatečným odparem (tedy odebráním skupenského tepla) dostatečně neochladí spalovací prostor, tak teploty spalování vystřelí nahoru NOx. Čím chudší směs, tím se zdá, že emise jsou víc zkrocené, jenže to máme zase problémy s chodem motoru a udržením plamene.

Vznětové motory

Naftový motor je regulován ne kvantitativně jako benzínový (chceme větší výkon, nacpeme tam víc paliva), ale kvalitativně (se zatížením se mění lambda). A tak i náš graf je jiný. Sice na první pohled vypadá stejně, ale osa x (tedy lambda) znamená, že čím vyšší lambda, tím menší zatížení motoru. Zde se dozvídáme, že produkce nespálených uhlovodíků a oxidu uhelnatého relativně zvládnutou emisí, protože mají dostatek vzduchu při spalování (pracují vždy s přebytkem vzduchu). Hlavním problémem jsou tak produkce pevných částic (PM) a oxidů dusíku (NOx).

Jenže to také není stejné v celém rozsahu zatížení. Labyrint emisních záhad pak ještě vynásobte takovými proměnnými, jako je předstih zážehu (u zážehových motorů) nebo počátek vstřiku (u zážehových i vznětových motorů). Například při zdvojnásobení předstihu zážehu (třeba ze 20° na 30°) a ʎ=1 se zdvojnásobí i emise NOx, ovšem zase výrazně klesá specifická spotřeba paliva.

Tenhle problém se tak musí řešit jinak. Jak všichni víte, řeší se právě dalšími redukčními činiteli, které se ve výfukovém potrubí snaží emise pořádně vyčistit, spálit, deaktivovat, zachytit. A pak najednou tu máme tabulky emisních limitů a v nich se vyskytuje CO2, o kterém jsme se tady vůbec nebavili, protože se jedná vlastně o produkt dokonalého spalování. Jenže kde v motoru najdeme dokonalé spalování? Navíc CO2 je vlastně nejedovatý plyn… Tak jak to s tím vlastně je?

Radši se příště podíváme na všechny ty látky podrobně a dřív než si začneme povídat něco o redukci emisí, pořádně si je jednu po druhé nasvítíme.

Čtěte také: Emise a bezaromatická nafta

Pozor - emise nejsou imise!

Bohužel se stále objevují články a televizní příspěvky, kdy se politici, komentátoři a skoro odborníci předhánějí v tom, jak budou hlasitě objevovat děsivé účinky emisí ve vzduchu na lidské tělo a nabádat světové orgány, aby zakročili proti imisím produkovanými automobily.

Pojďme si srovnat názvosloví. EMISE je konečný produkt spalování, který vychází z výfuku. Jde o výsledek chemických reakcí, které v našich potřebách již prošly hmotově-bilanční nebo reakčně-kinetickými posttermickými přeměnami. Srozumitelně - to je to, co vychází z výfuku. IMISE pak jsou emise, které se dostaly do ovzduší, zde se spojily s kapkami deště, prošly dalšími reakcemi slunečním zářením, statickou elektřinou, zareagovaly s dalšími chemickými částečkami a dostaly se do životního prostředí (půdy, vody, vzduchu i člověka). Imise se tedy nerovnají emisím.

Technologická zlepšení pro snižování emisí

Zásadní technologické zlepšení přišlo ze Švýcarska, kde vznětové (naftové) motory stavebních strojů v tunelech začaly být osazovány filtry částic. Technologie se osvědčila a již přes deset let je montována na všechny nákladní automobily a autobusy v USA a poslední dobou též v EU.

Filtry vypadají jako tlumič výfuku a také tuto roli zastávají lépe než klasické tlumiče, jejich hlavní role je ale zachycování částic, které motor vyprodukuje. Uvnitř je porézní keramické těleso s mnoha kanálky, které jsou otevřeny buď směrem ke vstupní nebo výstupní straně. Výfukové plyny vtékající vstupními kanálky procházejí porézními stěnami do sousedních kanálků, kterými odtékají. Částice se přitom zachytávají v houbovité přepážce.

Protože částice jsou převážně uhlík (často nazývaný „saze”), odstraňují se tím, že se pravidelně při vyšší teplotě spálí. Vyšších teplot je dosaženo vstřikováním paliva, které hoří ve výfuku, případně dnes již málo používaným elektrickým vyhříváním, u některých typů je teplota hoření sazí snížena o několik set stupňů katalyzátorem naneseným na povrchu kanálků nebo přidávaným do paliva.

Čtěte také: Znečištění ovzduší výfukovými plyny

Relativně malé množství nespalitelných zbytků ve filtru zůstává, dříve bylo nutné každoročně filtr čistit, nyní se od této praxe upouští a požaduje se použití paliva i oleje s nízkým obsahem popele. Pro dočasné instalace, například kamion zajíždějící do skladiště, se používají jednorázové papírové filtry.

Za normálních okolností filtr vydrží tak dlouho jako motor. Problémy nastávají v případě, že do filtru přichází příliš mnoho částic - zpravidla z důvody závady na motoru, nadměrného opotřebení, nebo neodborného zásahu. Tím bývá často snaha přenastavit motor na vyšší výkon tím, že se do motoru přivede více paliva, aniž by bylo zároveň zajištěno, že se odpovídajícím způsobem zvýší množství vzduchu, aby toto palivo navíc mohlo shořet.

Problém také nastává v případě, kdy ve filtru se nahromadilo příliš popele, často z důvodu nadměrné spotřeby oleje, nesprávného druhu oleje, či vysokého obsahu minerálů v palivu. Biopaliva, jsou-li palivové kvality, zejména mají-li velmi nízký obsah draslíku, sodíku, fosforu a dalších látek, pro filtry zpravidla nepředstavují problém, naopak, částic je méně, a jsou reaktivnější a spalují se při nižších teplotách.

Oxidy dusíku lze relativně snadno likvidovat v třícestném katalyzátoru pomocí nějakého hořlavého plynu (vodík, uhlovodíky, oxid uhelnatý) s přítomností pouze malého množství kyslíku, po několik desetiletí se tak děje u benzinových motorů. U naftových motorů, které vždy pracují s relativně velkým přebytkem vzduchu, je nutné použít selektivní redukční katalyzátor (SCR). Nejčastěji se jako redukční činidlo používá amoniak, který je ovšem riziková látka, proto se tvoří až ve výfukovém potrubí rozkladem močoviny.

Močovina se skladuje rozpuštěná ve vodě při koncentraci 30-31 %, při které je bod tuhnutí nejnižší. V USA se ustálilo obecné označení „diesel exhaust fluid” (DEF), v EU obchodní označení „AdBlue”. Je-li dosaženo dostatečné teploty výfukových plynů, řídící jednotka vypočte (či odhadne) množství NOx produkované motorem a poměrně složitým způsobem vypočte (či odhadne) požadované množství AdBlue, které je potřeba nadávkovat speciálním vstřikovačem do výfukového potrubí před SCR katalyzátor.

Mnohé motory snímačem, který vypadá jako snímač kyslíku u benzinových motorů, měří koncentrace NOx na vstupu do SCR, a případně též koncentrace NOx za SCR, čímž se výpočet citelně zpřesňuje. Dalšími způsoby snižování NOx jsou zpoždění spalování zpožděním časování vstřikování paliva u naftových motorů, recirkulace výfukových plynů, a zásobníkové katalyzátory, které dočasně ukládají NOx a pomocí paliva je pravidelně redukují. Ty jsou však využívány prakticky výhradně u osobních automobilů.

Zatímco všechny uvedené způsoby u naftových motorů spíše zvyšují spotřebu paliva, SCR katalyzátory umožňují naopak motor naladit tak, že spotřeba paliva a emise částic jsou spíše nižší, protože o takovýmto nastavením výrazně zvýšené emise NOx se postará SCR. Spotřeba AdBlue je několik procent spotřeby paliva, a nedoplňujeme-li AdBlue ze „značkových” lahviček prodávaných některými výrobci automobilů, ale na čerpací stanici, kde je cena kolem osmi korun za litr, náklady na AdBlue jsou okolo jednoho procenta nákladů na palivo - tedy výrazně nižší než úspora paliva, kterou SCR katalyzátory umožňují.

Protože ve městech se pohybuje poměrně velké množství stavebních a různých dalších pojízdných strojů, byly zpřísněny emisní normy i pro nesilniční motory - tedy takové, které pohánějí mimo jiné zemědělské, lesnické a stavební stroje, říční plavidla a lokomotivy. U naftových motorů Euro Stage IV tedy můžeme nalézt, v různých obměnách, místo tlumiče výfuku oxidační katalyzátor a filtr částic, a obdobně velký SCR katalyzátor. Před filtrem částic může být vstřikovač paliva nebo hořák, který zvyšuje teploty výfukových plynů, a před SCR katalyzátorem vstřikovač AdBlue.

Filtr částic bývá osazen snímačem tlakové ztráty na filtru a teploty výfukových plynů, před a/nebo za SCR katalyzátorem pak může být snímač NOx. Alespoň nějaký pokrok lze očekávat i u dosud opomíjených malých benzinových motorů - lepší spalování, vstřikování paliva i oleje, ekologičtější paliva - nicméně osadit například motorovou pilu elektronickým vstřikováním paliva, snímačem kyslíku a třícestným katalyzátorem, by bylo, pokud vůbec technicky proveditelné, velmi nákladné.

Je možné, že emise na vzdáleném venkově na poli nikomu příliš nevadí, ale v areálu zemědělského podniku, v průmyslových areálech, a zvláště pak v halách a dalších vnitřních prostorech a ve městech již své škody napáchat mohou. Katalyzátory a filtry částic jsou výrazně levnější než náklady na léčbu a další škody na zdraví, a ve většině případů výrazně levnější než jakákoli jiná alternativa.

Když na to přijde, do práce může většina z nás jezdit na kole či chodit pěšky, ale saně na svážení dřeva, trakaře na přepravu pytlů obilí, a ruchadlo či pluh (voli k jehož tažení u nás ubývají) bych raději nechal na půdě. Máme sice elektrické pohony a možná právě v době žní má místní fotovoltaická elektrárna přebytky, ale zatímco na elektrokola jsme si zvykli, vozit na orbu několik tun akumulátorů místo každé stovky litrů nafty je záležitost drahá a obtížná.

Částice jsou převážně uhlíkaté a vznikají nedokonalým spalováním paliva a mazacího oleje, v menší míře jsou tvořeny popelem (nespalitelnou částí paliva a oleje) a otěrovými částicemi z motoru. Typické částice z motorů jsou menší než tisícina průměru lidského vlasu, a zatímco větší částice se spíše zachytí v nose, ty malé se nejraději ukládají hluboko v plicích, v plicních sklípcích, odkud pronikají do krevního oběhu, a roznášejí tak rakovinotvorné látky po celém těle.

Primární částice jsou zpravidla okem neviditelné, vidíme teprve jejich shluky (aglomeráty), které mohou mít černou barvu (elementární uhlík ze spalování nafty při nedostatku vzduchu), ale mohou být i našedlé až namodralé (kapičky nafty). Oxid dusnatý vzniká při vysokých teplotách při účinném spalování, v atmosféře se přeměňuje na nahnědlý, dráždivý oxid dusičitý, který se působením slunečního záření rozkládá a vzniká velmi reaktivní ozón, jinak používaný při bělení papíru nebo čištění vody, který poškozuje tkáně. Oxidy dusnatý, chemicky NO, a dusičitý, NO2, jsou dohromady sčítány jako „NOx”.

Co se týče ostatních rizikových látek, síry a olova jsme se zbavili tím, že jsme radikálně snížili jejich obsah v palivu, a oxidu uhelnatého (CO) povětšinou tím, že jsme zlepšili spalování u naftových motorů a benzinové motory osadili katalyzátory, tedy až na malé motory v zahradní technice, které byly donedávna v emisní legislativě opomíjeny.

Světová banka odhaduje škody způsobené znečištěním ovzduší u nás na přibližně pět procent hrubého národního produktu - tedy jako kdybychom každou dvacátou bramboru jen tak zahodili do kompostu či ještě hůře přímo do popelnice. A Evropská komise odhaduje, že přes půl milionu lidí ročně v Evropě předčasně zemře na následky chorob vyvolaných částicemi, oxidy dusíku, a z oxidů dusíku vznikajícího troposférického ozonu, přičemž spalovací motory jsou ve většině měst hlavním původcem těchto látek.

GasNet kontroluje plynovody elektrickými vozidly

Největší český distributor plynu GasNet nasadil do ostrého provozu první elektrická auta pro mobilní kontrolu plynovodů. Využitím této moderní technologie posiluje GasNet bezpečný provoz své soustavy, který vychází právě z pravidelné a účinné kontroly její těsnosti. Elektrická detekční auta dokážou zkontrolovat za den až 20 kilometrů plynovodu, a nevypouští přitom žádné výfukové zplodiny.

Ke konci loňského roku rozšířil GasNet svůj stávající vozový park o dvě nová detekční vozidla. Poprvé padla volba na vozy poháněné elektřinou. Ten zvládá najít i ty nejmenší úniky. Vozidla doplňují širokou škálu nástrojů, které distributor využívá - od pochůzek inspektorů s ručními detektory pro přesné měření ve složitých podmínkách až po plošné letecké kontroly nad trasami vysokotlakých plynovodů.

„Dlouhodobě pracujeme na zvyšování efektivity inspekcí našich plynárenských zařízení. Je to nedílnou součástí naší strategie. Neobejde se to bez zavádění moderních technologií, nových nástrojů pro kontrolu těsnosti a digitálního zpracování těchto měření. Rozšiřujeme tím naše možnosti kontroly distribuční sítě. Mobilní inspekce splňuje naše nejpřísnější nároky na kvalitu této kontroly,“ říká generální ředitel GasNetu Andrzej Martynek.

Ekologická kontrola ve městech

Výhodou elektrických vozidel je, že neprodukují výfukové emise a neovlivňují tak výsledky měření. Obyvatelé měst určitě ocení jejich tichý provoz bez zplodin. To umožňuje provádět měření i v citlivějších lokalitách, jako jsou okolí nemocnic, škol, lázní nebo rezidenční oblasti.

Rychlost jízdy vozidla provádějícího mobilní inspekci se pohybuje mezi 15-20 km/hod. Auto s detektorem je ideální pro kontrolu delších úseků plynovodu vedoucího pod vozovkou nebo vedle ní. Inspekce probíhá v běžném provozu a automobily jsou označeny oranžovým výstražným majákem. Za den dokáže vůz zkontrolovat až 20 kilometrů plynovodů. Do jeho pracovního času se započítává i přejezd na kontrolovaný úsek nebo případné dohledávání úniků pomocí ručního detektoru, pokud jsou součástí kontroly těžko přístupné plynovodní přípojky.

První elektrické detekční vozidlo nasadí plynaři v Čechách, druhé na Moravě. Oba elektromobily doplní dvě již dlouhodobě používaná detekční vozidla společnost GasNet se spalovacími motory.

„Mobilní kontrola těsnosti plynárenského zařízení zvyšuje bezpečnost a spolehlivost plynovodní sítě. Společně s dalšími fyzickými způsoby inspekce plynovodů tvoří základní kámen pro prevenci rizika úniku plynu. Tím přispívá ke snižování emisí metanu vyplývajících z provozu distribuční sítě,“ doplňuje Andrzej Martynek z GasNetu.

Zachytí i nejmenší úniky plynu

Auta používají laserový detekční přístroj. Ten dokáže najít úniky plynu už od 0,5 ppm (particles per milion, tzn. 0,5 částic na jeden milion částic celkového objemu). Pro představu: to je 0,0005 ‰ (promile) a takové množství se považuje za prakticky zanedbatelnou koncentraci metanu ve vzduchu. Díky tomu jde o skutečně velmi přesné měření. Všechny údaje vyhodnocuje přímo během inspekce počítačový program.

Obsluha vozu má navíc k dispozici i ruční „puškový“ laserový detektor pro dálkové měření. Inspekce si tak poradí i například s oplocenými místy či neprůjezdnými úseky. V budoucnu počítají plynaři i s tím, že bude detektor doplněn o anemometr pro měření rychlosti a směru proudění větru.

Elektromobily: Čistší prostředí a úspory

Výsledkem 15 let průkopnického výzkumu je elektrický pohon, který neprodukuje žádné výfukové emise CO2. Čistší prostředí všude kolem a skvěle fungující elektromobil plně pod kontrolou. Úspory již od prvního okamžiku, kdy se vydáte na cestu. Nafta a benzín zcela vypadávají z rovnice, a tak již nebudete vydání na milost a nemilost světovým cenám ropy.

Také údržba je jednodušší. Elektromobily mají méně pohyblivých dílů, vůbec nepoužívají výfuk, mají menší a účinnější chladicí soustavu, nevyměňuje se motorový olej, nejsou zde žádné filtry motoru ani rozvodové řemeny. Nižší je i opotřebení brzd. Odjezdy za brzkého rána nebo příjezdy pozdě v noci lze absolvovat i bez zbytečného rušení sousedů.

Pro řidiče v kabině vozu je uklidňující ticho na palubě jedinečným zážitkem, kdy slyší jen odvalování speciálních pneumatik po asfaltu, dokládající působení mocných sil. Nedílnou součástí úžasných zážitků za volantem je důvěra a jistota. Všechny vozy jsou vybaveny vyspělým systémem a spolehnout se můžete i na vyšší míru kontroly díky lepší vyváženosti plynoucí z optimálního uspořádání komponent, jako je např. baterie a elektromotory.

Aditiva do paliva: Řešení pro snížení emisí

Pokud vás zajímají uvedená témata, pak jste správně na naší stránce. Přes deset let vyvíjíme a přinášíme našim zákazníkům nové výrobky a v technologie, vedoucí k naplnění těchto cílů. Za svůj vznik vděčí novému vědnímu oboru - nanotechnologiím.

Působí jako oxidační i katalytická přísada do paliva, která v dieselových palivech zlepšuje hoření, snižuje spotřebu paliva, čistí mechanické díly od sazí, snižuje výfukové emise a zvyšuje účinnost motorů. Přidává se do paliva celoročně, bez nutnosti doprovodného rozmíchání nebo nějaké další přísady. Nemá žádné negativní vlivy na paliva, maziva a oleje. Je přidáván v extrémně malém množství (v poměru 1:4000) a byl velmi tvrdě testován v několika provozních projektech a nezávislých motorových testech, kde vykázal měřitelnou úsporu paliva.

Je založen na principu katalyzátoru rozpuštěného v palivu, který ovlivňuje spalování částic sazí, zachycovaných následně ve filtru DPF. Tento proces může pomoci řešit problémy s ucpáváním filtru a následné drahé návštěvy v autoservisu. K tomu navíc vám šetří ze snížené spotřeby nafty. Je snadný na použití a jeho vysoká efektivita a spolehlivost jsou zaručeny mnoha testy i dlouhodobým ověřením.

H2i - Vodíková inovace spalovacích motorů

Vodíková technologie výrazně snižuje vypouštěné emise každého spalovacího motoru. H2i snižuje kouřivost dieselů, snižuje hodnotu nespálených uhlovodíků benzínových motorů (HC).

Naše výsledky však ukazují skutečnost. Vodík motory čistí a dekarbonizuje. Zlepšuje spalovací proces a snižuje vypouštěné emise. A posunuje zážitek z jízdy na další úrověň. H2i dělá větší radost z jízdy.

Obě Vás dovezou do cíle. Motor v perfektní kondici, bez výměn vstřiků, oprav nebo čištění EGR ventilu. Bez používání aditiv nebo nějakých čistících úprav před měřením, nebo po celou dobu provozu s H2i. H2i čistí a dekarbonizuje motory. TRVALE. Dělá jízdu zábavnější a výrazně šetří přírodu a servisní výdaje motoristů.

HC je zkratka pro nespálené uhlovodíky. Obvykle obsahují karcinogenní aromáty, jedovaté aldehydy a také nejedovaté alkany. V motoru vznikají během spalovacího procesu, protože není zajištěn dostatečný přísun kyslíku a nebo je směs příliš chudá a obsah válce zcela neprohoří. Na slunečním světle reagují HC s oxidy dusíku. Díky tomu vytvářejí látky dráždící sliznici. H2i pomáhá snižovat tyto jedovaté plyny.

H2i systém prokazatelně škodliviny snižuje a pomůže Vám udržet Vaše vozidlo v perfektní kondici. H2i snižuje Vaše náklady na servis a drahé opravy, výměny, repase. (EGRy, DPF, Vstřiky atd) H2i slouží jako prevence drahých oprav a velmi nízké emisní hodnoty poukazují na fakt, že je motor ve výborné kondici. Po více než 100 tisíc ujetých kilometrů se každým měřením hodnota kouřivosti stále snižovala. H2i - Systém pro udržitelnou budoucnost.

Pro ekologii je systém H2i jednoznačně pozitivní přínos. Vůz by měl obvykle ukazovat horší výsledky při větším nájezdů kilometrů. Během celého testu jsme nikdy na motoru nic neměnili. Ford byl zakoupen ve Zlíně. Cestou domů, do Frýdku Místku (cca 130km) třikrát lehce trhnul. V zátahu. Motor Tddi,66kw. Předzvěst opravy vstřiků. Noční můra majitele každého naftového motoru.

tags: #zadne #vyfukove #emise #technologie

Oblíbené příspěvky:

• Česká Televize a životní prostředí
• Informace o svozu odpadu
• Přečtěte si o ohrožení bezobratlých
• Boj proti klimatickým změnám v EU
• Skládky v Ústeckém kraji