mjere za smanjenje Štetnih tvari otto motora u prometu/e-student/04-cestovni_2.pdf · • koja tri...
TRANSCRIPT
30.9.2015 Promet i ekologija 1
MJERE ZA SMANJENJE ŠTETNIH TVARI OTTO MOTORA
• Čimbenici koji utječu na stvaranje emisije:
pri hladnom startu motor ima prebogatu smjesu (velik dio neizgorljivih tvari) loše održavanje i trošenje nakon vede kilometraže motora
povedava se CO i HC neispravnost lambda sonde i sl.
• ZAHVATI UNUTAR MOTORA:
uporaba elektroničkog sustava za ubrizgavanje sustavi elektroničkog paljenja optimiranje prostora za izgaranje i zahvati na razvodnom
mehanizmu motora regulacijom vremena prekrivanja ventila
30.9.2015 Promet i ekologija 2
Slika 2. Shematski prikaz i dijelovi potpuno elektroničkoga paljenja /3/
30.9.2015 Promet i ekologija 3
Slika 3. Shematski prikaz i dijelovi potpuno elektroničkoga paljenja /3/
30.9.2015 Promet i ekologija 4
ZAHVATI IZVAN MOTORA: • Katalizatori (katalizator trostrukog djelovanja je najučinkovitija
mjera koja u kombinaciji sa lambda sondom i uz određene uvjete rada smanjuje NOx, CO i HC do 90%
• zagrijavanje ...
• upuhivanje sekundarnog zraka
• toplinske izolacije ispušnog sustava
Katalizatore razlikujemo po materijalu od kojih je izrađena
aktivna jezgra odnosno monolit. Postoje 2 osnovne vrste
aktivne jezgre te po njima dijelimo katalizatore na:
• METALNE kvalitetniji, otporniji na toplinska opteredenja, skuplji
• aktivna površina prekrivena tankim slojem platine, radija ili paladija
• KERAMIČKI jeftiniji, osjetljiviji na udarce
• aktivna površina prekrivena aktivnim elementima (AlMg – silikat)
Katalizator postiže max. učinkovitost sa omjerom goriva i zraka u smijesi u
stehiometrijskom omjeru 14,7:1 ( = 1 ).
Tada je omjer zraka i goriva takav da se svaka molekula goriva može spojiti sa
odgovarajućom molekulom kisika iz zraka, odnosno smanjuje se mogućnost
pojave neizgorenih plinova.
U ovisnosti o očitanom lambda faktoru putem lambda sonde, centralno
računalo regulira količinu ubrizganog goriva u usisnoj cijevi te na taj način
održava stehiometrijski omjer goriva i zraka potreban za max. učinkovitost
katalizatora.
Slika 4 a i b. Katalizator
30.9.2015 Promet i ekologija 6
Trokomponentni katalizator sastoji se od: nosača katalizatora međusloja katalitički aktivnog sloja (prevlaka plemenitog metala)
30.9.2015 Promet i ekologija 7
Vrste katalizatora:
Ovisno o načinu djelovanja razlikujemo:
Oksidacijski katalizator
Redukcijski katalizator
Dvostruki katalizator
Trostruki katalizator
Slika 5: Stupanj djelovanja trostrukog katalizatora / 39 /
30.9.2015 Promet i ekologija 8
– Zagrijavanje katalizatora može biti:
•električnim grijačem
•plamenikom
•primjenom aktivnog ugljena
• Električno zagrijavanje katalizatora:
• a) izravno iz akumulatora
• b) izravno iz alternatora
Prednosti: Nedostaci:
- brzo zagrijavanje na radnu temperaturu
-velika potrošnja energije
- nizak protutlak -povedanje cijene i mase vozila
- jednostavna dijagnostika -mala trajnost akumulatora
- ekološki povoljno riješenje
30.9.2015 Promet i ekologija 9
Slika 6. Procjena povedanja zagađenosti zraka s NOX do 2010. godine
Slika 7. Relativno smanjenje emisije pri električnom zagrijavanju katalizatora
HC CO NOX
70
60
50
40
30
20
10
0
Rela
tivna
em
isija
%
30.9.2015 Promet i ekologija 10
Slika 8: Relativno smanjenje emisije pri zagrijavanju katalizatora plamenikom
Slika 9: Učinkovitost katalizatora u ovisnosti o ispravnosti lambda sonde
Re
lativn
a e
mis
ija
%
CO NOX HC
bez katalizatora
sa katalizatorom i ispravnom lambda sondom
sa katalizatorom i neispravnom lambda sondom
HC
Lambda sonda mora biti ispravna. S neispravnom lambda sondom katalizator gubi na učinkovitosti te se znatno povećava sadržaj štetnih tvari u ispušnim
plinovima
ugljik (II)
oksid ugljikovodici
NOX
1
77
92
65
45
16
10 6
2
CO
dušični oksidi
KOD UBRZANJA
30.9.2015 Promet i ekologija 11
Motor
Komora za izgaranje
Dovod goriva
Glavni dio katalizatora
Puhalo
Motor
Grijani dio katalizatora
Aktivni ugljen
Ventil Glavni katalizator
Slika 10: Zagrijavanje katalizatora plamenikom
Slika 11: Primjena aktivnog ugljena
30.9.2015 Promet i ekologija 12
Slika 12: Učinkovitost katalizatora za pojedine štetne komponente u ovisnosti o njegovoj starosti
CO CH NOX
Novi katalizator
Nakon 150 000 km
Nakon 80 000 km
Slika 13: Učinkovitost katalizatora u ovisnosti o ispravnosti lambda sonde
30.9.2015 Promet i ekologija 13
• Tri uvjeta za rad trostrukog katalizatora:
• bezolovni benzin
1. stehiometrijski omjer zraka i goriva koji se održava regulacijskim krugom u kojem sudjeluju lambda sonda i centralno računalo vozila
• (max.učinkovitost u omjeru 14,7:1, tj. sa 1 g goriva na 14,7 g zraka)
• LAMBDA sonda služi mjerenju sadržaja kisika u ispušnom plinu i točnom reguliranju faktora zraka na vrijednost =1
2. radna temperatura katalizatora ona na kojoj se vrši pročišdavanje (300-450 )
3. starenje i zaprljanje (zamjena nakon 100 000 km)
Štetni plinovi u pojedinim vrstama motora
Otto motori Dieselovi motori
HC, NOx, CO NOx, čestice
30.9.2015 Promet i ekologija 14
Lamda Sonda
• Lamda sonda je keramički element koji reagira na sadržaj kisika u ispuhu a čija je karakteristika skokovita promjena napona baš u stehiometrijskom području =1 • Promjenom napona daje se signal upravljačkoj jedinici motora o tome da li motor radi sa stehiometrijskim odnosom smjese. • Radna temperatura lambda sonde iznosi od 350 – 800 C (optimalna oko 600 C)
30.9.2015 Promet i ekologija 15
MJERE ZA SMANJENJE ISPUŠNIH PLINOVA DIESEL MOTORA
proces izgaranja u području siromašne smjese tj. s viškom zraka, nisu stoga problem CO i HC ved NOx i čađa
razvoj današnjih dieselskih motora krenuo prema izravnim ubrizgavanjima goriva gdje su sve mane takvog ubrizgavanja (veda buka,
neravnomjeran rad itd.) riješene elektroničkim nadzorom sustava za ubrizgavanje.
ZAHVATI UNUTAR MOTORA - početak dobave i ubrizgavanje
- predubrizgavanje - oblikovanje prostora izgaranjem
- prednabijanje motora i hlađenje punjenog (usisnog) zraka
- povratno vođenje ispušnih plinova
30.9.2015 Promet i ekologija 16
Da bi se ispunili sve stroži ekološki zahtjevi danas se moderni dieselski motori (sa sustavom izravnog ubrizgavanja goriva) izvode sa regulacijom podešavanja kuta dobave u ovisnosti o opteredenju motora i brzini vrtnje (elektronička regulacija). Također se kod novih konstrukcija motora izvode jedno ili više PREDUBRIZGAVANJE prije glavnog ubrizgavanja Uspoređujudi pojedina konstrukcijska rješenja PROSTORA IZGARANJA, svako ima prednosti i mane, ali generalno uzevši, prvenstveno de zahtjevi za što čišdim ispušnim plinom određivati konstrukciju motora. Tek kombinacijom postojedih konstrukcija motora, sustava za ubrizgavanje s tehnikom elektroničkog upravljanja i regulacije, te naknadnim pročišdavanjem ispušnih plinova postižu se zadovoljavajudi rezultati. PREDNABIJANJE ZRAKA USISA je konstrukcijski zahvat koji se vrlo često koristi kod dieselskih motora. Imamo dinamičko, mehaničko prdnabijanje i prednabijanje ispušnim plinovima. Prednabijani motori opremaju se dodanim HLAĐENJEM STLAČENOG ZRAKA u cilju smanjenja emisija NOX.
30.9.2015 Promet i ekologija 17
• ZAHVATI IZVAN MOTORA
– -kemijske reakcije: 1. termičke reakcije
2. katalitičke reakcije
selektivna nekatalitička redukcija
selektivna katalitička redukcija -kod velikih dizelskih motora
neselektivna katalitička redukcija - smanjenje emisije NOx uz dodavanje amonijaka
kao redukcijskog sredstva
30.9.2015 Promet i ekologija 18
DENOX KATALIZATOR, OKSIDACIJSKI KATALIZATOR, PROČIŠĆAVANJE PLINA OD ČESTICA (FILTERI)
DENOX KATALIZATOR
• Predviđen za rad u području siromašne smjese ( <1) i služi za
smanjenje emisija NOx preko 30%
OKSIDACIJSKI KATALIZATOR
• omoguduje oksidaciju CO i HC pri temperaturi katalizatora iznad 170 C
PROČISTAĆ ČESTICA (FILTERI)
• Pročistad čestica je efikasno sredstvo naknadne obrade isušnih plinova za smanjenje čestica, emisija čestica je smanjenja za 99%, emisija CO za oko 96%, a emisije HC je gotovo u potpunosti eliminirana.
30.9.2015 Promet i ekologija 19
Razlikujemo dva tipa filtera čestica čađe: - filteri s aditivom goriva (FAP)
Filteri bez aditiva goriva (DPF)
FAP – filtre a' particuliere (Citroen, Mazda)
DPF – diesel partikel filter (Ford WW)
Temperatura ispod katalizatora ( C)
Dieselov
motor
Ottov
motor
500 400 300 200 100
100
80
60
40
20
0
0
HC
Slika 15: Stupanj pretvorbe oksidacijskog
katalizatora
30.9.2015 Promet i ekologija 20
Slika 18. Naknadna obrada ispušnih plinova
Slika 19. a) i b) Filtar čestica čađe
Filtar čestica smješten u ispušnu cijev dizelskog motora. Ispušni sustav ovog motora opremljen je s dva katalizatora, lambda sondom za upravljanje radom EGR ventila, temperaturnim senzorima za upravljanje radom sustava za ubrizgavanje te osjetnicima pada tlaka ispred i iza filtra čestica.
Slika 18. Shematski prikaz rada SCR katalizatora spojenog u niz s oksidacijskim katalizatorom
30.9.2015 Promet i ekologija 21
Kombinacijom uređaja SCR, sa ureom kao redukcijskim sredstvom i pročistadem čestica, dieselovi motori mogu zadovoljiti i stroge EURO 6 norme.
• Redukcija NOx može se postidi povratom ispušnih plinova u usisnu granu – EGR ventil (Exhaust Gas Recirculation) jer snižavanjem temperature izgaranja smanjuje se koncentracija NOx u ispuhu.
• upotrebom EGR ventila nede se zadovoljiti granične vrijednosti i zato imamo tzv. Denox katalizator
30.9.2015 Promet i ekologija 22
30.9.2015 Promet i ekologija 23
PITANJA!!!!!!!! • Koja tri štetna ispušna plina smanjujemo kod otto motora i koja je
najvažnija mjera izvan motora i zašto?
• Objasnite mjere unutar i izvan motora u cilju smanjenja štetnih tvari otto motora.
• Navedite vrste ispušnih plinova cestovnih motornih vozila i tri uvjeta za rad trokomponentnog katalizatora.
• Što je to lambda sonda i koliko iznosi njena optimalna temperatura?
• Navedite mjere unutar i izvan motora u cilju smanjenja štetnih tvari dizel motora.
• Koje štetne ispušne plinove smanjujemo kod otto a koje kod dizel motora – što znači SCR, DPF?
• Navedite mjere izvan motora u cilju smanjenja štetnih ispušnih plinova ottovih i dizelovih motora.