Logotype of Inter CarsLogotype claim of Inter Cars
  1. Poradniki

Katalityczna redukcja zawartości tlenków azotu w spalinach

2016-09-29

W artykule dowiesz się na czym polega katalityczna redukcja zawartości tlenków azotu w spalinach.

Emisja tlenków azotu (NOX) z silnika ZI, z trójfunkcyjnym konwerterem katalitycznym, zasilanego mieszanką homogeniczną lub uwarstwioną, w zależności od średniej wartości współczynnika lambda (λ) składu mieszanki. „Okno” lambda oznacza zakres zmiany składu mieszanki zasilającej silnik, uzyskiwany w wyniku pracy układu regulacji składu mieszanki, który wykorzystuje sygnały czujnika tlenu w spalinach (sondy lambda). Opis w tekście artykułu. (Na podstawie materiałów firmy Volkswagen)
Emisja tlenków azotu (NOX) z silnika ZI, z trójfunkcyjnym konwerterem katalitycznym, zasilanego mieszanką homogeniczną lub uwarstwioną, w zależności od średniej wartości współczynnika lambda (λ) składu mieszanki. „Okno” lambda oznacza zakres zmiany składu mieszanki zasilającej silnik, uzyskiwany w wyniku pracy układu regulacji składu mieszanki, który wykorzystuje sygnały czujnika tlenu w spalinach (sondy lambda). Opis w tekście artykułu. (Na podstawie materiałów firmy Volkswagen)

Katalityczna redukcja zawartości tlenków azotu w spalinach silników ZI i ZI WB

W układach wylotowych silników ZI, montowany jest prawie wyłącznie trójfunkcyjny konwerter katalityczny. Aby pracował z maksymalną sprawnością, silnik ZI musi być zasilany mieszanką bliską stechiometrycznej (λ), o składzie stale zmieniającym się w zakresie nie większym niż od 0,97 do 1,03. Ten zakres nazywany  jest „oknem" lambda. Tylko przy spełnieniu tego warunku, trójfunkcyjny konwerter katalityczny usuwa ze spalin nawet ponad 90% tlenków azotu (NOX), a więc pozostaje ich w spalinach niewiele - patrz pkt. 1 wykresu na rys. 1. W takim samym stopniu, a nawet większym, usuwa on ze spalin tlenek węgla (CO) i węglowodory (HC).

Jeśli dla zmniejszenia zużycia paliwa, zubożymy mieszankę zasilającą silnik ZI, nawet w niewielkim stopniu w stosunku do składu mieszanki z zakresu „okna" lambda, to mierzona na końcu układu wydechowego emisja tlenków azotu (NOX), gwałtownie wzrośnie.


Jest to spowodowane dwoma czynnikami: 

- wzrostem ilości tlenków azotu (NOX) powstających w komorach spalania silnika, w stosunku do ilości, która powstaje przy zasilaniu silnika mieszanką stechiometryczną 

- całkowitym spadkiem zdolności trójfunkcyjnego konwertera katalitycznego do usuwania za spalin, w procesach redukcji, tlenków azotu (NOX), co jest spowodowane większą, niż przy spalaniu mieszanki o składzie stechiometrycznym, obecnością tlenu w spalinach opuszczających komory spalania. 


Jeśli w stosunku do składu mieszanki, przy którym emisja tlenków azotu (NOX) za trójfunkcyjnym konwerterem katalitycznym jest największa, mieszanka zostanie zubożona, to emisja tlenków azotu (NOX) zmniejszy się. Jest to spowodowane malejącą zawartością tlenków azotu (NOX) w spalinach opuszczających komory spalania silnika. 

Silnik można zasilać mieszankami homogenicznymi ubogimi, o współczynniku lambda składu mieszanki nie większym niż 1,55. Emisja tlenków azotu (NOX) z silnika ZI, z trójfunkcyjnym konwerterem katalitycznym, zasilanego mieszanką o współczynniku składu mieszanki 1 ,55 (pkt.3 wykresu na rys.1), jest wyższa, niż przy zasilaniu silnika mieszanką o składzie z zakresu „okna" lambda (pkt. 1 wykresu na rys. 1). 

Silnik ZI może spalać jeszcze uboższe mieszanki, charakteryzowane wartością wsp. lambda (λ) z zakresu od 1,6 do 3,0, ale przy zasilaniu go mieszankami uwarstwionymi. Niestety przejście ze spalania mieszanek homogenicznych na uwarstwione, zwiększa emisję tlenków azotu (NOX) – dla porównania pkt.3 i 4 wykresu na rys. 1. Dalsze zubożenie mieszanki uwarstwionej – λ > 1,6, zasilającej silnik ZI wyposażony w trójfunkcyjny konwerter katalityczny, zmniejsza wprawdzie emisję tlenków azotu (NOX), ale nadal jest ona większa od emisji dla silnika spalającego mieszankę o składzie z zakresu „okna" lambda.


Jeśli silnik jest zasilany mieszankami uboższymi niż z zakresu "okna" lambda, trójfunkcyjny konwerter katalityczny nie usuwa ze spalin tlenków azotu (NOX), bo za dużo jest w spalinach tlenu, a więc nie ma warunków dla reakcji redukcji. 

Wówczas jest wykorzystywany tzw. konwerter katalityczny magazynująco-redukujący. Jeśli silnik jest zasilany mieszanką ubogą, zatrzymuje on i magazynuje tlenki azotu (NOX). 

Gdy zmagazynuje w sobie maksymalną ich ilość, sterownik silnika „zarządza" fazę jego oczyszczania, która wymaga zasilania silnika mieszanką bogatą (λ < 0,8), przez okres kilku sekund. W tym czasie tlenki azotu (NOX) są usuwane z konwertera katalitycznego, w reakcjach redukcji. Po fazie oczyszczania, konwerter katalityczny magazynująco-redukujący „ma miejsce" do „wyłapywania" ze spalin następnych tlenków azotu (NOX). 

Metodą, która uzupełnia katalityczne usuwanie tlenków azotu (NOX) ze spalin, szczególnie przy zasilaniu silnika mieszankami ubogimi, jest zmniejszenie ilości tlenków azotu (NOX) powstających w komorze spalania silnika. Umożliwia to między innymi recyrkulacja spalin. 


Katalityczna redukcja zawartości tlenków azotu w spalinach silników ZS 

Silniki ZS są zasilane mieszankami cechującymi się naddatkiem powietrza, czyli ubogimi (λ >1 ). Z tego powodu, do oczyszczania spalin silników ZS, nie są wykorzystywane trójfunkcyjne konwertery katalityczne, bo te jak wiadomo wymagają, aby silnik był zasilany mieszanką o składzie ciągle zmieniającym się w niewielkim zakresie w stosunku do mieszanki stechiometrycznej (λ = 1). 


Do usuwania tlenków azotu (NOX) ze spalin silników ZS, wykorzystywane są dwa rodzaje konwerterów katalitycznych: 

- magazynująco-redukujący - pracuje w sposób opisany w poprzednim punkcie; 

- typu SCR (Selective Catalytic Reduction) - wykorzystuje metodę selektywnej redukcji katalitycznej. 

Konwerter katalityczny typu SCR jest poprzedzony konwerterem katalitycznym typu utleniającego, który usuwa ze spalin tlenek węgla (CO), węglowodory (HC) oraz częściowo i „przy okazji" cząstki stałe. 


Selektywna redukcja katalityczna tlenków azotu (NOX) przebiega w skrócie, w następującej kolejności: 

- dodanie do strumienia spalin dodatku, wodnego roztworu mocznika (33,5%), który jest nazywany dodatkiem AdBlue - powstaje z niego amoniak; 

- amoniak redukuje tlenek azotu (NO) i dwutlenek azotu (NO2) - w idealnych warunkach zostają po nich w spalinach woda i azot. 


Oba stosowane w silnikach ZS katalityczne systemy oczyszczania spalin, zwiększają koszt silnika i jego eksploatacji. Dlatego też równolegle są stosowane metody zmniejszające powstawanie tlenków azotu (NOX). Skuteczną metodą jest recyrkulacja spalin. Niektóre firmy stosują wyłącznie tę metodę zmniejszenia zawartości tlenków azotu (NOX) w spalinach silników ZS samochodów ciężarowych, bez stosowania układów katalitycznych. 


Zdjęcia i tekst pochodzą z artykułu „Tlenki azotu (NOX)” w dodatku technicznym do Wiadomości IC Recyrkulacja spalin w silnikach cz. 1 nr 35/Czerwiec 2010 



Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Send by email
Infolinia
801 80 20 20
Pon-Pt 8:00 - 18:00
Sob 9:00 - 13:00
Klienci flotowi:
22 714 14 14
Logo Inter Cars
Inter Cars S.A.
ul. Gdańska 15,
Cząstków Mazowiecki,
05-152 Czosnów
+48 22 714 17 10
+48 22 714 17 12
[email protected]

Powered by IC Developers Team © 2024 Inter Cars

Polityka cookiesFAQ RODOInformacja o przetwarzaniu danych
LinkedIn
Instagram
Youtube
Facebook