Składniki spalin i ich powstawanie cz. II

Azot (N2) w spalinach silnika ZI

Azot (N2) w spalinach pochodzi z powietrza. Dla człowieka jest gazem obojętnym.

Para wodna (H2O) w spalinach silnika ZI

Para wodna (H2O) w spalinach jest produktem spalania wodoru (H), składnika paliwa węglowodorowego. Przykładowo, w spalinach silnika zasilanego np. gazem CNG jest go więcej niż w spalinach silnika zasilanego benzyną, bowiem w gazie CNG jest więcej atomów wodoru (H) w stosunku do atomów węgla (C), niż w benzynie silnikowej.

Dwutlenek węgla (CO2) w spalinach silnika ZI

Powstawanie. Dwutlenek węgla (CO2), to produkt spalania węgla (C), składnika paliwa  węglowodorowego. Powstaje tylko wówczas, gdy mieszanka jest spalana. Jeśli nie ma procesu spalania, to dwutlenek węgla (CO2) nie powstaje.

Zawartość w spalinach silnika ZI przed konwerterem katalitycznym (rys.3.).Najwyższa zawartość dwutlenku węgla (CO2) jest w spalinach, powstałych ze spalenia mieszanki stechiometrycznej. Jeśli:

• są spalane mieszanki bogate lub ubogie
• spaleniu ulega tylko część mieszanki - przykładowo: w jednym cylindrze spala się tylko część mieszanki do niego wprowadzonej, bo proces spalania przebiega za wolno lub nie spala się ona wcale to zawartość w spalinach dwutlenku węgla (CO2) jest mniejsza od maksymalnej.

Własności. Powietrze, którym oddychamy, zawiera dwutlenek węgla (CO2). Jest on bezwonny, przeźroczysty, nietrujący i nieszkodliwy. W opinii części ekspertów, nadmierny wzrost jego zawartości w atmosferze powoduje na kuli ziemskiej tzw. efekt cieplarniany, a w konsekwencji zmianę klimatu i kataklizmy. Ponieważ zależy nam by paliwa spalały się jak najpełniej, a wówczas powstaje najwięcej dwutlenku węgla (CO2), więc jedyną metodą ograniczenia jego emisji jest zmniejszenie zużycia paliwa lub stosowanie paliw o małej zawartości węgla (C), np. paliw z wysoką zawartością metanu CH4.

Tlen (O2) w spalinach silnika ZI

Pochodzenie. Tlen (O2) wprowadzany do komory spalania, jest składnikiem powietrza (ok. 21% jego objętości). Jego niewielka ilość, jest też w benzynie silnikowej. Jest niezbędny do procesów spalania.

Zawartość w spalinach silnika ZI przed konwerterem katalitycznym (rys.4.).Cały tlen (O2), znajdujący się w mieszance paliwowo-powietrznej, nigdy nie jest wykorzystywany w procesie spalania, dlatego jest on też w spalinach powstałych ze spalenia mieszanki bogatej (λ<1). Gdy spalane są mieszanki uboższe od stechiometrycznej, w spalinach pozostaje również tlen (O2), którego jest za dużo w stosunku do paliwa znajdującego się w mieszance - im uboższa jest mieszanka, tym więcej tlenu (O2) jest w spalinach. Jeśli spaleniu ulega tylko część mieszanki zasilającej silnik, ponieważ np. w jednym cylindrze:

• spala się tylko część mieszanki, bo proces spalania przebiega za wolno
• mieszanka nie spala się wcale, bo jej skład uniemożliwia jej zapłon przez iskrę elektryczną lub iskra ta ma za mała moc to niewykorzystany w procesie spalania tlen (O2) opuszcza komorę spalania wraz ze spalinami - wzrasta więc jego zawartość w spalinach.

Własności. Tlen (O2) jest gazem niezbędnym do życia dla nas i wielu innych organizmów żywych, pochodzenia roślinnego i zwierzęcego.

Tlenek węgla (CO) w spalinach silnika ZI

Powstawanie. Tlenek węgla (CO) jest produktem niedokończonego procesu spalania węgla (C), składnika paliwa węglowodorowego. Nigdy w komorze spalania nie ma warunków, aby całość węgla (C) spaliła się tak, by powstał tylko dwutlenek węgla (CO2), dlatego tlenek węgla (CO) zawsze jest w spalinach silnika. Powstawanie tlenku węgla (CO) towarzyszy procesowi spalania mieszanki. Jeśli mieszanka nie jest spalana, to tlenek węgla (CO) nie powstaje.

Zawartość w spalinach silnika ZI przed konwerterem katalitycznym (rys.5.).W mieszance bogatej (λ<1) ilość tlenu (O2) jest za mała, aby całość węgla (C) spaliła się tak, by powstał tylko dwutlenek węgla (CO2). Im bogatsza jest mieszanka, tym powstaje więcej tlenku węgla (CO). Dla mieszanek bogatych, zawartość tlenku węgla (CO) w spalinach, jest dobrą informacja o składzie spalonej mieszanki. W mieszance ubogiej (λ>1) ilość tlenu (O2) jest większa niż wymagana, aby całość węgla (C) mogła się spalić tak, by powstał tylko dwutlenek węgla (CO2). Zawsze jednak w komorze spalania są takie strefy, w których mieszanka jest bogata, ale palna. Jednym z produktów jej spalania jest tlenek węgla (CO), dlatego w spalinach powstałych ze spalenia mieszanki ubogiej też jest on obecny. Im uboższa jest mieszanka, tym mniejsza jest zawartość tlenku węgla (CO).

Jednak im uboższa jest mieszanka, tym większa jest w spalinach zawartość azotu (N2) oraz niewykorzystanego w procesie spalania tlenu (O2) - patrz rys.4. Powoduje to wzrost całkowitej objętości spalin (VCSP - patrz wzór 3), a więc zmniejszenie udziału objętościowego tlenku węgla (CO). Jego zawartość błędnie informuje o przebiegu procesu spalania mieszanek ubogich, o większych wartościach współczynnika lambda (λ). Dla prawidłowej oceny procesu spalania takiej mieszanki, należy dodatkowo mierzyć zawartość węglowodorów (HC) w spalinach.

Własności. Tlenek węgla (CO) jest bezwonny, przeźroczysty, bezbarwny i pozbawiony smaku. Jest to silna trucizna, szczególnie niebezpieczna, bo niewyczuwalna „nosem”. Oddychanie przez 30min. powietrzem o zawartości 0,3%vol tlenku węgla (CO), może spowodować śmierć.

Tekst pochodzi z Dodatku  technicznego do WIADOMOŚCI Inter Cars SA nr 47/grudzień 2012  „Trójfunkcyjne konwertery katalityczne Kompendium praktycznej wiedzy”