6.10.2014. 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 veće kilometraže motora povećava 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

6.10.2014. Promet i ekologija 2

Slika 2. Shematski prikaz i dijelovi potpuno elektroničkoga paljenja /3/

6.10.2014. Promet i ekologija 3

Slika 3. Shematski prikaz i dijelovi potpuno elektroničkoga paljenja /3/

6.10.2014. Promet i ekologija 4

ZAHVATI IZVAN MOTORA: • katalizatori

• 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 opterećenja, 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

6.10.2014. Promet i ekologija 6

Trokomponentni katalizator sastoji se od: nosača katalizatora međusloja katalitički aktivnog sloja (prevlaka plemenitog metala)

6.10.2014. 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 /

6.10.2014. 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 -povećanje cijene i mase vozila

- jednostavna dijagnostika -mala trajnost akumulatora

- ekološki povoljno riješenje

6.10.2014. Promet i ekologija 9

Slika 6. Procjena povećanja 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

%

6.10.2014. 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

6.10.2014. 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

6.10.2014. 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

6.10.2014. 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 pročišćavanje (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

6.10.2014. 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)

6.10.2014. 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 već NOx i čađa

razvoj današnjih dieselskih motora krenuo prema izravnim ubrizgavanjima goriva gdje su sve mane takvog ubrizgavanja (veća 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

6.10.2014. 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 opterećenju motora i brzini vrtnje (elektronička regulacija). Također se kod novih konstrukcija motora izvode jedno ili više PREDUBRIZGAVANJE prije glavnog ubrizgavanja Uspoređujući pojedina konstrukcijska rješenja PROSTORA IZGARANJA, svako ima prednosti i mane, ali generalno uzevši, prvenstveno će zahtjevi za što čišćim ispušnim plinom određivati konstrukciju motora. Tek kombinacijom postojećih konstrukcija motora, sustava za ubrizgavanje s tehnikom elektroničkog upravljanja i regulacije, te naknadnim pročišćavanjem ispušnih plinova postižu se zadovoljavajući 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.

6.10.2014. 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

6.10.2014. 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

• omogućuje oksidaciju CO i HC pri temperaturi katalizatora iznad 170C

PROČISTAĆ ČESTICA (FILTERI)

• Pročistać 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.

6.10.2014. 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

h HC

Slika 15: Stupanj pretvorbe oksidacijskog

katalizatora

6.10.2014. 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

6.10.2014. Promet i ekologija 21

Kombinacijom uređaja SCR, sa ureom kao redukcijskim sredstvom i pročistaćem čestica, dieselovi motori mogu zadovoljiti i stroge EURO 6 norme.

• Redukcija NOx može se postići povratom ispušnih plinova u usisnu granu – EGR ventil (Exhaust Gas Recirculation) jer snižavanjem temperature izgaranja smanjuje se koncentracija NOx u ispuhu.

• upotrebom EGR ventila neće se zadovoljiti granične vrijednosti i zato imamo tzv. Denox katalizator

6.10.2014. Promet i ekologija 22