Spaliny Diesla - Diesel exhaust

Lokomotywa spalinowa British Rail Class 55 Deltic z charakterystycznym gęstym wydechem podczas uruchamiania pociągu

Spalinowych z jest gazowy spalinowe wytwarzane przez typu napędowego z silnika spalinowego wewnętrznego spalania , a także jakichkolwiek zawartych cząstek . Jego skład może różnić się w zależności od rodzaju paliwa lub szybkości jego zużycia, prędkości pracy silnika (np. na biegu jałowym lub na biegu jałowym lub pod obciążeniem) oraz tego, czy silnik znajduje się w pojeździe drogowym, rolniczym, lokomotywie, statku morskim, lub generator stacjonarny lub inna aplikacja.

Spaliny Diesla są czynnikiem rakotwórczym grupy 1 , który powoduje raka płuc i ma pozytywny związek z rakiem pęcherza moczowego . Zawiera kilka substancji, które są również indywidualnie wymienione jako czynniki rakotwórcze dla ludzi przez IARC .

Istnieją sposoby redukcji tlenków azotu (NO x ) i cząstek stałych (PM) z gazów spalinowych. Tak więc, chociaż olej napędowy zawiera nieco więcej węgla (2,68 kg CO₂/litr) niż benzyna (2,31 kg CO₂/litr), ogólna emisja CO2 samochodu z silnikiem wysokoprężnym jest zwykle niższa. Podczas użytkowania średnio odpowiada to około 200 g CO₂/km w przypadku benzyny i 120 g CO₂/km w przypadku oleju napędowego.

Kompozycja

Silnik wysokoprężny, który pracuje poniżej limitu zadymienia, wytwarza widoczne spaliny – w nowoczesnych silnikach wysokoprężnych pojazdów silnikowych zazwyczaj unika się tego stanu, spalając paliwo w nadmiarze powietrza nawet przy pełnym obciążeniu

Podstawowymi produktami spalania paliw ropopochodnych w powietrzu są dwutlenek węgla, woda i azot. Pozostałe składniki powstają głównie z niepełnego spalania i pirosyntezy . Podczas gdy rozkład poszczególnych składników nieoczyszczonych (nieoczyszczonych) spalin z silników Diesla zmienia się w zależności od czynników, takich jak obciążenie, typ silnika itp., w sąsiedniej tabeli przedstawiono typowy skład.

Fizyczne i chemiczne warunki panujące w takich silnikach wysokoprężnych w każdych warunkach znacznie różnią się od silników o zapłonie iskrowym, ponieważ z założenia moc silnika wysokoprężnego jest bezpośrednio kontrolowana przez dopływ paliwa, a nie przez sterowanie mieszanką paliwowo-powietrzną, jak w konwencjonalnych silnikach benzynowych. W wyniku tych różnic silniki wysokoprężne wytwarzają na ogół inny zestaw zanieczyszczeń niż silniki o zapłonie iskrowym. klasy zanieczyszczeń są obecne w każdym). Na przykład silniki wysokoprężne wytwarzają jedną dwudziestą ósmą tlenku węgla niż silniki benzynowe, ponieważ spalają paliwo w nadmiarze powietrza nawet przy pełnym obciążeniu.

Jednakże, charakter chudego spalania silników Diesla oraz wysokie temperatury i ciśnienia w wyniku procesu spalania w znacznej produkcji NO x (gazowych tlenków azotu ), AN zanieczyszczeń powietrza , które stanowią szczególne wyzwanie w odniesieniu do ich redukcji. Podczas gdy całkowite tlenki azotu z samochodów benzynowych zmniejszyły się o około 96% dzięki zastosowaniu katalizatorów wydechowych od 2012 r., samochody z silnikami wysokoprężnymi nadal wytwarzają tlenki azotu na podobnym poziomie jak te kupione 15 lat wcześniej w rzeczywistych testach; w związku z tym samochody z silnikiem diesla emitują około 20 razy więcej tlenków azotu niż samochody benzynowe. Nowoczesne silniki diesla na drogach zazwyczaj korzystają z selektywnej redukcji katalitycznej (SCR) układów prawami emisji spotkać, jak inne metody, takie jak recyrkulacji spalin (EGR) nie może odpowiednio zmniejszyć NO x , aby spełnić nowsze standardy obowiązujące w wielu krajach. Dodatkowe układy diesla zaprojektowane do usuwania zanieczyszczeń tlenkami azotu opisano w oddzielnym rozdziale poniżej.

Co więcej, drobne cząstki (drobne cząstki stałe) w spalinach z silników Diesla (np. sadza , czasami widoczne jako nieprzezroczysty ciemny dym) tradycyjnie budziły większe obawy, ponieważ stwarzają różne problemy zdrowotne i rzadko są wytwarzane w znacznych ilościach przez iskrę. silniki zapłonowe . Te szczególnie szkodliwe zanieczyszczenia w postaci cząstek stałych osiągają szczyt, gdy takie silniki pracują bez wystarczającej ilości tlenu, aby w pełni spalić paliwo; gdy silnik wysokoprężny pracuje na biegu jałowym, zwykle występuje wystarczająca ilość tlenu, aby całkowicie spalić paliwo. (Zapotrzebowanie na tlen w silnikach bez biegu jałowego jest zwykle łagodzone przez turbodoładowanie .). Z punktu widzenia emisji cząstek, spaliny z pojazdów z silnikiem Diesla są znacznie bardziej szkodliwe niż te z pojazdów benzynowych.

Spaliny Diesla, od dawna znane ze swoich charakterystycznych zapachów, zmieniły się znacząco wraz ze zmniejszeniem zawartości siarki w oleju napędowym, a także po wprowadzeniu katalizatorów do układów wydechowych. Mimo to spaliny z silników Diesla nadal zawierają szereg zanieczyszczeń nieorganicznych i organicznych, w różnych klasach io różnych stężeniach (patrz poniżej), w zależności od składu paliwa i warunków pracy silnika.

Skład spalin według różnych źródeł

Skład spalin Diesla
Średni skład spalin silnika Diesla (Reif 2014) Średni skład spalin silnika Diesla (Merker, Teichmann, 2014) Pierwszy skład spalin silnika Diesla (Hartenstein, 1895) Skład spalin silnika Diesla (Khair, Majewski, 2006) Skład spalin z silników Diesla (różne źródła)
Gatunek Procent masowy Procent głośności Procent głośności (Głośność?) Procent
Azot (N 2 ) 75,2% 72,1% - ~67 % -
Tlen (O 2 ) 15% 0,7% 0,5% ~9% -
Dwutlenek węgla (CO 2 ) 7,1% 12,3% 12,5% ~12% -
Wody (H 2 O) 2,6% 13,8% - ~11 % -
Tlenek węgla (CO) 0,043% 0,09% 0,1% - 100-500 ppm
Tlenek azotu ( NO
x
)
0,034% 0,13% - - 50-1000 ppm
Węglowodory (HC) 0,005% 0,09% - - -
Aldehyd 0,001% nie dotyczy
Pył ( siarczan + substancje stałe) 0,008% 0,0008% - - 1–30 mg·m -3

Klasy chemiczne

Poniżej przedstawiono klasy związków chemicznych, które zostały znalezione w spalinach z silników Diesla.

Klasa zanieczyszczenia chemicznego Notatka
związki antymonu Toksyczność podobna do zatrucia arszenikiem
związki berylu Substancje rakotwórcze grupy 1 IARC
związki chromu IARC Grupa 3 możliwe czynniki rakotwórcze
związki kobaltu
związki cyjankowe
dioksyny i dibenzofurany
związki manganu
związki rtęci IARC Grupa 3 możliwe czynniki rakotwórcze
Tlenki azotu 5,6 ppm lub 6500 μg/m³
wielopierścieniowa materia organiczna, w tym
wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA)
związki selenu
związki siarki

Specyficzne chemikalia

Poniżej przedstawiono klasy określonych substancji chemicznych, które zostały znalezione w spalinach z silników Diesla.

Zanieczyszczenia chemiczne Notatka Stężenie, ppm
aldehyd octowy IARC Grupa 2B (możliwe) czynniki rakotwórcze
akroleina IARC Grupa 3 możliwe czynniki rakotwórcze
anilina IARC Grupa 3 możliwe czynniki rakotwórcze
arsen Substancje rakotwórcze grupy 1 IARC , substancje zaburzające gospodarkę hormonalną
benzen Substancje rakotwórcze grupy 1 IARC
bifenyl Łagodna toksyczność
ftalan bis(2-etyloheksylu) Substancja zaburzająca gospodarkę hormonalną
1,3-butadien Substancje rakotwórcze grupy 2A IARC
kadm Substancje rakotwórcze grupy 1 IARC , substancje zaburzające gospodarkę hormonalną
chlor Produkt uboczny wtrysku mocznika
chlorobenzen Toksyczność „[N]a do umiarkowanej”
krezol §
ftalan dibutylu Substancja zaburzająca gospodarkę hormonalną
1,8-dinitropiren Silnie rakotwórczy
etylobenzen
formaldehyd Substancje rakotwórcze grupy 1 IARC
ołów nieorganiczny Substancja zaburzająca gospodarkę hormonalną
metanol
keton metylowo-etylowy
naftalen Substancje rakotwórcze grupy 2B IARC
nikiel Substancje rakotwórcze grupy 2B IARC
3-nitrobenzantron (3-NBA) Silnie rakotwórczy 0,6-6,6
4-nitrobifenyl Podrażnia, uszkadza nerwy/wątrobę/nerki 2.2
fenol
fosfor
piren 3532–8002
benzo(e)piren 487-946
benzo(a)piren Substancja rakotwórcza grupy 1 IARC 208-558
fluoranten IARC Grupa 3 możliwe czynniki rakotwórcze 3399–7321
aldehyd propionowy
styren Substancje rakotwórcze grupy 2B IARC
toluen IARC Grupa 3 możliwe czynniki rakotwórcze
ksylen § IARC Grupa 3 możliwe czynniki rakotwórcze

§ Obejmuje wszystkie regioizomery tego związku aromatycznego . Zobacz opisy orto-, meta- i para- izomerów w artykule każdego związku.

Rozporządzenie

Aby szybko zredukować ilość cząstek stałych z wysokoobciążonych silników wysokoprężnych w Kalifornii, Kalifornijska Rada ds. Zasobów Powietrza stworzyła program osiągnięcia standardów jakości powietrza Carl Moyer Memorial, aby zapewnić fundusze na modernizację silników przed przepisami dotyczącymi emisji. W 2008 r. Kalifornijska Rada ds. Zasobów Powietrza wdrożyła również w 2008 r. California Statewide Truck and Bus Rule, która wymaga od wszystkich ciężkich samochodów ciężarowych i autobusów z silnikami wysokoprężnymi, z kilkoma wyjątkami, które działają w Kalifornii, do modernizacji lub wymiany silników w celu zmniejszenia zawartości cząstek stałych w silnikach wysokoprężnych. materiał. Amerykańska Agencja ds. Bezpieczeństwa i Zdrowia w Kopalniach (MSHA) wydała w styczniu 2001 r. normę zdrowotną mającą na celu zmniejszenie narażenia na spaliny z silników Diesla w podziemnych kopalniach metali i niemetali; 7 września 2005 r. MSHA opublikowało zawiadomienie w Rejestrze Federalnym proponujące przesunięcie daty wejścia w życie ze stycznia 2006 r. do stycznia 2011 r.

Zawartość siarki:

W przeciwieństwie do żeglugi międzynarodowej, która ma limit zawartości siarki na poziomie 3,5% masy/masy poza ECA do 2020 r., gdzie zmniejsza się do 0,5% poza ECA, olej napędowy do użytku drogowego i terenowego (ciężki sprzęt) został ograniczony w całej UE od 2009.

„Diesel i benzyna zostały ograniczone do 10 ppm siarki od 2009 r. (dla pojazdów drogowych) i 2011 r. (pojazdy niedrogowe). Obowiązkowe specyfikacje dotyczą również kilkunastu parametrów paliwa”.

Problemy zdrowotne

Ogólne obawy

Zgłoszono, że emisje z pojazdów z silnikiem Diesla są znacznie bardziej szkodliwe niż te z pojazdów benzynowych. Spaliny ze spalania oleju napędowego są źródłem sadzy i drobnych cząstek w atmosferze , które są składnikiem zanieczyszczeń powietrza, które mają wpływ na raka, uszkodzenia serca i płuc oraz funkcjonowanie umysłowe człowieka. Ponadto wydechowy diesel zawiera zanieczyszczenia wymienione jako rakotwórcze dla ludzi przez IARC (część Światowej Organizacji Zdrowia w Organizacji Narodów Zjednoczonych ), a obecny w ich listy IARC Grupa 1 rakotwórczych . Uważa się, że zanieczyszczenie spalinami z silników Diesla odpowiada za około jedną czwartą zanieczyszczenia powietrza w poprzednich dekadach oraz wysoki udział zachorowań spowodowanych zanieczyszczeniami samochodowymi.

Skutki dla zdrowia zawodowego

Dwa ręczne instrumenty z ekranami i przewodami na białym tle
Dwa monitory cząstek stałych w silnikach wysokoprężnych

Narażenie na spaliny diesla i pyły diesla (DPM) stanowi zagrożenie zawodowe dla kierowców ciężarówek , pracowników kolei , mieszkańców domów mieszkalnych w pobliżu torów kolejowych oraz górników korzystających ze sprzętu napędzanego olejem napędowym w podziemnych kopalniach. Niekorzystne skutki zdrowotne zaobserwowano również w populacji ogólnej przy stężeniach cząstek w powietrzu atmosferycznym znacznie niższych od stężeń w miejscach pracy.

W marcu 2012 r. naukowcy rządowi USA wykazali, że górnicy podziemni narażeni na wysokie poziomy oparów oleju napędowego mają trzykrotnie większe ryzyko zachorowania na raka płuc w porównaniu z tymi, którzy są narażeni na niski poziom oparów. Badanie spalin Diesel In Miners Study (DEMS) o wartości 11,5 miliona dolarów objęło 12 315 górników, kontrolując kluczowe czynniki rakotwórcze, takie jak dym papierosowy, radon i azbest. Umożliwiło to naukowcom wyizolowanie skutków oparów oleju napędowego.

Od ponad 10 lat w USA podnoszono obawy dotyczące narażenia dzieci na działanie DPM podczas jazdy autobusami szkolnymi z silnikiem Diesla do i ze szkoły. W 2013 roku Agencja Ochrony Środowiska (EPA) ustanowiła inicjatywę Clean School Bus USA w celu zjednoczenia organizacji prywatnych i publicznych w ograniczaniu narażenia uczniów.

Obawy dotyczące cząstek stałych

Ciężka ciężarówka, z widoczną cząsteczką sadzy

Cząsteczki cząstek stałych (DPM), czasami nazywane również cząstkami spalinowymi z silników Diesla (DEP), to cząsteczkowy składnik spalin z silników wysokoprężnych, który zawiera sadzę i aerozole, takie jak cząstki popiołu, cząstki metalu ściernego, siarczany i krzemiany . Po uwolnieniu do atmosfery DPM może przybierać postać pojedynczych cząstek lub agregatów łańcuchowych, z których większość mieści się w niewidocznym zakresie submikrometrowym wynoszącym 100 nanometrów , znanym również jako ultradrobne cząstki (UFP) lub PM0.1.

Główna frakcja cząstek stałych w spalinach z silników Diesla składa się z drobnych cząstek . Ze względu na mały rozmiar wdychane cząsteczki mogą łatwo wnikać w głąb płuc. Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) w spalinach stymulują nerwy w płucach, powodując odruchowy kaszel, świszczący oddech i duszność. Chropowate powierzchnie tych cząstek ułatwiają im wiązanie się z innymi toksynami w środowisku , zwiększając w ten sposób niebezpieczeństwo wdychania cząstek.

Badanie emisji cząstek stałych (PM) z autobusów tranzytowych jeżdżących na ULSD i mieszaninie biodiesla i konwencjonalnego oleju napędowego (B20) zostało przedstawione przez Omidvarborna i współpracowników, gdzie doszli do wniosku, że emisje PM okazały się niższe w przypadku mieszanego zastosowania oleju napędowego i biodiesla, gdzie były one zależne od modelu silnika , zimnych i gorących trybów pracy na biegu jałowym oraz rodzaju paliwa, a metale ciężkie w PM emitowane podczas gorącej pracy na biegu jałowym były większe niż podczas pracy na biegu jałowym na zimno; Sugerowano, że przyczyny redukcji emisji cząstek stałych w biodieslu wynikają z natlenionej struktury biodiesla, a także ze zmian technologicznych (w tym zastosowania katalizatora w tym układzie badawczym). Inne badania wykazały, że chociaż w niektórych szczególnych przypadkach (tj. niskie ładunki, bardziej nasycone surowce, ...) emisje NOx mogą być niższe niż w przypadku oleju napędowego, w większości przypadków emisje NOx są wyższe, a emisje NOx nawet rosną, gdy biopaliwo jest dodawane. Czysty biodiesel (B100) ma nawet 10-30% więcej emisji NOx w porównaniu ze zwykłym olejem napędowym.

Specyficzne efekty

Ekspozycje zostały połączone z ostrym krótkoterminowych objawy, takie jak ból głowy , zawroty głowy , zamroczenie , nudności , kaszel , trudności lub ciężki oddech , ucisk w klatce piersiowej i podrażnienie oczu, nosa i gardła. Długotrwałe narażenie może prowadzić do przewlekłych, poważniejszych problemów zdrowotnych, takich jak choroby układu krążenia , choroby sercowo- płucne i rak płuc . W badaniu kohortowym Cincinnati Childhood Allergy and Air Pollution Study, pierwiastek węgla przypisywany ruchowi ulicznemu był istotnie powiązany ze świszczącym oddechem w wieku 1 lat i uporczywym świszczącym oddechem w wieku 3 lat.

Finansowany przez NERC-HPA projekt dotyczący zanieczyszczenia ruchu drogowego i zdrowia w Londynie w King's College London ma obecnie na celu lepsze zrozumienie skutków zdrowotnych zanieczyszczenia spowodowanego ruchem drogowym. Zanieczyszczenie powietrza związane z ruchem drogowym było związane z osłabieniem funkcji poznawczych u starszych mężczyzn.

Według oficjalnego raportu 2352 Umweltbundesamt Berlin (Federalnej Agencji Ochrony Środowiska Niemiec) śmiertelność spowodowana narażeniem na sadzę z silników Diesla w 2001 r. wyniosła co najmniej 14 400 z 82 milionów mieszkańców Niemiec.

Badania nad nanocząstkami i nanotoksykologią są w powijakach, a skutki zdrowotne nanocząstek wytwarzanych przez wszystkie typy silników Diesla wciąż są odkrywane. Oczywiste jest, że szkodliwe dla zdrowia skutki emisji drobnych cząstek z silników Diesla są poważne i wszechobecne. Chociaż w jednym z badań nie znaleziono znaczących dowodów na to, że krótkotrwałe narażenie na spaliny z silników Diesla powoduje niekorzystne skutki pozapłucne , które są skorelowane ze wzrostem zachorowalności na choroby sercowo-naczyniowe , badanie przeprowadzone w 2011 r. w The Lancet wykazało, że narażenie na ruch drogowy jest najpoważniejszym, którego można zapobiec, zawał serca u ogółu społeczeństwa, jako przyczyna 7,4% wszystkich ataków. Nie da się powiedzieć, ile z tego efektu wynika ze stresu związanego z przebywaniem w ruchu ulicznym, a ile z narażenia na spaliny.

Ponieważ badania nad szkodliwymi skutkami zdrowotnymi nanocząstek ( nanotoksykologia ) są wciąż w powijakach, a charakter i zakres negatywnych skutków zdrowotnych powodowanych przez spaliny z silników Diesla wciąż są odkrywane. Pozostaje kontrowersyjne, czy wpływ silników wysokoprężnych na zdrowie publiczne jest wyższy niż pojazdów napędzanych benzyną.

Zmiana z warunkami silnika

Rodzaje i ilości nanocząstek mogą się różnić w zależności od temperatur i ciśnień roboczych, obecności otwartego płomienia, podstawowego typu paliwa i mieszanki paliwowej, a nawet mieszanek atmosferycznych. W związku z tym powstałe rodzaje nanocząstek z różnych technologii silników, a nawet różnych paliw, niekoniecznie są porównywalne. Jedno z badań wykazało, że 95% lotnego składnika nanocząstek oleju napędowego stanowi niespalony olej smarowy. Skutki długoterminowe nadal wymagają wyjaśnienia, jak również skutki dla podatnych grup osób z chorobami układu krążenia.

Silniki wysokoprężne mogą wytwarzać czarną sadzę (a dokładniej cząstki stałe z silników Diesla) ze swoich spalin. Czarny dym składa się ze związków węgla, które nie uległy spaleniu z powodu lokalnych niskich temperatur, w których paliwo nie jest w pełni rozpylone. Te lokalne niskie temperatury występują na ściankach cylindrów i na powierzchni dużych kropel paliwa. W tych obszarach, gdzie jest stosunkowo zimno, mieszanka jest bogata (w przeciwieństwie do całej mieszanki, która jest uboga). Bogata mieszanka ma mniej powietrza do spalenia, a część paliwa zamienia się w osad węglowy. Nowoczesne silniki samochodowe wykorzystują filtr cząstek stałych (DPF) do wychwytywania cząstek węgla, a następnie sporadycznie je spalają za pomocą dodatkowego paliwa wtryskiwanego bezpośrednio do filtra. Zapobiega to gromadzeniu się węgla kosztem marnowania niewielkiej ilości paliwa.

Granica pełnego obciążenia silnika wysokoprężnego w normalnej eksploatacji jest określona przez „limit czarnego dymu”, powyżej którego paliwo nie może być całkowicie spalone. Ponieważ „granica czarnego dymu” jest nadal znacznie uboga w stosunku do stechiometrycznej, możliwe jest uzyskanie większej mocy poprzez jej przekroczenie, ale wynikające z tego nieefektywne spalanie oznacza, że ​​dodatkowa moc jest kosztem zmniejszonej sprawności spalania, wysokiego zużycia paliwa i gęstych chmur dymny. Odbywa się to tylko w aplikacjach o wysokiej wydajności, w których te wady nie mają większego znaczenia.

Podczas rozruchu z zimnego silnika wydajność spalania spada, ponieważ zimny blok silnika odprowadza ciepło z cylindra podczas suwu sprężania. W rezultacie paliwo nie jest spalane w pełni, co powoduje powstawanie niebiesko-białego dymu i niższą moc wyjściową, dopóki silnik się nie rozgrzeje. Dzieje się tak zwłaszcza w przypadku silników z wtryskiem pośrednim, które są mniej wydajne termicznie. W przypadku wtrysku elektronicznego można zmienić czas i długość sekwencji wtrysku, aby to skompensować. Starsze silniki z wtryskiem mechanicznym mogą być wyposażone w mechaniczne i hydrauliczne sterowanie regulatorem w celu zmiany rozrządu oraz wielofazowe, elektrycznie sterowane świece żarowe , które pozostają włączone przez pewien czas po uruchomieniu, aby zapewnić czyste spalanie; wtyczki są automatycznie przełączane na niższą moc, aby zapobiec ich przepaleniu.

Wärtsilä twierdzi, że istnieją dwa sposoby tworzenia się dymu w dużych silnikach wysokoprężnych, z których jeden polega na uderzaniu paliwa w metal i braku czasu na spalenie. Drugi to, gdy w komorze spalania znajduje się za dużo paliwa.

Firma Wärtsilä przetestowała silnik i porównała emisję dymu przy użyciu konwencjonalnego układu paliwowego i układu paliwowego Common Rail, wynik pokazuje poprawę we wszystkich warunkach pracy podczas korzystania z układu Common Rail.

Efekty ekologiczne

Eksperymenty wykazały, że w 2013 r wydechowy diesel utraty pszczół zdolność "do wykrywania zapachu z nasion oleistych rzepaku kwiatów.

Środki zaradcze

Ogólny

Wraz z zaostrzeniem norm emisji silniki wysokoprężne muszą stać się bardziej wydajne i mieć mniej zanieczyszczeń w spalinach . Na przykład lekkie ciężarówki muszą teraz emitować NOx poniżej 0,07 g/milę, aw USA do 2010 r. emisje NOx muszą być niższe niż 0,03 g/milę. Ponadto w ostatnich latach Stany Zjednoczone, Europa i Japonia rozszerzyły przepisy dotyczące kontroli emisji z pojazdów drogowych na pojazdy rolnicze i lokomotywy, statki morskie i zastosowania generatorów stacjonarnych. Zmiana na inne paliwo (tj. eter dimetylowy i inne bioetery, takie jak eter dietylowy ) wydaje się być bardzo skutecznym sposobem redukcji zanieczyszczeń, takich jak NOx i CO. Na przykład podczas jazdy na eterze dimetylowym (DME) emisje cząstek stałych są bliskie nie istnieje, a stosowanie filtrów cząstek stałych w silnikach wysokoprężnych można by nawet pominąć. Ponadto, biorąc pod uwagę, że DME można wytwarzać z odpadów zwierzęcych, żywnościowych i rolniczych, może być nawet neutralny pod względem emisji dwutlenku węgla (w przeciwieństwie do zwykłego oleju napędowego). Dodanie bioeteru (lub innych paliw, takich jak wodór) do konwencjonalnego oleju napędowego, również ma korzystny wpływ na emitowane zanieczyszczenia. Oprócz zmiany paliwa, amerykańscy inżynierowie opracowali również dwie inne zasady i odrębne systemy dla wszystkich produktów dostępnych na rynku, które spełniają kryteria emisji 2010 w USA, selektywną redukcję niekatalityczną (SNCR) i recyrkulację spalin (EGR). . Obydwa znajdują się w układzie wydechowym silników wysokoprężnych i są dodatkowo zaprojektowane w celu zwiększenia wydajności.

Selektywna redukcja katalityczna

Selektywna redukcja katalityczna (SCR), wstrzykuje redukującego takiego jak amoniak lub mocznik - drugiej wodny, którym jest znany jako olej napędowy płynie spalinowych , DEF) - w układzie wydechowym silnika Diesla tlenków azotu konwersji (nr x ) do gazowego azotu i woda. Systemów SNCR zostały prototyp które zmniejszają 90% NO X w układzie wydechowym w układy skomercjalizowane jako nieco mniejsza. Systemy SCR niekoniecznie wymagają filtrów cząstek stałych (PM); Po połączeniu filtrów SNCR i PM wykazano, że niektóre silniki są o 3-5% bardziej wydajne pod względem zużycia paliwa. Wadą systemu SCR, poza dodatkowymi kosztami rozwoju z góry (które można zrekompensować zgodnością i lepszą wydajnością), jest konieczność uzupełniania reduktora, której częstotliwość zmienia się w zależności od przejechanych mil, współczynników obciążenia i godzin używany. System SNCR nie jest tak wydajny przy wyższych obrotach na minutę ( rpm ). SCR jest optymalizowany w celu uzyskania wyższej wydajności w szerszych temperaturach, większej trwałości i spełnienia innych potrzeb komercyjnych.

Recyrkulacja spalin

Recyrkulacja spalin (EGR) w silnikach wysokoprężnych może być wykorzystana do uzyskania bogatszej mieszanki paliwowo-powietrznej i niższej szczytowej temperatury spalania. Oba efekty zmniejszają emisje NO x , ale mogą negatywnie wpływać na wydajność i wytwarzanie cząstek sadzy. Bogatszą mieszankę uzyskuje się poprzez przemieszczenie części powietrza wlotowego, ale nadal jest uboga w porównaniu z silnikami benzynowymi, które zbliżają się do ideału stechiometrycznego . Niższą temperaturę szczytową uzyskuje się dzięki wymiennikowi ciepła, który usuwa ciepło przed ponownym wejściem do silnika i działa dzięki większej pojemności cieplnej spalin niż powietrza. Przy większej produkcji sadzy, EGR jest często łączony z filtrem cząstek stałych (PM) w układzie wydechowym. W silnikach z turbodoładowaniem EGR wymaga kontrolowanej różnicy ciśnień w kolektorze wydechowym i kolektorze dolotowym, co można osiągnąć dzięki zastosowaniu takich rozwiązań inżynieryjnych, jak zastosowanie turbosprężarki o zmiennej geometrii, która ma łopatki kierujące wlotowe na turbinie, aby wytworzyć przeciwciśnienie spalin w kierowaniu kolektora wydechowego spaliny do kolektora dolotowego. Wymaga również dodatkowego zewnętrznego orurowania i zaworów, a więc wymaga dodatkowej konserwacji.

Połączone systemy

Firma John Deere , producent sprzętu rolniczego, wdraża taką połączoną konstrukcję SCR-EGR w 9-litrowym silniku wysokoprężnym „rzędowym 6”, który obejmuje oba typy systemów, filtr cząstek stałych i dodatkowe technologie katalizatora utleniającego. Połączony system zawiera dwie turbosprężarki , pierwsza w kolektorze wydechowym o zmiennej geometrii i zawierająca układ EGR; a druga turbosprężarka o stałej geometrii. Recyrkulowane spaliny i sprężone powietrze z turbosprężarek mają osobne chłodnice, a powietrze łączy się przed wejściem do kolektora dolotowego, a wszystkimi podsystemami steruje centralna jednostka sterująca silnika, która optymalizuje minimalizację zanieczyszczeń uwalnianych w spalinach.

Inne środki zaradcze

Nowa technologia testowana w 2016 roku została stworzona przez Air Ink, która zbiera cząsteczki węgla za pomocą cylindrycznego urządzenia „Kaalink”, które jest montowane w układzie wydechowym pojazdu, po przetworzeniu w celu usunięcia metali ciężkich i czynników rakotwórczych firma planuje wykorzystać węgiel do zrobić atrament.

Odzysk wody

Prowadzono badania nad sposobem, w jaki żołnierze na pustyniach mogą odzyskiwać wodę pitną z gazów spalinowych swoich pojazdów.

Zobacz też

Referencje i uwagi

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki