 |
|
| AUTOR: |
 |
PreludeZ
Založen: 21.3.2007
Články: 16777215
Komentáře: 13
|
|
Hodnocení: 0.00/5.00 [0]
|
 |
|
 |
Článek |
Strana 1 z 1 |
|
| |
Emise škodlivin ve výfukových plynech – podrobný popis
PreludeZ, 15.9.2004 0:00
Jak dělíme škodlivé emise, jak vznikají, jak se jejich vzniku bránit ... Aneb jeden starší článek, ale stále stejně platný ...
Škodliviny vzniklé provozem pístových spalovacích motorů lze dělit podle působení na:
* chemické tj. látky jedovaté – toxické (škodlivě působící na živé organismy jejich přímým poškozováním) a mutagenní (schopné vyvolat nežádoucí změny genetického kódu pro reprodukci buněk, zejm. kancerogeny, vyvolávající zhoubné bujení). Jde především o plynné, zčásti i pevné složky výfukových plynů. Pevné složky navíc mohou obsahovat kondenzované kapalné škodliviny.
* škodlivé mechanickou energií – především hluk a vibrace
* škodlivé tepelnou energií – odpadní teplo a emisí tzv. skleníkových plynů.
V souvislosti s katalyzátory se zaměříme hlavně na chemické škodliviny výfukových plynů. Jde především o plyny oxid uhelnatý (CO), skupina oxidů dusíku, označovaná jako NOx, kam patří oxid dusnatý (NO), oxid dusičitý (NO2) a v malé míře i oxid dusný (N2O), „nespálené uhlovodíky“ CxHy (chemicky velice různorodá skupina, obsahující také organické sloučeniny po částečné oxidaci uhlovodíků, např. aldehydy) a oxid siřičitý (SO2). Oxid uhličitý (CO2) není kromě skleníkového efektu přímou škodlivinou (zesiluje ovšem působení CO), tím méně vodní pára, s níž však mohou po kondenzaci reagovat některé plyny (NOx, SO2) za vzniku vysoce korosivních kyselin (HNO2, HNO3, H2SO3, H2SO4).
Mezi pevnými částicemi velmi malých rozměrů dominují saze a anorganické látky (popel) ze spáleného paliva i oleje. Část jejich hmotnosti tvoří kondenzované CxHy.
Zejména u vozidlových motorů vznikají různé náhledy na škodlivost podle místa působení a nebezpečnosti koncentrace – např. CO2 jako skleníkový plyn je škodlivý globálně, CO a pevné částice působí naopak především v bezprostředním okolí komunikací, NOx a CxHy vedou v prostředí s dostatečnou intenzitou ultrafialového záření a vlhkosti ke tvorbě ozónu a fotochemického smogu (zejména v přímořských oblastech subtropů a tropů). V mírném pásu vedou NOx a SO2 k tvorbě kyselých dešťů, poškozujících rostliny a zvyšujících koncentraci solí v půdách.
Přehled škodlivého působení:
* CO - bezbarvý a bez zápachu, hustota téměř stejná jako vzduchu, rychle se váže na krevní barvivo hemoglobin a blokuje přenos kyslíku krví. Za zvýšené koncentrace nejedovatého CO2 je účinek zvýšen.
* CxHy - velmi rozdílná jedovatost (alkany a alkeny bez nebezpečí, metan, etan i bez zápachu. Aromáty, polycyklické a polykondenzované sloučeniny jsou často kancerogenní. Aldehydy jedovaté + zápach). Dráždivě působí na sliznice, podporují tvorbu jedovatého a korozi působícího, silně okysličujícího ozónu O3 za spolupůsobení ultrafialového záření (především poškozuje zelené části rostlin) a tvorbu fotochemického smogu (omezení slunečního záření, jedovaté účinky). V horních vrstvách atmosféry působí spolu s CO2, CO a NOx skleníkový efekt.
* NOx
o NO se váže rychle (obdobně jako CO) na hemoglobin, ale rychle se odbourává. Vyskytuje se především ve výfuku zážehových motorů a v atmosféře rychle oxiduje na NO2 (zejména v přítomnosti O3).
o NO2 je štiplavě páchnoucí, oranžový plyn napadá plíce a sliznice, je silně oxidační činidlo a váže se na hemoglobin. V půdě působí hnojivě, avšak poškozuje nadzemní části rostlin a často nepříznivě ovlivňuje vyváženost živin. Dusitany vedou na vznik nitrosaminů, které jsou kancerogenní.
* SO2 - štiplavě páchnoucí, bezbarvý plyn. Silně napadá sliznice, potlačuje odolnost vůči infekcím. Tvoří kyselé deště, poškozuje především lesní porosty. Účinky na osoby jsou velmi zesíleny přítomností pevných částic (tzv. Londýnský smog, u nás se vyskytuje velmi často na rozdíl od fotochemického smogu).
* Částice - často nesou na povrchu kondensované mutageny a kancerogeny. Působí i mechanickým drážděním.
Mechanismus tvorby hlavních škodlivin
Oxid uhelnatý CO – vzniká především u zážehových motorů nedokonalým spalováním při nedostatku kyslíku (bohatá směs). Při snížení teploty částečně oxiduje na CO2. Průběh reakcí závisí na molárních koncentracích látek, teplotě a úrovni aktivační energie. U chudých směsí vzniká CO především disociací CO2 při spalování. V průběhu expanze klesá koncentrace CO. S klesající teplotou se reakce zpomalují a při teplotách pod 1700°C zamrzají s konzervací obsahu CO ve výfukových plynech.
U vznětového motoru při vesměs velkých přebytcích vzduchu CO oxiduje na CO2. Oproti srovnatelnému zážehovému motoru dosahují emise CO přibližně 10% hodnoty. Výraznější nárůst se projevuje v oblasti vyšších zatížení. Dříve než se však projeví vlivem vysokého zatížení prudký nárůst emisí CO, je dosažena hranice kouře, na které se nastavuje maximální dávka paliva dorazem regulační tyče vstřikovacího čerpadla.
Nespálené uhlovodíky CxHy – nespálené uhlovodíky se tvoří v místech s nízkou teplotou plamene a s pomalou rychlostí hoření vlivem příliš bohaté nebo chudé směsi. Vznikají v lokálních místech spalovacího prostoru, především ve štěrbinách a v blízkosti stěn, kde jsou nízké teploty plamene. V těchto zónách vznikají částečně oxidované nebo krakované uhlovodíky. Lokální výskyt koncentrace CxHy v závislosti na vzdálenosti od stěny má přibližně hyperbolický charakter. Kromě nedokonalého hoření paliva je příčinou obsahu nespálených uhlovodíků i pronikání motorového oleje do spalovacího prostoru netěsnostmi (typický modrý kouř při špatné funkci pístních kroužků). Při dostatku kyslíku a vysoké teplotě mohou nespálené uhlovodíky v průběhu expanze nebo ve výfuku dohořívat.
Všechny škodliviny, ale především emise CxHy jsou rozhodujícím způsobem ovlivněny stylem tvorby směsi, průběhem hoření, tvarem spalovacího prostoru a teplotou spalovacího prostoru.
U vznětových motorů je tvorba CxHy odlišná s ohledem na způsob tvoření směsi a na jiné chemické složení paliva. Koncentrace CxHy se obvykle zvyšuje s rostoucím přebytkem vzduchu. Vznětové motory s přímým vstřikem vykazují zpravidla vyšší hodnoty emisí škodlivin než motory komůrkové. Vzhledem k vysokým přebytkům vzduchu však při provozní teplotě motoru koncentrace zdaleka nedosahují hodnot zážehových motorů a obvykle nejsou problematické.
Oxidy dusíku NOx – vznik oxidu dusného NO je do značné míry závislý na výši teploty. K průběhu reakcí je zapotřebí vysokých teplot (1900-2000°C). Naštěstí tato reakce probíhá tak pomalu, že se mnohdy nedosáhne rovnovážné koncentrace a při teplotách okolo 1900°C reakce „zamrzají“. Nejvyšších teplot spalování se dosahuje u mírně bohatých směsí, podmínkou vysokých hodnot NOx je však kromě teploty i dostatečně vysoký obsah kyslíku. Produkce NOx souvisí také s charakterem spalování a jednofázová homogenní směs s převažující kinetickou fází hoření produkci významně zvyšuje. To je typické pro zážehové motory. Emise NO jsou vysoké a emise NO2 velmi nízké.
U vznětových motorů je výskyt NOx nižší ve srovnání se zážehovými motory (při optimalizaci z hlediska energetických vlastností). Důvodem je vyšší přebytek vzduchu. S rostoucím přebytkem vzduchu jejich koncentrace klesá vlivem zředění přebytečným vzduchem a poklesem spalovacích teplot. Přesto patří k problematickým škodlivinám s ohledem na plnění zákonných předpisů. U komůrkových motorů jsou nižší emise NOx než u motorů s přímým vstřikem vlivem výraznějšího vrstvení směsi a pomalejší rychlosti hoření.
Emise částic – částicemi rozumíme jednak pevné částice (saze a popel) a jednak kapalné částice (uhlovodíky a sulfáty). Saze se tvoří při spalování neodpařených kapek paliva v prostření s vysokou teplotou a při extrémně nízkých lokálních hodnotách přebytku vzduchu. Dochází k polymerizaci uhlovodíků odštěpením makromolekul bohatých na uhlík. Tvorba sazí se zvyšuje s klesajícím přebytkem vzduchu. Takové typické složení částic je z: 41% uhlík, 25% nespálený olej, 14% sulfáty a voda, 7% nespálené palivo, 13% zbytek. U motorů pracujících s homogenní směsí je produkce částic nevýznamná, nejvíce se podílí popel ze spalovaného mazacího oleje.
Opatření ke snížení škodlivin u zážehových motorů
U všech spalovacích motorů obecně můžeme použít následující opatření:
* ovlivnění směšovacího poměru a tvorby směsi (např. jemné rozprášení paliva pro rychlé odpaření)
* vnitřní opatření u motoru k ovlivnění průběhu spalování (kompresní poměr, okamžik a energie zážehu, recirkulace výfukových plynů)
* dodatečná redukce škodlivých emisí za motorem (termické reaktory, katalytické reaktory)
Nejlepší výsledky dosahujeme při využití všech možností a při vhodné vzájemné kombinaci.
Přehled některých emisních norem pro benzínové ...
... a naftové motory.
Použitá literatura:
Macek, J., Suk, B. - Spalovací motory I. Skripta ČVUT, Praha 2000.
Baumruk, P. - Příslušenství spalovacích motorů. Skripta ČVUT, Praha 1999. |
|
Autor |
Komentáře |
|
crxmann
Články: 16777126
Komentáře: 92
|
|
| Zaslal: 11.2.2011 , 21:18 Předmět: |
|
| Vstoupit do nové diskuze k článku ZDE |
|
Rating box? ? neni
| |
|
| AUTOR: |
|
PreludeZ
Založen: 21.3.2007
Články: 16777215
Komentáře: 13
|
|
Hodnocení: 0.00/5.00 [0]
|
|
|
|
|
|
 | Časy uváděny v GMT + 1 hodina |
You cannot post articles in this chapter
You cannot edit your articles in this chapter
You cannot delete your articles in this chapter
You cannot rate articles in this chapter
You cannot approve articles in this chapter
You cannot post comments in this chapter
You cannot edit your comments in this chapter
You cannot delete your comments in this chapter
You cannot rate comments in this chapter
|
|
|
