PZM – Motoryzacja

Niskie wartości

Jak dotychczas, najkorzystniejszy sposób polega na zasilaniu silnika mieszanką o składzie stechiometrycznym (X = 1), z jednoczesnym obniżeniem zawartości węglowodorów i CO w spalinach za pomocą prostego dopalacza katalitycznego. Nadzwyczaj niską zawartość tlenków azotu przy zasilaniu bogatą mieszanką tłumaczy się tym, że wskutek obecności CO, tlenek azotu zostaje zredukowany do wolnego azotu N2. Zbyt mała zawartość powietrza w mieszance powoduje, że obniżenie poziomu CO i węglowodorów nie jest zadowalające. W zakresie ubogich mieszanek nadmiar powietrza wystarcza do prawie całkowitego utleniania węglowodorów i tlenku węgla w dopalaczu. Dopalacz nie powoduje zmniejszenia zawartości tlenków azotu, ponieważ nadmiar tlenu i zbyt mała zawartość CO uniemożliwiają redukcję tlenku azotu do N2. Przy zasilaniu mieszanką o składzie stechiometrycznym a = 1 zawartość CO, węglowodorów i tlenków azotu, mierzona za dopalaczem katalitycznym, jest bardzo mała (mniejsza nawet niż wynikająca z norm sanitarnych USA na rok 1976). Skokowy wzrost zawartości tlenku azotu przy przekroczeniu a=1 stawia nadzwyczaj ostre wymagania co do precyzji dawkowania paliwa. Wymaganej precyzji nie zapewnia nawet urządzenie wtryskowe L-Jetronic. Niezbędną dokładność regulacji uzyskano dopiero dzięki zastosowaniu zamkniętego obwodu regulacji, ze sprzężeniem zwrotnym od składu spalin (sonda X).

Recylkulacja spalin

W każdym przypadku, niezależnie od rodzaju urządzenia zapłonowego i urządzenia wtryskowego, zmniejszenie zawartości tlenku azotu w spalinach można osiągnąć przez zastosowanie recyrkulacji spalin. Recyrkulacja spalin polega na doprowadzeniu pewnej części gazów wylotowych silnika z powrotem do kanału dolotowego. Udział spalin w mieszance wypełniającej cylinder nie powinien przekraczać 20%. Przy większych wartościach współczynnika recyrkulacji obserwuje się zmniejszenie średniego ciśnienia w cylindrze i wzrost zużycia paliwa. Korzystny wpływ recyrkulacji spalin tłumaczy się tym, że obecność spalin w cylindrze powoduje zmniejszenie szczytowych temperatur występujących w czasie spalania, a tym samym zmniejszenie emisji NO. Tlenki azotu powstają właśnie w wysokich temperaturach. Spowodowane jest to zmniejszeniem wartości opałowej mieszanki wypełniającej cylinder. Obecność spalin w cylindrze powoduje również spowolnienie reakcji występujących bezpośrednio przed zapłonem mieszanki i tym samym umożliwia stosowanie paliwa o niższej liczbie oktanowej. Przy zasilaniu wtryskowym w celu zmniejszenia toksyczności spalin i zużycia paliwa w stanie hamowania silnikiem układ sterujący wtryskiwaczami zostaje wyłączony aż do momentu otwarcia przepustnicy lub zmniejszenia prędkości obrotowych silnika poniżej wartości 1300-1700 obr/min.

Zwiększone tarcie

Zwiększone tarcie w silniku występujące w czasie rozruchu w niskich temperaturach i podczas rozgrzewania może powodować nierównomierną pracę na biegu jałowym. Dlatego w celu zwiększenia mocy silnika, potrzebnej na pokrycie strat tarcia, jest konieczne zwiększenie napełnienia cylindrów powietrzem. Przy częściowym otwarciu przepustnicy skład mieszanki jest tak dobrany, aby uzyskać jak najmniejsze zużycie paliwa i ograniczyć toksyczność spalin. Określona testem toksyczność spalin zależy głównie od dokładności dawkowania paliwa w tym najczęstszym stanie pracy silnika. Natomiast przy całkowitym otwarciu przepustnicy skład mieszanki dobiera się pod kątem maksymalnej mocy. Dlatego w niektórych urządzeniach wtryskowych (reagujących na ciśnienie w kanale wlotowym) stosuje się układ wzbogacający mieszankę przy pełnym otwarciu przepustnicy. Ponieważ ciśnienie w organie pomiarowym czujnika ustala się z pewnym opóźnieniem, niezbędny więc jest dodatkowy czujnik informujący o nagłym otwieraniu przepustnicy. W czasie hamowania silnikiem przepustnica jest zamknięta i silnik, napędzany przez koła pojazdu, ma większą prędkość obrotową niż na biegu jałowym. W silniku gaźnikowym cylindry są zasilane mieszanką przez cały okres hamowania. Powoduje to nadmierne wzbogacenie mieszanki, nawet powyżej granicy zapalności, i wskutek tego bardzo duży wzrost zawartości szkodliwych składników w spalinach.

Zmniejszenie toksyczności spalin

Istnieje kilka możliwości zmniejszenia toksyczności spalin drogą oddziaływania na skład mieszanki. Jedna z metod polega na zasilaniu silnika mieszanką zubożoną. Powoduje to obniżenie zawartości tlenków azotu, lecz równocześnie wzrasta poziom węglowodorów. Zawarte w spalinach węglowodory wraz z pozostałościami tlenku węgla (CO) zostają całkowicie spalone w dopalaczu. Wymagania dotyczące precyzji dawkowania paliwa są duże, bowiem silnik jest zasilany mieszanką bardzo ubogą, w pewnych warunkach zbliżoną do granicy zapalności. Dlatego trzeba zastosować zasilanie wtryskowe. Niestety, nie istnieje korzystny kompromis pomiędzy zawartością tlenku azotu a parametrami silnika. Silnik zasilany zubożoną mieszanką rozwija mniejszą moc, a zużycie paliwa jest większe. Opisane rozwiązanie zapewniało spełnienie norm sanitarnych USA do roku 1975 włącznie. W innym systemie stosuje się zasilanie silnika mieszanką bogatą. W tym zakresie zawartość tlenku azotu jest również stosunkowo niewielka. W celu obniżenia zwiększonej emisji węglowodorów i CO wprowadzono dopalacz katalityczny w układzie wydechowym. Podstawową wadą tego rozwiązania jest wzrost zużycia paliwa, nawet do 30%, a do tego producenci samochodów nie mogą dopuścić.