By spaliny były ... czyste
Produktem powstającym podczas procesu spalania paliwa w silnikach pojazdów, są spaliny. O tym wiedzą wszyscy, nawet średnio zaznajomieni z techniką motoryzacyjną. Znacznie gorzej jednak wypadną odpowiedzi na pytania o skład chemiczny spalin oraz sposoby zmniejszenia emisji szkodliwych substancji do atmosfery. Poniższy tekst ma za zadanie przybliżyć tę tematykę, w sposób zrozumiały dla wszystkich posiadaczy czterech kółek.
Spaliny spalinom nierówne
Twierdzenie to dotyczy produktów spalania powstających w spalinach pochodzących z silników z zapłonem iskrowym oraz wysokoprężnych. I tak spaliny tych pierwszych składają się w większości z azotu (do 71 proc.), drugim zaś pod względem ilości pierwiastkiem jest tlen 18 proc. Kolejnymi składnikami spalin silnika iskrowego są dwutlenek węgla, woda oraz substancje szkodliwe dla środowiska, takie jak: tlenki azotu, węglowodory, tlenek węgla i związki siarki. Warto jednak wiedzieć, iż łączna ilość wymienionych powyżej substancji szkodliwych w spalinach silnika iskrowego jest bardzo mała i wynosi zaledwie około 1 proc. ogółu wszystkich składników spalin. Inaczej ma się natomiast rzecz z jednostkami wysokoprężnymi. W ich spalinach dominującą rolę pełnią substancje szkodliwe, wśród których można wymienić m.in. węglowodory, tlenki węgla i azotu oraz sadzę. Na domiar złego w dieslach możemy znaleźć również szkodliwe związki siarki oraz tlenki metali. Jak zatem obniżyć emisję szkodliwych substancji do atmosfery? W praktyce stosuje się trzy główne sposoby, pozwalające przede wszystkim na redukcję najbardziej niebezpiecznych tlenków azotu.
Z chłodniejszym spalaniem
Pierwszym i najbardziej rozpowszechnionym sposobem, jest recyrkulacja gazów spalinowych w tzw. zaworach EGR. Ich podstawowym zadaniem jest zmniejszenie emisji tlenków azotu powstałych w wysokich temperaturach spalania mieszanki paliwowo-powietrznej oraz przy dużej zawartości tlenu. Jak to działa? Recyrkulacja spalin odbywa się poprzez zastąpienie określonej ilości tlenu w zasysanym powietrzu, niepalnymi spalinami. W konsekwencji znacząco obniża się temperatura spalania, co wpływa na zmniejszenie ilości szkodliwych tlenków azotu w spalinach. W nowoczesnych silnikach stopień recyrkulacji spalin sięga około 60 proc. (w zależności od zakresu obrotów jednostki napędowej oraz jej obciążenia). Minusem stosowania zaworów EGR jest ich stosunkowo duża wrażliwość na uszkodzenia, powodujące m.in. postępującą utratę mocy silnika, duże zadymienie spalin, czy wreszcie problemy z uruchomieniem jednostki napędowej.
Mocznikiem w azot
W niektórych przypadkach prosta recyrkulacja spalin nie wystarcza. Chodzi o silniki montowane w dużych pojazdach użytkowych. Szkodliwe związki azotu są tam redukowane w systemie hydrolizy, polegającym na mieszaniu składników spalin z 32-proc. roztworem mocznika (tzw. selektywna redukcja katalityczna SCR). Następnie tak powstała mieszanka jest doprowadzana do katalizatora redukującego (w jego skład wchodzą m.in. związki wanadu, wolframu i tytanu), ulegając przekształceniu w nieszkodliwe już dla środowiska naturalnego azot i wodę w postaci pary.
A może gąbka?
I wreszcie trzecim podstawowym sposobem redukcji zawartości tlenków azotu w spalinach, jest montaż tzw. katalizatora zasobnikowego. Działa on na zasadzie gąbki w dwóch fazach: gromadzenia przy ubogiej mieszance i bogatych w związki azotu spalinach oraz regeneracji w celu uzyskania spalin wzbogaconych w węglowodory, a ubogich w związki azotu. Faza gromadzenia w katalizatorze zasobnikowym trwa, w zależności od warunków pracy silnika, od 30 sekund do nawet pięciu minut. Z kolei regeneracja jest bardzo krótka i przebiega w czasie od 2 do 10 sekund. Przebiegiem następujących po sobie faz zawiaduje komputer, do którego sygnał przekazują szerokopasmowa sonda umieszczona przed katalizatorem oraz umieszczony za nim czujnik tlenku azotu. Dla kierującego następujące po sobie fazy gromadzenia i regeneracji, nie są zauważalne. Stosowanie katalizatora zasobnikowego pociąga jednak za sobą pewne obostrzenia. Aby mógł prawidłowo funkcjonować, konieczne jest tankowanie specjalnego paliwa bezsiarkowego, zapewniającego ochronę masy czynnej katalizatora.
