12.2. Снижение токсичности и дымности отработавших газов дизелей

В дизелях реализуется внутреннее смесеобразование. Сгорает смесь обедненного состава при α =1,5 1,7 на номинальном режиме. Из-за сокращения времени, отводимого на процесс смесеобразования, в ОГ всегда присутствуют продукты неполного сгорания в виде сажи, твердых частиц, СО, СН , NОх, Нормы предельно допустимых выбросов вредных веществ

приведены в табл. 12.1.

Таблица 12.1

Предельно допустимые нормы вредных веществ

Вредные вещества, г/кВт ч	Евро II 1996 г.	Евро III.2000 г.	Евро IV 2005 г.
СО	4,0	2,1	1,5
СН	1,1	0,66	0,46
NОх	7,0	5,0	3,5
Частицы	0,15	0,10	0,2

Первым способом снижения токсичности ОГ дизелей следует признать улучшение протекания процесса смесеобразования. Совершенствование процессов смесеобразования и сгорания приводит к снижению расхода топлива. Одновременно возрастает выброс NО_х и твердых частиц. Твердые частицы образуются из содержавшейся в топливе серы, а также в виде аэрозолей масла и не сгоревшего топлива. Твердые частицы также образуются в результате износа трущихся пар.

В современных дизелях за счет повышения давления впрыска до величин 200 – 250 МПа удается добиться протекания сгорания с уменьшенным выбросом частиц сажи, NO_х. В двигателях с наддувом при увеличении частоты вращения наблюдается снижение токсичности ОГ выброса частиц сажи. На выброс токсичных продуктов оказывает закон подачи топлива. Для уменьшения образования NO_х желательно такое поступление топлива в цилиндр, когда вначале впрыска в цилиндр подается малая запальная порция топлива, а затем, после начала горения, впрыскивается основная порция. При этом из-за возрастания продолжительности подачи возможно повышение выброса сажи.

Топлива и присадки. Влияние цетанового числа топлива на выброс NO_х зависит от частот вращения дизелей. Так, увеличение цетанового числа топлива вызывает уменьшение выброса NO_х у дизелей с невысокой частотой вращения и наоборот приводит к их увеличению в высокооборотных дизелях. При этом для всех дизелей наблюдается снижение выбросов СО и СН. На токсичность оказывает влияние содержание в топливе легких фракций – с их увеличением снижается дымность ОГ количество NO_х. Уменьшение присутствия в топливе ароматических углеводородов приводит к снижению выброса канцерогенных веществ. К снижению дымности ОГ и содержанию в них альдегидов и бензальфапирена приводит добавка к топливу присадок на основе бария или марганца. Использование спиртов в качестве добавок к дизельному топливу позволяет значительно уменьшить выбросы частиц и снизить содержание в ОГ NO_х и СО. При этом выбросы СН увеличиваются. К уменьшению содержания в ОГ NO_х приводит подача в цилиндр со свежим зарядом воды, приводящей к понижению максимальной температуры сгорания.

Использование в качестве топлива диметилэфира приводит к снижению шума сгорания, выбросов частиц NO_х и СН, отсутствию дыма при сгорании. В качестве альтернативного топлива для дизелей может быть использовано рапсовое масло, но не в чистом виде, а после соответствующей переработки. Применение такого топлива позволяет уменьшить выбросы СН и частиц, а также полициклических углеводородов.

Нейтрализация отработавших газов дизелей. Нейтрализаторами называются специальные устройства, предназначенные для нейтрализации токсичных компонентов ОГ. Они делятся на окислительные и окислительно-восстановительные.

Окислительные служат для окисления СО и СН и эффективно работают при температуре ОГ 300 – 800 ⁰С. Материалом служат платина и палладий. Для работы таких нейтрализаторов при α< 1необходима дополнительная подача воздуха. Для этого предусмотрен специальный воздушный насос. В окислительных нейтрализаторах остается нерешенным вопрос нейтрализации NO_х.

Современные трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы являются окислительно-восстановительными и позволяют дополнительно переводить NO в азот N₂ и аммиак NH₃. При работе двигателя на смеси, при α = 1,0, продуктом восстановления NO является N₂, а при работе на богатых смесях в основном образуется NH₃ (аммиак). При восстановлении NO одновременно происходит окисление CO и CH, поэтому такой нейтрализатор называется трехкомпонентным.