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

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.