Как работает система выпуска отработавших газов

При работе двигателя автомобиля образуются продукты сгорания, которые отличаются высокой температурой и токсичностью. Для их охлаждения и отвода из цилиндров, а также для снижения уровня загрязнения окружающей среды в конструкции предусмотрена система выпуска отработавших газов. Другая функция данной системы – уменьшение шума, возникающего при работе двигателя. Выпускная (выхлопная) система состоит из последовательной цепи элементов, каждый из которых выполняет определенную функцию.

Конструкция системы выпуска

Основной задачей системы выпуска является эффективный отвод отработавших газов из цилиндров двигателя, снижение их токсичности и уровня шума. Зная, из чего состоит выхлопная система в автомобиле, вы сможете лучше понимать принципы ее работы и причины возможных неполадок. Устройство стандартной выхлопной системы зависит от вида используемого топлива, а также от применяемых экологических стандартов. Выхлопная система может состоять из следующих элементов:

• Выпускной коллектор – выполняет функцию отвода газов и охлаждения (продувки) цилиндров двигателя. Он выполняется из термостойких материалов, поскольку температура выхлопных газов в среднем варьируется от 700°С до 1000°С.
• Приемная труба – представляет собой трубу сложной формы с фланцами для крепления к коллектору или турбонагнетателю.
• Каталитический нейтрализатор (устанавливается в бензиновых двигателях экологического стандарта Евро-2 и выше) – устраняет из отработавших газов наиболее вредные компоненты CH, NOx, СО, преобразуя их в водяной пар, углекислый газ и азот.
• Пламегаситель – устанавливается в системах выпуска отработавших газов автомобилей вместо катализатора или сажевого фильтра (в качестве бюджетной замены). Он предназначен для снижения энергии и температуры потока газов, выходящих из выпускного коллектора. В отличие от катализатора, не снижает количество токсичных компонентов в отработавших газах, а лишь снижает нагрузку на глушители.
• Лямбда-зонд – служит для контроля уровня кислорода в составе отработавших газов. В системе может быть один или два кислородных датчика. На современных двигателях (рядных) с катализатором устанавливается 2 датчика.
• Сажевый фильтр (обязательная часть системы выхлопа дизельного двигателя) – удаляет сажу из выхлопных газов. Может совмещать в себе функции катализатора.
• Резонатор (предварительный глушитель) и основной глушитель – снижают уровень шума выхлопных газов.
• Трубопроводы – соединяют отдельные элементы выхлопной автомобильной системы в единую систему.

Принцип работы системы выхлопа

В классическом варианте для бензиновых двигателей выхлопная система автомобиля работает следующим образом:

• Выпускные клапана двигателя открываются, и отработавшие газы с остатками не сгоревшего топлива выбрасываются из цилиндров.
• Газы из каждого цилиндра попадают в выпускной коллектор, где объединяются в один поток.
• По приемной трубе отработавшие газы из выпускного коллектора проходят через первый лямбда-зонд (кислородный датчик), который фиксирует количество кислорода в составе выхлопа. На основе этих данных электронный блок управления корректирует топливоподачу и состав топливовоздушной смеси.
• Далее газы попадают в катализатор, где вступают в химическую реакцию с металлами-окислителями (платиной, палладием) и металлом-восстановителем (родий). Рабочая температура газов при этом не должна быть ниже 300°С.
• На выходе из катализатора газы проходят второй лямбда-зонд, с помощью которого происходит оценка исправности работы каталитического нейтрализатора.
• Далее очищенные отработавшие газы попадают в резонатор, а затем в глушитель, где потоки выхлопа преобразуются (сужаются, расширяются, перенаправляются, поглощаются), что снижает уровень шума.
• Из основного глушителя отработавшие газы уже попадают в атмосферу.

Система выхлопа дизельного двигателя имеет некоторые особенности:

• Выходя из цилиндров, отработавшие газы попадают в выпускной коллектор. Температура выхлопных газов дизельного двигателя варьируется в диапазоне 500-700 °С.
• Далее они попадают в турбокомпрессор, осуществляющий наддув.
• После этого выхлоп проходит через кислородный датчик и попадает в сажевый фильтр, в котором удаляются вредные компоненты.
• В завершении выхлоп проходит через автомобильный глушитель и выходит в атмосферу.

Эволюция системы выхлопа неразрывно связана с ужесточением экологических стандартов эксплуатации автомобиля. Так например, начиная с категории Евро-3, установка катализатора и сажевого фильтра для бензиновых и дизельных моторов обязательна, а их замена на пламегаситель считается нарушением закона.

Дизельный выхлоп — Diesel exhaust

Дизель выхлопной является газовым выхлопного производится с помощью дизельного типа с двигателем внутреннего сгорания , а также любые содержащихся частицами . Его состав может варьироваться в зависимости от типа топлива или скорости его потребления, или скорости работы двигателя (например, на холостом ходу или на скорости или под нагрузкой), а также от того, установлен ли двигатель на дорожном транспортном средстве, сельскохозяйственном транспортном средстве, локомотиве, морском судне, или стационарный генератор, или другое приложение.

Дизельные выхлопные газы являются канцерогеном группы 1 , вызывающим рак легких и имеющим положительную связь с раком мочевого пузыря . Он содержит несколько веществ, которые также перечислены МАИР индивидуально как канцерогены для человека .

Существуют методы уменьшения содержания оксидов азота (NO _x ) и твердых частиц (PM) в выхлопных газах. Таким образом, хотя дизельное топливо содержит немного больше углерода (2,68 кг CO₂ / литр), чем бензин (2,31 кг CO₂ / литр), общие выбросы CO₂ дизельного автомобиля обычно ниже. При использовании в среднем это составляет около 200 г CO₂ / км для бензина и 120 г CO₂ / км для дизельного топлива.

СОДЕРЖАНИЕ

Сочинение

Основными продуктами сгорания нефтяного топлива в воздухе являются углекислый газ, вода и азот. Остальные компоненты существуют в основном в результате неполного сгорания и пиросинтеза . В то время как распределение отдельных компонентов сырых (необработанных) дизельных выхлопов варьируется в зависимости от таких факторов, как нагрузка, тип двигателя и т. Д., В соседней таблице показан типичный состав.

Физические и химические условия, которые существуют внутри любых таких дизельных двигателей при любых условиях, значительно отличаются от двигателей с искровым зажиганием, потому что по конструкции мощность дизельного двигателя напрямую регулируется подачей топлива, а не контролем воздушно-топливной смеси, как в обычных бензиновых двигателях. В результате этих различий дизельные двигатели обычно производят другой набор загрязняющих веществ, чем двигатели с искровым двигателем, различия, которые иногда являются качественными (какие загрязняющие вещества есть, а какие нет), но чаще количественными (сколько конкретных загрязняющих веществ или классы загрязняющих веществ присутствуют в каждом). Например, дизельные двигатели производят одну двадцать восьмую угарного газа, чем бензиновые двигатели, поскольку они сжигают свое топливо в избытке воздуха даже при полной нагрузке.

Тем не менее, бедное горение дизельных двигателей и высокие температуры и давления процесса сгорания приводят к значительному образованию NO _x (газообразных оксидов азота ), загрязнителя воздуха, который представляет собой уникальную проблему с точки зрения их снижения. В то время как общее количество оксидов азота в бензиновых автомобилях снизилось примерно на 96% за счет внедрения каталитических нейтрализаторов выхлопных газов с 2012 года, дизельные автомобили по-прежнему производят оксиды азота на том же уровне, что и те, которые были куплены 15 годами ранее в ходе реальных испытаний; следовательно, автомобили с дизельным двигателем выделяют примерно в 20 раз больше оксидов азота, чем автомобили с бензиновым двигателем. В современных дорожных дизельных двигателях обычно используются системы избирательного каталитического восстановления (SCR), чтобы соответствовать законам о выбросах, поскольку другие методы, такие как рециркуляция выхлопных газов (EGR), не могут адекватно снизить NO _x для соответствия новым стандартам, применимым во многих юрисдикциях. Вспомогательные дизельные системы, предназначенные для устранения загрязняющих веществ оксидами азота, описаны в отдельном разделе ниже.

Более того, мелкие частицы (мелкие твердые частицы) в выхлопных газах дизельных двигателей (например, сажа , иногда видимая в виде непрозрачного дыма темного цвета) традиционно вызывают большую озабоченность, поскольку представляют собой различные проблемы для здоровья и редко образуются в значительных количествах за счет искрообразования. двигатели зажигания . Эти особенно вредные твердые частицы достигают своего пика, когда такие двигатели работают без кислорода, достаточного для полного сгорания топлива; когда дизельный двигатель работает на холостом ходу, обычно присутствует достаточно кислорода, чтобы полностью сжечь топливо. (Потребность в кислороде в двигателях без холостого хода обычно снижается за счет турбонаддува .) С точки зрения выбросов твердых частиц, как сообщается, выхлопы дизельных транспортных средств значительно более вредны, чем выхлопные газы автомобилей с бензиновым двигателем.

Выхлопные газы дизельных двигателей, давно известные своим характерным запахом, значительно изменились с уменьшением содержания серы в дизельном топливе, а также с введением каталитических нейтрализаторов в выхлопные системы. Даже в этом случае выхлопные газы дизельных двигателей продолжают содержать ряд неорганических и органических загрязнителей в различных классах и в различных концентрациях (см. Ниже), в зависимости от состава топлива и условий работы двигателя.

Состав выхлопных газов по разным данным

Состав выхлопных газов дизельных двигателей

67%

9%

12%

11%

Средний состав выхлопных газов дизельных двигателей (Reif 2014)	Средний состав выхлопных газов дизельных двигателей (Merker, Teichmann, 2014)	Первый состав выхлопных газов двигателя Дизеля (Хартенштейн, 1895 г.)	Состав выхлопа дизельного двигателя (Khair, Majewski, 2006)	Состав выхлопа дизельного двигателя (разные источники)
Разновидность	Массовый процент	Процент объема	Процент объема	(Объем?) В процентах
Азот (N 2 )	75,2%	72,1%	—	—
Кислород (O 2 )	15%	0,7%	0,5%	—
Углекислый газ (CO 2 )	7,1%	12,3%	12,5%	—
Вода (H 2 O)	2,6%	13,8%	—	—
Окись углерода (CO)	0,043%	0,09%	0,1%	—	100–500 частей на миллион
Оксид азота ( NO Икс )	0,034%	0,13%	—	—	50–1000 частей на миллион
Углеводороды (HC)	0,005%	0,09%	—	—	—
Альдегид	0,001%	н / д	—	—	—
Твердые частицы ( сульфаты + твердые вещества)	0,008%	0,0008%	—	—	1–30 мг · м −3

Химические классы

Ниже приведены классы химических соединений, обнаруженных в выхлопных газах дизельных двигателей.

Класс химического загрязнения	Примечание
соединения сурьмы	Токсичность аналогична отравлению мышьяком
соединения бериллия	Канцерогены IARC Group 1
соединения хрома	Возможные канцерогены IARC Group 3
соединения кобальта
цианидные соединения
диоксины и дибензофураны
соединения марганца
соединения ртути	Возможные канцерогены IARC Group 3
оксиды азота	5,6 частей на миллион или 6500 мкг / м³
полициклические органические вещества, включая полициклические ароматические углеводороды (ПАУ)
соединения селена
соединения серы

Специфические химические вещества

Ниже приведены классы конкретных химикатов, обнаруженных в выхлопных газах дизельных двигателей.

Химический загрязнитель	Примечание	Концентрация, ppm
ацетальдегид	IARC Group 2B (возможные) канцерогены
акролеин	Возможные канцерогены IARC Group 3
анилин	Возможные канцерогены IARC Group 3
мышьяк	Канцерогены IARC Group 1 , эндокринные разрушители
бензол	Канцерогены IARC Group 1
бифенил	Умеренная токсичность
бис (2-этилгексил) фталат	Эндокринный разрушитель
1,3-бутадиен	Канцерогены IARC Group 2A
кадмий	Канцерогены IARC Group 1 , эндокринные разрушители
хлор	Побочный продукт инъекции мочевины
хлорбензол	Токсичность от «[L] до умеренной»
крезол §
дибутилфталат	Эндокринный разрушитель
1,8-динитропирен	Сильно канцерогенный
этилбензол
формальдегид	Канцерогены IARC Group 1
неорганический свинец	Эндокринный разрушитель
метанол
метилэтилкетон
нафталин	Канцерогены IARC Group 2B
никель	Канцерогены IARC Group 2B
3-нитробензантрон (3-НБА)	Сильно канцерогенный	0,6-6,6
4-нитробифенил	Раздражает, повреждает нервы / печень / почки	2.2
фенол
фосфор
пирен	3532–8002
бензо (е) пирен	487–946
бензо (а) пирен	Канцероген IARC Group 1	208–558
флуорантен	Возможные канцерогены IARC Group 3	3399–7321
пропионовый альдегид
стирол	Канцерогены IARC Group 2B
толуол	Возможные канцерогены IARC Group 3
ксилол §	Возможные канцерогены IARC Group 3

§ Включает все региоизомеры этого ароматического соединения . См. Описания орто-, мета- и пара- изомеров в статье каждого соединения.

Регулирование

Чтобы быстро уменьшить количество твердых частиц в дизельных двигателях большой мощности в Калифорнии, Калифорнийский совет по воздушным ресурсам создал Программу достижения стандартов качества воздуха в Мемориале Карла Мойера, чтобы обеспечить финансирование модернизации двигателей до введения норм по выбросам. В 2008 году Калифорнийский совет по воздушным ресурсам также ввел в действие Правило для грузовых автомобилей и автобусов штата Калифорния 2008 года, которое требует от всех тяжелых дизельных грузовиков и автобусов, за некоторыми исключениями, которые работают в Калифорнии, либо модернизировать, либо заменять двигатели, чтобы уменьшить выброс твердых частиц иметь значение. В январе 2001 года Управление по безопасности и охране здоровья в шахтах США (MSHA) выпустило санитарный стандарт, предназначенный для снижения воздействия выхлопных газов дизельного топлива в подземных металлических и неметаллических шахтах; 7 сентября 2005 г. MSHA опубликовало уведомление в Федеральном реестре с предложением перенести дату вступления в силу с января 2006 г. до января 2011 г.

В отличие от международных перевозок, у которых есть предел суфхура в 3,5% по массе / массе за пределами ЕЦА до 2020 года, где он снижается до 0,5% за пределами ЕЦА, дизельное топливо для дорожного использования и бездорожья (тяжелая техника) было ограничено во всем ЕС. с 2009 года

«Дизельное топливо и бензин были ограничены до 10 ppm серы с 2009 года (для дорожных транспортных средств) и 2011 года (внедорожные транспортные средства). Обязательные спецификации также применяются к более чем дюжине параметров топлива».

Проблемы со здоровьем

Общие проблемы

Сообщается, что выбросы от автомобилей с дизельным двигателем значительно более вредны, чем от автомобилей с бензиновым двигателем. Выхлопные газы дизельного топлива являются источником атмосферной сажи и мелких частиц , которые являются компонентом загрязнения воздуха, вызывающим рак у человека, повреждение сердца и легких и умственную деятельность. Кроме того, дизельный выхлоп содержит загрязняющие вещества , перечисленные как канцерогенные для человека со стороны IARC (часть Всемирной организации здравоохранения Организации Объединенных Наций ), в настоящее время в их Списке IARC Группа 1 канцерогены . Считается, что на загрязнение выхлопными газами дизельных двигателей приходится около четверти загрязнения воздуха в предыдущие десятилетия, а также высокая доля заболеваний, вызванных автомобильным загрязнением.

Воздействие на профессиональное здоровье

Воздействие выхлопных газов дизельного двигателя и твердых частиц дизельного топлива (DPM) представляет собой профессиональную опасность для водителей грузовиков , железнодорожных рабочих, жителей жилых домов вблизи железнодорожной станции и горняков, использующих дизельное оборудование в подземных шахтах. Неблагоприятные последствия для здоровья также наблюдались у населения в целом при концентрациях атмосферных частиц в окружающей среде, значительно ниже концентраций в производственных условиях.

В марте 2012 года ученые правительства США показали, что у шахтеров, подвергающихся воздействию высоких уровней дизельных паров, риск заболевания раком легких в три раза выше, чем у шахтеров, подвергшихся воздействию низких уровней. В исследовании «Дизельные выхлопные газы в горняках» (DEMS) стоимостью 11,5 миллионов долларов участвовало 12 315 горняков, контролирующих ключевые канцерогены, такие как сигаретный дым, радон и асбест. Это позволило ученым изолировать воздействие паров дизельного топлива.

Уже более 10 лет в США высказываются опасения по поводу воздействия ДПМ на детей, когда они едут в школу и из школы на школьных автобусах с дизельным двигателем . В 2013 году Агентство по охране окружающей среды (EPA) учредило инициативу Clean School Bus USA, чтобы объединить частные и общественные организации в борьбе с вредным воздействием на учащихся.

Опасения относительно твердых частиц

Дизельные твердые частицы (DPM), иногда также называемые частицами дизельных выхлопных газов (DEP), представляют собой твердые частицы дизельных выхлопных газов, которые включают дизельную сажу и аэрозоли, такие как частицы золы, металлические абразивные частицы, сульфаты и силикаты . При попадании в атмосферу DPM может принимать форму отдельных частиц или цепочечных агрегатов, большая часть которых находится в невидимом субмикрометровом диапазоне 100 нанометров , также известных как сверхмелкозернистые частицы (UFP) или PM0.1.

Основная фракция твердых частиц в выхлопных газах дизельных двигателей состоит из мелких частиц . Из-за своего небольшого размера вдыхаемые частицы могут легко проникать глубоко в легкие. Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) в выхлопных газах стимулируют нервы в легких, вызывая рефлекторный кашель, хрипы и одышку. Шероховатая поверхность этих частиц позволяет им легко связываться с другими токсинами в окружающей среде , тем самым увеличивая опасность вдыхания частиц.

Исследование твердых частиц (ТЧ) выбросы от транзитных автобусов , работающих на ULSD и смеси биодизеля и обычного дизельного топлива (B20) сообщили Omidvarborna и сотрудниками, где они заключения выбросы ТЧ оказались ниже , в случае смешанного использования дизель / биодизельного топлива, где они зависели от модели двигателя , холодного и горячего режимов холостого хода и типа топлива, а также от того, что тяжелых металлов в ТЧ, выделяемых во время горячего холостого хода, было больше, чем при холодном холостом ходе; Причины уменьшения выбросов твердых частиц в выбросы биодизеля были предложены в результате кислородсодержащей структуры биодизельного топлива, а также в результате изменений в технологии (включая использование каталитического нейтрализатора в этой испытательной системе). Другие исследования пришли к выводу, что хотя в некоторых конкретных случаях (например, низкие нагрузки, более насыщенное сырье и т. Д.), Выбросы NOx могут быть ниже, чем при использовании дизельного топлива, в большинстве случаев выбросы NOx выше, а выбросы NOx даже увеличиваются. примешивается биотопливо. Чистый биодизель (B100) в конечном итоге дает на 10-30% больше выбросов NOx по сравнению с обычным дизельным топливом.

Специфические эффекты

Экспозиции были связаны с острым краткосрочными такие симптомы, как головная боль , головокружение , бред , тошнота , кашель , трудно или затрудненным дыханием , герметичности груди, и раздражение глаз, носа и горла. Длительное воздействие может привести к хроническим, более серьезным проблемам со здоровьем, таким как сердечно-сосудистые заболевания , сердечно- легочные заболевания и рак легких . Элементарный углерод, связанный с дорожным движением, был в значительной степени связан с хрипом в возрасте 1 года и постоянным хрипом в возрасте 3 лет в когортном исследовании новорожденных, проведенном в рамках исследования детской аллергии и загрязнения воздуха в Цинциннати.

Финансируемый NERC-HPA проект «Транспортное загрязнение и здоровье в Лондоне» в Королевском колледже Лондона в настоящее время направлен на уточнение понимания последствий загрязнения дорожным движением для здоровья. Загрязнение воздуха, связанное с дорожным движением, было связано со снижением когнитивных функций у пожилых мужчин.

Согласно официальному отчету 2352 Федерального агентства по окружающей среде Германии ( Umweltbundesamt Berlin), смертность от воздействия дизельной сажи в 2001 году составила не менее 14 400 человек из 82-миллионного населения Германии.

Изучение наночастиц и нанотоксикологии находится в зачаточном состоянии, и влияние на здоровье наночастиц, производимых всеми типами дизельных двигателей, все еще не выяснено. Совершенно очевидно, что вредные выбросы мелких частиц для здоровья дизельного топлива серьезны и широко распространены. Хотя одно исследование не нашло значительных доказательств того, что кратковременное воздействие выхлопных газов дизельного двигателя приводит к неблагоприятным внелегочным эффектам, которые коррелируют с увеличением сердечно-сосудистых заболеваний , исследование 2011 года, опубликованное в журнале The Lancet, пришло к выводу, что воздействие дорожного движения является единственным наиболее серьезным предотвратимым триггером сердечный приступ у населения, являющийся причиной 7,4% всех приступов. Невозможно сказать, какая часть этого эффекта вызвана стрессом от движения, а какая — воздействием выхлопных газов.

Поскольку исследование вредного воздействия наночастиц на здоровье ( нанотоксикология ) все еще находится в зачаточном состоянии, природа и степень негативного воздействия на здоровье выхлопных газов дизельных двигателей продолжают выясняться. Остается спорным, является ли воздействие дизелей на здоровье людей выше, чем у автомобилей с бензиновым двигателем.

Вариация с условиями двигателя

Типы и количество наночастиц могут варьироваться в зависимости от рабочих температур и давлений, наличия открытого пламени, основного типа топлива и топливной смеси и даже атмосферных смесей. Таким образом, полученные типы наночастиц из разных технологий двигателей и даже из разных видов топлива не обязательно сопоставимы. Одно исследование показало, что 95% летучих компонентов наночастиц дизельного топлива составляет несгоревшее смазочное масло. Долгосрочные эффекты все еще нуждаются в дальнейшем уточнении, а также влияние на уязвимые группы людей с сердечно-легочными заболеваниями.

Дизельные двигатели могут выделять сажу (или, точнее, твердые частицы дизельного топлива) из своих выхлопных газов. Черный дым состоит из углеродных соединений, которые не сгорели из-за местных низких температур, когда топливо не полностью распылено. Эти местные низкие температуры возникают на стенках цилиндров и на поверхности больших капель топлива. В этих областях, где относительно холодно, смесь богатая (в отличие от общей смеси, которая бедна). В богатой смеси меньше воздуха для сжигания, а часть топлива превращается в нагар. Современные автомобильные двигатели используют сажевый фильтр (DPF) для улавливания частиц углерода, а затем периодически сжигают их, используя дополнительное топливо, впрыскиваемое непосредственно в фильтр. Это предотвращает накопление углерода за счет потери небольшого количества топлива.

Предел полной нагрузки дизельного двигателя при нормальной эксплуатации определяется «пределом черного дыма», после которого топливо не может полностью сгореть. Поскольку «предел черного дыма» все еще значительно меньше стехиометрического, можно получить больше мощности, превысив его, но получающееся в результате неэффективное сгорание означает, что дополнительная мощность достигается за счет снижения эффективности сгорания, высокого расхода топлива и плотных облаков. дыма. Это делается только в высокопроизводительных приложениях, где эти недостатки не вызывают особого беспокойства.

При запуске из холодного состояния эффективность сгорания двигателя снижается, поскольку холодный блок двигателя забирает тепло из цилиндра в такте сжатия. В результате топливо сгорает не полностью, что приводит к образованию сине-белого дыма и снижению выходной мощности до тех пор, пока двигатель не прогреется. Это особенно характерно для двигателей с непрямым впрыском, которые имеют меньшую термическую эффективность. При электронном впрыске время и продолжительность последовательности впрыска могут быть изменены, чтобы это компенсировать. Старые двигатели с механическим впрыском могут иметь механический и гидравлический регулятор для изменения синхронизации, а также многофазные свечи накаливания с электрическим управлением , которые остаются включенными в течение определенного периода времени после запуска, чтобы обеспечить чистое сгорание; вилки автоматически переключаются на меньшую мощность, чтобы предотвратить их выгорание.

Wärtsilä утверждает, что существует два способа образования дыма на больших дизельных двигателях, один из которых заключается в попадании топлива в металл и отсутствии времени для сгорания. Во-вторых, когда в камере сгорания слишком много топлива.

Компания Wärtsilä провела испытания двигателя и сравнила выход дыма при использовании обычной топливной системы и топливной системы Common Rail. Результат показывает улучшение всех условий эксплуатации при использовании системы Common Rail.

Экологические эффекты

Эксперименты в 2013 году показали , что дизельный выхлоп обесцененных пчел способности » , чтобы обнаружить запах из масличного рапса цветов.

средства защиты

Общий

С ужесточением стандартов выбросов дизельные двигатели должны стать более эффективными и содержать меньше загрязняющих веществ в выхлопных газах . Например, легкие грузовики теперь должны иметь выбросы NOx менее 0,07 г / милю, а в США к 2010 году выбросы NOx должны быть менее 0,03 г / милю. Более того, в последние годы США, Европа и Япония расширили правила контроля выбросов с дорожных транспортных средств на сельскохозяйственные машины и локомотивы, морские суда и стационарные генераторы. Переход на другое топливо (например, диметиловый эфир и другие биоэфиры, такие как диэтиловый эфир ), как правило, является очень эффективным средством уменьшения количества загрязняющих веществ, таких как NOx и CO. Например, при работе на диметиловом эфире (DME) выбросы твердых частиц близки к не существует, и можно даже отказаться от использования сажевых фильтров. Кроме того, учитывая, что ДМЭ может быть получен из животных, пищевых и сельскохозяйственных отходов, он может быть даже углеродно-нейтральным (в отличие от обычного дизельного топлива). Смешивание биоэфира (или другого топлива, такого как водород) с обычным дизельным топливом также имеет тенденцию оказывать положительное влияние на выбрасываемые загрязнители. В дополнение к замене топлива американские инженеры также разработали два других принципа и отличные системы для всех продуктов на рынке, которые соответствуют критериям выбросов США 2010 года: селективное некаталитическое восстановление (SNCR) и рециркуляция выхлопных газов (EGR). . Оба находятся в выхлопной системе дизельных двигателей и дополнительно разработаны для повышения эффективности.

Селективное каталитическое восстановление

Селективное каталитическое восстановление (SCR) впрыскивает восстановитель, такой как аммиак или мочевина — последний водный, где он известен как дизельная выхлопная жидкость , DEF) — в выхлоп дизельного двигателя для преобразования оксидов азота (NO _x ) в газообразный азот и воды. Были созданы прототипы систем SNCR, которые уменьшают 90% NO _x в выхлопной системе, а коммерческие системы — несколько ниже. Системы SCR не обязательно нуждаются в фильтрах твердых частиц (ТЧ); когда объединены фильтры SNCR и PM, некоторые двигатели показывают более высокую топливную экономичность на 3-5%. Недостатком системы SCR, помимо дополнительных затрат на предварительную разработку (которые могут быть компенсированы соблюдением требований и улучшенной производительностью), является необходимость доливки восстановителя, периодичность которой зависит от пройденного расстояния, факторов нагрузки и часов. использовал. Система SNCR не так эффективна при более высоких оборотах в минуту ( об / мин ). SCR оптимизируется, чтобы иметь более высокую эффективность при более широких температурах, чтобы быть более долговечным и соответствовать другим коммерческим потребностям.

Рециркуляция выхлопных газов

Рециркуляция выхлопных газов (EGR) на дизельных двигателях может использоваться для получения более богатой топливно-воздушной смеси и более низкой пиковой температуры сгорания. Оба эффекта снижают выбросы NO _x , но могут отрицательно сказаться на эффективности и образовании частиц сажи. Более богатая смесь достигается за счет вытеснения части всасываемого воздуха, но по-прежнему бедна по сравнению с бензиновыми двигателями, которые приближаются к стехиометрическому идеалу. Более низкая пиковая температура достигается за счет теплообменника, который отводит тепло перед повторным поступлением в двигатель и работает благодаря более высокой удельной теплоемкости выхлопных газов, чем воздух. Из-за большего образования сажи EGR часто сочетается с фильтром твердых частиц (PM) в выхлопных газах. В двигателях с турбонаддувом для системы рециркуляции ОГ требуется регулируемый перепад давления в выпускном коллекторе и впускном коллекторе, который может быть обеспечен с помощью таких технических решений, как использование турбокомпрессора с изменяемой геометрией, который имеет впускные направляющие лопатки на турбине для создания противодавления выхлопных газов в направляющем выпускном коллекторе выхлопные газы во впускной коллектор. Он также требует дополнительных внешних трубопроводов и клапанов, а значит, требует дополнительного обслуживания.

Комбинированные системы

John Deere , производитель сельскохозяйственной техники, реализует такую ​​комбинированную конструкцию SCR-EGR в 9-литровом «рядном 6-дюймовом» дизельном двигателе, который включает оба типа систем, фильтр твердых частиц и дополнительные технологии катализаторов окисления. Комбинированная система включает в себя два турбонагнетателя , первый на выпускном коллекторе, с изменяемой геометрией и содержащий систему рециркуляции отработавших газов; и второй турбонагнетатель с фиксированной геометрией. Рециркулирующий выхлопной газ и сжатый воздух от турбонагнетателей имеют отдельные охладители, и воздух сливается перед входом во впускной коллектор, и все подсистемы контролируются центральным блоком управления двигателем, который оптимизирует минимизацию выбросов загрязняющих веществ в выхлопных газах.

Прочие средства

В 2016 году компания Air Ink тестировала новую технологию, которая собирает частицы углерода с помощью цилиндрического устройства Kaalink, которое устанавливается в выхлопную систему автомобиля. После обработки для удаления тяжелых металлов и канцерогенов компания планирует использовать углерод для сделать тушь.

Восстановление воды

Было проведено исследование способов, которыми войска в пустынях могут извлекать питьевую воду из выхлопных газов своих транспортных средств.