WPŁYW SYSTEMU DOC NO2 -CSF-LNT NA EMISJĘ SUBSTANCJI TOKSYCZNYCH Z SILNIKA O ZS

1-21 PROBLEMY EKSPLOATACJI 129 Marek SWAT Instytut Technologii Eksploatacji PIB, Radom WPŁYW SYSTEMU DOC NO2 -CSF-LNT NA EMISJĘ SUBSTANCJI TOKSYCZNYCH Z SILNIKA O ZS Słowa kluczowe Silnik o ZS, ochrona środowiska. Streszczenie Przedstawiono wyniki własnych badań systemu jednoczesnej redukcji tlenków azotu i utleniania cząstek stałych PM w układzie wylotowym silnika o zapłonie samoczynnym. Stwierdzono, że eliminacja syndromu PM NO x w silniku o zapłonie samoczynnym, przez zastosowanie reaktora konwersyjnego w połączeniu z filtrem spalin i ewentualnie z reaktorem magazynującym NO x, jest możliwa i skuteczna. Wprowadzenie Wprowadzane sukcesywnie nowe limity emisji NO x i PM zmuszają producentów do wybrania technologii ograniczenia emisji dla przyszłych silników o ZS. Coraz częściej w przyszłościowych rozwiązaniach ekologicznych układów wylotowych zaczyna dominować łączenie różnych technologii i systemów [8, 1, 11, 17, 22]. W laboratoriach badawczych oceniane są różne konfiguracje reaktorów utleniających, reaktorów magazynująco-redukujących NO x oraz filtrów spalin. Wybór właściwej technologii jest nadal sprawą otwartą. Dla silników pracujących z nadmiarem powietrza rozwinęły się technologie umożliwiające usuwanie tlenków azotu w obecności tlenu w spalinach. Układy

13 PROBLEMY EKSPLOATACJI 1-21 te nazywane są reaktorami magazynującymi tlenki azotu NSC (NOx Storage Catalysts), pułapkami tlenków azotu LNT (Lean NOx Traps) lub reaktorami magazynująco-redukującymi tlenki azotu NSR-Catalysts (NOx Storage Reduction Catalysts). Laboratoryjne eksperymenty wykazały, że reaktory magazynujące/redukujące mogą osiągać 9% skuteczność w redukcji tlenków azotu w relatywnie szerokim zakresie temperatury [5, 8, 13, 14, 18]. Mechanizm magazynowania oraz uwalniania i redukcji tlenków azotu w reaktorze tego typu (bez wnikania w przebieg charakterystycznych reakcji) przebiega dwuetapowo. Na pierwszym etapie NO x jest adsorbowany w materiale washcoat reaktora, gdzie tworzy termicznie stabilne azotany z zasadowymi tlenkami. Efektywne magazynowanie NO x przy spalaniu mieszanek ubogich zależy od stężenia NO x w spalinach, od budowy reaktora oraz od temperatury procesu katalitycznego. Na etapie drugim, aby zredukować zmagazynowane NO x do azotu, konieczne są okresowe zmiany z mieszanki ubogiej na mieszankę bogatą (impulsy mieszanki bogatej, wtrysk paliwa), w której powierzchniowe azotany rozkładają się i NO x są nieselektywnie redukowane przez CO, H 2 i HC. W celu precyzyjnego dozowania składników redukujących wymagana jest dokładna znajomość ilości NO x w spalinach. Należy dążyć, aby całkowita ilość reduktora była wystarczająca do redukcji NO x zmagazynowanych w reaktorze, a nie większa, ponieważ powoduje to zwiększoną emisję CO i HC oraz zwiększone zużycie paliwa. Regeneracja filtrów cząstek stałych DPF (Diesel Particulate Filter) polega na utlenieniu separowanych w procesie filtracji cząstek stałych. Podstawowymi czynnikami determinującymi proces regeneracji są wielkość i dyspozycyjność niezbędnego do tego procesu źródła energii i dostęp tlenu. Zastosowanie warstwy katalitycznej na powierzchni monolitu filtra (tzw. CSF Catalysed Soot Filter), wymaga systemu regeneracji ciągłej, ponieważ kontakt z aktywatorem powierzchniowym mają jedynie cząstki (bądź warstwa cząstek) osadzone na jego powierzchni w początkowej fazie procesu filtracji. Jeśli te cząstki (warstwa) nie zostaną natychmiast utlenione, uniemożliwiają kontakt z aktywatorem następnej separowanej warstwie cząstek. Zastosowanie systemu CRT (Continous Regeneration Trap) [1, 2, 4, 9, 16, 19] umożliwia prowadzenie procesu samoregeneracji przebiegającego jednocześnie z procesem filtracji i niewymagającego dodatkowych układów sterowania i regulacji. System CRT jest połączeniem specjalnego (konwersyjnego NO/NO 2 ) reaktora utleniającego i filtra cząstek stałych, dzięki czemu obniża się temperaturę początku utleniania cząstek do poziomu temperatur w normalnych warunkach eksploatacji silnika. W tym ujęciu reaktor katalityczny nie jest klasycznym reaktorem utleniającym CO i HC, ale głównie konwertorem NO na NO 2 do takiego poziomu stężenia NO 2, aby maksymalnie obniżyć temperaturę samozapłonu separowanych w filtrze cząstek stałych [2, 4, 7, 9, 12, 15, 2].

1-21 PROBLEMY EKSPLOATACJI 131 Sposób rozwiązania problemu polega na wykorzystaniu efektu redukcji energii aktywacji utleniania sadzy w atmosferze NO 2, stworzeniu pierwszych ognisk samozapłonu w temperaturze ok. 3 o C do kontrolowanego przemieszczania strefy utleniania cząstek (obszaru reakcji) w objętości monolitu filtra. W normalnych warunkach eksploatacji silnika stężenie NO 2 w jego spalinach jest zbyt niskie (prawdopodobnie dwukrotnie), aby inicjować proces samozapłonu sadzy. Ponieważ w spalinach silnikowych spośród tlenków azotu oznaczonych sumarycznie jako NO x najwięcej jest tlenku azotu, należy przyspieszyć jego reakcję utleniania do NO 2 w obecności katalizatora utleniającego, wykorzystując tlen (a jest go wystarczająca ilość) znajdujący się w spalinach. System CRT może być również połączeniem dwóch aktywatorów powierzchniowych (tzw. system CCRT), tj. utleniającego reaktora katalitycznego DOC (Diesel Oxidation Catalist jak w systemie CRT) i katalitycznej powłoki monolitu filtra (jak CSF). Cel pracy Określenie wpływu systemu jednoczesnej redukcji tlenków azotu i utleniania cząstek stałych PM na emisję substancji toksycznych z układu wylotowego silnika o zapłonie samoczynnym. Istotą podjętego problemu jest próba eliminacji syndromu PM NO x w silniku o zapłonie samoczynnym przez zastosowanie reaktora konwersyjnego (NO/NO 2 ) w połączeniu z filtrem cząstek stałych i ewentualnie z reaktorem magazynującym NO x. Realizacja Do realizacji zadania przyjęto systemy pracujące w układzie szeregowym. Przyjęto założenie, że podstawowym systemem ograniczenia emisji toksycznych składników spalin jest system DOC NO2 +CSF. Gdyby efekty redukcji NO x, wynikające ze zużycia NO 2 na utlenianie cząstek stałych w filtrze okazały się niewystarczające uzupełnić system reaktorem LNT. Sposób rozwiązania problemu polegał na połączeniu i wykorzystaniu trzech procesów: ograniczenia emisji HC i CO i częściowo PM w reaktorze DOC, którego zadaniem jest nie tylko generowanie NO 2, ale także reakcje utleniania jak w klasycznym reaktorze utleniającym, redukcja energii aktywacji utleniania PM w atmosferze NO 2 inicjowanie początku utleniania cząstek stałych w temperaturach eksploatacyjnych, tj. ok. 3 o C w filtrze spalin CSF, okresowe magazynowanie a następnie uwalnianie i redukcja NO x w obecności dodatkowej ilości wtryśniętych węglowodorów w reaktorze LNT.

132 PROBLEMY EKSPLOATACJI 1-21 Przyjęto, że reakcja utleniania NO do NO2 w reaktorze DOCNO2 ma istotny wpływ na podniesienie szybkości i skuteczności utleniania PM w filtrze spalin. Przyjęto, że redukcja energii aktywacji utleniania dokonywana jest w sposób bezpośredni przez katalityczną powłokę monolitu filtra i pośredni przez optymalny wzrost stężenia NO2 za reaktorem. Wysoka skuteczność konwersji NO do NO2 może zadowalająco obniżyć temperaturę samozapłonu separowanych w filtrze cząstek stałych do warunków panujących w układzie wylotowym silnika doprowadzając do ciągłej regeneracji filtra. Zbudowano w tym celu własnej konstrukcji system DOCNO2-CSF-LNT, pracujący w układzie CCRT z przepływowym filtrem CSF (CuV na Al2O3) i reaktorami katalitycznymi konwersyjnym DOCNO2 (Pt/Pd na Al2O3) i magazynującym LNT (Pt/BaO na Al2O3) o zwiększonych o 5% gęstościach substancji katalitycznej. Rys. 1. System DOCNO2+CSF+LNT na stanowisku badawczym Stanowisko badawcze W zrealizowanym stanowisku silnikowym do badań DOCNO2+CSF zastosowano systemy jedno- i dwufiltrowe, gdzie w jednym z odgałęzień by-pass zamiast samego filtra cząstek stałych zastosowano DOCNO2+CSF. Jako podstawowe kryterium wyboru przyjęto możliwość badań porównawczych na stanowisku silnikowym jednocześnie samego filtra cząstek stałych i DOCNO2+CSF.

1-21 PROBLEMY EKSPLOATACJI 133 ANALIZATOR HC; CO ANALIZATOR NO x CLD-2 BLOK ZASILANIA POWIETRZEM ZESPÓŁ STEROWNIKÓW SILNIK -- HAMULEC SEPARATOR CZĄSTEK STAŁYCH PTP-2 (STANOWISKO DO BADAŃ PRZEPŁYWOWYCH) u s pr s DOC s CSF s LNT SILNIK HAMULEC T pr p pr DOC CSF LNT ZP T DOC T CSF T LNT ANALIZATORY PRZEPŁYWU PALIWO / POWIETRZE IBM PC p f T pf FILTR s pf S zf T zf WAGA LABORATORYJNA MONITOR DRUKARKA HIGROMETR BAROMETR Rys. 2. Schemat funkcjonalny stanowiska badawczego: u powietrze do separatora PTP; p f i p pr różnica ciśnień na filtrze i filtrze z DOC NO2 +CSF; ZP zawór przełączający drogę spalin; T sondy termopar ( pf przed filtrem; zf za filtrem; pr przed reaktorem; DOC za reaktorem DOC a przed filtrem CSF; CSF za filtrem CSF a przed reaktorem LNT; LNT za reaktorem LNT); s sondy poboru próbek spalin (oznaczenia indeksowe identyczne jak sond termopar) Dla wersji DOC NO2 +CSF+LNT w celu realizacji fazy bogatej (uwalnianie i redukcja tlenków azotu) w katalitycznym reaktorze Pt/BaO/Al 2 O 3 zastosowano wtryskiwacz paliwa umiejscowiony w konfuzorze filtra spalin, w odległości 26 cm przed reaktorem LNT. Wielkość dawki wtrysku i czasu wtrysku oleju napędowego realizowano poprzez mikroprocesorowy układ zasilająco-sterujący. W skład układu wchodziła pompa paliwowa zasilana elektrycznie, elektrozawór sterowany układem mikroprocesorowym, wtryskiwacz. Mikroprocesorowy układ zasilająco-sterujący umożliwiał sterowanie wielkością dawki wtrysku i czasu wtrysku oleju napędowego w zależności od momentu i prędkości obrotowej silnika. Jako obiekt badań użyto silnik o zapłonie samoczynnym AD3.152, pracujący w standardowym układzie hamownianym (rys. 2), którego układ wylotowy wyposażono w układy poboru próbek spalin (do separatora cząstek stałych i analizatora tlenków azotu) oraz sondę analizatora węglowodorów i tlenku węgla. Pomiaru emisji cząstek stałych dokonywano (na podstawie separowanej masy cząstek określanej metodą grawimetryczną) zgodnie z programowanymi

134 PROBLEMY EKSPLOATACJI 1-21 13-fazowymi testami badawczymi przy pomocy separatora cząstek stałych PTP- -2 z mikrotunelem rozcieńczającym (firmy Pierburg). Do pomiarów tlenków azotu użyto analizatora chemiluminescencyjnego CLD-2 (firmy Pierburg), wykorzystującego zjawisko emisji promieniowania elektromagnetycznego towarzyszące reakcji tlenku azotu z ozonem. Do pomiarów stężeń węglowodorów i tlenku węgla w spalinach wykorzystano analizator typu FTIR, model Gastester MHD-218 (firmy Hermann). Wyniki badań Skuteczność utleniania reaktora DOC NO2 (zastosowanego w obu systemach), mierzona spadkiem stężeń tlenku węgla i węglowodorów w spalinach, jest wysoka w całym zakresie obciążeń i prędkości eksploatacyjnych silnika. Skuteczność utleniania HC i CO osiąga wartości większe od 8% dla systemu DOC NO2 -CSF, a skuteczność utleniania w systemie DOC NO2 -CSF-LNT większą od 7%. Stwierdzono wyraźną zależność skuteczności utleniania HC i CO od temperatury reaktora, która wyraźnie wzrasta (skuteczność) w zakresach średnich i dużych obciążeń silnika. Większe natężenia przepływu spalin wymagają wyższych temperatur reaktora dla zachowania tej samej skuteczności. Poniżej temperatury uruchomienia (inicjacji) reaktora ok. 2 o C (w warunkach biegu jałowego i przy niewielkich obciążeniach) oddziaływanie obu systemów na skład emitowanych spalin (poza emisją cząstek stałych PM) jest niewielki. Stwierdzono, że w spalinach standardowego układu wylotowego silnika stężenie NO 2 jest niewielkie, średnio na poziomie 9% 1% (charakterystyka obciążeniowa n Mmax ) do 13% (charakterystyka obciążeniowa n Nmax ) sumarycznego stężenia NO x, największe w zakresie małych obciążeń silnika (dochodzi nawet do 18%), później gwałtownie spada, by w zakresie maksymalnego obciążenia osiągnąć wartość 1% do 2%. Największe (bezwzględne) stężenia NO 2 zaobserwowano dla obciążeń badanego silnika, gdy temperatura spalin mieściła się w zakresie 275 o C (n M max ) do 325 o C (n N max ). Po przepływie spalin przez zastosowany reaktor konwersyjny DOC NO2 (w systemach DOC NO2 -CSF i DOC NO2 -CSF-LNT) średnie stężenie NO 2 stabilizuje się na poziomie 4% sumarycznego stężenia NO x praktycznie dla większości obciążeń silnika (rys. 3 i 4). Po przejściu przez reaktor katalityczny stężenie NO 2 w spalinach wzrasta od 2,5 do ponad 3 razy. Za reaktorem największe (nawet 1-krotnie większe od standardowych) bezwzględne stężenia NO 2 zaobserwowano dla obciążeń badanego silnika, gdy temperatura spalin mieściła się w niewielkim zakresie zmian 35 o C (n M max ) do 37 o C (n N max ). Zaobserwowano wyraźną zależność wzrostu poziomu stężeń NO 2 od temperatury pracy reaktora konwersyjnego DOC NO2 (w systemach DOC NO2 -CSF i DOC NO2 -CSF-LNT). Największy wzrost stężeń uzyskano w warunkach średnich obciążeń silnika, podobnie jak największą konwersję NO do NO 2, dla zakresu

1-21 PROBLEMY EKSPLOATACJI 135 1 9 8 NOx; NO; NO2 [ppm] 7 6 5 4 3 2 1 NOx standard NO standard NO2 standard NOx za reaktorem NO za reaktorem NO2 za reaktorem NOx za filtrem NO za filtrem NO2 za filtrem NOx za LNT NO za LNT NO2 za LNT Rys. 3. Udział średnich stężeń tlenków azotu w spalinach badanego silnika dla standardowego układu oraz układów z DOC NO2, z DOC NO2 +CSF i z DOC NO2 +CSF+LNT, charakterystyka obciążeniowa n M max 1 9 8 7 NO x ; NO; NO 2 [ppm] 6 5 4 3 2 1 NOx standard NO standard NO2 standard NOx za reaktorem NO za reaktorem NO2 za reaktorem NOx za filtrem NO za filtrem NO2 za filtrem NOx za LNT NO za LNT NO2 za LNT Rys. 4. Udział średnich stężeń tlenków azotu w spalinach badanego silnika dla standardowego układu oraz układów z DOC NO2, z DOC NO2 +CSF i z DOC NO2 +CSF+LNT, charakterystyka obciążeniowa n N max

136 PROBLEMY EKSPLOATACJI 1-21 NO x ; HC; CO [ppm] 18 16 14 12 1 8 6 4 2 NOx HC CO ge Ts 6 5 4 3 2 1 g e [g/(kw x h)] x 1 2 ; T s [ o C] x 1 2 2 4 6 8 1 12 14 16 18 M [N x m] Rys. 5. Zmiany stężeń NO x, HC i CO w spalinach badanego silnika, standardowy układ wylotowy, charakterystyka obciążeniowa n M max 18 6 16 14 NOx (**) HC (**) CO (**) Ts 5 12 4 NO x ; HC; CO [ppm] 1 8 6 3 2 T s [ o C] 4 2 1 2 4 6 8 1 12 14 16 18 M [N x m] Rys. 6. Zmiany stężeń NO x, HC i CO w spalinach badanego silnika, układ wylotowy z DOC NO2 +CSF, charakterystyka obciążeniowa n M max

1-21 PROBLEMY EKSPLOATACJI 137 temperatur reaktora 3 do 35 C. Dla tego zakresu temperatur zaobserwowano również większe stężenia dwutlenku azotu od tlenku azotu w spalinach badanego silnika. NO x ; HC; CO [ppm] 18 16 14 12 1 8 6 NOx (##) HC (##) CO (##) Ts 6 5 4 3 2 T s [ o C] 4 2 1 2 4 6 8 1 12 14 16 18 M [N x m] Rys. 7. Zmiany stężeń NO x, HC i CO w spalinach badanego silnika, układ wylotowy z DOC NO2 +CSF+LNT, charakterystyka obciążeniowa n M max Stwierdzono nieznaczny (7%) wzrost stężeń tlenków azotu za reaktorem konwersyjnym DOC NO2 w badanych zakresach obciążeń i prędkości obrotowych silnika. Potwierdzają to zarówno badania charakterystyk zewnętrznych, jak i obciążeniowych dla obu zastosowanych w eksperymencie systemów. Silnik AD 3.152 charakteryzuje się własnym, wysokim poziomem emisji NO x, który za reaktorem konwersyjnym dodatkowo nieznacznie wzrasta. Ale zaobserwowany wzrost stężenia NO x dotyczy tylko reaktora DOC NO2 (rys. 3 i 4), ponieważ po przejściu przez filtr średnie stężenia tlenków azotu stabilizują się praktycznie na poziomie niższym niż przed reaktorem. Można więc ogólnie stwierdzić, że połączenie reaktora konwersyjnego DOC NO2 z filtrem CSF zmniejsza poziom stężeń NO x w spalinach badanego silnika, a wzrost stężenia NO x za reaktorem jest spowodowany oczekiwaną zmianą struktury emisji tlenków azotu i wzrostem (głównie) stężenia dwutlenku azotu, co widać na rysunkach 3 i 4. Reaktor konwersyjny DOC NO2 w obu systemach powoduje 2% zmniejszenie emisji cząstek stałych (rys. 11), prawdopodobnie przez wcześniejsze uwolnienie części gazowej i uniemożliwienie krzepnięcia części ciekłej SOF cząstek

138 PROBLEMY EKSPLOATACJI 1-21 14 7 NO x ; HC; CO [ppm] 12 1 8 6 4 2 NOx HC CO ge Ts 6 5 4 3 2 1 g e [g/(kw x h)] x 1 2 ; T s [ o C] x 1 2 2 4 6 8 1 12 14 M [N x m] Rys. 8. Zmiany stężeń NO x, HC i CO w spalinach badanego silnika, standardowy układ wylotowy, charakterystyka obciążeniowa n N max 14 7 12 1 NOx (**) HC (**) CO (**) Ts 6 5 NO x ; HC; CO [ppm] 8 6 4 4 3 2 T s [ o C] 2 1 2 4 6 8 1 12 14 M [N x m] Rys. 9. Zmiany stężeń NO x, HC i CO w spalinach badanego silnika, układ wylotowy z DOC NO2 +CSF, charakterystyka obciążeniowa n N max

1-21 PROBLEMY EKSPLOATACJI 139 14 7 12 1 NOx (##) HC (##) CO (##) Ts 6 5 NO x ; HC; CO [ppm] 8 6 4 4 3 2 T s [ o C] 2 1 2 4 6 8 1 12 14 M [N x m] Rys. 1. Zmiany stężeń NO x, HC i CO w spalinach badanego silnika, układ wylotowy z DOC NO2 +CSF+LNT, charakterystyka obciążeniowa n N max 1,6 1,495 epm enox ehc eco 1,4 e PM [g/kw h]; e x NOx [g/kw x h] 1; x e HC [g/kw h];e x CO [g/kw x h] x 1 1,2 1,8,6,4,2,717 1,172,79,578 1,248,421,143,868,295,15,18,373,333,15,117 standard DOC DOC + CSF DOC + CSF + LNT warunki emisji Rys. 11. Wyniki badań porównawczych emisji jednostkowych (test 13-fazowy) w spalinach badanego silnika dla standardowego układu wylotowego i układów wylotowych z DOC NO2, z DOC NO2 +CSF i z DOC NO2 +CSF+LNT

14 PROBLEMY EKSPLOATACJI 1-21 stałych, z wielce prawdopodobnym utlenieniem węglowodorów PAH adsorbowanych (głównie w wyniku adsorpcji fizycznej) na powierzchniach tych cząstek. Reaktor oprócz zamierzonego wzrostu stężenia NO 2 posiada również właściwości klasycznego reaktora Oxicat, stąd wyraźne zmniejszenie emisji HC (o 72%) i CO (o 8%) w porównaniu z emisją w warunkach standardowych. Filtr spalin powoduje dalsze, oczekiwane zmniejszenie emisji cząstek 98% w porównaniu z emisją w warunkach standardowych, przy czym dla analogicznych warunków dla samego filtra (bez reaktora) zmniejszenie emisji nie przekraczało 9%. Oddziaływanie aktywatorów powierzchniowych reaktora konwersyjnego DOC NO2 (pośrednio przez wzrost stężenia NO 2 i redukcję frakcji SOF) i filtra CSF w systemach DOC NO2 -CSF i DOC NO2 -CSF-LNT powoduje 98% zmniejszenie emisji cząstek stałych, 8% zmniejszenie emisji węglowodorów i 85% zmniejszenie emisji tlenku węgla przy 26% redukcji emisji tlenków azotu. Emisja HC i CO za LNT (w DOC NO2 -CSF-LNT) nieznacznie wzrasta (13% HC i 11% CO w porównaniu z emisją za filtrem w DOC NO2 -CSF) głównie w wyniku dodatkowego wtrysku dawki węglowodorów regenerujących LNT w cyklu uwalniania NO x. Wzrost HC może następować także (prawdopodobnie) w wyniku dodatkowego uwolnienia SOF podczas utleniania PM C SOLID. Wzrost emisji CO może być także generowany w wyniku redukcji dwutlenku azotu przez frakcję gazową SOF: lub samego PM C SOLID : NO 2 + {HC} NO + CO + H 2O NO 2 + C NO + CO. Reasumując, zastosowanie systemu DOC NO2 -CSF-LNT w układzie wylotowym powodowało 97% zmniejszenie emisji cząstek stałych, 68% redukcję tlenków azotu, 78% zmniejszenie emisji HC i 83% zmniejszenie emisji tlenku węgla w porównaniu z emisją w standardowym układzie wylotowym. Wnioski W spalinach standardowego układu wylotowego silnika stężenie NO 2 jest niewielkie, w zależności od obciążenia, średnio na poziomie 9% do 1% sumarycznego stężenia NO x. Największe (bezwzględne) stężenia NO 2 zaobserwowano dla obciążeń badanego silnika, gdy temperatura spalin mieściła się w zakresie 275 o C < T s < 325 o C. Zastosowany reaktor konwersyjnego DOC NO2 zwiększa średnie stężenie NO 2 do poziomu 4% sumarycznego stężenia NO x dla większości obciążeń silnika. Reaktor przesuwa zakres występowania największych (bezwzględnych) stężeń NO 2 do temperatur 35 o C < T s < 37 o C.

1-21 PROBLEMY EKSPLOATACJI 141 Za DOC NO2 -CSF poziom stężeń NO 2 w większości badanych obciążeń i prędkości obrotowych (poza biegiem jałowym) był mniejszy niż przed reaktorem, co pozwala wnioskować, że dwutlenek azotu (również nowo wytworzony przez reaktor) został zużyty do przebudowy struktury bądź utlenienia separowanych w filtrze cząstek stałych. Większym udziałem zużycia NO 2 w sumarycznej emisji tlenków azotu można tłumaczyć redukcję emisji NO x przez DOC NO2 -CSF w porównaniu z emisją standardowego układu wylotowego badanego silnika. Ograniczenie poziomu emisji cząstek stałych w spalinach silnika o ZS przez badane systemy odbywa się prawdopodobnie dzięki ograniczeniu udziału frakcji rozpuszczalnej SOF w całkowitej masie emitowanych cząstek stałych. Skuteczność ograniczania emisji przez badane systemy dotyczy nie tylko cząstek stałych, ale również tlenków azotu, węglowodorów i tlenku węgla. Największą skuteczność w ograniczaniu emisji PM (98%), HC (8%), CO (85%) wykazuje system DOC NO2 -CSF. Ograniczenie emisji NO x w systemie DOC NO2 -CSF jest na poziomie 25% i wynika ze głównie ze zużycia NO 2 (także nowo wytworzonego przez reaktor konwersyjny DOC NO2 ) w filtrze CSF na utlenianie cząstek stałych. Zastosowanie dodatkowo reaktora magazynującego LNT w systemie DOC NO2 -CSF-LNT powoduje wzrost skuteczności redukcji NO x od 7% do 75% przy zmniejszonej o około 1% skuteczności w ograniczaniu emisji HC i CO. Reasumując, eliminacja syndromu PM NO x w silniku o zapłonie samoczynnym przez zastosowanie reaktora konwersyjnego w połączeniu z filtrem spalin i ewentualnie z reaktorem magazynującym NO x, jest możliwa i skuteczna. Bibliografia 1. Allansson R., Blakeman P.G., Cooper B.J. i in.: Optimizing the low temperature performance and regeneration efficiency of the continuously regenerating diesel particulate filter (CR-DPF) system. SAE Paper No. 22-1- 428. 2. Allansson R., Blakeman P.G., Cooper B.J. i in.: The use of continuously regeneration trap (CRT TM) to control particulate emissions: Minimizing the impact of sulfur poisoning. SAE Paper No. 22-1-1271. 3. Allansson R., Goersmann C., Lavenius M. i in.: The development and infield performance of highly durable particulate control systems. SAE Paper No. 24-1-72.

142 PROBLEMY EKSPLOATACJI 1-21 4. Allansson R., Maloney C.A., Walker A.P. i in.: Sulphate production over the CRT: what fuel sulphur level is required to enable the EU 4 and EU 5 PM standards to be met. SAE Paper No. 2-1-1875. 5. Bailey O.H.: NO x Adsorbers for Diesel Applications. (www.dieselnet.com). 6. Conway R., Chatterjee S., Beavan A. i in.: Combined SCR and DPF technology for heavy-duty diesel retrofit. SAE Paper No. 25-1-1862. 7. Dathe H.: Nanostructured Sulfur Traps for the protection of high performance NO x storage/reduction catalysts in low emission engine applications. PhD thesis, Technische Universitat Munchen, 25. 8. Epling W. S., Campbell G. C., Parks J. E.: The effects of CO 2 and HC on the NOx destruction performance of a model NOx storage/reduction catalyst. Catalysis Letters, No. 1 2, Vol. 9, pp. 45 56, 23. 9. Hawker P., Myers N. i inni: Experience with a New Particulate Trap Technology in Europe. SAE Paper No. 97182. 1. Hesser M., Lüders H., Henning R. S., Robert Bosch Corporation / Robert Bosch GmbH. SCR Technology for NOx Reduction: Series Experience and State of Development. DEER Conference 25. 11. Johnson T.: Update on Diesel Exhaust Emission Control Technology and Regulations, Corning,, DEER Conference, August 24. 12. Kašpar J., Fornasiero P.: Automotive catalytic converters: current status and some perspectives. Catalysis Today 77 (23), pages 419 449. 13. Koop J., Deutschmann O.: Modeling and Simulation of NOx Abatement with Storage/Reduction Catalysts for Lean Burn and Diesel Engines. SAE Technical Paper No. 27-1-1142. 14. Kruczyński S., Danilczyk W.: Ograniczanie szkodliwości gazów wylotowych silników spalinowych poprzez zastosowanie reaktorów katalitycznych. MOTROL, pp. 93 12. 27. 15. Maly M., Claussen M., Carlowitz O. i in.: Influence of the nitrogen dioxide-based regeneration on soot distribution. SAE Paper No. 24-1-823. 16. Mayer A., Czerwiński J., Comte P.: Badania filtrów o częściowym przepływie spalin w zakresie redukcji cząstek stałych z silników o ZS. Silniki Spalinowe 2/29, pp. 62 83. 17. Mital R., Huang S. C., Stroia B. J., Cummins Engine Co., Wan C. Z., Engelhard Corporation. Study of Lean NOx Technology for Diesel Emission Control. 6th Diesel Engine Exhaust Reduction Workshop August 21, 2. 18. Olsson L., Persson H., Fridell E., Skoglundh M., Andersson B.: A Kinetic Study of NO Oxidation and NOx Storage on Pt/Al2O3 and Pt/BaO/Al2O3. Journal of Physical Chemistry, No. 29, Vol. 15, pp. 6895-696, 21. 19. O`Sullivan R., Maloney C., Johnson Matthey Catalysts.: Recent Developments in Continuously Regenerating Trap (CRT) Technology. Presentation to the Motor Vehicle Emission. Control Workshop 24.

1-21 PROBLEMY EKSPLOATACJI 143 2. Richards P., Kalischewski W.: Retrofitting of diesel particulate filters Particulate matter and nitrogen dioxide. SAE Paper No. 23-1-1883. 21. Walker A.P., Blakeman P.G., Ilkenhaus T. i in.: The development and infield demonstration of highly durable SCR catalyst systems. SAE Paper No. 24-1-1289. 22. Yu, R., Cole, A., Stroia, B., Huang, S., Howden, K., Chalk, S.: Development of Diesel Exhaust Aftertreatment System for Tier II Standards. SAE Technical Paper No. 22-1-1867. Recenzent: Jerzy MERKISZ The effect of the docno2-csf-lnt system on the toxic substance emissions from diesel engine Key-words Diesel engine, environmental protection. Summary Engine research results on the simultaneously reduction of nitrogen oxides and particulate matter PM oxidation system in Diesel engine exhaust system were presented. It was found that the elimination of the PM NO x syndrome in Diesel engines by applying the conversion reactor in combination with the particulate matter filter and possibly with the NO x storage reactor is possible and effective.

144 PROBLEMY EKSPLOATACJI 1-21