Zwalczanie emisji szkodliwych składników spalin

ŻÓŁTOWSKI Bogdan 1 ŻÓŁTOWSKI Mariusz 2 Zwalczanie emisji szkodliwych składników spalin WPROWADZENIE Zanieczyszczenie atmosfery jest poważnym problemem XXI wieku, konsekwentnym wynikiem rozwoju cywilizacji i uprzemysłowienia krajów. Około 60% zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego pochodzi z silników spalinowych pojazdów samochodowych. Pojazdy z silnikami o zapłonie iskrowym (ZI) i o zapłonie samoczynnym (ZS) są źródłem emisji szkodliwych substancji gazowych i stałych. Jednym ze skutecznych sposobów ochrony środowiska przed realnymi zagrożeniami jakie niesie motoryzacja jest pełne egzekwowanie wymagań w zakresie emisji spalin i hałasu podczas okresowych badań technicznych w stacjach kontroli pojazdów oraz wprowadzenie kontroli drogowej w zakresie emisji substancji zanieczyszczających środowisko. Wymagania w tym zakresie są podane w rozporządzeniu Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 7 listopada 1994 roku w sprawie warunków technicznych i badań pojazdów w Polsce, Dziennik Ustaw Nr 116 z 1994r i Dziennik Ustaw Nr 155 z 1996r. oraz rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 17 marca 1993r., Dziennik Ustaw Nr 21 z 1993r. W tej pracy omówiono istniejące zagrożenie środowiska ze strony pojazdów mechanicznych, metodykę badań stanu technicznego pojazdów oraz przykładowe wyniki badań wybranej grupy pojazdów. 1 ZAGROŻENIA ŚRODOWISKA NATURALNEGO Poprzez zagrożenie środowiska naturalnego rozumie się: zanieczyszczenie wody, zanieczyszczenie gleby lub zanieczyszczenie powietrza [3,6]. Powietrze, które nas otacza jest nie tylko niezbędnym dla procesów życiowych zasobnikiem tlenu, lecz stanowi część środowiska naturalnego wywierającego wpływ na stan ludzkiego zdrowia. Czyste powietrze atmosferyczne jako mieszanina gazów składa się z: Rys. 1 Skład czystego powietrza w % Do najczęściej spotykanych zanieczyszczeń gazowych powietrza zalicza się [5]: 1 Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich w Bydgoszczy, Wydział Inżynierii Mechanicznej; 85-796 Bydgoszcz; Al. Prof. S. Kaliskiego 7. Tel: +48 512 006 658, bogzol@utp.edu.pl 2 Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich w Bydgoszczy, Wydział Zarządzania; 85-790 Bydgoszcz; Fordońska 430. Tel: +48 791 626 848, mazolto@utp.edu.pl 11894

Rys.2 Zestawienie zanieczyszczeń gazowych powietrza. Ciągle rosnące stężenie wyżej wymienionych związków i ograniczenie możliwości ich asymilacji są przyczynami zmiany klimatu i zakłócenia zjawisk przyrodniczych na ziemi. Poniżej na rys.1 przedstawiono globalną emisję zanieczyszczeń, na którą składa się naturalna i antropogeniczna emisja oraz procentowy udział głównych źródeł w skażeniu powietrza. Najwięcej tlenku węgla i dwutlenku siarki jest wytwarzane w wyniku ludzkiej działalności, co ma znaczący wpływ na ogólne zanieczyszczenie powietrza [1,7]. Rys.3 Globalna emisja zanieczyszczeń. Osobnym czynnikiem zagrożenia ochrony środowiska jest neutralizacja szkodliwych związków, gdzie głównymi odbiorcami zanieczyszczeń są lasy i gleba. Możliwość asymilacji niektórych związków przedstawiono na rys.4. Rys.4 Zdolność pochłaniania zanieczyszczeń przez lasy i glebę. Według ekspertów ONZ, aby zmniejszyć efekt cieplarniany, który łączy się z zaburzeniami pogody na całym świecie (gwałtowne huragany, długie susze i groźne nawałnice) należy zredukować emisję dwutlenku węgla (CO 2 ) o 60%. Jest to zadanie dla krajów uprzemysłowionych, których 11895

mieszkańcy stanowią zaledwie 23% populacji kuli ziemskiej a odpowiadają za 75% światowej emisji CO 2 i innych gazów. Względną sumaryczną wartość zanieczyszczeń [7] emitowanych do atmosfery w wybranych krajach w przeliczeniu na jednego mieszkańca obrazuje rys.5. Rys.5 Wartość względna zanieczyszczeń emitowanych do atmosfery w wybranych krajach. W Polsce źródła zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego przedstawiono na rys.6. Rys.6 Źródła zanieczyszczeń powietrza w Polsce. 2 UDZIAŁ ŚRODKÓW KOMUNIKACJI W ZANIECZYSZCZENIU ŚRODOWISKA Pojazdy samochodowe emitują gazy spalinowe, wytwarzają pyły powstające na skutek ścierania opon, hamulców i nawierzchni drogowej. Szacunkowo w kraju w skali rocznej, poziom emisji substancji szkodliwych ze wszystkich pojazdów, maszyn i urządzeń napędzanych silnikami spalinowymi przedstawiono na rys.7. Ilość emitowanych zanieczyszczeń komunikacyjnych zależy od wielu czynników, między innymi od [2,6,7]: natężenia i płynności ruchu, konstrukcji silnika, zastosowania dopalaczy i filtrów utylizujących, rodzaju używanego paliwa, stanu technicznego i warunków eksploatacji pojazdów. 11896

Rys.7 Ilościowy udział składników zanieczyszczeń powietrza, w tyś. ton. W tabeli nr.1 przedstawiono przeciętny ilościowy skład gazów spalinowych silników samochodowych z podziałem na silniki o ZI i ZS [1,2,5,7]. Tab.1. Ilościowy skład gazów spalinowych silników o ZI i ZS Składniki gazów 2.1 Jednostki 2.2 Silniki z zapłonem spalinowych miary iskrowym samoczynnym Azot % obj. 74 77 76 78 Tlen j.w. 0,3 8,0 2,0 18 Para wodna j.w. 3,0 5,5 0,5 4,0 Dwutlenek węgla j.w. 5,0 12,0 1,0 10,- Tlenek węgla j.w. 5,0 10,0 0,01 0,5 Tlenki azotu j.w. 0 0,8 0,002 0,5 Węglowodory j.w. 0,2 3,0 0,009 3,0 Aldehydy j.w. 0 0,2 0,001 0,009 Sadza j.w. 0 0,04 0,01 1,1 3 KRYTERIA I URZĄDZENIA DO OCENY ZANIECZYSZCZEŃ Pomiar stopnia toksyczności spalin pojazdów z silnikiem o zapłonie iskrowym dokonuje się podczas badania technicznego pojazdów samochodowych. W Polsce zgodnie z rozporządzeniem Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 7 listopada 1994 r. w spalinach samochodów z silnikiem ZI wskazania miernika tlenku węgla (CO) na biegu jałowym silnika nie powinny przekraczać: 4,5% (motocykle 5,5%) dla pojazdów rejestrowanych przed 1 października 1986 r., 3,5% (motocykle 4,5%) dla pojazdów rejestrowanych przed 1 lipca 1995 r., 3,5% (motocykle 4,5%) dla pojazdów wyposażonych w silnik o pojemności skokowej poniżej 700 cm 3 rejestrowanych po raz pierwszy przed 31 grudnia 1996 r. Pojazdy rejestrowane po 30 czerwca 1995r. - samochody 0,5% (CO); 100 ppm (HC) mierzone na biegu jałowym silnika, a w odniesieniu do motocykla 4,5% CO. Przy prędkości obrotowej silnika od 2000 3000 min 1 : samochody 0,3% (CO); 100 ppm HC; współczynnik nadmiaru powietrza (λ) 0,97 1,03, motocykle nie dotyczy. Zgodnie z rozporządzeniem Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 17 marca 1993r. w sprawie warunków technicznych i badań pojazdów wyposażonych w silniki ZS: zadymienie spalin, mierzone przy swobodnym przyśpieszeniu silnika w zakresie od prędkości obrotowej biegu jałowego 11897

do prędkości obrotowej maksymalnej, wyrażone w postaci współczynnika pochłaniania światła nie powinno przekraczać 2,5m 1 dla silników wolnossących. W krajach członkowskich Unii Europejskiej od 1 października 2000r. zaczęły obowiązywać nowe ekologiczne normatywy ograniczające emisję szkodliwych, EURO-3: obowiązujące normy emisji związków toksycznych dla samochodów osobowych wyposażonych w silniki ZI. Emisja [g/km]: CO 2,3; HC 0,2; NO x 0,15; obowiązujące normy emisji związków toksycznych dla pojazdów o ciężarze do 3500kg wyposażonych w silniki ZS. Emisja [g/km]: CO 0,64; HC + NO x 0,56; PM - 0,05; obowiązujące normy emisji związków toksycznych dla silników ZS do pojazdów samochodowych o dopuszczalnej masie całkowitej większej od 3500kg [w g/kwh]: CO - 2,1; NO x 5,0; HC 0,7; PM 0,1. Do sprawdzania i regulacji składu mieszanki tj. toksyczności spalin silników o zapłonie iskrowym używa się analizatorów spalin. Jednym z wielu obecnie stosowanych analizatorów spalin jest analizator ISC OLIVER K90, przedstawiony poniżej na rys.8. O P I S P Ł Y T Y C Z O Ł O W E J A N A L I Z A T O R A I S C O L I W E R K 9 0 Rys.8 Widok ogólny analizatora spalin. 1.- wyłącznik sieciowy SIEĆ, 2.- podświetlany wyświetlacz ciekłokrystaliczny do pokazywania komunikatów tekstowych, 3.- przyciski służące do wprowadzania informacji do analizatora (ich znaczenie zmienia się w zależności od komunikatów na wyświetlaczu ciekłokrystalicznym), 4.- przycisk PAUZA, 5 - przycisk POMIAR, 6.- czterocyfrowe wyświetlacze LED pokazujące wyniki pomiarów. Analizator spalin ISC OLIVER K90, jest nowoczesnym, w pełni zautomatyzowanym sterowanym dwoma mikroprocesorami urządzeniem służącym do pomiaru składu spalin silników benzynowych. Analizator mierzy zawartości tlenku węgla (CO); dwutlenku węgla (CO 2 ); węglowodorów jako n-heksonu (HC) oraz tlenu (O 2 ) w spalinach, a także temperaturę oleju i prędkość obrotową silnika, oraz wyświetla obliczoną wartość λ. Wszystkie wyniki pokazywane są na wyświetlaczach i mogą być drukowane na dołączonej drukarce. Pomiar CO, CO 2, HC odbywa się na zasadzie prześwietlania spalin wiązką podczerwieni, zaś O 2 metodą elektrochemiczną. Obrotomierz podłączony jest do przewodu zapłonowego wysokiego napięcia zaś temperatura oleju mierzona jest czujnikiem termoparowym wsuwanym w miejscu miarki poziomu oleju. Analizator jest przystosowany do pracy w temperaturze otoczenia od +5 do +40 C przy wilgotności względnej nie przekraczającej 90% i ciśnieniu atmosferycznym 1000hPa±25 hpa. W celu stwierdzenia poziomu emisji sadzy w spalinach silników ZS stosuje się różnego rodzaju dymomierze. 3.1 Dymomierze filtracyjne Zasada działania dymomierza filtracyjnego polega na zassaniu pompą określonej porcji spalin z rury wydechowej i przepuszczeniu jej przez papier (bibułę) filtracyjną. Stopień zaciemnienia papieru jest oceniany za pomocą optycznego układu pomiarowego i jest miernikiem sadzy w spalinach. Z uwagi na różny sposób pobierania próbki spalin dymomierze filtracyjne można podzielić na dymomierze z pompą tłokową i dymomierze z pompą przeponową. Dymomierzy filtracyjnych z pompą tłokową nie można używać do pomiaru zadymienia spalin metodą swobodnego przyśpieszania 11898

silnika, ze względu na zbyt małą dokładność pomiaru (brak możliwości ustalenia optymalnej chwili włączenia pompy, za długi czas pobierania próbki). Do tego celu można zastosować dymomierze filtracyjne z pompą przeponową sterowane mikroprocesorem. Dymomierze filtracyjne praktycznie są obecnie coraz rzadziej stosowane. 3.2 Dymomierze absorpcyjne Do pomiaru stopnia zadymienia spalin metodą swobodnego przyspieszania mogą być stosowane dymomierze absorpcyjne, które mierzą przezroczystość spalin (stopień osłabienia strumienia światła przechodzącego przez spaliny). Ten rodzaj dymomierza może występować w dwóch wersjach: pełno przepływowej i z częściowym poborem spalin. W dymomierzach pełno przepływowych pomiar odbywa się bezpośrednio na końcu rury wydechowej pojazdu w swobodnie wypływającym całym strumieniu spalin. Dymomierze absorpcyjne pełno przepływowe mogą mieć konstrukcję zamkniętą, nie dopuszczającą światła otoczenia do przestrzeni pomiarowej, lub otwartą. Źródło światła i fotoelement leżą w płaszczyźnie poprzecznej do kierunku przepływu gazów spalinowych. Najnowocześniejszym urządzeniem do pomiaru stopnia zadymienia spalin silników jest dymomierz ISC - OLIVER D60, pokazany na rys.9. Rys.9 Widok ogólny dymomierza ISC OLIVER D60. Dymomierz ISC - OLIVER D60 zbudowany przy zastosowaniu najnowszych technologii oraz zgodnie z aktualnie obowiązującymi w świecie normami (atest ITS). Sterowany jest mikroprocesorem, wyposażony w wewnętrzną drukarkę i przystosowany do współpracy z komputerem. Działa w oparciu o pomiar tłumienia światła przez strumień spalin. Próbka gazów spalinowych pobierana jest sondą wykonaną ze stali nierdzewnej i skierowana przewodem elastycznym do optycznej komory pomiarowej. Po przejściu przez część pomiarową spaliny są wydmuchiwane na zewnątrz. 4 PRZYKŁADOWE WYNIKI ZANIECZYSZCZEŃ ŚRODOWISKA Dla oceny zanieczyszczeń środowiska ze strony pojazdów mechanicznych przeprowadzono badania losowo wybranej grupy 150 pojazdów. Uwzględniono w nich z każdej kategorii norm emisji spalin obowiązujących w poszczególnych latach po 50 pojazdów z każdej grupy. Wyniki tego pokazano na rys.10. 70% 30% -10% Rys.10 Wyniki badań pojazdów rejestrowanych przed 1 październikiem 1986. 11899

Wynika z tego, że w przypadku 70 % pojazdów z badanej grupy uzyskano pomyślne wyniki badań technicznych w dziedzinie emisji CO, natomiast 30 % nie powinno być dopuszczone do ruchu. Jednakże dopuszcza się drobne regulacje na Stacji Kontroli Pojazdów, wobec tego z grupy 2-10% pojazdów można wyregulować tj. ustawienie składu mieszanki paliwowo-powietrznej lub wymianę filtra powietrza. Natomiast 20% nie nadaje się do ruchu na terenie RP. Kolejnym etapem badań było porównanie pojazdów polskich i zagranicznych co do emisji toksyczności CO, wyniki tego zaprezentowano na rys.11. 69% 47% 53% 31% Rys.11 Zawartość CO dla pojazdów polskich i zagranicznych po 1 lipca 1995. W badaniach poszerzonych oprócz CO, mierzono skład paliwowo powietrzny mieszanki, co pokazano na rys.12. 65% 31% 69% 35% Rys.12 Zawartość dla pojazdów polskich i zagranicznych po 1. lipca 1995. W podsumowaniu wyników badanych marek pojazdów zestawiono wszystkie zależności i policzono procentowy udział pojazdów, które spełniają wszystkie warunki jednocześnie, tj. zawartość CO, HC, oraz współczynnika nadmiaru powietrza. Wyniki badań tego pokazano na rys.13. Analizując udział procentowy w każdej grupie, najlepsze wyniki uzyskały pojazdy marki Volkswagen, wykazując najmniejszą emisję w swoich pojazdach. Na drugim miejscu z niewielką stratą klasyfikuje się marka Opel, trzecie miejsce firma Fiat, natomiast największą emisję spalin wykazały pojazdy marki Ford. Ogólnie należy podkreślić, że otrzymane wyniki badań są niekorzystne i świadczą o dużej uciążliwości dla środowiska ze strony samochodów poruszających się po naszych drogach. 11900 85%

Rys.13 Wyniki badań marek pojazdów rejestrowanych po 1. VII. 1995. 5 ZWALCZANIA NADMIERNEJ EMISJI SZKODLIWYCH SKŁADNIKÓW SPALIN Podstawą ograniczenia toksyczności spalin samochodowych jest prawidłowe utrzymanie stanu technicznego silnika i właściwa regulacja takich jego układów jak: rozrządu, zapłonu, zasilania, wydechu i przewietrzania skrzyni korbowej. Są to warunki konieczne, jednak niewystarczające do spełnienia współczesnych wymogów ochrony środowiska naturalnego obowiązującego w Unii Europejskiej. Dalsze zmniejszanie emisji szkodliwych składników spalin w silnikach o ZI można osiągnąć za pomocą reaktorów katalitycznych. Reaktorem katalitycznym nazywa się gotowy do użycia zespół w blaszanej obudowie wraz z odpowiednio osadzonym katalizatorem, rys.14. Rys.14 Budowa trzyfunkcyjnego reaktora katalitycznego [3]. 1-ceramiczny monolit z warstwą katalizatora, 2- elastyczny oplot z drutu, 3- czujnik zawartości tlenu (sonda lambda), 4 obudowa z blachy nierdzewnej. Katalizatorem jest substancja biorąca udział w procesie chemicznym innych substancji, przyśpieszając lub nadając pożądany kierunek oczyszczania spalin, sama jednak nie ulega przemianie chemicznej. Katalizator ma za zadanie przemiany szkodliwych składników spalin w nieszkodliwe, dotyczy to węglowodorów (CH); tlenku węgla (CO), które zostają utlenione, tworząc nieszkodliwe związki CO 2 i H 2 O, zaś tlenki azotu NO x po zredukowaniu rozkładają się, wydzielając N 2. Materiałem, na który nanosi się substancję katalityczną jest kordieryt krystaliczna masa z tlenku magnezu MgO, tlenku glinu Al 2 O 3 oraz krzemionka SiO 2. Krzemian magnezowo aluminiowy wyróżnia się wyjątkowo małą rozszerzalnością cieplną przy dużej żaroodporności. Aktualnie stosuje się dwa rodzaje nośników: ceramiczne wykonane z materiału zwanego kordierytem, metalowe uzyskiwane przez zwinięcie cienkiej, ukształtowanej folii żaroodpornej. Temperatura stanowi istotny czynnik w doborze materiału nośnika katalizatora, gdyż w czasie eksploatacji stale znajduje się on w otoczeniu gorących spalin. Obecnie stosowane ceramiczne nośniki katalityczne są w kształcie cylindra o przekroju kołowym lub owalnym, w postaci monolitu z 8000 podłużnych rurek o przekroju kwadratowym zaślepionych naprzemiennie. Powierzchnia czynna wynosi 15 25 m 2 / cm 3, natomiast grubość ścianek działowych 0,15 mm. Nośniki metalowe w 11901

wyniku małej grubości ścianek kanalików 0,05 0,07 mm przy jednakowej ich liczbie mają jednostkową powierzchnię o 20 do 30 % większą od nośników ceramicznych. Dzięki temu charakteryzują się większą skutecznością działania oraz mniejszymi oporami przepływu spalin poprzez korzystniejsze charakterystyki geometryczne i fizyczne w porównaniu z ceramicznymi. Poza tym nośniki metalowe mają lepszą przewodność cieplną oraz są znacznie bardziej odporne na szoki termiczne i wstrząsy mechaniczne niż nośniki ceramiczne. Każdy rodzaj nośnika jest okrywany dwiema warstwami: pośrednią zwiększającą powierzchnię kontaktu spalin z warstwą aktywną, aktywną naniesioną na warstwę pośrednią mającą bezpośrednio kontakt ze spalinami. Warstwa pośrednia składa się z tlenku glinu i tlenków metali ziem rzadkich. Zawiera ponadto tzw. aktywatory katalizatora. Zadaniem tej warstwy jest intensyfikacja działania katalitycznego metali szlachetnych oraz zwiększenie powierzchni porowatej między warstwowej. Warstwa aktywna (zwana katalizatorem) tworzona jest na bazie metali szlachetnych takich jak: platyna, rod, iryd, pallad, ruten. Ważny jest udział poszczególnych metali, gdyż na przykład na platynie przebiegają reakcje utleniania, podczas gdy rod wspiera redukcję tlenków azotu. Metale szlachetne ze względu na wysoką odporność na kwasy oraz specyficzne reakcje cieplne nadają się szczególnie na katalizatory. Najczęściej warstwę katalityczną tworzą platyna z rodem w stosunku 5:1 oraz tlenki metali nieszlachetnych. W celu zapewnienia nienagannej pracy katalizatora ilość metali szlachetnych wynosi średnio 2g/dm 3 objętości monolitu. Ważną rolę odgrywa osadzenie monolitu ceramicznego w reaktorze katalitycznym z uwagi na jego kruchość, małą odporność na uderzenia i mechaniczne obciążenia. Trwałość katalizatora wynosi od 80 000 do 150 000 km przebiegu. Obecnie katalizator osadza się w elastycznej żaroodpornej drucianej osłonie, która dzięki właściwościom użytego materiału przez długi czas zachowuje swą elastyczność. W celu uniknięcia przepływu gazów poprzez drucianą osłonę zastosowano uszczelki obwodowe. Płaszcz lub inaczej obudowa reaktora katalitycznego wykonana jest z chromowej lub chromoniklowej blachy stalowej. W samochodach z silnikami o ZI stosuje się pięć różnych rozwiązań systemów katalitycznego oczyszczania spalin: 1. katalizator trzyfunkcyjny z systemem regulacji składu mieszanki w układzie sprzężenia zwrotnego, 2. katalizator trzyfunkcyjny w układzie z regulacją składu mieszanki bez obwodu sprzężenia zwrotnego, 3. katalizator podwójny, 4. katalizator utleniający, 5. silnik zasilany mieszanką ubogą, wyposażony w katalizator utleniający. Ze względu na sposób działania katalizatory oczyszczania spalin samochodowych można podzielić na: utleniające, redukcyjne, utleniająco redukcyjne (zwane trójfunkcyjnymi). W układach wydechowych silników ZI obecnie stosowane są wyłącznie katalizatory trójfunkcyjne, które współpracują z sondami lambda reagującymi na obecność tlenu w spalinach. Wolny tlen przedostaje się do układu wydechowego wówczas, gdy następuje całkowite spalenie paliwa zawartego w ubogiej mieszance, co świadczy pośrednio o znikomej emisji tlenku węgla i węglowodorów, a równocześnie o warunkach sprzyjających tworzeniu się tlenków azotu. W odpowiedzi na sygnał sondy układ zasilania wzbogaca odpowiednio dostarczoną silnikowi mieszankę. Silniki ZI z katalizatorami i sondami lambda bezwzględnie wymagają stosowania benzyny bezołowiowej. Silniki ZS stosunkowo mało emitują dwutlenku węgla (CO 2 ), trującego tlenku węgla (CO) i nie spalonych węglowodanów (HC). Problemem są tlenki azotu (NO x ) odpowiedzialne za kwaśne deszcze, oraz rzecz najważniejsza, cząstki stałe (PM) sadzy związanej z węglowodorami i siarką). Cząstki stałe (PM) wyglądem przypominają mikro kulki o średnicy 0,1 do 1 mikrometra. Te właśnie mikroskopijne elementy trzeba odfiltrować. Tworzenie się tych cząstek zależy ściśle od procesu spalania, ale też od jakości oleju napędowego i stężenia zawartej w nim siarki. 11902

W celu zmniejszenia zawartości tlenku węgla i węglowodorów w spalinach silników ZS stosowane są wyłącznie katalizatory utleniające (rys.15), gdzie tlenek węgla i węglowodory reagują z tlenem zawartym w spalinach przekształcają się w dwutlenek węgla i parę wodną. Rys.15 Widok katalizatora utleniającego silnika ZS [3]. Najpoważniejszym problemem w przypadku układów wydechowych silników ZS jest zmniejszenie emisji cząstek stałych (PM) wydalanych wraz ze spalinami w postaci sadzy. Urządzenia używane do tego celu spełniają funkcję bierną, sprowadzającą się do mechanicznego zatrzymywania cząsteczek przez tzw. filtry sadzy umieszczane w końcowych odcinkach układów wydechowych. Wymagają one okresowej wymiany lub czyszczenia. Francuski koncern samochodowy PSA (Peugeot Citroen) zaprezentował w połowie 2000r. całkowite rozwiązanie, pozwalające na praktycznie stuprocentową emisję cząstek stałych ze spalin silników ZS w samochodzie osobowym. Zastosowano w tym celu znany już filtr porowaty z węglika krzemu, umieszczony w jednej obudowie z utleniającym katalizatorem wstępnym, rys.16. Rys.16 Filtr porowaty z węglika krzemu zintegrowany ze wstępnym katalizatorem utleniającym. Rozwiązanie PSA służy do efektywnego spalania wychwyconej sadzy, rys.16. Proces taki następuje w normalnych warunkach w temperaturze ponad 550 C podczas gdy temperatura gazów wylotowych w silniku ZS wynosi około 150 C. Inżynierowie PSA zastosowali kilka znanych już technologii, jednak nie występujących dotychczas razem w samochodzie osobowym. Układ może być zastosowany tylko w silnikach z bezpośrednim wtryskiem, wyposażonych w zasilanie. Common Rail (w przypadku silników koncernu PSA, mają one symbol HDI). Elektroniczne sterowanie tego układu umożliwia wprowadzenie w każdym cyklu pracy dodatkowej fazy spóźnionego wtrysku, który podnosi temperaturę gazów wylotowych o około 250 C. Podnosi też moment napędowy, a więc układ elektroniczny musi zadbać, by auto samoczynnie nie zaczęło przyspieszać, gdy dopalana jest sadza w filtrze. Wstępny katalizator utleniający (umieszczony przed filtrem) powoduje, że w obecności nie spalonych węglowodorów (pochodzących z opóźnionego wtrysku dodatkowego), temperatura gazów wewnątrz obudowy filtra wzrasta o dalsze 100 C. W sumie daje to, nawet w korzystnych warunkach, około 450 C. Brakuje więc w przybliżeniu 100 C do normalnego zapłonu cząsteczek sadzy. 11903

Do paliwa dodawany jest więc specjalny, obojętny dla środowiska, dodatek o nazwie Eolys, produkowany przez firmę Rhodia. Na 60 litrowy zbiornik paliwa wystarczy 37,5 ml wymienionego płynu, zawierającego tlenek ceru. Właśnie związek ceru obniża temperaturę zapłonu sadzy o potrzebne 100 C. Już po trzech minutach jazdy możliwe jest dopalenie wyłapanych przez filtr cząstek stałych, w temperaturze około 450 C, jaką osiągnięto wewnątrz jego obudowy. Rys.17 System filtracji cząstek stałych zastosowana przez koncern PSA [2]. System FAP nie działa w sposób ciągły. Układ czujników ciśnienia w układzie wydechowym pozwala ocenić opory jakie stwarza filtr (stopień jego zatkania). Gdy elektronika zintegrowana ze sterowaniem silnika stwierdza, że potrzebne jest czyszczenie filtra, następuje wspomniana wyżej faza opóźnionego wtrysku oleju napędowego. Temperatura rośnie i filtr się oczyszcza bez udziału kierowcy. Ma to miejsce co około 400 500 km jazdy. Przy każdorazowym napełnieniu zbiornika paliwem, pewna ilość uszlachetniacza (proporcjonalna do ilości wlanego oleju) jest wtryśnięta automatycznie do zbiornika, który zawsze pozostaje w układzie. Pierwszym samochodem koncernu PSA jest Peugeot 607 z silnikiem wysokoprężnym HDI o pojemności 2,2 dm 3 nie emitującym praktycznie cząstek stałych. Rozwiązanie to nazwano piątym suwem silnika wysokoprężnego i zapewnia spełnienie norm czystości spalin wynikających z EURO IV, które będą obowiązywały od 2005r. WNIOSKI W tej pracy przedstawiono najistotniejsze problemy związane z ograniczeniem stopnia toksyczności spalin pojazdów z silnikiem o zapłonie iskrowym oraz powstawaniem ograniczaniem emisji cząstek stałych z układów wylotowych silników o zapłonie samoczynnym. Opisano celowość i współczesne tendencje w ograniczeniu wielkości tych emisji. Wymieniono sposoby ograniczania emisji cząstek stałych oraz opisano najnowsze urządzenia i podzespoły ograniczające emisję tych cząstek. Nie ulega wątpliwości fakt, że w najbliższych latach to właśnie silnik o zapłonie samoczynnym, dzięki najnowszym rozwiązaniom (Common Rail, system FAP, filtr cząstek stałych itp.) będzie wypierał silniki o zapłonie iskrowym. Streszczenie W tej pracy przedstawiono możliwe sposoby zwalczania emisji oraz ocenę wpływu emisji toksycznych składników spalin silników samochodowych na środowisko naturalne człowieka. W oparciu o wyniki badań zaprezentowano metodykę badań pojazdów ze względu na emisję toksycznych składników spalin i poziom zanieczyszczeń. The fight against harmful emission Abstract This paper presents possible ways of combating emissions and assess the impact of toxic exhaust emissions 11904

of vehicles engines on the environment. Based on the results of the research were presented methodology of the research vehicles due to the emission of toxic exhaust and pollution level. BIBLIOGRAFIA 1. AutoEXPERT 7/8 2001. Silniki i jego osprzęt. 2. AutoEXPERT 5 2001 Common Rail, VP, Poznań 2000. 3. Kasedorf J.: Układy wtryskowe i katalizatory. WkiŁ, 1996r. 4. Merkisz J.: Ekologiczne problemy silników spalinowych. WPP, Poznań 1999r. 5. Merkisz J.: Ekologiczne aspekty stosowania silników spalinowych. WPP, Poznań 1995r. 6. Merkisz J.: Emisja cząstek stałych przez silniki spalinowe o zapłonie samoczynnym. WPP, Poznań 1997r. 7. Szlachta Z.: Metodyka pomiaru emisji cząstek ze spalinami silników wysokoprężnych. Ekonomiczne i ekologiczne aspekty rozwoju pojazdów samochodowych i silników spalinowych. Tom 3, Kraków Raba Niżna, 1994r. 8. Żółtowski B.: Podstawy diagnostyki maszyn. WU ATR, Bydgoszcz 1996r. Adresy internetowe: 9. http://www.motoclub.pl/ 10. http://www.peugeot.com.pl/ 11. http://www.tapul.pl/navi.html 12. http://www.zss.top.pl/ 11905