Znižovanie emisií motorových vozidiel

**Znižovanie [[emisie dopravných prostriedkov|emisií motorových vozidiel]]** je možné dosiahnuť viacerými technickými prostriedkami. Tento článok uvádza prehľad v súčasnosti prakticky používaných techník pre znižovanie emisií hlavne spaľovacieho motora.

## Znižovanie emisií [[vznetový motor|vznetových motorov]]
**Emisie výfukových plynov** je možné ovplyvniť:
# konštrukčnými úpravami motora:
#* konštrukcia piestovej skupiny
#* znižovanie vírenia náplne, optimalizácia rozvírenia náplne (swirl – tumble)
#* zvyšovanie kompresného pomeru
#* nové koncepcie spaľovacieho priestoru
#* zmenšovanie prierezu dýzy
#* optimalizácia polohy vstrekovačov
# úpravami prevádzkových podmienok motora:
#* zvyšovanie množstva náplne na zdvih
#* znižovanie teploty náplne
#* optimalizácia zákona vstreku
#* zvyšovanie vstrekovacieho tlaku
#* využívanie žeraviacich sviečok aj pri čiastočnom zaťažení
#* optimalizácia teploty katalyzátora a filtrov
# využitím prídavných zariadení a elektronických systémov:
#* riadená recirkulácia výfukových plynov (EGR)
#* vývoj a aplikácia DENOX katalyzátora
#* oxidačné katalyzátory
#* filtrácia výfukových plynov
#* elektronické riadenie vstrekovania
# úpravou vlastností palív:
#* zvýšenie cetánového čísla paliva
#* znižovanie podielu uhlíka v uhľovodíkových palivách
#* znižovanie obsahu síry v palive
#* znižovanie obsahu polycyklických aromatických uhľovodíkov v palive
 
**Emisie [[hluk]]u** priaznivo ovplyvňuje:
* zvyšovanie kompresného pomeru
* znižovanie prierezu dýzy
* zvyšovanie množstva náplne na zdvih
* znižovanie vstrekovacieho tlaku
* riadená recirkulácia výfukových plynov (EGR)

## Znižovanie emisií [[zážihový motor|zážihových motorov]]
**Emisie výfukových plynov** je možné ovplyvniť:
# konštrukčnými úpravami motora:
#* variabilné časovanie ventilov (VVT)
#* zmenšenie trecích strát
#* priamy vstrek paliva (GDI), (OCP)
#* nekonvenčné koncepcie spaľovania
#* variabilný kompresný pomer
#* viacventilové hlavy valcov
# úpravami prevádzkových podmienok motora:
#* zrýchlené zahrievanie
#* optimalizácia vstrekovania paliva
# využitím prídavných zariadení a elektronických systémov:
#* katalyzátorová technika
#* riadená recirkulácia výfukových plynov (EGR)
#* On-Board Diagnostics (OBD II)
#* regulácia vypínaním valcov (CDA)

## Znižovanie iných emisií vozidiel
Vo vozidlách poháňanými ľahkoodpariteľnými palivami sa využíva v palivovom systéme zapojený:
* systém odvetrania palivovej nádrže

## Pôsobenie vybraných faktorov
### Konštrukcia piestovej skupiny
Významný podiel na emisiách pevných častíc majú zvyšky mazacieho oleja ktoré sa dostávajú do spaľovacieho priestoru a zúčastňujú sa spaľovania. Optimalizáciou piestovej skupiny z hľadiska tesniacich vlastností, sa dosiahne zlepšenie emisií pevných častíc pri súčasnom znížení spotreby mazacieho oleja.

### Znižovanie vírenia náplne
Znižovanie vírenia náplne u vznetových motorov	zmenšuje makroskopický prenos paliva do zmesi a prenos nespálených oblastí zmesi do zóny plameňa. Následkom týchto javov dochádza k predlžovaniu času spaľovania, jeho posunu do expanzného zdvihu a zníženiu maximálnych teplôt vo valci, s účinkom na znižovanie emisií NOx. Pri prechode na vyššie vstrekovacie tlaky menšie vírenie zmenšuje deformáciu palivového lúča a predchádza tak opätovnému zoskupovaniu atomizovaného paliva do oblastí s bohatou zmesou neumožňujúcou jeho dokonalé spálenie. Pôsobí preto súčasne aj na znižovanie emisií pevných častíc a CO.

### Zvyšovanie kompresného pomeru
Zvyšovanie kompresného pomeru vznetových motorov spôsobuje zvýšenie tlakov a teplôt v spaľovacom priestore na začiatku vstrekovania. Následkom toho sa skracuje prieťah vznietenia a množstvo kineticky spaľovaného paliva. V oblasti čiastočných a vysokých zaťažení uvedený efekt spôsobuje zníženie emisií NO<sub>x</sub> a hluku. Vplyvom zmenšeného dohorievania sa znižujú aj emisie pevných častíc. So zvýšenou účinnosťou sa tiež zlepšuje spotreba paliva. K miernemu zhoršeniu NOx vo voľnobežnom režime dochádza vplyvom vyššieho tepelného stavu motora, ktoré prevýši v tomto režime priaznivý účinok skrátenia prieťahu vznietenia.

### Zvyšovanie množstva náplne na zdvih
Zvyšovanie množstva náplne na zdvih sa prakticky dosahuje preplňovaním. Z hľadiska emisií škodlivín a hluku má podobný učinok ako zvyšovanie kompresného pomeru.

### Zmenšovanie prierezu dýzy
Zmenšovanie prierezu dýzy vedie k zvýšeniu prietokovej rýchlosti pri rovnakom čase vstrekovania a rovnakej dávke paliva a tým k lepšej atomizácii paliva. To má za následok zníženie emisií pevných častíc pri miernom zvýšení emisií NOx. Pri súčasnom predĺžení doby vstrekovania má vplyvom menšieho množstva paliva spaľovaného v druhej fáze priaznivé účinky aj na znižovanie NOx a hluku.

### Optimalizácia polohy vstrekovačov
Pri stenách spaľovacieho priestoru dochádza k spomaleniu prípravy zmesi vplyvom nižšej teploty. Nedostatočne pripravená zmes pri následnom horení a dohorievaní nezhorí dokonale a vznikajú pevné častíce. Pri vhodnej polohe dopadá minimum vstreknutej dávky paliva na chladné steny spaľovacieho priestoru, čo zlepšuje ich emisie.

### Znižovanie teploty náplne
Znižovanie teploty náplne pôsobí priaznivo na dosiahnutie nižšieho tepelného stavu motora a tým nižších maximálnych teplôt a spomaleniu rýchlosti kinetického spaľovania. Následkom pomalšieho vývinu tepla sa zlepšujú emisie NOx. Znižovanie teploty ale súčasne predlžuje prieťah vznietenia a tým aj množstvo paliva ktoré je dostatočne pripravené pre druhú fázu spaľovania. Keďže tieto dva mechanizmy pôsobia protichodne, existuje optimálna teplota pri ktorej má priebeh NOx minimum (30 °C). Znižovanie teploty spôsobuje, pri nezmenenej dávke paliva, vplyvom väčšej hustoty vzduchu ochudobnenie zmesi, čo priaznivo vplýva na emisie sadzí. Pri čiastočnom a vysokom zaťažení prevláda kladný efekt znižovania teploty náplne, pri nízkom záporný.

### Optimalizácia vstrekovania
* Pre motory pracujúce s λ=1 riadením a trojcestným katalyzátorom je dôležité dodržať optimálne zloženie zmesi v každom prevádzkovom režime pre dosiahnutie vysokej účinnosti katalytickej premeny. V prechodových režimoch najmä pri akcelerácii, štarte, náhlom zvýšení záťaže vo voľnobehu, dochádza vplyvom rôzneho dopravného oneskorenia na vzduchovej a palivovej ceste k zmenám zloženia zmesi. Preto je nevyhnutné v uvedených režimoch optimalizovať vstrekovacie algoritmy riadiacej jednotky s využitím moderných poznatkov teórie riadenia.
* Pre motory s priamym vstrekom je nevyhnutné optimalizovať najmä časovanie vstreku paliva, ktoré výrazne závisí od otáčok (vírenie náplne) a zaťaženia motora. Tieto motory pracujú prevažne s veľmi chudobnou zmesou, ktorá pri dostatočnej homogenizácii nie je schopná zapálenia. Úlohou optimálneho časovania je dosiahnuť v okolí elektród sviečky mierne bohatú zmes v okamihu preskoku iskry. Ďalej je potrebné optimalizovať tvar lúča veľkosť kvapiek a časový priebeh dodávky paliva. Pri týchto motoroch je k dispozícii veľmi krátky čas na prípravu zmesi, preto hrozí riziko nedokonalého spaľovania a zvýšenia produkcie CO a CHx. Optimalizácia vstrekovania má uvedený jav eliminovať.

### Úprava vstrekovacieho tlaku
Vstrekovací tlak pôsobí protichodne na emisie škodlivín a hluku.

So zvyšovaním vstrekovacieho tlaku (140 – 180 MPa) sa dosahuje lepšia atomizácia paliva, potrebná pre dobrú prípravu zmesi. Dobre pripravená zmes sa spaľuje pri menších emisiách pevných častíc. Súčasne ale dochádza k zrýchleniu spaľovania, ktoré mierne zhoršuje emisie NOx a zvyšujú sa tiež emisie hluku.

Naopak znižovanie vstrekovacieho tlaku vplýva na zhoršenie prípravy zmesi, následne sa spomaľuje rýchlosť spaľovania s priaznivým vplyvom na emisie NOx a emisie hluku.

### Zmenšovanie trecích strát
Zmenšovanie trecích strát zvyšuje mechanickú účinnosť, čo má za následok zvýšenie celkovej účinnosti, zníženie spotreby paliva a tým zníženie produkcie všetkých sledovaných emisií. Z tohto hľadiska sú v nevýhode motory s viacventilovou technikou, ktoré vzhľadom na vyšší počet trecích dvojíc v rozvode majú vyššie trecie straty. Perspektívnym riešením pre znižovanie trecích strát je zavedenie nemechanických rozvodov (elektromagnetické, pneumatické, hydraulické prípadne ich kombinácia).
.

### Viacventilové hlavy valcov
Využitie viacventilovej techniky: 
# zlepšuje plniacu účinnosť motora v každom prevádzkovom režime. Rovnaký výkon je možné dosiahnuť pri nižších otáčkach, a teda nižších mechanických stratách piestovej skupiny a rotačných častí. 
# znižuje prietokové odpory plniaceho aj výfukového traktu čím znižuje veľkosť práce potrebnej na výmenu náplne
Oba javy priaznivo vplývajú na zvýšenie učinnosti, následkom čoho sa zníži spotreba paliva a tým produkcia všetkých škodlivín. Na začiatku spaľovania sa dosahujú vyššie tlaky a zmes obsahuje menej zvyškových spalín, čo priaznivo pôsobí na rýchlosť a kvalitu spaľovania. Dokonalejšie spaľovanie vytvára menej CHx a CO pri miernom zvýšení podielu N0x.

### Zrýchlené zahrievanie motora
Hlavnou úlohou zrýchleného zahrievania motora je odstránenie studených štartov. Pracuje sa najmä na vývoji tepelných zásobníkov, ktorých úlohou je akumulovať teplo počas prevádzky motora a toto teplo odovzdať počas studeného štartu
.	
* Zahrievanie pracovného priestoru motora zmenšuje množstvo dohorievaného paliva a znižuje emisie CHx. 
* Zahrievanie sacieho potrubia pri motoroch s nepriamym vstrekom zlepšuje prípravu zmesi, znižuje množstvo paliva obsiahnutého v palivovom filme, pri miernom znížení plniacej účinnosti, čo priaznivo pôsobí na obmedzenie emisií CHx a CO. 
* Zahrievanie olejovej náplne znižuje trecie straty a cez zvýšenie efektívnej účinnosti znížuje spotrebu paliva a pôsobí priaznivo na všetky sledované emisie.

## Referencie


## Zdroje
* Seiffert U.:ENVIRONMENT: *Continous challenge for automobile R * D.* International Seminar on Application of Powertrain and Fuel Technologies to Meet Emissions Standards.24 – 26 jún 1996, Londýn.
* Zelenka P., Kriegler W., Herzog P.L., Cartellieri W.P. : *Ways Toward the Clean Heavy-Duty Diesel.* SAE paper 900602. International Congress and Exposition, Feb.1990.(in) Diesel Particulate Emissions: Measurement Techniques, Fuel Effects and Control Technology PT-42, (ed.) Johnson J.H., SAE, Inc Warrendale, PA USA,1992.
* Zelenka P., Burgler L., Herzog P.L., Winklhofer E., Cartellieri W.P. : *NOx Reduction Strategies for DI Diesel Engines.* SAE paper 920470. International Congress and Exposition, Feb.1992.(in) Diesel Particulate Emissions: Measurement Techniques, Fuel Effects and Control Technology PT-42, (ed.) Johnson J.H., SAE, Inc Warrendale, PA USA,1992.

Kategória:Ekológia automobilov
Kategória:Motorizmus