Databáze o vlivu dopravy na životní prostředí - výpis záznamů

zobraz stránku pro tisk · vyhledávání

Jak na NOx ? - chlazení výfukových plynů
[plný text článku | kategorie: Emise | Auto EXPERT | aen | 31. 1. 2002] [tisk]
Zážehové motory s přímým vstřikováním pracují s nadbytečným množstvím vzduchu. To je ideální cesta ke snížení spotřeby a emisí CO2. Věc má však bohužel jeden háček: Trojcestný katalyzátor už nemůže zneškodnit oxidy dusíku vznikající při spalování. Zde pomůže chladič výfukových plynů v kombinaci s akumulačním katalyzátorem pro NOx.
U zážehových motorů s přímým vstřikováním (DI - Direct Injection) dochází ke vstřikování benzinu a k jeho směšování se vzduchem přímo ve válci. Tím se snižuje spotřeba paliva, a tím i emise CO2. Při určitém pracovním režimu se směs schopná zapálení nachází jenom v blízkosti svíčky, zatímco v ostatním objemu spalovacího prostoru se nachází téměř samotný vzduch. Celková směs je tak chudší (? > 1) a běžný trojcestný katalyzátor proto už nemůže fungovat při redukci obsahu oxidů dusíku (NOx). Zde pomáhají sběrné katalyzátory pro NOx: v nich se při provozu motoru na chudou směs shromažďují oxidy dusíku vznikající při spalování. V krátkých a cyklicky se opakujících fázích s bohatší směsí dojde k redukci shromážděných sloučenin dusíku a zásobník pro NOx se regeneruje. Povlaková vrstva s katalytickým účinkem na vhodném nosiči je složena ze sloučenin barya nebo prvků s podobným účinkem (vzácné kovy), které mají podstatně nižší teplotu tání než platina. Proto je zapotřebí snížit teplotu výfukových plynů tepelným výměníkem. To znamená, že zážehové motory s přímým vstřikováním vyžadují při použití sběrného katalyzátoru pro NOx také chladič výfukových plynů. Ten je zapotřebí k tomu, aby se teplota sběrného katalyzátoru udržovala v přesně vymezeném rozmezí mezi 250 a 400 C, ve kterém se dosahuje vysoké účinnosti transformace NOx. Tím je také katalyzátor NOx chráněn proti přehřívání. Určená teplota výfukového plynu nesmí být vyšší ani nižší, protože jinak katalyzátor rychle ztrácí svou účinnost.
Výhody chlazení výfukových plynů jsou následující:
* při provozu s vyšší teplotou výfukových plynů, např. při vysokých rychlostech nebo při jízdě do kopce se zátěží, se teplota výfukových plynů udržuje v intervalu vysoké účinnosti přeměny NOx;
* přenesením tepla výfukových plynů na chladicí kapalinu se motor zahřeje na pracovní teplotu rychleji než dosud; tím může také dříve přejít na provoz s chudší směsí;
* chladicí kapalina, která se ohřívá v chladiči výfukových plynů, se v chladných dnech postará i o rychlejší vyhřátí kabiny automobilu a zvyšuje tím jízdní pohodlí.
Regulace teploty výfukových plynů
Při nízkém zatížení, kdy je množství i teplota výfukových plynů nižší, se plyn přiváděný ke katalyzátoru ochlazuje co nejméně, protože má sám o sobě vhodnou teplotu pro přeměnu oxidů dusíku. Větší proud výfukových plynů s vyšší teplotou se naopak musí ochlazovat hodně, aby nedošlo k poškození katalyzátoru. Proto chladič výfukových plynů obsahuje tzv. bypass. Přeřazená klapka umožňuje stupňovitou regulaci teploty těchto plynů ještě před sběrným katalyzátorem. Při ní se část proudících výfukových plynů ochladí v chladiči a pak se smísí s horkým plynem z obtoku. Sběrný katalyzátor se tak může - kromě studeného startu - neustále pohybovat v určeném teplotním intervalu s optimální redukcí NOx. Chladič výfukových plynů (výrobce Behr) se skládá z pouzdra a svazku potrubí. Takzvané "winglety" uvnitř potrubí lépe přenášejí teplotu a zabraňují znečištění. Na technologii s obtokem sází i společnost Boysen: pro pokusné účely vyvinula tepelný výměník s příčným prouděním podle principu trubkového chladiče s pneumaticky ovládanou klapkou bypassu. Tato klapka rovněž umožňuje, aby se chladič připojoval podle potřeby. Podle informací zástupců společnosti přitom nejde o vývoj pro sériovou výrobu, ovšem pouze jen o funkční vzorek pro základní výzkum a prováděná měření. V případě jeho praktického použití se totiž musí vzít v úvahu, že při použití podobně konstruovaného chladiče v automobilu nelze očekávat proudění podél celé plochy povrchu chladiče. Z toho vyplývá, že chladicího výkonu stanoveného při zkouškách nelze v reálných provozních podmínkách dosáhnout bez dalších podpůrných opatření (plechy pro intenzivnější přivádění vzduchu atd.)
Proudění vzduchu za jízdy a jeho využití k chlazení
Společnost Zeuna Stärker z Augsburgu vyvíjí výfukové systémy chlazené vzduchem. Ty by měly k chlazení využívat proudění vzduchu vznikajícího při jízdě automobilu a v důsledku sálání dostatečně odvádět teplo i při malých rychlostech. Specifické požadavky na takový systém vycházejí z teploty výfukových plynů v příslušných provozních stavech motoru. Dále jsou určeny intenzitou zpětného přivádění výfukových plynů a použitým turbodmychadlem, vyladěním katalyzátorů (předřazený/sběrný), koncepcí výfukového zařízení (jedno- nebo několikaproudové) a využitelným prostorem. Účinek chladiče výfukových plynů se rozlišuje podle jeho geometrie: trubkový chladič jako několikaproudový přenáší teplo především prouděním vzduchu podél styčných ploch, zatímco chladič s půleným pouzdrem převádí teplo především sáláním. Pokud nejsou požadovány, a proto se ani nepředpokládají, vysoké chladicí výkony při plném zatížení motoru, ponechává stávající prostor dostatek volnosti pro tvarování systému a podle zástupců společnosti Zeuna Stärker tak permanentně protékané pouzdrové chladiče plně vyhovují všem tepelným režimům. Technicky náročnější řešení je třeba při velmi vysokých teplotách a plném zatížení. Při této kombinaci se uplatňují přepínatelné systémy, které umožňují obcházení prvků chlazení v intervalu částečného zatížení.
 

poslední aktualizace 19. září 2006
© 1999-2004 ČSDK, optimalizováno pro MSIE a rozlišení 800x600+
[ Windows | ASCII | Mac | Latin2 | Unix ]

použit publikační systém Toolkit od Econnectu