技术生态环境中:如何有毒物质排放的内燃发动机转换成"香水的紫罗兰"

吸附剂和催化剂、探测和过滤器的水库和蜂窝陶瓷是一个整体的小型工厂,用于处理化学废物是隐藏在引擎盖下的一个现代化的汽车的引擎上运行的烃燃料。 今天,我们将触及的技术开发和谐的要求的迅速变化的环境标准,我们将了解如何neytralizuya有毒排放物的内燃发动机,并试图评估的生存前景的这部分市场,鉴于目前的全球趋势。




在去年年底,德国政府宣布,到2050年,汽车内燃机会依然存在,这很快成为其中一个原因,该国加入的国际联盟泽夫(零排放车辆),雄心勃勃的目的是难减少温室气体排放量在全球规模。 对于生产者的车辆上的碳氢化合物燃料是一个多明确要求明确标识的一个关键优先事项的生存发展的有效手段,以减少在毒性的汽车排放量。

为什么,事实上,消除废气的–你问的? 如已知的从学校课程的化学燃烧有机燃料形成二氧化碳和水。 但二氧化碳是不是最危险的产品的反应发生在室内燃发动机。 第一:燃料不完全燃烧和燃烧过程伴随着形成非常有毒的物质,例如一氧化碳(co),并同时,大量的未直到结束的碳氢化合物(芳烃–链烷烃). 第二,该进程的燃烧的积极参与氮(N2)从空中和杂质含有的汽油的含硫,等等。 反过来,排放的氧化氮(NOx)引起酸雨、烟雾、以及现在广泛生产的臭氧洞。 没有下一个危险对人类健康和所有生物代表和副产品的燃烧含有硫化合物。 在这里,我们注意到,在美国特别关注的问题重点的浓度NOx排放气体,产生的结果的分解,在阳光的影响下的臭名昭着的加利福尼亚州光化烟雾。

催化转化器的

因为我们知道,再次从一个学校课程的催化剂–物质加速化学反应,但不加入他们。 一个完美的例子是宝贵的金属。 三方式的催化转换器组成的钯(Pd)、铂(Pt)和铑(Rh)涵盖了陶瓷蜂窝薄薄的一层。 总面积的表面的涂层如蜂窝式是,平均达到20 000平方米。 m。 (!) 这样一个令人印象深刻的区域提高了接触的废气的贵金属,其中,基于单转换,只需要2至3克。 单位转换燃烧残余的一氧化碳和分解的一部分燃烧的碳氢化合物的二氧化碳和水。 有害的氧化物NOx到大气中的氮再生的铑。

工作催化剂的温度为400-800°C,因此内部件的结构单元是由热稳定的陶瓷–碳化硅或青石的。 该问题往往面临工程师在确定的最佳位置的催化剂。 事实上,产出的工作温度模式的最新需要一些时间和冷发动机发射的几乎未经处理的混合物。 问题是,是否安排的催化转化器的更接近于发动机,在那里将以更快的速度升温,或更接近于消声器,那里的设备将在运作更良性的温度制度。

大多数现代汽车都配备了系统中和在这方面,它不是要离开你的车在草坪上干草的情况下转换器,红色-炎热的旅行后,可能会引起火的草地严重的后果。 这是不可取的启动引擎的方式牵引,因为这可能导致燃料得到的催化转换器,随后爆炸,同时伴随的破坏瓷蜂窝。

吸附氮的氧化物

催化转化器LNT(稀NOx陷阱)是一个范例的现代系统的设计来减少氮氧化物的废气中的柴油发动机。 积累的氧化物在身体有助于吸附是一钡氧化物等。 在那一刻的转换器是完全填满,计算机给该命令的丰富的空燃料混合物送入燃烧室。 乍一看,这太疯狂了,因为混合物在大量的燃料和少空气中,极大地增加浓度的有毒的一氧化碳在排出的气体。 事实上,它是稍微不同的情况:内部LNT催化剂氧化碳的反应与氮的氧化物,分解他们无害的分子氮N2和有条件的无害的二氧化碳。 在那一刻的转换器是完全清除NOx来自发动机转向正常工作模式。 如你所知,谈论经济的周期性pereobulsya混合物不会是真实的,但如果涉及到这类优先权作为清洁的环境中,列入工作周期的这些部件是有道理的。

什么是一个氧传感器

有效的中涉及的最佳浓度的氧气。 如果混合物被过度倾斜,亦即有一个燃料短缺,由于当时的空气、NOx浓度的废气体的增加而增加。 富集的混合物在这些条件不是伴随着完全燃烧的燃料和废将增加一氧化碳的浓度不氧化碳氢化合物。 维持最佳的氧气的平衡使用氧探测传感器,监视氧水平在排气管的引擎。

如果剩余的空气比例,代表比例的容积空气混合物的体积λ>1,该混合物的"穷人",如果λ<1–丰富。 氧探测器是一种燃料电池与铂极电解液的二氧化锆。 一个电极的传感器与外空气中含有一氧化剂(氧气),和其他极与废气。 "燃料",用于细胞是未燃汽油。 富集的混合物,该电压传感器增加了,它作为一个信号的计算机提供指令的精益的条件。




氧探测的燃料电池的两个铂极和电解液的二氧化锆。 和极和电解质渗透到氧气。 里面的探测器送入从外面的空气,将其加热加热元件。 如果该混合物丰富和排含有少量的氧气,该O2浓度内探测变得更多外部。 因此氧从外空通过电极和电解质作为离子,导致电流中的外部电路。 尽快分子的氧气出现在排(在精益混合)中,浓度均衡,和压急剧下降。




废气的循环

氮气是非常惰性,并且为了进入需要的反应,它必须要么压缩或暖气。 第一和第二条件满足时在气缸柴油发动机(用于汽油单位,这是不正确的,因为压缩比率很低)。 降低温度在气缸可能会减少氮氧化物浓度的废的。 这个函数,应系统的废气的循环EGR,第一修改这是安装后在1970年代柴油的卡车在美国. 使用一种特殊的阀门排出的气体混合排放空气和送回到缸。 部分热附带的燃的混合物承担的惰性气体,导致的温度在燃烧室是减少。

注射的尿素

当环境标准来为自己的,涉及到援助的尿素。 氮氧化物的高档的恢复分子氮反应与氨(NH3)。 另一件事情是,保持船上的有毒气是不可能的。 作为一种替代储存的氨化学工程师建议的使用尿素((NH2)2CO)注入废道车辆的单独部分。 在"串联"与废气、尿素是在一个特殊的催化转换器,在那里转化成氨所需要的分解NOx氮和水。 所描述的技术的被称为选择性催化SCR(选择性催化还原的),并且不舒服我们的耳朵词"尿素"在此技术已经取代的铿锵有力的尿素的。 虽然,如果你看,尿素是唯一的32,5%纯(NH2)2CO在蒸馏水。

正如你可以看到,环境标准已有一个强大的刺激创造一整个领域的化学工业,以及拥有的"尿素"柴油发动机必须填写的汽车用柴油燃料和尿素的消费,这是非常明显的,是达到6%的体积的使用的燃料。




前部分的排出的气体回流入圆筒必须冷却,这可以作为冷却液循环和空气,或两者。 图中显示的再循环系统的卡车斯堪尼亚上。

柴油机微粒的过滤器

消除以接受的规范要求不仅是一个气体混合物的排放气体和固体颗粒。 此类微小颗粒的烟尘,尺寸范围从10到1微米发出的在加速我们熟悉的所有超载的卡车。 熟悉的景象。 你能想象的"医治"的效果,这是这一强烈的喷出的烟雾已经在我们的肺部。 烟的废气和NOx的主要问题的柴油引擎,因为柴油燃料是一个相当沉重的石油部分含有不饱和的化合物。 这有助于确保碳的浓度在柴油燃料高于汽油,因此烟燃烧时会站出来越多。

为了应付这个问题允许耐高温的陶瓷。 它的工作原理是这样的。 一点特别陶瓷过滤器DPF(柴油颗粒过滤器)吸附烟尘排,并经积累到一定限制,该机被翻译成一个特殊的操作模式,在温度的气体排气系统中增加至600°C,其中考虑到现有的系统允许氧氧化的烟尘,然后输出的通过排气管道。 为了不受DPF的破坏性影响的高温下,一些制造商罩的陶瓷表面有一层薄薄的白金职能作为一个催化剂。 PSA集团的工程师(Peuqeot-雪铁龙)已经提议增加的柴油燃料添加剂的基础上铈(Ce),其中允许减少温度的烟尘氧化至450°C时,它是相当类似于传统的排气温度。 在国家里的工作标准5欧元,2011年以来,所有的柴油车已经DPF过滤器。

低压混合

车主的车辆引擎,对于碳氢化合物燃料越来越难以挤现有的技术解决方案的框架内不断紧缩的环境法规。 目前的趋势更清楚地定义过渡到混合解决方案。 他们中的一个依据的低压混合(48V)建议。 而这样的低压系统在不久的将来会允许"的杂交"现有的许多型号的汽车。

尽管有吸引力提供的工程师创新的观点的环境影响,最终成本的内燃发动机和汽车本身,"负担"绿色技术,足以显着增加。 因此,如果这种趋势将继续在可预见的未来,使用内燃机的背景下促进和改善基础设施的电动车辆将只是无效的。 出版

 

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资料来源:geektimes.ru/company/dronk/blog/275958/

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