ZESZYTY NAUKOWE PO LITECH NIKI ŚLĄ SKIEJ S eria: ENERGETYKA z. 125
1995 N r kol. 1280
S te fa n POSTRZEDNIK
In s ty tu t Techniki Cieplnej, Politechnika Ś ląsk a w Gliwicach
MOTORYZACJA W ŚRODOW ISKU - ZAGROŻENIA, ZADANIA, MOŻLIWOŚCI TECHNICZNE
S tr e sz c z e n ie . W pracy scharakteryzow ano podstawowe uw arunko
wania oraz przytoczono w artości graniczne dotyczące emisji substancji toksycznych dla silników spalinowych. Przedstaw iono dotychczasowy rozwój środków technicznych prow adzących do ograniczenia emisji sub
stancji szkodliwych. Omówiono tak że sposoby rozw iązyw ania proble
mów technicznych zw iązanych z u stalonym i ograniczeniam i emisji sub
stancji toksycznych.
AUTOMOBILE EN G IN EER ING IN ENVIRONM ENT - HAZARDS, TASK S, TECHNICAL PO SSIB IL IT IE S
Sum m ary. In th e pap er th e basic conditions and lim its for the emission of p o llu tan ts from in te rn a l com bustion engines h as been char
acterized. The developm ent of technical m eans, w hich lead to decrease gf the em ission of h arm ful substances h as been presented. Procedures for solving of technical problem s in th e futu re, connected w ith the determ ined p o llu tan ts lim its, have been discussed too.
AUTOM OBILTECHNIK IN D E R UMWELT - GEFÄHRDUNGEN, AUFG ABEN, TECHNISCHE MÖGLICHKEITEN
Z u sam m en fa ssu n g. Im B eitrag sind die G rundbedingungen der Schadstoffem ission von V erbrennungsm otoren c h a ra k te risie rt und auch die ensprechenden Em issionsgrenzw erte d argestellt worden. Es wurde auch die bisherige E ntw icklung der technischen M ittel, die zur M inderung der Schadstoffem ission führen, beschrieben. Zusätzlich sind auch die potenzielle M öglichkeiten zur Lösung der zukünftigen technischen Problem e besprochen worden.
1. WPROWADZENIE
Znacząca część (rzędu 40%) obciążenia środow iska życia człowieka substan
cjami szkodliwymi je s t „zasługą” motoryzacji [1, 5].
Głównymi substancjam i szkodliwymi w spalinach silnikowych są: tlenek węgla CO, tlenki azotu NOx (w tym NO, N 0 2), węglowodory CmHn, tlenki siarki SOy (w tym S 0 2, S 0 3), także ozon 0 3 oraz cząstki stałe (sadza, węglowo
dory skondensow ane, substancje m ineralne). Ich pow staw anie podczas pracy silnika spalinowego je s t m. in. konsekwencją w ystępow ania nieodpowiednich w arunków przygotow ania i sp alan ia paliw a w układzie [4].
Jednym z istotnych zagadnień związanych z eksploatacją silników spalino
wych je s t u stalen ie ich szkodliwego oddziaływ ania n a otoczenie.
Posługiw anie się wyłącznie składem chemicznym spalin (naw et po dokona
n iu jego korekcji do przyjętego sta n u odniesienia [4]) je s t często niewystarcza
jące do w ydania jednoznacznej oceny szkodliwości oddziaływ ania pracującego silnika spalinowego n a środowisko życia człowieka [4, 5].
Jakość procesów konwersji energii zachodzących w układzie silnika spali
nowego - rys. 1, charakteryzuje się za pomocą efektywnej sprawności energe
tycznej r)e układu, wyznaczanej ze wzoru:
gdzie:
N? - moc efektyw na silnika spalinowego, kW,
m - stru m ie ń m asy spalanego paliw a, kg/s, o w artości opałowej Wd, kJ/kg.
Na stru m ień substancji spalin ń s, kmoPs, który je s t proporcjonalny do stru m ien ia spalanego paliw a
(1)
ń s = n ”s + ń H2o = n ssmp (także n ffi = n ss mp) składa się sum a dwóch strum ieni (rys. 1) składowych:
(2)
n s IRks ; Ihn (3)
gdzie:
n tk.s - stru m ień substancji toksycznych, n ato m iast
ń in - stru m ień substancji inertnych w spalinach silnikowych.
Strum ień substancji szkodliwych zanotować m ożna jako sumę:
n tks - n CO + n NOx + n C„,H„ + n SOy + n st (4)
powietrze, ńa, kmol/s
mechaniczna moc efektywna
f r
paliwo (c, h)
mp, kg/s Wd, kJ/kg
Ne, kW
n s>
kmol/s substancje
szkodliwe, [tks]: [CO], [NOJ, [CmHn], [SOy], cząstki stałe
ń tks =
ńco
+ ń NOx + ń CmHn + ń SOy + ń st^in = % 2 + ń C 0 2 + ń 0 2 + ń H20
Rys. 1. Schemat układu z pracującym silnikiem spalinowym Fig. 1. Scheme of the system with a working ICE
n’
nato m ia st substancji toksycznie obojętnych (inertnych):
¿ i n = ¿ o 2 + ń Na + ń H2o + ń Co 2 (5)
Sytuację uw aża się za optym alną, gdy stru m ień ń t k s — > 0 .
S trum ień każdej i—tej substancji szkodliwej n tksl może być wyrażony po
przez jej udział [tksj] w spalinach suchych:
ń t k s , i = [ t k s j ] ń s s ( 6 )
Po dokonaniu sum ow ania strum ien i n składników taktycznych uzyskuje się:
n n
ń tks = X ńtks,i = ń ss X ń k s j (7)
i = 1 i = 1
Równanie (7), po w ykorzystaniu zależności (2), m ożna zanotować jako:
n
ńtks = ńip n ”s [tk sj (8)
i = i
a następ n ie po uw zględnieniu wzoru (1) w postaci:
Ne „ n
n t.ks = „ w n ss X ń k s j (9)
Me vvd • _ j
Zgodnie ze wzorem (8) zm niejszenie zużycia paliw a m p prowadzi w prostej linii do ograniczenia stru m ien ia substancji szkodliwych em itowanych do oto
czenia. Obniżenie zużycia paliw a mp, przy zapew nieniu wymaganego efektu użytecznego Ne, może być osiągnięte jedynie (równ. (1)) poprzez zwiększenie spraw ności efektywnej r|e. W yrazem tego je s t także wzór (9).
W zrost spraw ności energetycznej ą e urząd zeń posiada więc podwójne zna
czenie: ekonomiczne - gdyż przyczynia się do zm niejszenia zużycia paliwa, a więc do obniżenia kosztów eksploatacji, a tak że ekologiczne - przyczyniając się do ograniczenia emisji substancji toksycznych.
Zm niejszenie em isji substancji toksycznych silników spalinowych osiągnąć można, g eneralnie biorąc, poprzez realizację dwóch grup przedsięwzięć, w tym
tz w .:
M o to ry z a c ja w środow isku. 235
a. poczynania pierw otne (inaczej - w ew nątrzsilnikow e),
— polegające n a w prow adzeniu odpowiednich zm ian konstrukcyjno-na- stawczych w w ybranych podukładach siln ika spalinowego (np. w u k ła
dzie zasilania i przygotow ania m ieszanki palnej), b. poczynania wtórne (czyli - pozasilnikowe),
— w ram ach których in stalu je się specjalne u k łady oczyszczania spalin (np. dopalacze katalityczne, k a ta liz a to ry wielofunkcyjne, filtry cząstek stałych).
Przedm iotem zainteresow ań w ram ach tego opracow ania je s t głównie pier
w sza g ru p a poczynań prowadzących do popraw y param etró w pracy silnika spalinow ego, przy uw zględnieniu podstawowych możliwości grupy drugiej.
2. OGRANICZENIA DOTYCZĄCE E M ISJI SUBSTANCJI TOKSYCZNYCH 2.1. I s to ta i rozwój o b o w ią z u ją c y c h o g r a n ic z e ń
Głównym czynnikiem w ym uszającym bezpośrednio zm niejszenie (ograni
czenie) emisji substancji szkodliwych są najczęściej odpowiednie akty norm a
tyw ne, podające wielkość emisji dopuszczalnej, odnoszącej się do emisji uzy
skiw anej podczas przeprow adzania ściśle określonych testów jezdnych.
P rog ram cyklu testowego pow inien możliwie dokładnie symulować w aru n ki ru c h u n a danym teren ie (np. ruch w aglom eracjach miejskich), dlatego jest opracowywany raczej przez fachowców od organizacji ruchu.
W ynik przeprowadzanego b ad an ia testowego [g/test] zależy od:
a. pro g ram u cyklu testowego (czasowe zm iany prędkości, przyspieszenia, czyli całego przebiegu drogi symulacyjnej),
b. charak tery sty ki toksyczności samego silnika spalinowego (rys. 1).
C h arak tery sty k a toksyczności siln ik a spalinowego zależy od jego k o n stru kcji i n a sta w regulacyjnych, a tym sam ym od całego kom pleksu zjawisk i procesów w ew nętrznych (głównie organizacji przygotow ania i przebiegu pro
cesu spalania) zachodzących w silniku spalinowym.
W tym zakresie rola i zadania specjalistów od znajomości fizykochemicz
nych (termodynamicznych) procesów w ew nętrznych (spalanie, w ym iana cie
pła, przepływy m aterii) silników spalinowych są szczególnie ważne.
Przy u stalaniu w artości granicznych (m aksym alnych) emisji brane są pod uw agę m .in. następujące isto tn e uw aru n k ow an ia [1]:
- potrzeby oraz zagrożenia ekologiczne środowiska, - techniczne możliwości spełnienia ustalonych ograniczeń, - wielkość niezbędnych do poniesienia kosztów społecznych.
Pierw sze unorm ow ania z tego zak resu pojawiły się w USA w latach 1969 - 1970 pod hasłem “clean a ir act”, jako tzw. siedm iostopniowy te s t kalifornijski.
Od roku 1972 obowiązywał w USA te s t jezdny (FTP 72), odpowiadający
sytuacji ruchu w Los Angeles. Opracowany w 1975 r. te s t F T P -75 obowiązuje nadal. W testa ch tych lim itow ane są n astępujące składniki spalin: tlenek węgla CO, węglowodory CmH n, tlen k i azotu NOx, cząstki stałe.
W tablicy 2.1 podano w artości odpowiednich ograniczeń, które dzisiaj jesz
cze także obowiązują [3, 5],
T a b lica 2.1 P o d s t a w o w e w a r t o ś c i g r a n ic z n e e m is j i s u b s t a n c j i s z k o d liw y c h
Cykl testow y
W artości graniczne em isji dla siln. ZI
w ym iar CO CmHn NOx CmHn +
NOx cz. stałe
FTP-75 USA g/mila 3,4 0,41 1,0 - 0,2
K alifornia g/mila 7,0 0,41 0,4 - -
EWG FTP-75 g/test 2,1 0,25 0,62 - 0,124
E uropa FZ g/test 30,0 - 6,0 8,0 -
Jap o n ia
10 - st. g/km 2,7 0,39 0,48 - -
11 - st. g/test 85,0 9,5 6,0 - -
bieg luzem % v ppm 4,5 1200 - - -
W krajach EWG pierwsze unorm ow ania pojawiły się w 1971 r. i dotyczyły tle n k u węgla CO oraz węglowodorów CmHn, a n astęp n ie od 1975 r. obowiązuje przepis R-15/02, w którym uw zględnia się także wielkość emisji tlenków azotu NOx. R ada M inisterialna EWG zatw ierdziła w 1987 r. tzw. te s t europej
ski EFZ, wraz z wytycznymi EG 88/436.
O drębne przepisy posiada Japonia; od 1975 r. obowiązuje tam tzw. 10-sto- pniowy te s t (dokonywane są pom iary następujących składników spalin: tle
nek węgla CO, węglowodory CmH n, tlen k i azotu NOx), z dwiema odmianami:
a. jazd a w obrębie m iasta z nagrzanym silnikiem , b. te s t rozpoczynający się przy nienagrzanym silniku (tzw. zim ny sta rt), a dodatkowo także - praca na biegu luzem. Przyjęte unorm ow ania sta ją się tym sam ym stym ulatorem po
stępu technicznego w przem yśle m otoryzacyjnym [2, 3],
2.2. D o ty c h c z a so w y rozw ój śro d k ó w te c h n ic z n y c h p ro w a d zą cy ch do o g r a n ic z e n ia em isji su b sta n c ji sz k o d liw y c h
Rozwiązania problem u ograniczenia emisji substancji szkodliwych poszuki
wano dwoma drogami, wym ienionymi w rozdziale 1. opracowania.
Podstawowym czynnikiem w arunkującym uzyskanie ograniczenia emisji substancji szkodliwych było zastosow anie odpowiednich elektronicznych układów regulacyjnych, dzięki którym dla każdego p u n k tu pracy silnika moż
n a było dobrać optym alne w artości param etrów pracy.
M o to ry z a c ja w środow isku. 237
Zastosow anie w yłączania dopływu paliw a podczas jazdy z tzw. „hamowa
n iem silnikiem ” prowadziło do obniżenia zużycia paliw a oraz ograniczenia em isji węglowodorów CmH n.
O bniżenie emisji tlenków azotu NOx m ożna było osiągnąć stosując opóźnienie zapłonu, przy jednoczesnym w zbogaceniu m ieszanki palnej.
Dodatkowo, celem spowodowania lepszego dopalenia paliw a, zastosowano sy stem doprowadzania pow ietrza wtórnego do kom ory spalania. Ten system charakteryzow ał się je d n a k zbyt wysokim zużyciem paliw a, dlatego nie był dalej rozwijany.
W ażnym rozwiązaniem, a jednocześnie łatw ym i prostym w realizacji, było zastosow anie recyrkulacji spalin, prowadzącej do znacznego ograniczenia em isji tlenków azotu NOx. M etoda t a nie powodowała tak że w zrostu zużycia paliw a, co było jej pow ażną zaletą. R ecyrkulacja spalin w ym aga zbudowania odpowiednich układów regulacji stopnia recyrkulacji spalin - stosownie do a k tu a ln y ch param etrów pracy silnika (prędkości obrotowej, zapotrzebow ania mocy — obciążenia). W adą tego rozw iązania problem u je s t lokalnie możliwy w zrost emisji tlenku węgla CO oraz węglowodorów CmH n.
Celem spełnienia bardziej ostrych w ym agań am erykańskich niezbędne okazało się wprowadzenie drugiej grupy przedsięw zięć (rozdział 1.), polegają
cej n a zastosowaniu katalizatorów .
W pierwszej kolejności instalow ane były tzw. dopalacze katalityczne, um o
żliw iające dzięki doprow adzeniu pow ietrza wtórnego, pełne utlenienie produ
któw niezupełnego sp alan ia - głównie tle n k u węgla CO oraz węglowodorów CmH n. Tlenki azotu NOx nie mogły być tym sposobem usuw ane.
Zaproponowano rozw iązanie polegające n a zastosow aniu dwustrefowego k a ta liz a to ra : najpierw w ystępuje strefa redukcyjna, a n astępnie strefa u tle niająca.
Logiczną konsekwencją tego rozw iązania było opracow anie wersji k ataliza
to ra potrójnego d ziałania (tzw. D rei-W eg e-K atalisator).
Dzięki zainstalow aniu w stru m ien iu spalin specjalnej sondy lam bda, zasi
lająca silnik m ieszanka p aln a posiada dokładnie skład stechiom etryczny (k = 1) w każdym punkcie pracy silnika. W ten sposób stało się możliwe jednoczesne usunięcie w obrębie k a ta liz a to ra w szystkich składników szkodli
wych, według schem atu reakcji:
a. u tle n ia n ie
CO + 1/2 0 2 ---> C 0 2
CmH n + (m + n /4 )0 2 >m C 0 2 + n/2 H20
b. redukcja
NO + C O >1/2 N 2 + C 0 2
Pierw szą firm ą, k tó ra wprow adziła k a ta liz a to ry potrójnego działania, była firm a BMW. Dzisiaj instalow ane one są praw ie powszechnie, chociaż wyma
gane je s t stosow anie specjalnego paliwa, tzw. benzyny bezołowiowej, co wła
ściwie w konsekwencji dodatkowo zm niejsza obciążenie środowiska substan
cjami szkodliwymi (ograniczenie emisji ołowiu).
Zastosow anie katalizatorów potrójnego działania powoduje jedynie niewiel
ki spadek mocy silnika spalinowego oraz m ało znaczący w zrost jednostkowego zużycia paliwa.
2.3. W artości g r a n ic z n e e m isji su b sta n c ji sz k o d liw y c h
Dzięki wprow adzeniu obowiązujących norm , ograniczających wielkość emi
sji dla silników spalinowych, osiągnięto praw ie 90% zm niejszenie ilości emito
w anych substancji szkodliwych.
Postępujące jed n a k dalej m otoryzacyjne skażenie środowiska, szczególnie w dużych aglom eracjach m iejskich (tzw. Balungsgebiete), zm usza odpowied
nie władze do dalszego zm niejszenia w artości granicznych emisji substancji szkodliwych. W ładze EWG przygotowały ju ż odpowiedni nowy program ogra
niczeń dotyczący pojazdów napędzanych silnikam i spalinowymi.
Pierw szy etap (tabl. 2.2.) obowiązuje już od lipca 1992 r. - tzw. nowy cykl EWG , pod nazw ą EG - RL - 91 / 441.
T a b lic a 2.2 P r o g r a m o g r a n ic z e ń e m is j i s u b s t a n c j i s z k o d liw y c h d la k r a jó w E W G - e ta p I,
s y m b o l E G - R L - 91 / 441 (o b o w ią z u j e o d lip c a 1992 r.)
S kładnik B adania
przygotowane B adania seryjne Jednostka A. Silniki z zapłonem iskrowym
CO 2,72 3,16 g/km
CmHn + NOx 0,97 1,13 g/km
B. Silniki z zapłonem samoczynnym
CO 2,72 3,16 g/km
CmHn + NOx 0,97 1,13 g/km
cząstki stałe 0,14 0,18 g/km
M oto ryzacja w środowisku..
239
W USA n ato m iast już w 1993 r. wprowadzono nowe, bardziej zaostrzone ograniczenia emisji, a także opracowano nowy sposób i uw arunkow ania pro
w adzenia badań testowych. W prowadza się dodatkowo osobne badanie kon
centracji węglowodorów niemetanowych, tzw. NMHC (non m eth an hydrocar
bon), a także pom iar koncentracji tle n k u węgla CO w spalinach, podczas tzw zim nego s ta rtu silnika przy tem p eratu rze -7°C. O graniczenia te będą w najbliższych latach coraz bardziej zaostrzane; do 1996 r. przew iduje się osiąg
nięcie istotnego zmniejszenia emisji: tlenków azotu NOx o około 60%, węglo
wodorów znowu o ok. 40%.
N ajbardziej ostre ograniczenia przyjm ow ane są zawsze w Kalifornii. A ktu
alnie dopuszczalny poziom skład nika NMHC wynosi 0,39 g/milę. Od 1994 r.
obowiązuje tam nowe ograniczenie, dotyczące dodatkowo pewnej grupy nie- spalonych węglowodorów, tzw. grupy NMOG (non m eth a n organie gases, typu od C2Hx do C12Hx). Dopuszczalna em isja wynosi 0,25 g/milę, następn ie sto
pniowo pow inna maleć do wartości 0,062 g/milę w 2003 r.
P la n y EU na la ta następne przew idują dalsze ograniczenia wielkości dopu
szczalnej emisji, co ilustruje tablica 2.3.
T a b lic a 2.3 P r o g r a m o g r a n ic z e ń e m isji s u b s t a n c j i s z k o d l iw y c h d la k r a jó w E U - e t a p II
(o b o w ią z u j ą c y o d 1996 r.)
S kładnik Propozycje
niemieckie
Propozycje
A C E A Jednostka
A. S ilniki z zapłonem iskrowym
C O 2,2 2,7 2 g/km
Cm Hn + NO * 0,45 0 ,6 g/km
B. S ilniki z zapłonem samoczynnym
C O 2,2 1,3 g/km
Cm H n + NO* 0,85 0 ,8 (0,97)* g/km
cząstki stałe 0,08 0,1 g/km
* dla w try sk u bezpośredniego
O graniczenia perspektywiczne dla krajów EU - etap III (do tej pory bez o kreślenia term in u ważności) przytoczono w tablicy 2.4.
Rozpoczęła się tym samym e ra produkcji samochodów o szczególnie niskiej em isji substancji szkodliwych; począwszy od samochodów typu TLEV (tran sitio n al low emission vehicle) - 1994 r., poprzez samochody typu LEV (low em ission vehicle), aż do samochodów ty p u ULEV (u ltra low emission vehicle) - w 1997 r., a następnie typu ZEV (zero em ission vehicle). Osiągnie się w tedy praw ie 99-procentow e zm niejszenie em isji węglowodorów w stosun
k u do roku bazowego (1968).
T a b lica 2.4 P r o g r a m o g r a n ic z e ń e m is j i s u b s t a n c j i s z k o d liw y c h d la k r a jó w E U
(o b o w ią z u j ą c y w d a ls z e j p e r s p e k t y w ie )
Składnik Propozycje E U - etap III Jednostka A. Silniki z zapłonem iskrowym
CO 1,62 g/km
CmHn + NOx 0,14 g/km
B. Silniki z zapłonem samoczynnym
CO 1,62 g/km
CmHn + NOx 0,14 g/km
cząstki stałe 0,042 g/km
W USA (obszar 49 stanów ) w ym agane je s t dodatkowo, aby producent pojaz
dów udowodnił, że u stalone granice emisji są dotrzym ane naw et po przebiegu ok. 100 000 mil. Jednocześnie n a koszt producenta wykonywane są wszystkie niezbędne napraw y układów regulacji i kontroli jakości spalin w pojeździe.
Z przedstaw ionego program u wprow adzanych ograniczeń emisji substancji szkodliwych w ynika jasno, że aby sprostać postaw ionym wymaganiom, doko
nać się m usi bardzo istotny postęp techniczny w dziedzinie produkcji pojaz
dów samochodowych.
Rozpoczęcie właściwego cyklu produkcyjnego m uszą poprzedzać odpowied
nie b ad an ia naukow e, w tym w ażną rolę odgrywają b ad ania termodynamicz
nych procesów w ew nętrznych (przygotowanie oraz spalanie m ieszanki palnej, nieustalone zjaw iska transportow e - w ym iany ciepła i masy), wpływających bezpośrednio n a pow staw anie substancji szkodliwych w trakcie pracy silnika spalinowego. Dodatkowymi elem entam i, jak ie m uszą być brane pod uwagę, są powszechne w ym agania klientów, ekonomiczność eksploatacji pojazdów (zu
życie paliwa, niezawodność, pewność ruchu).
2.4. Z a g a d n ie n ie em isji d w u tle n k u w ę g la
D w utlenek węgla C 0 2 należy do produktów zupełnego i całkowitego spala
n ia paliw silnikowych. Globalnie biorąc, nie należy on do grupy substancji toksycznych, lecz coraz częściej zalicza się go do grupy substancji szkodliwych.
D w utlenek węgla je s t w znacznej m ierze (w ok. 50%) odpowiedzialny za tzw.
efekt cieplarniany (szklarniowy). Obserwuje się system atyczny wzrost zawar
tości dw utlenku węgla w atm osferze ziemskiej; jeszcze n a początku XX w.
w ynosiła ok. 0,03%, ak tu aln ie dochodzi do 0,045%.
Oszacować m ożna łatwo, że spalenie jednostkow ej ilości (1 kg) tzw. paliwa silnikowego (c = 0,85, h = 0,15) daje w efekcie około:
M o to ry z a c ja w środow isku. 241
eco2 = 0,85 — = 3,12 kg C 0 2/ k g pal.
W ielkość stru m ien ia m aterii dw utlenku węgla emitowanego do otoczenia je s t więc ściśle zw iązana ze stru m ien iem (razy 3.12) zużywanego paliwa.
O pracow ana została [2] św iatow a stra te g ia (rys. 2) postępow ania, prowadząca do radykalnego obniżenia em isji d w u tlen ku węgla w skali globalnej. Jej reali
zacja wym aga zm niejszenia ilości spalanych paliw, co może być osiągnięte w pierw szej kolejności n a drodze doskonalenia (wzrost sprawności) sam ych pro
cesów konwersji energii spalanych paliw. Duże możliwości istn ieją także w stosow aniu paliw alternatyw nych (wodorowych).
oC_
U)
O1—I
*0,1 OO Ld
—> (0 w
E<d
c z a s b i e ż ą c y lata
Rys. 2. E m isja dw utlenku w ęgla i prognozy jej zm ian Fig. 2. Em ission of th e carbon dioxide an d tre n d s of its changes
3. SPOSOBY ROZWIĄZANIA PROBLEMÓW TECHNICZNYCH, ZWIĄZANYCH Z OGRANICZENIAMI E M ISJI SUBSTANCJI TOKSYCZNYCH
3.1. C h a ra k te r y sty k a m o ż liw o śc i r e a liz a c y jn y c h
N arzucenie bardzo ostrych w ym agań odnośnie do dopuszczalnej emisji substancji szkodliwych zm usza do kompleksowego w ykorzystania wszystkich możliwości technicznych w tym zakresie.
J a k ju ż wspom niano w rozdziale 1. - zm niejszenie emisji substancji toksy
cznych silników spalinowych osiągnąć m ożna poprzez realizację dwóch grup przedsięwzięć, do których należą:
a. poczynania pierw otne (czyli w ew nątrzsilnikowe), realizowane m. in. za pomocą następujących czynników:
- popraw a n apełn ian ia cylindrów,
- lepsze przygotowanie m ieszanki palnej, - zawirow anie ład un k u w komorze spalnia, - doskonalenie k sz ta łtu kom ory spalania, - optym alizacja tem p e ra tu ry w ew nątrz cylindra, - dobór czasów otw arcia zaworów, stosunek kom presji, - w prowadzenie recyrkulacji spalin,
b. poczynania w tórne (inaczej: pozasilnikowe), obejmujące m. in. następujące elem enty:
- k atalizato ry trójfunkcyjne z regulacją stosunku n adm iaru powietrza (sonda X),
- k atalizato ry warstw owe i strefowe,
- podgrzew anie katalizatorów w fazie przedrozruchowej, - izolacja układów wydechowych,
- doprowadzenie pow ietrza wtórnego do dopalania, - elektroniczne układy sterow ania procesam i.
Aby sprostać narzuconym ograniczeniom, należy równolegle realizować poczynania pierw otne, ja k i wtórne.
Jednocześnie należy założyć oraz pam iętać o tym, że ograniczenia dopusz
czalnej emisji powinny leżeć w zakresie możliwym technicznie do spełnienia.
3.2. P r z e d s ię w z ię c ia w e w n ą tr z s iln ik o w e
3.2.1. Przygotowanie mieszanki palnej
Przebieg sp alania zależy dobitnie od jakości przygotowanej m ieszanki pal
nej. Chodzi przede w szystkim o jej homogeniczność, polegającą n a pełnym odparow aniu paliw a ciekłego i w ym ieszaniu powstałych p a r z powietrzem.
Pojawiające się w komorze spalan ia krople nieodparowanego paliw a powodu
M otoryzacja w środow isku. 243
ją lokalne w ygaszanie płom ienia, co w konsekw encji prowadzi do pojaw iania się niespalonych węglowodorów CmH n oraz tle n k u węgla CO w spalinach. Bieg s iln ik a jest w tedy tak że bardziej nierów nom ierny.
T ak a sytuacja je s t szczególnie niek o rzy stn a podczas rozruchu zimnego silnika, gdyż w tedy także k a ta liz a to r n ie funkcjonuje jeszcze popraw nie, a n a d o m iar szybko może ulec zużyciu (zatruciu).
Aby paliwo nie odkładało się n a ściankach k a n a łu dolotowego, rozwijane b ęd ą raczej układy z w tryskiem bezpośrednim , przy dopasowaniu początku w try sk u do aktualnego sta n u pracy silnika.
3.2.2. Komora spalania, ruch ładunku
Nowoczesne kom ory sp alan ia są ta k kształtow ane, aby stosunek powierz
chni ścian do objętości kom ory był możliwie m ały (najniższa wartość odpowia
d a kuli), przy zachow aniu także niew ielkiej ekscentryczności jej k ształtu.
C en traln ie usytuow ana świeca zapłonowa pozw ala n a uzyskiw anie dobrego zapłonu, co w konsekwencji w aru nk u je szybki i pełny przebieg spalan ia m ie
sz a n k i palnej. Uzyskuje się w tedy płynny i stab iln y przebieg spalania. Istnieje w zw iązku z tym możliwość podniesienia sto su n k u kom presji e, dzięki czemu osiąga się zm niejszenie jednostkow ego zużycia paliw a. Prowadzić to jed n ak może do nieznacznego w zrostu em isji substancji szkodliwych.
Z k ształtem kom ory sp alan ia wiąże się tak że możliwość zabudow ania wię
kszej liczby zaworów (12 V, 16 V). U kłady czterozaworowe przyczyniają się do w zro stu stopnia n ap ełnienia siln ika (możliwy w zrost mocy jednostkowej), a ta k ż e do zm niejszenia emisji węglowodorów CmH n.
Isto tn ą spraw ą je s t zaw irow anie świeżego ład u n k u w komorze spalania, dzięki czemu uzyskuje się w iększą homogeniczność m ieszanki palnej, prow a
dzącą do w zrostu szybkości oraz podniesienia stabilności spalania. Nowe możliwości w tym zakresie stw arzają u k ład y wielozaworowe, dzięki którym łatw iej można także sterować przebiegiem n ap e łn ian ia silnika (wyłączanie cylindrów, zm iany faz otw arcia zaworów) oraz sp alan ia m ieszanki palnej.
3.2.3. Temperatura ścianek komory spalania
N iespalone węglowodory CmH n pojaw iają się głównie tam , gdzie płomień uległ wygaszeniu. G eneralnie rozróżnia się dwa przypadki (mechanizmy) w ygaszenia płomienia:
— wygaszenie w obrębie fron tu płom ienia (flame quenching),
— wygaszenie n a zimnej ściance kom ory (wall quenching).
Isto tn ą rolę odgrywa tu ta j te m p e ra tu ra ścianek kom ory spalania. Podno
sząc jej w artość i u stalając n a poziomie stosownie do obciążenia silnika, uzyskać m ożna praw ie 20% zm niejszenie emisji węglowodorów. W tym zakre
sie istnieją dalsze możliwości do w ykorzystania. N ajwiększe ilości węglowodo
rów CmHn oraz tlen k u węgla CO pow stają zaraz po uruchom ieniu zimnego
siln ika (podczas jego nagrzew ania), kiedy ścianki cylindra oraz kan ału dopły
wowego posiadają jeszcze n isk ą tem p eratu rę. Faza nagrzew ania silnika po
w inna być dlatego możliwie krótka.
Szacuje się, że tym sposobem m ożna ograniczyć emisję węglowodorów o ok.
40%, n ato m ia st tlenków azotu NOx oraz tle n k u węgla CO o dalsze 25%.
Dla szybkiego nagrzew ania elem entów silnika m ożna by wykorzystać spe
cjalne zasobniki ciepła, np. aku m u lato ry ciepła z przem ianą fazową. Ważne są przy tym: uzyskanie odpowiednio dużej pojemności zasobnika, izolacje, dyspo
zycyjność, w aga oraz koszty eksploatacyjne.
3.2.4. Recyrkulacja spalin
R ecyrkulacja spalin je s t już od dłuższego czasu stosowanym sposobem pozwalającym n a obniżenie m aksym alnych te m p e ra tu r spalania w silniku, a tym sam ym przyczyniającym się do ograniczenia emisji tlenków azotu NOx.
W adą tego system u je s t pewne pogorszenie w arunków sp alania w stosunku do spalan ia w pow ietrzu, gdyż w odniesieniu do cząstek jeszcze nie spalonych, n a sk u tek m niejszych koncentracji drobin tle n u i paliw a, m aleje prawdopodo
bieństwo zachodzenia odpowiednich reakcji chemicznych.
Tworzyć się może strefow a (warstwowa) s tru k tu ra ładunku, wynikająca z b rak u pełnego w ym ieszania w szystkich składników.
W zrasta tym samym prawdopodobieństwo lokalnego wygaszenia płomie
n ia - j a k o “flam e quenching”. Konsekwencją tego mogą być w zrastające emi
sje węglowodorów CmH n oraz tle n k u węgla CO, o ile w arunki spalania nie ulegną odpowiednio zmianie.
Rozróżnia się dwa rodzaje recyrkulacji spalin:
— zew nętrzną ZRS, - w ew nętrzną WRS.
R ecyrkulacja zew nętrzna polega n a zaw racaniu spalin do silnika poprzez specjalny k an ał zabudow any n a zew nątrz silnika. System tak i stosuje się w przypadkach, kiedy fazy otw arcia i zam knięcia zaworów nie mogą być zmie
nian e w trakcie pracy silnika.
Stosując u kłady rozrządu z oddzielnymi w ałkam i - odpowiednio dla napędu zaworów dolotowych oraz wylotowych, dobierać m ożna niezależnie fazy otw arcia i zam knięcia poszczególnych grup zaworów, a tym samym sterować procesam i n ap ełniania oraz opróżniania cylindrów. Dzięki takim rozwiąza
niom realizować m ożna tzw. recyrkulację w ew nętrzną (wewnętrznie sterowa
ną), polegającą n a tym, że część spalin w ogóle nie opuszcza komory cylindra.
T ak organizow ana recyrkulacja spalin przyczynia się do polepszenia procesu przygotow ania m ieszanki palnej dzięki tem u, że te m p e ra tu ra ładunku w całej fazie kom presji je s t wyższa.
Obniża się także zużycie paliwa, a w zrost emisji węglowodorów CmHn oraz tle n k u węgla CO je s t mniej znaczący.
M otoryzacja w środow isku. 245
T akże recyrkulacja zew nętrzna może być udoskonalona. Poprzez w stępne intensyw ne m ieszanie recyrkulujących spalin z częścią świeżego powietrza, a n a stę p n ie doprowadzanie tej m ieszaniny oddzielnym kanałem do cylindra m ożna uzyskać znaczne zintensyfikow anie procesu spalania. Polepszeniu ule
ga p ra c a silnika; szczególnie w sta n a c h przejściowych — np. podczas przyspie
szeń, kiedy w ystępują duże odchylenia w artości stosu nk u pow ietrza X - nie obserw uje się nierównom ierności ru ch u silnika.
B ad ania w skazują [1], że tym sposobem możliwe je s t osiągnięcie (w stosun
k u do silnika bez recyrkulacji) w ielu pozytywnych efektów, polegających n a zm niejszeniu emisji: - tlenków azotu NOx o około 55% , - tle n k u węgla CO rz ę d u 26%, węglowodorów CmH n o ok. 4% , przy pewnym (ok. 3 -5- 4%) zmniej
szen iu zużycia paliw a.
W ykorzystując jednocześnie w szystkie możliwości wymienione w pun
kcie 3.2., uzyskać m ożna poważne zm niejszenie emisji substancji szkodli
wych.
Aby jednak spełnić tak że w szystkie perspektyw iczne ograniczenia (w tym głów nie am erykańskie, kalifornijskie), niezbędne je s t także w prowadzanie przedsięwzięć drugiej grupy, dotyczących układów pozasilnikowych.
3.3. P r z e d s ię w z ię c ia p o z a s iln ik o w e
3.3.1. Układy katalityczne
K atalizatory trójfunkcyjne (pkt 2.2.) w raz z regulacją stosunku nadm iaru pow ietrza (sonda X) stały się krokiem milowym n a drodze popraw y jakości sp alin. Umożliwiają one osiągnięcie praw ie 90-procentow e oczyszczenia spa
lin. Prace nad doskonaleniem konstrukcji sam ych katalizatorów są n adal kontynuow ane.
N ajw ażniejszą sp raw ą je s t próg tem peraturow y, powyżej którego k ataliza
to r zaczyna dopiero popraw nie pracować. Poniew aż ponad 80% emitowanych ilości tlen ku węgla CO oraz węglowodorów CmHn pow staje w fazie nagrzew a
n ia silnika - rys. 3, dlatego istotn e jest, aby próg tem peraturow y k atalizatora był możliwie niski. Instalow ane dzisiaj k a ta liz a to ry posiadają ów próg na poziomie ok. 250°C. Czas, ja k i upływ a do osiągnięcia tej tem p eratu ry , wynosi p rzeciętnie 1-^-3 m in., co oznacza, że w tym czasie em itow ane są szczególnie duże ilości substancji szkodliwych.
Celem skrócenia okresu nagrzew an ia m ożna zainstalow ać k atalizato r bli
żej silnika, wtedy jed n a k zachodzi niebezpieczeństw o jego przegrzania (ogra
niczona wytrzym ałość tem p eratu ro w a m ateriałów konstrukcyjnych) podczas p racy silnika przy pełnym obciążeniu. W wysokich te m p e ra tu ra c h za chodzi ta k ż e dezaktyw acja powierzchni czynnych k atalizato ra.
Ze względu n a tem p e ra tu rę wyodrębnić m ożna trzy charakterystyczne za
k re sy pracy katalizatorów ;
c z a s t , s
20 40 60 80
c z a s t , s --- ►
E 2 0 0
a a l c 150 0 E i_ i
.100 10 cr>
1 50
«j
N
* ° o
Rys. 3. D ziałanie k a ta liz a to ra w fazie rozruchowej Fig. 3. Efficiency of th e cataly st in th e w a rm -u p phase
M o to ry z a c ja w środowisku. 247
- z a k re s I: do 250°C, brak konw ersji składników toksycznych, - zak res II: od 250°C do 1000°C, faza robocza, w tym
od 480°C do 620°C - słabe starzen ie cieplne, w iększa możliwość zatrucia, od 620°C do 800°C - średnie starzen ie cieplne,
m ała możliwość zatrucia, od 800°C do 1000°C - silne starzen ie cieplne, - z ak res III: ponad 1000°C (do ok. 1500°C),
- możliwość przegrzania k atalizatora, siln a dezaktyw acja powierzchni, niebezpieczeństw o stopienia.
Is to tn ą spraw ą je s t także żywotność k atalizato ra; w tym zakresie normy am ery k ań sk ie są szczególnie wym agające (100 000 mil).
Zw rócić n a le ż y także uw ag ę n a d o p u sz cz a ln ą szerokość tzw . „okna lam b d a — AA”, przy czym 1 < A < (1 + AA,), k tó ra może się zm ieniać w raz z czasem eksploatacji katalizatora. Szerokość przedziału AA je s t szczególnie isto tn a w fazach niestacjonarnej pracy silnika, kiedy m a miejsce stała kore
kcja i dopasowywanie stosunku n a d m ia ru pow ietrza A. Zastosow anie powłok ze specjalnych m ateriałów (m etale ziem rzadkich) pozwala n a uzyskanie w iększej szerokości przedziału AA.
P roblem em do rozw iązania je s t także silny wpływ te m p e ra tu ry n a szero
kość okna AA, gw arantujący utrzym an ie wysokiego stopnia konwersji sub
stancji szkodliwych spalin.
3.3.2. Strategie nagrzewania katalizatorów
W fazie nagrzew ania silnik pracuje zwykłe (płynny ruch) przy zasilaniu m ieszan k ą bogatą (A < 1), czemu tow arzyszy stosunkow o wysoka em isja wę
glowodorów CmHn oraz tlen ku w ęgla CO. F a k t ten m ożna wykorzystać do przyspieszonego nagrzew ania k atalizato ra, poprzez organizowanie dopalania tych składników , doprowadzając w tórne pow ietrze do kanałów wylotowych.
Do rozw iązania pozostają jed n a k zagadnienia obejmujące: ilość, w ym agane p a ra m e try i miejsce doprowadzania pow ietrza wtórnego.
Proponuje się naw et w stępnie ta k znacząco obniżyć stosunek pow ietrza A, że siln ik będzie pracował praw ie ja k „generator gazu”, a dopalanie składników paln ych będzie się odbywać w specjalnej kom orze spalania, umiejscowionej p rzed katalizatorem . Powstające gorące spaliny mogą bardzo szybko nagrze
w ać k atalizato r.
In n ą możliwością jest zastosow anie podgrzew ania za pomocą energii ele
ktrycznej (moc: 2 + 4 kW). W ym agane je s t jed n a k wtedy posiadanie specjalne
go, wysokopojemnościowego zestaw u akum ulatorów . O rez u lta tac h uzyskiw a
nych n a tej drodze inform ują wyniki b ad ań pokazane n a rys. 3, wykonane dla u k ład u silnika SW 400.
W ażnym elem entem rozw iązania problem u je s t także odpowiednie rozwią
zanie konstrukcyjno-m ateriałow e kanałów wylotowych silnika. Poprzez sto
sowanie m ateriałów o niskiej pojemności cieplnej oraz izolowanie kanałów łączących silnik z k atalizato rem (np. k an ały dw ururow e typu ru ra w rurze, z pierścieniow ą szczeliną pow ietrzną) uzyskuje się znacznie szybsze nagrzanie k atalizatora.
Duże znaczenie posiada możliwość ruchowej zm iany k ą ta wyprzedzenia zapłonu; poprzez ustaw ienie mniejszego k ą ta w yprzedzenia zapłonu (późniejszy zapłon) uzyskuje się wyższą te m p e ra tu rę spalin wylotowych, co przyczynia się do szybszego nagrzew ania katalizato ra. J e s t to sposób dzisiaj już praw ie powszechnie stosowany.
Ciągła regulacja stosunku n a d m iaru pow ietrza n a poziomie X ~ 1, (sonda X) polega w istocie n a naprzem iennym „w padaniu” w za k res m ieszanki ubogiej oraz bogatej. Zakres w ystępujących w ah ań stosunku X wpływa n a pracę katalizato ra. N astępuje także chwilowe odkładanie się paliw a n a ściankach kan ału dolotowego, co następnie może zakłócić sam proces regulacji stosun
ku X. Niezbędne je s t więc dalsze doskonalenie układów sterow ania i regulacji silnika spalinowego (m otorm anagem ent).
3.4. P r o p o z y c je b ard ziej o g ó ln y c h r o z w ią z a ń - p a liw a altern a tyw n e Duże nadzieje w iązane są z zastosow aniem paliw alkoholowych, w tym przede w szystkim alkoholu metylowego oraz etylowego. Celem badań jest możliwość obniżenia emisji substancji szkodliwych, popraw a sprawności oraz zwiększenie mocy silnika.
W ykorzystując stosunkowo wysokie ciepło parow ania alkoholi, uzyskuje się niższe te m p e ra tu ry świeżego ład un k u, dzięki czemu jego gęstość wzrasta.
Konsekwencją tego je s t pewien w zrost stopnia napełn ienia silnika, a tym sam ym możliwość osiągnięcia wyższej mocy jednostkowej.
N astęp n ą korzystną spraw ą je s t niższa te m p e ra tu ra sp alania mieszanki palnej, co powoduje ograniczenie emisji tlenków azotu NOx — rys. 4.
Em isja węglowodorów CmHn - rys. 4, także w okresie nagrzew ania silnika, je s t w przypadku sp alan ia alkoholi w yraźnie niższa, gdyż opary alkoholi
cechuje dobra skłonność do tw orzenia homogenicznych m ieszanek palnych.
Alkohole zaw ierają także mniej w stosunku do benzyn węgla pierwiastko
wego C, dzięki czemu em isja dw utlenku węgla C 0 2 może być odpowiednio niższa, co m a także dzisiaj istotne znaczenie (efekt cieplarniany).
Oczekuje się, że dzięki zastosow aniu alkoholowych paliw silnikowych moż
n a będzie osiągnąć efektywne zm niejszenie zużycia paliw a o około 15%, dodat
kowo ograniczenie emisji węglowodrów CmH n o ok. 80%, a także emisji tlen
ków azotu NOx o praw ie 60%.
M o to ryza cja w środowisku. 2 4 9
■
/ /
y s \ bem
---1
00
0>
1LU
<0
c>S
/
I m e t a n o l N 1 - 5 5 *
/ I
—on
oCM
II
O
c
" ' \
0 1 / m i n
/ / i i
■ 1 = 0 . 7
■ . i
kJ/dm3
--i---...
---
» ■ 1 * ■ ■
0.8 1.0 1Z 1.4 1.6 1.8
s t o s u n e k p o w i e t r z a X
= 2000 l / m i n
= 0 . 7 kJ/dm3
m etanol M -5 5
1.0 1.2 1.4
s t o s u n e k p o w i e t r z a X
Rys. 4. Efektywność stosowania metanolu Fig. 4. Efficiency of the applied of the m ethanol-fuel
stosowanepaliwoalternatywne{ stosowanepaliwoalternatywne
w z g l ę d n a masa p a l i w a ( z a s o b n i k a ) , n r ^ / n i g , k g / k g
7 6
5 4 3 2 1
0 1 2 3 4 5 6 7
w z g l ę d n a masa zużywanego p a l i w a , m (/ m B , k g / k g --- ►
Rys. 5. Paliw a i napędy altern aty w n e Fig. 5. Fuels and altern ativ e drive—system s
metanol (CH3OH)
CNG ( p = 2 0 b a r ) ■ ( g a z z i e m n y )
LPG (gaz płynny; propan-butan) etanol ( C ^ O H )
oleJ rzepakowy olej napędowy I
benzyna ---
p r z y m = 4 6 k g benz y n y
M oto ryzacja w środow isku. 251
Zasadniczym problemem związanym z szerszym stosow aniem paliw alko
holowych je s t pow staw anie dużej ilości szkodliwych aldehydów w czasie spa
la n ia i ich obecność w spalinach.
T akże stosunkowo niska te m p e ra tu ra spalin - szczególnie w okresie n a grzew an ia silnika spalinowego (zbyt powolne nagrzew anie k atalizato ra, po
gorszenie jego pracy), stanowi problem do rozw iązania w przyszłości.
Pom im o to wiąże się duże nadzieje z szerszym zastosow aniem paliw alko
holowych. Do dyspozycji pozostają jeszcze inne paliw a pozyskiwane n a bazie roślinnej, np. olej rzepakowy do silników wysokoprężnych.
Ogólne porów nanie różnych możliwości w tym zakresie, łącznie z innym i alternatyw n ym i koncepcjami silnikowym i [2, 3], przy założeniu tej samej drogi przebyw anej przez napędzany pojazd — pokazano n a rys. 5.
B adan e są dzisiaj - głównie z p u n k tu w idzenia możliwości zm niejszenia zużycia paliw a — także inne propozycje rozw iązań silnikowych, w tym np.:
a. siln ik napędzany m ieszanką ubogą, b. tw orzenie m ieszanek uwarstwionych,
c. zastosow anie silników dwusuwowych nowej generacji, i inne.
Ż adna z tych koncepcji nie może bezpośrednio współpracować z trójfunkcyj- nym k atalizatorem , co stw arza poważne problem y ekploatacyjne. Zasadniczy problem dotyczy emisji tlenków azotu N Ox w grupie propozycji a. oraz b. przy wysokich obciążeniach, natom iast w silnikach dwusuwowych zasadniczy problem leży w stosunkowo wysokiej emisji węglowodorów CmH n oraz tlenku w ęgla CO. Problem może być częściowo rozw iązany poprzez zastosowanie wysoko wydajnych katalizatorów (dopalaczy) nieregulow anych, przy oddziel
nym potraktow aniu problemu tlenków azotu NOx.
Istotnym czynnikiem w omawianym zakresie będzie także problem kosztów b a d a ń i opracow ania nowych rozw iązań.
Szacuje się, że do rozw iązania problemów ograniczonej emisji substancji szkodliwych n a poziomie ULEV (u ltra low em ission vehicle) niezbędne są n a k ła d y n a poziomie 300% nakładów dodatkow ych ponoszonych dzisiaj.
LITERATURA
[1] Hockel K.G.L., Langen P., Mallog J.: A bgas-E m issionsreduzierung - eine H erausforderung für die A utom obilindustrie. M otortechnische Zei
tschrift, 53 (1992), n r 7/8.
[2] H eitland H., Rinne G., Wisłocki K.: C hansen hybrider A ntriebssystem e im zukünftigen S traßenverkehr. M otortechnische Zeitschrift, 55 (1994), n r 2.
[3] M erkisz J.: Ekologiczne aspekty stosow ania silników spalinowych. Wy
dawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 1994.
[4] Postrzednik S., Żm udka Zb.: C h arak tery sty k a porównawcza emisji sub
stancji szkodliwych przez silniki spalinowe. Ochrona Powietrza 15 (1992), n r 3.
[5] Spalanie paliw ze szczególnymi uw zględnieniem problemów ekologicz
nych. E kspertyza PAN wyk. pod red. J. Tomeczka. W arszaw a 1992.
Recenzent: Dr hab. inż. Zbigniew RUDNICKI
Wpłynęło do Redakcji: 20. 02. 1995 r.
A b stract
Automobile in d u stry is faced w ith continuously growing dem ands by future em ission stan d ard s. In th e pap er th e basic conditions and lim its for the em ission of p ollu tan ts from in te rn a l com bustion engines has been characterized.
The global stream of harm ful substances depends on the whole stream of ex h au st gases and on th e specific concentrations of th is pollutants.
The efficiency of th e in te rn al com bustion engine determ ines th e fuel consum ption and th is la te r th e stream of ex h aust gases, and so influences the em ission of h arm ful substances too.
The basic p a rt of th e engine em issions is a product of the combustion process, especially during th e w a rm -u p stage. It is p a rticu la r necessary to look for potential in th is area, to get a rap id catalyst light-off.
The developm ent of technical m eans, w hich lead to decrease of th e emission of harm ful substances h a s been p resented.
It is necessary to investigate to u n d e rsta n d in g and optim ization of fundam en tal engine physics, such as influence of combustion param eters, cham ber geometry, m ixture p rep aratio n and th e interaction of flow and com bustion process w ithin th e cylinder.
D ilution of th e charge by resid u al gas (either explicitly via exhaust gas recirculation or im plicitly via throttlin g ) or by m oisture in th e inlet air reduces th e nitric oxides.
The m ost im p o rtan t engine p a ra m ete r influencing carbon monoxide em issions is th e fu e l-a ir equivalence ratio. All other variables cause secondorder effect.
M o to ry z a c ja w środowisku. 253
P rocedures for solving of technical problem s in th e future, connected w ith th e d e term in ed pollutants lim its, have been discussed too.
T he c u rre n t approaches based on todays sp a rk ignition engine to fulfill the specific dem ands have been described, and some aspects regarding th e p o ten tial a t alternative engine concepts also p resented.
T h ere a re th re e basic m ethods by w hich engine em issions are controlled: by th e design of th e combustion process, by optim izing choice of th e operating p a ra m e te rs, and by using a fte rtre a tm e n t devices in th e ex h au st system .
