Modern Otto Döngüsü Motorlarında E'nin Orta Rolı
Otto döngüsünde çalışan sıcak-yabancı motorlar, tedavi sistemlerinden daha fazla kişisel hareketliliği güçlendirdi.Bu cihazlar atmosfere girmeden önce zararlı maddelere benzer kalırken, dünya çapında kuyruk tüplerine uymaya yardımcı olur.
Bu makale, Otto döngüsü motorlarına yönelik tedavi sonrası teknolojinin nasıl geliştiğini inceliyor, şimdi gerçek dünya sürüşünü koruyan standartları karşılamak için uyum sağlamalı, sadece laboratuvar döngülerine devam eden mühendislik zorlukları.
Otto Döngüsünden Emisyonları Anlayın
Otto döngüsü motoru, bir silindir içinde hava ve yakıt karışımını yakıyor. Yanan tamamlandığında, ideal ürünler karbondioksit (CO2), su buharı (H2O), ve azot (N2). Gerçekte, yanma asla mükemmel değildir. Sıcaklıkta yerel varyasyonlar, karışım gücü ve alev yayılımı bir dizi düzenleme yapar:
- [FONT:0)Carbon monoksit (CO)) - yakıtda oksitli karbonun tamamen oksitlenmesi için yeterli oksijen olmadığı zaman toksik bir gaz.
- [FONT:0) Yanmış hidrokarbonlar (HC)) - yanmadan kaçan yakıt molekülleri, genellikle silindir duvarlarına veya eksik karışıma yakın alevler nedeniyle, Hidrokarbonlar zemin seviyesindeki ozon ve smog'a katkıda bulunur ve bazı türler karsiojenikdir.
- [FONT:0)Nitrogen oksitler (NO ve NO2, kolektif NOx)) - havadaki azot ve oksijen tepki verirken yüksek sıcaklıklarda kuruldu. NOx asit yağmuruna önemli bir öncüdür, zemin seviyesinde ozon ve solunum sinir bozucular ağır astım.
- [FONT:0)Particulate matter (PM)) - özellikle benzinli doğrudan enjeksiyon (GDI) motorlarla ilgili olarak, yakıt spreyi yüzeyleri vurabilir veya karıştırılamaz karışımlar bu kadarot partikülleri üretebilir ve kardiyovasküler hastalıklara derinleştirilmiştir.
Otto döngüsü motorları, en yaygın tedavi cihazının (TWC) yakınında çalışır - çünkü aynı anda üç ana kirleticinin tüm yakıtları yakmak için yeterli oksijenin mevcut olması gerekir.Bu dar pencere, yüksek oksijenli (enerji) ile çalışanların en yaygın olarak kullanımı için kritiktir.
Benzin doğrudan enjeksiyonu ek bir komplikasyon getirir. Doğrudan silindire enjekte edilen yakıt ekonomisi ve güç yoğunluğuyla motive edilebilir, bu nedenle yanma odası tasarımı, zamanlama ve baskı ile ilgili olarak kullanılan bölgesel yakıt zengin bölgeleri oluşturur.
Düzenlemesel Peyzaj
Işık yakıt araçları için emisyon standartları son dört yılda dramatik bir şekilde sıkıştı. ABD'de, Çevre Koruma Ajansı (EPA) ve Kaliforniya Hava Kaynakları Kurulu (CARB) set filosu-ortalama ve per-vehicle limitleri.The Low-Emission Vehicle (LEV) programı, LEV I, LEV II, LEV III ve şimdi hızlanmış 3 mil boyunca hızlanan araçların paylaşımını gerektiren Advanced Clean Cars II düzenlemeleri, bu da hızlanmış araç için standartları azaltmıştır.
Avrupa'da, mevcut Euro 6d-ISC-FCM standart görevleri hem laboratuvar hem de geniş bir sürüş koşullarıyla uyumlu hale getiriyor (RDE) testleri için, yolda NOx için uygunluk faktörü şimdi 1.43'dür. Avrupa Komisyonu, 8'in üzerinde etkili bir şekilde emisyonlu bir şekilde test ve daha düşük bir şekilde, daha düşük bir süre boyunca, 6 × 1011 # /km'nin daha düşük emisyonlu ve daha düşük bir şekilde test standartlarını ortaya koyar.
Bu düzenlemeler statik değildir. Gerçek dünya uyumluluk testleri taşınabilir emisyon ölçüm sistemleri (PEMS) sadece önceden tanımlanmış bir yol haritasına maruz kalmamıştır, GPF'lerin yüksek yük manevraları sırasında bile yüksek verimli bir şekilde performansa sahip olması gerekir.
Core AfterTreatment Technologies for Otto Engines-
Üç-Yol Kedili Kapalı (TWC)
Üç yönlü katalitik dönüştürücü, stoichiometrik kıvılcım-ignited motorlar için emisyon kontrolünin arka kemiğidir.Screvezeli bir seramik veya metalik substratı, değerli metaller ile kaplıdır - platin (Pt), palladium (Pd), ve rhodium (Rh) Bu hızlı oksijen verimliliği sırasında zengin oksijenli kayması ve kloralize edilir.
Modern TWCs, CO ve HC için% 98'in üzerinde eş zamanlı dönüşüm efficileri elde eder ve bir yolculuk boyunca toplam kuyruk emisyonlarının% 95'inden fazlası meydana gelir.Depresyon ısıtıcı hızı, yüksek çözünürlükte 20 saniyeye kadar ısıtılır.
Yenier TWCs, dışsal bir tabakanın dışsal sinerjik zeminini engellerken, oksijen depolama kapasitesini 100.000 mil ötesinde korur.Bu zoning, yüksek sıcaklıklardaki değerli metaller arasındaki katı-devlet reaksiyonlarını önler - ayrıca katalitik aktiviteyi azaltır ve daha hızlı basınçlı yüzeylerde ve daha hassas zeminler sunar.
Benzin Katılımcı Filtre (GPF)
Liman yakıt enjeksiyonundan gelen değişim yakıt ekonomisini artırmak için ancak filtrenin yedek parçaları hızlandırarak ısıtılır. benzinli partiküller, ilk mile filtrelerinden gelen partiküllere göre yüzde 90'dan fazla ısıtılırken, yüksek filtreleme alanlarını korumak için filtre parçaları azaltır.
Bir GPF'nin yeniden nesli normal sürüş koşullarından pasif bir şekilde meydana gelir, çünkü benzinli egzoz sıcaklıkları düzenli olarak 500 °C'yi aşıyor, sürekli olarak oksijene sahip olan bir oksidasyona izin verir. Bazı sistemler tek bir substratta zeminde bir kedisel kaplama içerir - bu kadar GPF ısıyı korumak ve CO/HC dönüştürmeyi korumak için - bu dört milden fazla verimsiz yağ yüklemeyi sağlar.
NOx, LeanBurn Otto Motorlar için İşsiz Olmadan Sonra
Çoğu benzinli motorlar stoichiometriyi çalıştırırken, yalın-burnulü-şarılı kavramlar - bazı Volkswagen TSI ve Mercedes-Benz BlueDIRECT birimleri - verimlilik artırmak için aşırı hava ile çalışır.SCR'nin üç yönlü katalizörü NOx'i etkili bir şekilde azaltamaz. Bunun yerine, bu motorlar yalın-NOx tuzakları gerektirir (LNT), ayrıca NOx depolama katalizörü (NSC) veya seçici bir kedi LNT depolama sistemi ile hassas bir şekilde azaltılır.
SCR sistemleri, LNT ile kıyasla daha yüksek dönüşüm verimliliği ve daha geniş bir aktif sıcaklık penceresi sağlar (200-500 °C), yüksek çözünürlükte bir kez daha sabit bir şekilde, Lx'in yüksek ısıtılmış ısıtımı ile sıfırlanmış bir şekilde ayarlandığında, yüksek sıcaklık verimliliğine ve daha düşük sıcaklık performansına kıyasla daha düşük sıcaklık aralığına sahiptir.
Oksijen Sensörleri ve KapalıLoop Kontrolleri
Tedavi performansı kesin hava yakıt hızı kontrolüne bağlıdır. Planar zirconia oksijen sensörleri - hem de motor kontrol ünitesinin yakıt kesme ve algılama katalizörü için en geniş bant tipine izin vermek için gerekli olan geri bildirimde bulunur.Depresifikasyon sistemi, yüksek çözünürlükte veya geri yüklemede kullanılan bir gecikme sistemi otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak yapılır.
Geniş bant oksijen sensörleri, her egzoz koşucusu ile donatılmış motor kontrol ünitesinin tam işletim aralığında (Peda 0.65'den itibaren soğuk hava dağıtım farklılıkları için kuzuya 1,6'ya kadar zenginleştirilmesi için) Bu hassas yakıt uçları sağlar - her egzoz koşucuda bireysel kuzu sensörleri ile donatılmış motor kontrol ünitesine izin verir.Bu tür bir mimariye göre, bu yüksek yakıt kullanımı sırasındaki uygun maliyetli ve silindir-kanıklama değişiklikleri için uygun olarak en yüksek maliyetli şekilde optimize edilir.
Sistem Entegrasyonu ve Termal Yönetim
Mekanik bileşenlerden derin bir şekilde performansları etkiler. Yakın bir şekilde çiftleştirilmiş TWC ışıkla zaman azaltır, ancak yüksek çözünürlükte bir ısıya entegre edilebilir.Infloor katalizörleri altında, daha fazla aşağı yukarı, daha soğuk motorlar daha önce çalışırken, daha fazla ısıtılabilir, çünkü Türbin ısıyı egzoz ısıtır, ısıtılır.
Termal yönetim aynı zamanda katalizörü hasardan korur.Sustained yüksek yükler aşırı yakıt ile serinlemek için ısıtılabilir sıcaklıklar, bu da yine de önemli miktardaki ısıtıcı motor sürücüleri kullanarak geri dönüşümlü motorlar kullanılarak geri dönüş sağlar.Bu nedenle, motor kontrol ünitesi, sıvı araçlar için gerçek zamanlı geri bildirim sağlar.
E egzoz sistemi ambalajı, araç platformu paylaşımıyla giderek daha fazla kısıtlanır ve mevcut paketleme hacmine sahip olmak için karma güçlendiricileri barındırmak zorundadır.En yakın dönüştürücülerin ve katalizörlerin konteptörlerinin analiz edilmesi, akış kapasitesinin arttırılması sırasında substrat boyutlarını azaltmak için standart bir uygulamadır. Bazı üreticiler, yaşlanmayı hızlandırmış sıcak noktaları daha iyi kullanmak için elzemsiz olarak kabul edilir.
Gerçek Dünya Durability ve Emisyon Uyumu
Legislators artık tedavi sonrası sistemlerin 150.000 mil üzerinde çalışmasını gerektirir (veya 16.000 km) faydalı bir yaşam. Motor petrol katkılarından kimyasal zehirlenmesi (zinc, fobiler, kalsiyum) ve yakıt kaynaklı sulfurt, kalıcı olarak düşük basınçlı yıkama işlemleri yapar.
Benzin partikülleri petrol yanmasından gelen birikimiyle karşı karşıya kalır, bu yavaş yavaş yavaş baskıyı arttırır ve sonunda temizlik veya yedeklenebilir.Okullanıcı filtreler, daha önce büyük miktarda soot biriktirebilir, GPF'ler, önemli ölçüde daha düşük soot yüklerle çalışır, ash-loading yaşam döngüsünü tipik araç ömrünün ötesinde uzatır. Bununla birlikte, ölçüm algoritmaları anormal soot veya ash birikimini tespit etmeli ve sürücüyü filtreyi ihtiyaç duyarsa daha az maliyetli hale getirir.
Gerçekleştirici emisyon testlerinin daha önce emisyon kontrol stratejilerinde zayıflığa maruz kaldığı görülüyor. Örneğin, agresif hız olayları veya yüksek hızlı motor sürüşü, TWC'nin oksijen depolama kapasitesini aşarak, kısa ama yoğun NOx artışlarını önlemek için SCRDE'nin aşırı derecede optimize edilmesi için kullanılan yüksek çözünürlükte yapılan ölçümler ile yapılan yüksek çözünürlükte yapılan ölçümler için, otomatik olarak yapılan ölçümler için % 95 oranında artış gösteriyor.
Meydanlar ve Yeniliklerin Ortaya Çıkarılması
Mevcut teknoloji ve gelecek sıfır-pakt emisyon hedefleri arasında birkaç engel var. Yüksek platin grubu metalleri (PGMs), özellikle rhodium ve palladium, yalın-NOx azaltımı ve Cu-PCeO2 sistemleri için düşük maliyetli reaksiyonlar.Bu alternatifler hala geride kalırken PGM bazlı kimyasal reaksiyonlarda ve hidrotermal dönüşümde stabilizasyon/Al2O3 katalizörleri araştırıyor.
Dijital ikizler – tüm egzoz hattının yüksek sadakat hesaplama modelleri – Dekanslar, yüksek donanım denemeleri olmadan katalizör yükleme, substrat geometrisini optimize etmek ve ısıtımı sağlamak için mühendislere izin vermek.Bu araçlar, SAE teknik kağıtlar tarafından doğrulanan ve hızlı bir şekilde yeni düzenlemelere adaptasyon sağlamak. Kapsamlı bir dijital ikizler, üç boyutlu akış, ısı transferleri, her kirletici için kimyasal kinetics ve ısıtımı sağlamak için tam olarak kontrol edilen modeller, ısıl hız ve değerli metal sintering fonksiyonlarını tahmin etmek için de uygulanabilir.
Elektrrifikasyon artışı hem bir fırsat hem de bir meydan okuma sunuyor. Hibrit araçlar motoru sık sık sık kapatıyor, batarya gücünde tekrarlanan hava durumu olayları talep edebilir ve yanmalı motorlar için yeniden ısıtılabilir. 48-V motor-jeneratör, bir yolculuğa kadar bile katalizör ve bakım ısıtılabilir.Ford-in hibridin, bu tür bir ısıtılmış ısıtılmış ısıtılmış ısıtımı kontrolleri için etkili bir şekilde kontrol altına almaya başladı.
Hidrojen yanma genellikle karbon yakıtı iç yanmaya giden bir yol olarak tartışılmaktadır. Ancak, Otto döngüsündeki yanmalı hidrojen hala yüksek alev sıcaklıkları nedeniyle NOx üretir, düşük yakıtlı motorlar için tedaviden sonra sadece NOx azaltıcı katalizörler gerekir, muhtemelen bir SCR sistemi, bir TWC veya GPF için ihtiyaç olmadan.
Ahead: Darer Standartları ve Akıllı Motorlar
Euro 7 ve gelecekte U.S. LEV IV önerileri, hidrolik kontrol için daha fazla 10 mg / mil için filo-ortalama NOx limitini getirmeleri ve muhtemelen amonyakınlık için yeni bir limit gerektiriyor: Avrupa Komisyonu'nun Euro 7 önerisi, sıfır soğuk başlangıç emisyonları için bir cGPF (veyanıtılmış benzinli filtre) ve bu, yüksek çözünürlükte hızlanan hıza doğru kayması için daha fazla ısıtılması için daha fazla fazla.
Bağlantılı araç verileri, uyumluluk aşamasında değil, sahada sürekli olarak kontrol etmenize izin verebilir.In-board tanı (OBD) zaten katalizör verimliliğini izleyebilir, ancak gelecekteki düzenlemeler, emisyon performans ölçümlerinin anonim olarak yayınlanması için araç gerektirebilir, yetkililerin yüksek bakımlı araçlar tespit etmesine ve onları bakım için aramalarına izin verebilir.Bu tür bir izleme, tüm gerçek dünya koşullarındaki performansına karşı dayanıklı bir şekilde engellenebilir.
Tedavisiz araçlarla% 90'a kadar olan araştırma: 0, ABD EPA), düşük maliyetli bir şekilde işleyen, kuyruk emisyonlarının neredeyse% 90'a kadar olan kentsel NOx konsantrasyonlarını azaltabileceğini gösteriyor. Küresel filonun yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Tedavi sistemleri artık ek bir bileşen değildir; modern Otto döngüsü motorlarının kimliğine merkezidir. Üç yönlü katalitik dönüştürücü, benzinli dayanıklı filtre ve yalın-burn uygulamaları için, yalın-NOx tuzakları veya SCR sistemleri, kirli bir yanma işlemi temiz bir enerji dönüştürücüye dönüştürerek, daha sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık kullanılan gazlar için teşvik edilen ve uzun süre dayanıklılık için mühendislere ihtiyaç duyacaktır.