Studium wpływu komponentów tlenowych oleju napędowego na emisję toksycznych składników spalin z silników o zapłonie samoczynnym

Opis

Niniejsza praca dotyczy zastosowania paliw tlenowych w celu zmniejszenia toksyczności spalin z silników o zapłonie samoczynnym. W pracy dokonano analizy mechanizmów powstawania toksycznych składników spalin w procesie roboczym silnika ZS i wpływu na nie związków tlenowych zawartych w oleju napędowym. Szczególną uwagę poświęcono cząstkom stałym, ponieważ jest to najbardziej szkodliwy składnik spalin i jednocześnie ten, który w znacznej mierze może być ograniczony dzięki zastosowaniu paliw tlenowych. Wykazano, że duża skuteczność wprowadzonego do paliw tlenu w redukcji emisji PM wynika z jego oddziaływania na proces tworzenia cząstek w początkowej jego fazie.

Dokonano analizy właściwości fizykochemicznych potencjalnych komponentów tlenowych olejów napędowych i na jej podstawie wytypowano do badań eksperymentalnych 12 związków tlenowych, należących do takich grup chemicznych, jak: etery glikoli, maleiniany, węglany i alkohole. Przedstawiono wyniki badań wpływu paliw tlenowych na emisję toksycznych składników spalin w warunkach dynamicznych cykli homologacyjnych na hamowni podwoziowej (samochód osobowy z silnikiem ZS, cykle NEDC i FTP-75) oraz w warunkach rzeczywistej eksploatacji (autobusy miejskie: konwencjonalny i hybrydowy). Ogółem w badaniach zastosowano 22 warianty paliw tlenowych. Ustalono zależności między zawartością poszczególnych związków tlenowych w paliwie, warunkami cyklu badawczego oraz emisją toksycznych składników spalin. Dokonano oceny wpływu na emisję paliw zawierających pojedyncze związki tlenowe oraz ich pakiety. Wykonano analizę modalną wyników badań, pozwalającą na szczegółowe wnioskowanie o wpływie chwilowych warunków pracy silnika na skuteczność paliw tlenowych w redukcji emisji toksycznych składników spalin.

Wykonane studia i badania eksperymentalne wykazały, że zastosowanie paliw tlenowych do silników ZS powoduje znaczne zmniejszenie emisji PM, przy niewielkim zwiększeniu emisji NOx. Zmiany w emisji CO i HC zależą nie tylko od zawartości tlenu w paliwie, ale także od zdolności do samozapłonu zastosowanych związków tlenowych. Stosowanie paliw tlenowych nie ma wpływu na poziom emisji CO2.

Spośród analizowanych związków tlenowych najkorzystniejsze zmiany w emisji, tj. znaczne zmniejszenie emisji PM, CO i HC, przy nieznacznym zwiększeniu NOx, zapewniają związki z grupy eterów glikoli. Taki charakter zmian w emisji, dzięki korzystnym zmianom we współzależności PM i NOx, pozwala na uzyskanie jednoczesnej redukcji emisji obu tych składników, co jest nieosiągalne przy zastosowaniu wielu innych metod ograniczania emisji.