Seminarski Rad Oto

Sadržaj 1. UVOD......................................................................................................................................................... 2 2. PRODUKTI SAGORJEVANJA U MOTORU SUS............................................................................................. 3 2.1 Opis izduvnih gasova iz motora .......................................................................................................... 5 3. EVROPSKI PROPISI KOJI TRETIRAJU EMISIJU IZDUVNIH

GASOVA IZ VOZILA .............................. 7

4. TEHNOLOŠKA RJEŠENJA ZA ZADOVOLJENJE PROPISA KOD OTO MOTORA ............................................ 10 4.1 Konstrukcioni dodaci motoru za smanjenje sadržaja štetnih izduvnih gasova................................. 12 5.KATALITIČKI KONVERTORI (katalizatori) .................................................................................................. 13 5.1. Lamda sonda .................................................................................................................................... 17 6.Postupak ispitivanja emisije izduvnih gasova oto motora ....................................................................... 19 7.ZAKLJUČAK ............................................................................................................................................... 21

1. UVOD Motori SUS dostigli su zavidan nivo usavršenosti,kako u pogledu teorijske obrade njihovih procesa,tako i u pogledu konstrukcije.Pri postavci ove činjenice ne mogu se zanemariti sve oštriji zahtjevi koji se postavljaju pred motore vezani za zagađenje čovjekove sredine.Upotrebom naftnih derivata izduvni gasovi motora sadrže,u manjoj ili većoj mjeri,opasne toksične komponente,neprijatan miris i čađ. Prema prirodi zagađivanja može se napraviti podjela i na sledeća tri oblika: 1. zagađivanje materijama, 2. zagađivanje energijom (otpadna toplota, buka,...) i 3. zagađivanje poljima sila (npr. elektromagnetskim). Upotrebom motornih vozila čovijek godišnje troši više od jedne milijarde tona nafte. Za sagorijevanje 1 kg goriva, naftnog porijekla, treba oko 15 kg vazduha ili 3,5 kg kiseonika. Znači godišnje samo motori SUS troše skoro 4 milijarde tona kiseonika iz atmosfere (više od jedne generacije ljudi!). Sam proces sagorijevanja fosilnog goriva narušava ekološki bilans u atmosferi. Smatra se da se na 1.000 litara benzina koji sagori u motornom vozilu emituje u atmosferu 98 kg ugljen-monoksida, od 6 do 8 kg oksida azota, od 4 do 5 kg nesagorijelih ugljovodonika i oko 4,5 kg sumpor-dioksida. Želja za čistijom i zdravljom prirodnom sredinom,visokim životnim standardom,ali i konačnost klasičnih energeckih izvora,navela je svjetsku zajednicu da propisima natjera proizvođače i potrošače na drugačiji i sve stroži odnos prema životnoj okolini.

2

2. PRODUKTI SAGORJEVANJA U MOTORU SUS

Zemljina atmosfera se sastoji od azota, kiseonika,ugljen dioksida, plemenitih gasova, metana, azotnih oksida, vodonika, vodene pare i raznih ugljikovodika. Zagađenje vazduha mjeri se kao vrijeme koje je potrebno da polovina količine zagađivača koji je emitovan u vazduh izađe iz atmosfere. To se vrijeme može mjeriti u danima, mjesecima ili čak godinama, zavisno o vrsti zagađivača. Ako su zagađivači nastali iz prirodnih izvora, onda se nazivaju primarnima, a ako je došlo do reakcija sastojaka vazduha, to su onda sekundarni zagađivači. Motorna vozila su primarni zagađivači vazduha, a od svih vrsta saobraćaja, drumski prednjači u zagađivanju okoline, i to do 80% ukupnog zagađenja okoline štetnim sastojcima. Da bi nastupilo sagorijevanje u motor je potrebno dovesti gorivo i vazduh.Teoretski promatrano da bi potpuno sagorio 1,0 kg benzina potrebno je dovesti 14,7 kg vazuha. Kao rezultat sagorjevanja u ovom masenom bilansu dobiće se 15,7 kg izduvnog gasa, tj: 1,0 kg benzina + 14,7 kg vazduha = 15,7 kg izduvnog gasa Dakle 14,7 kg vazduha je stehiometrijska (teoretska) potrebna masa vazduha za sagorjevanje jednoga kilograma goriva. Odnos između stvarno usisane količine vazduha u motor i teoretski potrebne količine (14,7 kg) naziva se faktor vazduha (λ) ili lambda faktor. 𝑠𝑡𝑣𝑎𝑟𝑛𝑜 𝑢𝑠𝑖𝑠𝑎𝑛𝑎 𝑘𝑜𝑙𝑖č𝑖𝑛𝑎 𝑣𝑎𝑧𝑑𝑢ℎ𝑎

λ=𝑡𝑒𝑜𝑟𝑒𝑡𝑠𝑘𝑖 𝑝𝑜𝑡𝑟𝑒𝑏𝑛𝑎 𝑘𝑜𝑙𝑖č𝑖𝑛𝑎 𝑣𝑎𝑧𝑑𝑢ℎ𝑎 Faktor vazduha zasigurno je najvažnija veličina prema kojoj se određuju radna stanja i karakteristikeke motora.Imamo tri slučaja: 1. 𝜆< 1: usisana masa vazduha manja je od teoretski potrebne (14,7 kg). Dakle, motor dobija previše goriva pa se kaže da radi s bogatom smješom. Benzinski motori postižu svoju najveću snagu u ovom području, kad je masa vazduha manja za 5 do 15% od teoretski potrebne tj. λ = 0,85...0,95. 2. λ > 1: usisana masa vazduha veća je od teoretski potrebne. Dakle, motor dobija premalo goriva pa se kaže da radi sa siromašnom smješom. Benzinski motori postižu najmanju specifičnu potrošnju goriva u ovom području, kada je masa vazduha veća za 10 do 20% od teoretski potrebne tj. λ= 1,1...1,2. 3. λ = 1: usisana masa vazduha jednaka je teoretski potrebnoj. Upravo oko ovoga područja regulacije (λ = 0,97...1,03) dobijaju se optimalne karakteristike.

3

Izduvni gasovi benzinski motora se mogu podjeliti na štetne i ne štetne.Udio štetnih gasova po okolinu je oko 1 % , a u štetne gasove spadaju: ugljovodonici (HC), azotni oksidi (NOX), ugljenmonoksid (CO) i čvrste čestice.

Slika 1 - Zavisnost emisije štetnih gasova od faktora vazduha λ

Slika 2. Sadržaj izduvnih gasova SUS motora 4

Dijagram sa slike 2 je pojednostavljeni prikaz sadržaja izduvnih gasova koji nisu katalitički pročišćavani. Naime, iz izduva motora izlazi više različitih gasova od prikazanih, ali se zbog potrebe pojednostavljenja prikaza uobičajno govori samo o gasovima navedenim u dijagramu. Kao što se iz dijagrama vidi, samo mali deo gasova iz izduva je štetan za okolinu (~ 1%). Moderni analizatori izduvnih gasova ne mjere sve gasove, već samo one pomoću čije se koncentracije može ocjeniti kvalitet sagorjevanja u motoru, pa se na taj način daje ocjena da li motor radi u optimalnom radnom području. Pri ispitivanju sastava izduvnog gasa analizatorima se meri sadržaj sledećih gasova:     

Ugljen-dioksid (CO2) Ugljen-monoksid (CO) Ugljovodonici (HC) Kiseonik (O2) Azotni oksidi (NOx).

Zapreminski udeo gasova zavisi i od smeše gorivo-vazduh pa se može prikazati u zavisnosti od faktora vazduha λ (slika 2).

2.1 Opis izduvnih gasova iz motora Ugljenmonoksid (CO) – vrlo otrovan gas bez boje i mirisa koji u većpj koncentraciji izaziva smrt. Nastaje kao product nepotpunog sagorevanja ugljenika iz goriva u uslovima nedostatka kiseonika. Javlja se pri bogatoj smesi. Ugljovodonici (HC) – iritiraju sluzokožu disajnih organa, učestvuju u formiranju smoga a neki mogu bit ii kancerogeni. HC su produkti nedovršenog sagorevanja koje je ili potpuno izostalo (kod nepovoljnih uslova) ili potiču iz zona u komori u kojima dolazi do gašenja plamena. Azotni oksidi (NOx) – nastaju oksidacijom azota iz vazduha pri visokoj temperature. Takođe učestvuju u formiranju reaktivnog ozona i smoga i u reakciji sa vodom stvaraju kisele kiše.

5

Čestice - nastaju uz manjak kiseonika i visoku temperaturu, zbog nepotpunog sagorjevanja. Takve čestice nisu same po sebi štetne, ali na sebe vežu različita toksična jedinjenja. Dim je bitno spomenuti zbog ometanja vidljivosti na putevima, čime se smanjuje sigurnost u saobraćaju. Sumporni oksidi - nepovoljno djeluju na čovjeka i biljke te uzrokuju koroziju. Nataloženi sumporni oksidi štetno djeluju na ljude, pošto ih čovjek udiše u obliku vrlo sitnih čestica koje pluća ne mogu iskašljati. Još se jedna opasnost sagledava u tome što sumpor oksid u atmosferi oksidira u sumpornu kiselinu (SO3), što rezultira nastankom 'kiselih kiša'. Ugljen-dioksid (CO2) - Od skoro, EPA (Environmental Protection Agency) je počela da prati emisiju CO2. On ne utiče direktno na zdravlje ljudi, ali je jedan od zagušljivih gasova koji doprinose povećanju globalnog zagrevanja naše Planete. Tako je ugljen dioksid, kao produkat potpunog sagorevanja, dobio tretman zagađivača. Vodena para (H2O) -je produkat svakog procesa sagorjevanja, a u drumskim motornim vozilima nastaje oksidacijom ugljovodonika sa kiseonikom iz usisanog vazduha. Ozon - Predstavlja alotropsku modifikaciju kiseonika. Molekuli ozona se sastoje od tri atoma kiseonika. Lako se raspada i predstavlja snažno oksidaciono sredstvo. U prirodi nastaje prilikom električnih pražnjenja i pod dejstvom ultraljubičastih zraka. Ozon iritira oči, oštećuje pluća, i dovodi do problema sa disanjem. Ozon koji se stvara u prizemnim slojevima je poseban problem zagađenja u urbanim zonama. Na intenzitet stvaranja ozona utiče prisutna koncentracija ugljovodonika i azotovih oksida. Takođe je intenzitet stvaranja proporcionalan temperaturi i zračenju sunca.

6

3. EVROPSKI PROPISI KOJI TRETIRAJU EMISIJU IZDUVNIH GASOVA IZ VOZILA U Evropi su se znatno smanjile emisije brojnih zagađivača vazduha tokom proteklih decenija,što je dovelo do poboljšanja kvaliteta vazduha u cijeloj regiji.Ipak,koncetracije zagađivača vazduha su još uvjek previsoke i problemi kvaliteta vazduha nisu uklonjeni.Značajan udio Evropskog stanovništva živi na područjima,pogotovo u gradovima,gdje se prekoračuju standardi kvaliteta vazduha.Stoga je smanjenje zagađenja vazduha i dalje važno. Dugoročni je cilj Evropske unije postići nivoe kvalitete vazduha koji ne ugrožavaju i ne utiču negativno na ljudsko zdravlje i okolinu. EURO je standard koji sve zemlje Zapadne Evrope, odnosno Evropske unije nameću proizvođačima kako bi umanjile zagađenje okoline. Evropa svoje standarde naziva EURO, Američke zemlje poštuju standarde koji se nazivaju LEV (vozilo sa niskim štetnim emisijama eng. Low Emission Vehicle), ULEV (vozila sa veoma niskim štetnim emisijama, eng. Ultra Low Emission Vehicle), Japanci imaju JE standarde, dok Australija ima ADR standarde. Ti standardi određuju koliko izduvni gasovi mogu da sadrže štetnih čestica u različitim uslovima korišćenja, kao i koliko pređenih kilometara motor mora da izdrži, a da pri tome emisije tih čestica mogu da odstupe samo u određenom procentu. U Evropi su regulative za emisiju iz vozila donete nešto kasnije nego u SAD. Tako je za putnička i laka teretna vozila regulativa ECE 15.00 doneta 1971. godine od strane Evropske komisije za Ujedinjene nacije. Amandman 01 (ECE 15.01) je donet 1975. godine i njegove granice su iznosile: 32 g/km za CO i 11 g/km za HC+NOx. Vremenom su uvođeni novi amandmani (sve do ECE 15.04 i ECE R 83/03) i granice postajale sve oštrije. Danas propise o emisiji donosi Evropska unija. Za putnička i dostavna vozila propisi su definisani Direktivom 70/220/EEC, slika (3). Ovo je bazna Direktiva koja je često menjana.

Slika 3. Granice za emisiju putničkih vozila u Evropi u g/km

7

Slika 4. Relativno smanjenje štetnih izduvnih gasova iz benzinski i dizel motora vozila od 1970. godine do danas poznatih graničnih vrijednosti izduvnih gasova

Neke od važnijih izmena su: 





8

Euro 1 standard za motorna vozila donijelo je Vijeće Evropske unije 26. juna 1992. godine. Takva vrsta direktive Evropske unije koja se odnosi na njene članice po prvi put je ograničila emisiju štetnih gasova motornih vozila. Emisije poput ugljen monoksida, azotnih oksida, ugljovodonika, sumpornih oksida i čvrstih čestica dobijaju svoja zakonska ograničenja u emisijama izduvnih gasova. Euro 2 standard donešen je u januaru 1996. godine, a stupajući na snagu godinu dana kasnije donosi još strožije kriterijume u vezi izduvnih gasova dizel i benzinskih motora. Za Euro 2 standard specifično je da prepoznaje razliku u izduvu dizel i benzinskog motora te sukladno stim postavlja različite granične vrijednosti za emisiju izduvnih gasova. Euro 3 standard koji stupa na snagu u januaru 2001. godine, postavlja granice za gasove koji do tada nisu bili u sferi ograničavanja. Euro 3 standard po prvi puta ograničava emisiju azotnih oksida (NOx).







Euro 4 standard stupa na snagu u januaru 2006. godine te opet donosi strožije kriterijume za proizvođače motornih vozila. Granične vrijednosti emisija zagađujućih gasova poput azotnih oksida te njihovih reakcija sa ugljovodonicima smanjuju mogudnost dopuštene emisije za skoro 50%. Takođe, dopuštena emisija čvrstih čestica u izduvu dizel motora prepolovljava se sa 0.05 g/km na 0.025 g/km. Euro 5 standard stupa na snagu 2009 godine i definiše standard za motorna vozila. Euro 5 standard podjeljen je na kategoriju a i b, zavisno o vrsti motora na koji se primjenjuje. Stupanjem na snagu 2011. godine standard Euro 5b ograničava PN (Particle number) kod dizel motora na 6*1011 dopuštene vrijednosti. Također, Euro 5 standard uvodi ograničenje emisije ugljovodonika na 0.068 g/km. Najnoviji standard koji propisuje Evropska unija je Euro 6. standard stupa na snagu u septembru 2015. godine. Euro 6 standard odlikuje se najstrožim ograničenjem emisije štetnih gasova do sada te ograničava PN i kod benzinskih motora. Euro 6 standard propisuje dosad najstrožije granične vrijednosti izduvnih gasova motornih vozila. Dopuštena emisija azotnih oksida smanjena je za 75% u odnosu na Euro 5 standard

Uvođenjem regulative Euro 3 promenjena je i tehnika uzorkovanja gasova. Sada uzorkovanje počinje odmah nakon startovanja motora a ne 40 sekundi posle starta, kako je to do tada bilo propisano.

Ovi testovi podrazumevaju:  I proba - mjerenje emisije izduvnih gasova po voznom testu,  II proba - mjerenje emisije CO na praznom hodu i iznad 2000 o/min,  III proba - mjerenje emisije iz kartera,  IV proba - mjerenje isparavanja iz vozila po SCHED test (nova granica 2 g/testu),  V proba - trajnost sistema za kontrolu emisije vozila u toku 80.000 km sa faktorom pogoršanja za CO i HC+NOx od 1.2. Od 2002. godine u evropsku regulativu dodaje se i proba VI koja se odnosina kontrolu emisije tokom hladnog starta pri –7 Co za vozila sa oto motorima. Granica za HC iznosi 1.8 g/km a za CO 15 g/km. Kao vozni test koristi se modifikovani ciklus ECE R 15 sa uzorkovanjem gasova odmah nakon starta. Takođe je uvedena i još jedan test proba VII, ispitivanja funkcionisanja EOBD sistema ovim izmjenama propisa napisani su projektni zadaci inžinjerima. Projektanti se moraju osloboditi klasičnih ograničenja i rešenja tražiti i u ozbiljnim rekonstrukcijama sistema za kontrolu emisije iz vozila.

9

4. TEHNOLOŠKA RJEŠENJA ZA ZADOVOLJENJE PROPISA KOD OTO MOTORA Sve strožiji zakonski propisi mogu su se zadovoljiti samo:  Konstrukcionim merama,  Novim katalitičkim tehnologijama i  Reformulacijom goriva i maziva. Ove mere zahtevaju nova konstrukciona i tehnološka rešenja, čija je dinamika uvođenja prikazana na (slici 9). Konstruktori motora su prve intervencije uradili na sistemu za pripremu smeše i na sistemu paljenja sa ciljem da se na samom izvoru smanji nastajanje otrovnih produkata. Kako je kvalitet smeše (udeo parnih faza goriva u smeši goriva i vazduha) od bitnog značaja za potpunost sagorevanja goriva u cilindru i samim tim za stvaranje otrovnih produkata sagorevanja, tom sistemu se i danas posvećuje posebna pažnja. U sistemu za napajanje gorivom oto motora danas su vozila sa karburatorom prava retkost, praktično je pojedinačno ubrizgavanje u usisni vod postalo standardna varijanta za savremene motore a onda je uvedeno direktno ubrizgavanje benzina (DUB) u cilindar, (slika 9).

Slika 9 - Razvoj opreme oto motora

10

Ubrizgavanje benzina direktno u cilindar prvi put je primenjeno 1938. Godine u Španskom građanskom ratu na motorima aviona Messerschmit 109. Taj sistem za ubrizgavanje benzina razvio je Bosch i nosio je oznaku Me 109. Današnji sistemi Bosch-a imaju oznaku Motronic MED7. Šezdeset godina kasnije direktno ubrizgavanje benzina-DUB (engl. GDI - Gasoline Direct Injection) je ponovo aktuelno jer je postalo tehnološki dostupno, a njegova primena omogućava smanjenje potrošnje, saglasno emisije CO2 i toksične emisije. Naime motor sa DUB emituje istu količinu CO2 kao i danas usavršeni dizel motor sa DU. Evropski (Audi Disi) i Japanski (Toyota D-4, Honda VVTC, Mitsubishi GDI) proizvođači se utrkuju da konstruišu nove motore sa direktnim ubrizgavanjem benzina. Prednosti direktnog ubrizgavanja benzina su evidentni samo ako motor radi sa siromašnom smešom. Tada standardni “tro-komponentni” katalizator ne može efikasno da redukuje emisiju NOx. Zbog toga se danas intenzivno radi i na razvoju katalizatora za NOx pri radu sa siromašnim smešama. Paralelno sa intervencijama na sistemu za pripremu smeše vršeno je usavršavanje i optimiranje sistema za paljenje u smislu pojačanja energije varnice zbog sigurnog upaljenja i siromašne smeše, jer nekoliko izostajanja upaljenja smeše u cilindru može uništiti katalizator, kao i optimalne promene ugla pretpaljenja u čitavom opsegu rada motora.

Slika 10 - Uticaji pojedinih konstrukcijskih rješenja i radnih stanja motora, porast ili pad koncentracije pojedinogizduvnog gasa

11

Emisija štetnih materija u izduvnim gasovima motornih vozila se mogu kontrolisati najčešće na dva osnovna načina: Jedan je poboljšanje kvaliteta sagorijevanja smješe, drugi je dodatno pročišćavanje izduvnih gasova. Ostali načini su npr. obezbjeđivanje dodatnog prostora za oksidaciju, koji se naziva katalitički konvertor (katalizator), sakupljanje benzinskih i dizelskih para i njihovo vraćanje u usisnu granu, selektivna redukcija (SCR) i dr. ali su to konstrukciona rješenja koja služe osnovnim. Od uvođenja EURO 2 emisionih standarda sredinom 1990-ih, regulisani katalizator je postao standard za automobile proizvedene u Evropi. Shodno navedenom možemo zaključiti da koncentracija prethodno navedenih štetnih izduvnih gasova zavisi od čitavog niza konstrukcijskih detalja. Sa jedne strane moraju se zadovoljiti strogi homologacijski zahtjevi koji definišu granične vrijednosti emisije izduvnih gasova, a sa druge strane je zahtjev za što manjom potrošnjom goriva, što većom snagom i obrtnim momentom, odgovarajućom trajnošću i garancijom

4.1 Konstrukcioni dodaci motoru za smanjenje sadržaja štetnih izduvnih gasova U cilju što manje emisije štetnih izduvnih gasova, kada se iscrpe konstrukcijske mogućnosti na motoru (od kojih su neke navedene u tablici iz prethodnog poglavlja), motor semože opremiti dodatnim uređajima koji doprinose čistijem izduvu. Nabrojaćemo samo neke uređaje – najčešće i najvažnije: · obrada izduvnih gasova pomoću katalizatora; ·opremanje motora sa λ zatvorenom povratnom spregom; · snadbijevanje motora boljim sastavima paljenja smeše; · snadbijevanje motora boljim sastavima za napajanje; · ubacivanje sekundarnog vazduha u izduvnu granu; · povratak izduvnih gasova u usisnu granu (EGR); · sakupljanje para goriva i njihov povratak u usisnu granu.

12

5.KATALITIČKI KONVERTORI (katalizatori)

Svi današnji oto motori opremljeni su katalizatorom. Njihova masovna ugradnja započela je u SAD-u, gdje su od 1980. godine svi novi automobili morali imati ugrađen katalizator. Svaki katalizator sastoji se od nosača i aktivnog katalističkog sloja koji sadži plemenite metale platinu, rodij i paladij. Zahvaljujući materijalu od kojeg je napravljen, u njemu se odvija hemijska transformacija štetnih izduvnih gasova u gasove koji nisu stetni za okolinu i ljudsko zdravlje. Tako se CO pretvara u CO2, HC u H2O i CO2, a NOx se razlažu na O2 i N2. Katalizator ne pročišćava ove gasove u potpunosti, ali transformiše se oko 90% štetnih gasova. Pri tome se ne troši, a s ozirom na to da gasove pretvara, nema nikakvog filtrata pa ne dolazi do njegovog ispunjenja i ne treba ga često mjenjati.

Slika 11.Izgled katalizatora

13

Razlikujemo nekoliko vrsta katalizatora: -

jednostruki – oksidacioni i redukcioni, dvostruki, jednostruki katalizator trostrukog djelovanja.

Slika 12 - Vrste katalizatora a) jednostruki katalizator, b) dvostruki katalizator, c) jednostruki katalizator trostrukog djelovanja 1. Priprema smješe; 2. Sekundarni vazduh; 3. Oksidacijski lonac za CO i HC; 4. Redukcijski lonac za NOx; 5. Računalo (ECU); 6. Lambda sonda; 7. Jednostruki katalizator trostrukog djelovanja Oksidacioni katalizator najjednostavniji je oblik katalizatora koji radi sa viškom kiseonika i koristi se za oksidaciju CO i HC u CO2 i H2O. Potreban višak kiseonika u izduvnom gasu postiže se prilagodbom motora ili ubrizgavanjem vazduha prije katalizatora.

14

Redukcioni katalizator, za razliku od oksidacionog, služi za pretvaranje NOx u O2 i N2, a za to zahtijeva višak CO2 i HC.

Dvostruki katalizator uključuje oba prethodno spomenuta katalizatora, sa dovođenjem vazduha među njima. Izduvni gasovi kod ovih katalizatora prvo prolaze kroz redukcioni katalizator gdje se uz manjak vazduha vrši redukcija NOx. Nakon dovođenja vazduha, izduvni gasovi prolaze kroz oksidacioni katalizator u kojem se vrši oksidacija HC i CO.

Danas se navedeni katalizatori više ne primjenjuju, već su isključivo u upotrebi jednostruki katalizatori s trostrukim djelovanjem. To znači da se u katalizatoru tretiraju sva tri štetna izduvna gasa (CO, HC i NOx). Ispred katalizatora se nalazi lambda (λ) sonda koja centralnoj procesorskoj jedinici prijavljuje u kojem radnom području motor radi kako bi se smješa gorivo vazduh na ulazu u motor što je moguće duže zadržavala u stihiometrijskom radnom području (λ = 1). U unutrašnjosti katalizatora trostrukog djelovanja nalazi se saćasta nosiva struktura kroz koju prolazi izduvni gas. Ta je struktura izrađena od keramike ili, rjeđe, od metala (valjani limovi od čelika). Na keramiku ili metal obavezno se nanosi sloj aluminijumskog oksida, kako bi se povećala aktivna površina. Na sloj oksida nanosi se zatim katalistički sloj, u kojem se nalaze plemeniti materijali platina, paladijum i rodijum. Platina i paladijum su vrlo dobri katalizatori za oksidaciju CO i CH, dok se rodijum koristi za redukciju NOx. Između kućišta i saćaste strukture koja se u njemu nalazi, nalazi se sloj žičanog ili polimernog pletiva koji tu strukturu pridržava i na sebe preuzima eventualne mehaničke udarce, a isto tako kompenzuje različita temperaturna rastezanja kućišta i samog katalizatora. Na benzinskim motorima s direktnim ubrizgavanjem benzina obavezno se, uz katalizatore trostrukog djelovanja, koriste i NOx akumulatorski katalizatori. Ovakvi motori rade sa siromašnom smješom pa kvalitetna konverzija NOx u običnom katalizatoru trostrukog djelovanja nije moguća. Stoga se koriste posebni katalizatori kod kojih se NOx prvo akumulira, a onda se, pod posebnim programom rada motora, pretvara u azot i kiseonik. Da bi katalizator dobro funkcionisao potrebno je zadovoljiti nekoliko uslova. Kao prvo, mora biti zagrijan na optimalnu radnu temperaturu koja se kreće u rasponu od 400-800°C, zbog čega se postavlja što bliže motoru kako bi hladna faza rada trajala što kraće. Ali, ako se katalizator zagrije na više od 800°C ili 1000°C dolazi do njegovog uništenja. Da bi se katalizator zagrijao do oko 250°C, kada mu je učinkovitost oko 50%, potrebno je oko 150 sekundi. U tom vremenu, dok je motor još hladan i katalizator neaktivan, koncentracije CO i HC su najveće.

15

Moguća rješenja tog problema su: -

zagrijavanje katalizatora pri pokretanju hladnog motora, primjena metalnog nosača katalizatora, postavljanje katalizatora bliže motoru i izolacija izduvnog sistema do katalizatora.

Drugi uslov je taj da motor koji ima katalizator mora raditi sa bezolovnim gorivom jer olovo iz goriva trajno uništava plemenite metale u katalizatoru, bez kojih on ne može funkcionisati. Za najveću učinkovitost katalizatora potrebno je osigurati koeficijent viška vazduha λ = 1. Za niže vrijednosti naglo pada učinkovitost za CO i CH, dok za više vrijednosti pada učinkovitost za NOx .Trajnost katalizatora zavisi o kvaliteti goriva (čistoći) i uslovima rada motora. Već je spomenuto da se katalizator u svom radu ne troši, ali ipak s vremenom dolazi do starenja - dolazi do okrupnjavanja kristala plemenitih metala i smanjuje se aktivna površina. Životni vijek katalizatora se, stoga, procjenjuje na 60-80 000km. Nakon toliko pređenih kilometara bitno ga je zamjeniti, jer vozilo s ne ispravnim katalizatorom emituje više štetnih gasova od onoga bez katalizatora.

16

5.1. Lambda sonda Lambda sonda (Oksigen senzor) je smještena na početku iyduvne grane i sluzi da daje podatke računaru (ECU) o sastavu smješe,da li je siromašna ili bogata (idealan omjer iznoosi 14,7:1).

Slika 13.Lambda sonda Lambda sonda je ne izostavni element izduvnih sistema motornih vozila pogonjenih oto motorom.Lambda sonda je senzor količine kiseonika u izduvnim gasovima te služi kao regulacioni element pri pripremi gorive smješe.Kako bi katalizatori djelovali sa maksimalnom iskoristivošću potreban je stehiometrijski omjer goriva i vazduha u smješi.Pojednostavljeno receno-omjer goriva i vazduha mora biti idealan u smislu da nakon sagorjevanja u cilindru ne ostane ne izgorenog goriva ili,obrnuto,da ne bude viska kiseonika odnosno vazduha. Funkcija lambda sonde je upravo da detektuje odstupanja lambda faktora u izduvnim gasovima od idealne vrijednosti,te omoguci računaru da na osnovu ove informacije reguliše količinu ubrizganog goriva u usisne cijevi.Na slici 14. je prikazana funkcija lambda faktora.

17

Slika 14-Funkcija lambda faktora

Princip delovanja lambda sonde je sledeći: Sonda je obično ugrađena u izduvni sistem na način da je njen vrh u stalnom kontaktu sa izduvnim gasovima. Kristal od cirkonijuma (Zr) obložen sa obe strane tankim slojem platine u dodiru s kiseonikom u izduvnim gasovima generiše napon. Ovaj napon najčešće varira između 0 i 1 V i očitavanjem njegove srednje vrednosti , te poznavanjem količine ubrizganog goriva, lako je izračunati lambda faktor. Lambda faktoru u iznosu od 1 odgovara srednji napon od oko 0,45 V. Na osnovu podataka koji dolaze iz lambda sonde centralni računar vozila određuje količinu ubrizganog goriva u realnom vremenu održavajući lambda faktor konstantnim. Problem predstavlja činjenica da lambda sonda tek pri radnim temperaturama većim od 270 °C počinje da vrši svoju funkciju. Zbog ove činjenice u lambda sonde se ugrađuju grejači i postavljaju se što bliže motoru, a sve u svrhu ranijeg početka delovanja regulacionog kruga motora. Postoje dve osnovne vrste lambda sondi prema tipu signala koji daju na izlazu: dvostepena lambda sonda i širokopojasna lambda sonda. Dvostepenim sondama se ne može tačno utvrditi vrednost λ faktora već samo da li je on u stehiometrijskom području, dok kod širokopojasnih sondi to nije slučaj. Širokopojasne λ sonde precizno mogu odrediti faktor vazduha u vrlo širokom području rada motora pa mora biti ugrađena na OTO motorima s direktnim ubrizgavanjem benzina.

18

6.Postupak ispitivanja emisije izduvnih gasova oto motora Prije početka vršenja kontrole izduvne emisije potrebno je prethodno spojiti cijev za odvođenje izduvnih gasova na izduvnu cijev vozila kako se ne bi tokom merenja izduvni gasovi zadržavali u zatvorenom prostoru linije tehničkog pregleda! Motor treba upaliti i pustiti ga da se grieje do svoje radne temperature, radnu temperaturu treba pratiti na kontrolnoj tabli u kabini vozila. Postavljamo sondu mjernog uređaja u izduvnu cijev pa se vrši mjerenje izduvnih gasova prema tehnologiji koja odgovara vrsti motora ugrađenog u vozilo, sa tim da je potrebno pričekati da se vrednost CO na ekranu analizatora stabilizuje pa se rezultati mjerenja štampaju i ostaju u arhivi uz zapisnik o vršenju TP. Napomena: Do trenutka dok se motor ne zagrieje na potrebnu temperaturu nije potrebno postaviti sondu za mjerenje sastava izduvnih gasova u izduvnu cijev. Nakon ispisa rezultata mjerenja, motor treba ugasiti i sa vozila skinuti sve mjerne priključke

Slika 15 - Šematski prikaz mjerenja izduvnih gasova Rezultati mjerenja se upoređuju sa referentnim podacima proizvođača vozila koji je deklarisao minimalne i maksimalne potrebne vrednosti, a ako nam ovi podaci nisu dostupni onda kao mjerodavne uzimamo propisane zakonske granične vrednosti. Rezultati mjerenja, kada posmatramo samo sadržaj CO (bogata smeša) mogu biti loši iz više razloga: 1. elementarne greške (nezagriejan motor, provjeriti uređaj za hladan start), 2.provjeriti filter vazduha-(prljav, mastan..), 3. veće ili potrošene dizne goriva u karburatoru, 4. nepodešena visina plovka, 5.nepodešena smješa gorivo-vazduh. Kod vozila koja nemaju ugrađen karburator već se radi o ubrizgavanju moguće su između ostalog sledeći uzroci bogate smeše: 1.neispravan rad regulatora praznog hoda motora, 2.neispravan senzor temperature usisanog vazduha, 3. neispravan protokomer, 4.prevelik pritisak goriva. sadržaj CO (siromašna smješa) takođe može biti iz više 19

razloga od kojih su mogući: 1. usisna grana negdje ne zaptiva pravilno, 2. probušen izduvni sistem na vozilu, ako je u pitanju vozilo sa karburatorom mogući razlozi siromašne smješe su: 1.filter vazduha, 2. začepljene dizne, 3.nepodešena visina plovka, 4.nepodešena smješa gorivovazduh. Takođe, ako je u pitanju motor sa ubrizgavanjem, mogući razlozi su: 1.neispravan regulator rada na praznom hodu, 2.prenizak pritisak ubrizgavanja goriva, 3.začepljene brizgaljke. Ako je analizom rezultata utvrđeno da je udio CO, HC i O2 vrlo mali, a udio CO2 blizu najvećih vrijednosti, motor i katalizator se mogu smatrati ispravnim, a izduvni i usisni sistem nepropusni. Vozila opremljena regulisanim katalizatorom (REG-KAT), ako proizvođač svojim uputstvima nije drugačije naznačio, imaju normalan udieo gasova i faktora vazduha u sledećim granicama (slika 16) :

Slika 16 - Normalni parametri kod mjerenja izduvnih gasova

20

7.ZAKLJUČAK

Napredak čovječanstva dovodi do sve veće potrebe za primjenom motornih vozila, iz čega proizilazi i sve veće zagađenje okoline. Upravo zbog velikog opsega zagađenja javlja se potreba za redukcijom izduvnih gasova, te smanjenjam njihovog štetnog djelovanja. Ovim radom potvrđena je početno postavljena hipoteza da upotrebom motornih vozila dolazi do zagađenja okoline izduvnim gasovima, što je pojašnjeno i dokazano kroz prethodna poglavlja u kojima je riječ o gasovima koji nastaju procesom rada motora, te o njihovom uticaju na čovjeka i okolinu. Upotrebom katalizatora i lambda sonde nastoji se smanjiti količina štetnih sastojaka u izduvnim gasovima benzinskih motora, te na taj način umanjiti njihov štetni učinak. Ovim radom je ispunjen postavljeni cilj istraživanja definisan u uvodu, tj. utvrđeno je da je uticaj izduvnih gasova prije pročišćavanja sistemima za redukciju na okolinu značajan, te da može izazvati mnogobrojne poteškoće u funkcionisanju cjelokupnog ekološkog sistema, kao što su na primjer uticaj na zdravlje kako ljudi, tako i životinja, te značajni štetni uticaji na vegetaciju i klimatske promjene, kao i na mnogobrojne vrste materijala koji dolaze u dodir sa izduvnim gasovima motornih vozila. Sagledavajući sve štetne uticaje do kojih dolazi ispuštanjem štetnih sastojaka izduvnih gasova motornih vozila, dolazi se do zaključka da je uz uspješnu primjenu postojećih sistema za redukciju, koji su se pokazali praktičnim i učinkovitim, potrebno i dalje razvijati i unapređivati te sisteme kako bi se štetni uticaji sveli na minimum, te na taj način osigurali daljnje uspješno funkcionisanje eko sistema.

21

8.LITERATURA

[1] R. Pešić, D. Đokić, S. Petković i S. Veinović: Zaštita okoline – ključni cilj automobilske industrije, Festival kvaliteta 2006, 1. Nacionalna konferencija o kvalitetu života, Kragujevac, Zbornik radova ISBN 86-80581- 86-0, strane B67 o B73, 10-12 maj 2006. [2] Vlada RS, Ministarstvo za prostorno uređenje, građevinarstvo i ekologiju: „Republička strategija zaštite vazduha sa akcionim planom upravljanja kvalitetom vazduha“, prednacrt izveštaja, Banja Luka, novembar 2007. godine [3] Radivoje Pešić, Snežana Petković, Stevan Veinović: „Motorna vozila i motori – oprema“ , Banja Luka – Kragujevac 2008 [4] Vlada RS , Ministarstvo nauke i životne sredine: „Nacionalni program zaštite životne sredine“ [5] Vladimir Valent, Milorad Krgović, Marina Kašikara, Srećko Nikolić: „Energetski potencijal u svetu i njihov značaj u celuloznopapirnoj industriji“ [6] http://www.cqm.rs/2014/cd2/pdf/papers/focus_2/07.pdf [7] https://www.fiat-lancia.org.rs/Korisno/PrimenaSenzoraUautomobilskojIndustriji.pdf [8] http://www.auto-mart.hr/serv02.htm

22

UNIVERZITET U BANJOJ LUCI MAŠINSKI FAKULTET BANJA LUKA KATEDRA ZA MOTORE I VOZILA PREDMET: OPREMA MOTORA

SEMINARSKI RAD Tema: EVROPSKI PROPISI O EMISIJI IZDUVNIH GASOVA IZ VOZILA I TEHNOLOŠKA RJEŠENJA ZA ZADOVOLJENJE PROPISA KOD OTO MOTORA

PROFESOR: Prof. dr Aleksandar Milašinović, dipl. inž. maš.

STUDENT: Jovica Mirković, 8463

Banjaluka, April 2017. godine 23