Деякий час, але особливо після скандалу з Volkswagen Dieselgate, "антидизельні" платформи виходять як гриби восени. Після більш ніж десятиліття переважної переваги на європейському ринку з майже 70% реєстрацій в деяких країнах, в минулому році вони майже відповідають рівню бензину.
Здається, ми перейшли від похвали їх хороші показники та низький рівень споживання до винуватців повітря, що не дихає наших міст, збільшення випадків захворювань дихальної системи, алергії.
Те, що викиди дизельних двигунів шкідливі для здоров’я, є незаперечним фактом, але це те, що сьогоднішні бензинові двигуни - це не зовсім сестри благодійності. Оскільки виробникам доводиться витягувати більше енергії з кожної краплі палива та зменшити викиди CO₂ Інші продукти з’являються в газах бензинових двигунів.
Раніше єдиними частинками, які викидала ця механіка, були невеликі крапельки бензину, які не згоріли повністю, але тепер, коли тиск і температура в балонах значно підвищені для поліпшення експлуатаційних характеристик, у них також з'являються страшні NOx та канцерогенні частинки.
Основна різниця між a бензиновий двигун і один дизель полягає в тому, що в першому потрібно приготувати вибухонебезпечну суміш що спрацьовує іскрою, тоді як у другому те, що він робить, є опік суміш за рахунок тепло і тиск генерується в циліндрі.
Хоча бензинова суміш повинна бути стехіометричною, щоб вона могла вибухнути при відносно низьких тисках і коли іскра стрибає, дизель запалюється немає необхідності в дуже точному змішуванні, насправді дизельних двигунів вони завжди працюють із пісною сумішшю належний, з надлишком повітря; Ось чому їм не потрібна метелик на акселераторі, дизельний двигун завжди всмоктує все повітря, яке здатне потрапити в його циліндри.
Ця основна різниця в роботі спричиняє це дизельні двигуни генерують більше NOx- від 3 до 10 разів більше - і більше частинки сажі, але це те, що з пошуком більш високих врожаїв і для отримання більше енергії від кожної краплі палива бензинові двигуни потроху працюють більш схожим чином на дизель. Щоб зрозуміти це, ми спочатку побачимо що ми маємо на увазі під NOx.
Що таке NOx
Група хімічних сполук, що є оксидами азоту, відома як NOx. І кисень, і азот є нешкідливими газами присутній у повітрі, яким ми дихаємо, проблема полягає в тому, коли вони поєднуються.
Залежно від хімічної реакції, в якій молекули кисню та азоту поєднуються, можуть виникати різні сполуки N₂O, N₂O₃, NO₂, NO, N₂O₅. Всі ці сполуки входять до складу NOx.
У двигунах внутрішнього згоряння більша частина виробленого NOx фактично є діоксиди азоту (НІ₂) що це дуже небезпечний газ для здоров'я. Окрім того, що він сам по собі подразник, якщо він поєднується з воднем (який також присутній у повітрі та воді наших клітин), він стає азотна кислота, а дихати кислотою не годиться.
Які частинки виділяють двигуни
Якби хімічні реакції, що протікали в балонах, були ідеальними, єдине, що повинно генеруватися спалити вуглеводень змішаний з повітрям повинен бути води та CO₂. На жаль, в природі немає ідеальних реакцій, як не існує вічного руху.
При згорянні всередині балонів трохи падіння палива які не згорають повністю, крім інших продуктів, які не реагують в процесі (сірка в паливі, гази, присутні в повітрі, сліди масла від змащення двигуна. ).
високі температури які потрапляють у циліндри, змушують ці частинки перетворюватися на попіл, який викидається через вихлопну трубу. Ці частинки дуже малі, настільки, що вони потрапляють в наше тіло і прилипають до наших клітин, які можуть поглинати і викликають мутації в них, тобто, вони дуже канцерогенні.
Щоб уникнути цього, оскільки дизельні двигуни викидають найбільше твердих частинок, це так обов’язковий роками вбудований фільтр проти твердих частинок, відповідальний за їх уловлювання. Бензинові двигуни не генерували стільки часток - у минулому їх практично не було, - але в міру поліпшення їх продуктивності та робочого тиску вони випускають все більше і більше, хоча влада ще нічого не законодавчо закріпила з цього приводу.
Як виробляються NOx та тверді частинки в бензинових двигунах
Щоб зробити це зрозумілим, я скористаюся прикладом, який більш-менш всі ми переживали у своєму житті, готуйте колакао.
Напевно ви помітили, що розбавляти какао в гарячому молоці легше, ніж у холодному. Температура є важливим фактором при змішуванні та в хімічних реакціях. Якщо температура молока буде недостатньою або ми перейдемо з какао, будуть грудочки. Щоб досягти того, що суміш ідеальна і без грудочок, потрібно, щоб молоко мало відповідну температуру, перемішували протягом достатнього часу і не переходили в пропорціях.
Якщо какао мало, а молока багато (погана суміш), що ні на що не смакує. Якщо ми переборщимо з какао, це стає цеглою, що не підлягає оплаті. Якщо ми недостатньо перемішуємо (якщо не даємо часу на хімічну реакцію) або не нагріваємо молоко до оптимальної температури, замість того, щоб реагувати все молоко з усім какао, ми отримаємо частини немішаного молока та грудочки какао.
Ну, щось дуже подібне відбувається з хімічними реакціями в балонах бензинових двигунів. Щоб реакція була ідеальною (для нехай весь бензин змішується з усім повітрям), співвідношення повітря та бензину має бути ідеальним, тобто один моль молекул палива повинен реагувати з одним молем молекул повітря. Атомна маса молекул бензину в 14 разів більша, ніж у повітря, тому для реагування однакової кількості молекул. В цьому випадку співвідношення становить 14 до 1.
Натомість дизельні двигуни не завжди працюють зі стехіометричною сумішшю працювати з надлишком повітря, тому вони споживають менше. Еволюція механіки бензину полягає в спробі імітувати роботу дизеля для підвищення його продуктивності. Власне, нинішні бензинові двигуни з безпосереднім уприскуванням вони працюють як дизель із нежирною сумішшю, коли ми досягаємо піку газу (сплощення), і вони починають працювати з стехіометрична суміш коли ми прискорюємось.
Щоб змусити суміш вибухнути, коли у вас мало палива, ви робите це збільшити компресію в циліндрах Y концентрувати бензин біля свічки запалювання, так що навколо іскри ми маємо стехіометричну суміш, яка є займистою і має певну кількість енергії.
Однак у циліндрі є надлишкове повітря, яке не повністю реагує з паливом, але як високі температури досягаються завдяки високим стискам а на енергію вибуху деякі компоненти повітря починають реагувати, і якби у них був інший партнер для взаємодії, вони не робили б цього.
Коли двигун працює стратифікований режим (нежирна суміш називається так, оскільки вона розшаровується біля свічки запалення, щоб там було багатше, як я вже говорив раніше), молекули всмоктуваного повітря, які не знаходять палива для реагування, такі як піддаються сильному тиску і температурі вони починають зближуватися з поганою компанією, і ми вже маємо батьківський бардак.
Так, ми покращили експлуатаційні характеристики двигуна і отримуємо більше енергії з кожної краплі бензину, але оскільки у нас немає молока при ідеальній температурі (воно занадто гаряче), ані пропорції не ідеальні (какао мало), в результаті утворюються грудочки (NOx та інші домішки).
До цього часу дизелі були двигунами, які генерували найбільше NOx та побічних продуктів при згорянні, але сучасні бензинові двигуни - справжні машини для виробництва дуже шкідливих "побічних продуктів". На жаль, прагне зменшити споживання та викиди CO і CO₂, ми закінчили виробництвом інших молекул, які є більш шкідливими, крім все більш дрібний попіл, який може прилипати до наших клітин, викликаючи рак.
Як видалити NOx та тверді частинки
Ми вже бачимо, що як частинки, так і NOx утворюються в результаті хімічної реакції. Ті самі, що утворюються, можна усунути. Просто введіть нову "лабораторію" в двигун автомобіля, яка відповідає за спричинення нових хімічних реакцій, які перетворюють ці гази та продукти в інші.
Хороша річ в тому, що є рішення цієї проблеми, Погана річ вони коштують грошей (менше 18-дюймових коліс, але не такі круті), і вони є може спричинити поломки. Окрім того, на даний момент влада не звертає уваги на цю проблему, бензинові двигуни позбавляються від суворих стандартів дизельних твердих частинок, оскільки до цього часу вони були поза полемікою.
Volkswagen - дуже своєчасно після поганої репутації, яку він заслужив обманом у викидах - щойно оголосив, що стане першим брендом, який запровадить фільтри твердих частинок у вихлопних системах своїх бензинових двигунів.
Для усунення NOx рішенням є спеціальний каталізатор. У випадку з автомобілями каталізатором є шматок кераміки з великою площею поверхні, що піддається проходженню газів (більш-менш один гектар), але який "згинається" стільки разів, скільки вміщується у якусь трубку приблизно 15 см в діаметрі і 30 см в довжину.
Ця керамічна поверхня покрита дорогоцінними металами, які мають такий самий ефект, як алкоголь у нічному клубі о 5 ранку. Той хлопець чи та дівчинка, за кілька годин до якої ти не підійшов би навіть з палицею, ти не знаєш, як ти в кінцевому підсумку маєш секс з ним чи нею. Ну з вихлопними газами те саме.
Молекули NOx, незгоріле паливо залишається, тощо, контактуючи з цими металами та з температури що накопичується в каталізаторі, починає взаємодіяти з киснем та іншими газами, що містяться у вихлопних газах, і стають іншими молекулами, які не є шкідливими, головним чином N₂, O₂ та CO₂. Щоб у вихлопній системі було достатньо «матеріалу», щоб можна було перетворити весь NOx в інші молекули, він впорскується у вихлопну систему сечовина. AdBlue це його торгова назва, це звучить рідше, ніж "сеча, розведена у воді", але це саме так: сеча.
Частинки, як уже вони твердий продукт, їх важче змусити реагувати, тому що ви робите, це затримуєте їх у фільтрі, і коли він збирається насититися, температура у фільтрі підвищується до спалити їх повністю.
Які проблеми мають каталізатори GPF та NOx?
Основна проблема цих двох пристроїв полягає в тому, що вони коштують грошей. Особливо каталізатор NOx перевищує 2000 євро за кількість дорогоцінних металів, які він має всередині, таких як платина або паладій. Фільтр для частинок, навпаки, набагато дешевший - близько 150 євро для виробника.
Наступна проблема цих елементів полягає в тому, що вони інтегровані в потік відпрацьованих газів, який зменшує потужність двигуна та збільшує споживання. На щастя, їх конструкція значно вдосконалилася, і кожен раз вони поглинають менше енергії в потоці газу.
Однак для власника автомобіля найбільшим мінусом є те, що ці пристрої сприйнятливі до поломок - те, що добре знають ті, хто має дизельний автомобіль після 2004 року - року, в якому встановлено цей тип фільтрів.
У цих випадках двигун не досягає достатньої температури, і ми не обертаємо його з необхідними обертами, щоб у відпрацьованих газах було достатньо енергії для необхідних хімічних процесів.
Ще приблизно десять років тому дизельні двигуни мали репутацію "жорсткіших", ніж бензинові. Дійсно, його конструкція є більш міцною. Однак включення цих сажових фільтрів складні системи впорскування високого тиску (понад 2000 бар) та наддув з турбонаддувом зробили їх дорожчими та знизили їх надійність до того ступеня, що сьогодні бензиновий двигун менш проблематичний, ніж дизельний.
Непрямі бензинові інжектори працювали з паливом на тиск 3 або 4 бар. Нинішні двигуни - це все вище 200 бар, вони навіть досягають 400 бар. Якщо ви коли-небудь мочили руку дизелем на заправці, ви знаєте, що дизель відчуває маслянисті відчуття. Справді, дизель має певні мастильні властивості. Однак бензин швидко випаровується і не залишає залишків. Його мастильна здатність мінімальна. Це означає, що як насоси високого тиску, так і сучасні форсунки для бензину піддаються досить сильній ерозії і починають бути такими ваші поломки частіші.
На закінчення ми повинні припустити, що якщо ми хочемо ефективні двигуни з термодинамічної точки зору - які мають потужність і витрачають мало, щоб зрозуміти один одного - і які також є найбільш нешкідливими для навколишнього середовища та живих організмів, мотори будуть дедалі складніше. Будучи більш складним означає, що це дорожче і, крім того, з більшою кількістю виборчих бюлетенів зазнає поломок.
У будь-якому випадку ви завжди втрачаєте однаково: всі. Якщо ці каталізатори та фільтри не вбудовані, ми в кінцевому підсумку не матимемо можливості дихати або буде заборонено користуватися автомобілем, а якщо ми все-таки введемо їх, ми несемо витрати.