Могут ли присадки к топливу снизить вредные выбросы из топливных систем?

Как присадки для топлива снижают выбросы

Химические пути: оксигенаты, присадки для повышения цетанового числа и каталитические добавки, изменяющие химию сгорания

Присадки для топлива работают, изменяя способ сгорания топлива на молекулярном уровне. Например, продукты на основе этанола добавляют дополнительный кислород в топливную смесь, что помогает избавиться от молекул угарного газа и остаточных углеводородов, превращая их в CO2 и водяной пар. Для дизельных двигателей существуют так называемые повышающие цетановое число присадки, такие как EHN, которые улучшают воспламеняемость топлива. Они сокращают период задержки перед началом сгорания, благодаря чему двигатель работает более плавно. Также существуют каталитические присадки, содержащие металлы, например, оксид церия — один из распространённых примеров. Эти вещества облегчают начало горения топлива, снижая так называемую энергию активации. Результат? Более чистое сгорание происходит даже при невысоких температурах внутри двигателя. Все эти химические процессы происходят непосредственно в камере сгорания, уменьшая количество неполностью сгоревших остатков, вызывающих загрязнение. Большинство производителей сообщают о значительном снижении вредных выбросов при использовании правильно подобранных комплектов присадок.

Термодинамические эффекты: более быстрое распространение пламени, более короткая задержка воспламенения и более равномерное сгорание

Определённые химические добавки могут повысить эффективность сгорания топлива в двигателях за счёт точной настройки важных тепловых процессов внутри двигателя. При добавлении повышающих цетановое число присадок в дизельное топливо время задержки воспламенения топлива после его впрыска в камеру сгорания сокращается примерно на 30%. Это означает, что топливо воспламеняется быстрее после впрыска, что способствует более равномерному распространению пламени по всей камере сгорания. Без таких присадок в цилиндре образуются участки, где скапливается избыток несгоревшего топлива, что приводит к образованию вредных частиц, известных как твёрдые частицы (PM). Более точный контроль процесса сгорания также предотвращает чрезмерное повышение температуры, что важно, поскольку высокие температуры способствуют образованию вредных оксидов азота (NOx). В целом, это приводит к улучшению общей производительности двигателя, экономии топлива и одновременному сокращению выбросов как обычных загрязнителей воздуха, так и CO2.

Целевые загрязнители: как добавки подавляют СО, NOx, ТГК и твердые частицы у источника

Сегодняшние добавки к топливу работают, уменьшая некоторые вредные выбросы в результате их химического состава. Когда кислородные соединения смешиваются, они помогают снизить содержание окиси углерода и углеводородов, потому что они обеспечивают более полное сжигание топлива, особенно когда кислорода мало. Некоторые добавки содержат такие металлы, как церий или железо, которые фактически ускоряют сжигание частиц сажи внутри двигателя. Исследования показали, что это может сократить выбросы твердых частиц от двигателей на 18 - 31 процента. Некоторые специальные смеси также управляют температурой сгорания, что помогает снизить уровень оксида азота, не нарушая работоспособности двигателя. Эти добавки действительно ценны тем, что они одновременно устраняют несколько источников загрязнения. Они служат дополнительным слоем защиты, прежде чем выхлопные газы даже покинут двигатель, и все это делает сгорание более эффективным и помогает автомобилям двигаться дальше на каждом баке газа.

Кислородсодержащие добавки и более чистое сгорание в бензиновых и дизельных двигателях

Кислородсодержащие добавки повышают эффективность сгорания за счёт увеличения содержания кислорода в топливной смеси, способствуя более полному окислению и снижая выбросы угарного газа и несгоревших углеводородов.

Смеси этанола и 1-бутанола: сокращение выбросов угарного газа и углеводородов до 22%

Этанол и 1-бутанол — хорошо известные кислородсодержащие добавки, которые при смешивании с бензином или дизельным топливом могут сократить выбросы CO и углеводородов до 22% (SAE 2020). Их высокое содержание кислорода способствует более полному сгоранию, особенно в условиях обеднённой смеси, где кислород в противном случае ограничен, что приводит к меньшему количеству продуктов неполного сгорания.

Компромиссы при снижении выбросов NOx и ТЧ при работе дизельного двигателя под высокой нагрузкой

Оксиганы хорошо справляются с сокращением выбросов окиси углерода и углеводородов, но когда дело доходит до окиси азота и частиц при тяжелых нагрузках дизельного топлива, результаты не так ясны. Больше кислорода означает более жаркое сжигание внутри двигателя, что на самом деле увеличивает производство NOx. Исследователи заметили что-то интересное: небольшое увеличение этих крошечных ультратонких частиц, согласно исследованию, опубликованному в журнале "Сжигание и пламя" в 2017 году. Однако общее количество сажи обычно уменьшается. Все это указывает на то, что различные загрязнители ведут себя по-разному в зависимости от того, как сильно двигатель работает в любой момент.

Наночастицы и металлические катализаторные добавки для повышенного контроля выбросов

Наночастицы Al2O3 и CeO2: 1831% уменьшение выбросов частиц из двигателя и усиление окисления сажи

Некоторые наночастицы, такие как оксид алюминия (Al2O3) и оксид церия (CeO2), действуют как катализаторы внутри цилиндров двигателя, ускоряя передачу тепла и помогая топливу сгореть более полностью. Когда около 50-100 частей на миллион CeO2 смешивается с дизельным топливом, исследования показывают, что выбросы твердых частиц от двигателей падают на 18% и 31%. Уровень углекислого газа также падает, вместе с этими надоедливыми остатками углеводородов. То, что происходит здесь, на самом деле довольно интересно. Церий работает через поверхностные реакции и выделяет кислород во время сгорания, создавая эти активные молекулы кислорода, которые атакуют частицы сажи. Этот двухсторонний подход сокращает производство сажи с самого начала и также устраняет накопленные углеродные отложения, уже находящиеся в камерах сгорания. Механики, работающие над современными двигателями, заметили, что со временем, когда эти добавки используются регулярно, камеры станут более чистыми.

Соединения железа и церия в качестве катализаторов топлива: повышение эффективности и снижение компромиссов между NOx и PM

Добавление соединений железа и церия способствует решению давней проблемы сбалансирования выбросов NOx и ТМ в дизельных двигателях. Эти добавки работают, уменьшая время задержки зажигания и создавая более равномерные модели сгорания внутри цилиндра. В результате уровень дыма значительно снижается некоторые испытания показывают снижение примерно на 40-45% без значительного роста выработки оксида азота. Особенно полезными являются катализаторы, которые способны эффективно работать при широком диапазоне температур, поэтому они работают независимо от того, работает ли двигатель с легкой нагрузкой или с полной мощностью. Это в отличие от традиционных методов очистки выхлопных газов, которые обрабатывают загрязняющие вещества только после того, как они уже образовались во время сгорания. Вместо этого, катализаторы, используемые в топливе, решают проблему с самого начала процесса, обеспечивая более чистые результаты с меньшим количеством компонентов, необходимых для контроля выбросов в целом.

Улучшители цетана и их влияние на выбросы дизельного топлива

2-этилгексилнитрат (EHN): реальные эффекты на CO, HC, NOx и непрозрачность дыма от испытаний NEDC

EHN, или 2-этилгексилнитрат, является популярной добавкой для повышения цетанового числа дизельного топлива, что, по сути, означает, что он способствует более быстрому воспламенению в дизельных двигателях. При испытаниях по старым стандартам NEDC было установлено, что добавление EHN в топливо снижает выбросы оксида углерода и углеводородов примерно на 15 процентов, поскольку топливо сгорает более полно. Что касается выбросов оксидов азота, то они зависят от нагрузки на двигатель. При низкой нагрузке снижение выбросов NOx может достигать 8%, однако при работе двигателя на полную мощность температура становится настолько высокой, что выбросы NOx фактически увеличиваются примерно на 1,8%. Хорошая новость заключается в том, что уровень дыма и содержание твёрдых частиц обычно снижаются на 10–20%, поскольку более эффективное воспламенение обеспечивает более чистое сгорание. Для старых дизельных двигателей EHN представляет собой недорогой способ снижения выбросов без необходимости внесения дорогостоящих изменений в конструкцию. Конечно, конечные результаты в значительной степени зависят от конкретной конструкции двигателя, режима его эксплуатации и типа исходного топлива, в которое добавляется присадка.

Присадки к топливу и системы последующей обработки: эффективность, стоимость и практические ограничения

Сравнение присадок к топливу и каталитических нейтрализаторов: снижение выбросов на доллар, долговечность и проблемы интеграции

Когда речь заходит об ограничении выбросов, присадки к топливу и системы доочистки отработавших газов, такие как каталитические нейтрализаторы, идут совершенно разными путями. Присадки к топливу работают за счёт изменения процесса сгорания непосредственно внутри двигателя. Они не требуют механического вмешательства в конструкцию транспортного средства, имеют относительно низкую первоначальную стоимость и могут быть легко добавлены в обычные топливные запасы без особых хлопот. В чём недостаток? Эти присадки необходимо использовать постоянно, чтобы поддерживать эффект, поэтому в долгосрочной перспективе они могут увеличить эксплуатационные расходы. Каталитические нейтрализаторы предлагают нечто совсем иное. Они служат дольше и очень эффективно снижают количество вредных газов, таких как угарный газ, оксиды азота и углеводороды. Но и здесь есть подвох: эти системы имеют высокую стоимость установки, требуют выделения достаточного места в транспортном средстве и регулярного технического обслуживания. Анализ стоимости на один галлон обычно показывает, что присадки более выгодны для небольших автопарков или при работе с различными типами двигателей. С другой стороны, системы доочистки лучше проявляют себя в условиях, когда транспортные средства работают непрерывно в течение длительного времени. Большинство компаний оказываются где-то посередине, зачастую комбинируя оба метода, чтобы достичь наилучших результатов с учётом своих конкретных условий.

Раздел часто задаваемых вопросов

Что такое присадки к топливу и как они снижают выбросы?

Присадки к топливу — это вещества, добавляемые в бензин или дизельное топливо, которые изменяют процесс сгорания и улучшают работу двигателя. Они снижают выбросы за счёт повышения эффективности сгорания топлива, способствуют полному окислению и уменьшают количество вредных загрязняющих веществ на источнике, таких как CO, NOx, THC и частицы.

Могут ли присадки к топливу заменить каталитические нейтрализаторы?

Хотя присадки к топливу предоставляют удобный способ снижения выбросов непосредственно внутри двигателя, они не могут полностью заменить каталитические нейтрализаторы, которые предназначены для дополнительной очистки выхлопных газов до их выхода из транспортного средства.

Как работают повышающие цетановое число присадки в дизельных двигателях?

Присадки, повышающие цетановое число, такие как нитрат 2-этилгексила (EHN), улучшают качество воспламенения дизельного топлива, помогая ему быстрее воспламеняться после впрыска в камеру сгорания, тем самым сокращая время задержки и улучшая равномерность сгорания.

Есть ли какие-либо недостатки при использовании оксигенатных присадок?

Кислородсодержащие добавки значительно снижают выбросы CO и углеводородов, но могут привести к увеличению образования NOx при работе дизельных двигателей под высокой нагрузкой из-за более высоких температур сгорания.