Pentru ca unele vehicule diesel să îndeplinească standardele de emisii, ceea ce trebuie adăugat este ceva la care majoritatea oamenilor nu se pot gândi. Din cauza problemelor de emisie, oxizii de azot trebuie tratați. Există două moduri de a rezolva problema emisiilor. Una este prevenirea, care presupune stoparea apariției problemelor în stadiul incipient al dezvoltării acestora. O abordare este guvernarea, care implică încheierea-după ce apare o problemă. Aceste două metode sunt numite, respectiv, preprocesare și postprocesare. Pre-tratamentul abordează cauza principală, în timp ce post-tratamentul tratează simptomele. Emisiile de la motoarele diesel constau în principal din oxizi de azot (NOx) și particule (PM) (inclusiv funingine (DS)), urmate de HC. În comparație cu motoarele pe benzină, motoarele diesel au mult mai puțin CO și HC, dar mult mai mult PM.
Standardele europene de emisii pentru motoarele diesel sunt următoarele: La începutul anilor 1990, multe tehnologii s-au dezvoltat rapid cu ajutorul controlului electronic (de exemplu, Denso din Japonia a inițiat sistemul common rail de-înaltă presiune). Prin îmbunătățiri ale camerei de ardere, regulilor de injecție a combustibilului, admisiei și evacuarii etc., a fost fezabilă purificarea completă în interiorul mașinii. Cu toate acestea, fie în Europa, fie în China, un punct de cotitură a fost practic finalizat în a patra etapă a standardelor de emisii. Nu mai este fezabil să se bazeze exclusiv pe pretratare pentru a îndeplini standardele actuale. CO servește ca dovadă a arderii complete sau nu.
Standardele au rămas neschimbate în etapele ulterioare, ceea ce indică practic că continuarea optimizării arderii pentru a aborda emisiile este o sarcină destul de dificilă. După cum am menționat mai devreme, cele mai importante emisii de la motoarele diesel sunt NOx și PM. Tratarea particulelor se bazează în principal pe filtre de particule (DPF), în timp ce NOx este tratat în principal prin reducerea catalitică. NOx este, de asemenea, o emisie relativ crucială pentru motoarele pe benzină. Emisiile de NOx ale motoarelor pe benzină și ale motoarelor diesel nu sunt foarte diferite. Desigur, controlul motoarelor diesel este mai dificil, dar ele sunt practic în același ordin de mărime. Abia în a treia etapă a standardelor europene de emisie, emisiile de NOx au fost listate oficial ca element separat.
Condițiile principale pentru formarea NOx sunt temperatura ridicată și oxigenul bogat. Temperatura de evacuare a unui motor pe benzină este cu 100 până la 200 de grade mai mare decât cea a unui motor diesel, dar este practic aceeași atunci când trece printr-o secțiune de conductă către secțiunea de post-tratare. Tratamentul ulterior pentru controlul NOx este realizat în principal printr-un catalizator cu trei-căi. Dintre cele trei metale prețioase, rodiul și Rh pot cataliza reducerea NOx la azot gazos printr-un agent reducător la o temperatură relativ scăzută. Agentul reducător poate fi H2 sau CO.
Cu toate acestea, acest tip de reacție de reducere depinde în mare măsură de concentrația de oxigen din mediu. Odată ce concentrația de oxigen depășește o anumită limită, această reacție REDOX este dificil de realizat în mod eficient. Aceasta este condiția prealabilă. Fie că este un motor pe benzină sau un motor diesel, procesul de ardere poate fi împărțit practic în perioada de întârziere (pregătirea aprinderii), perioada de aprindere rapidă (eliberarea rapidă a energiei) și perioada de postcombustie (combustibilul care nu a fost complet ars în perioada de aprindere rapidă continuă să elibereze energie). Cu toate acestea, înainte de perioada de post-ardere a unui motor diesel, se crede în general că există o perioadă de ardere lentă-. În această perioadă, arderea este încă rapidă, iar presiunea din interiorul cilindrului continuă să crească. Dar pistonul a depășit punctul mort superior și a început să se miște în jos, iar volumul cilindrului continuă să crească. Arderea trebuie să fie suficient de rapidă pentru ca creșterea presiunii să contracareze efectul expansiunii volumului cilindrului. Prin urmare, în general, rata de creștere a presiunii este mai lentă decât cea în timpul perioadei de ardere rapidă-.
În timpul perioadei de postcombustie, datorită prezenței gazelor de eșapament și a produselor intermediare generate în timpul perioadelor de ardere rapidă și ardere lentă, concentrația de oxigen a început deja să scadă. Dacă concentrația de oxigen este insuficientă, aceasta va provoca o deteriorare bruscă a arderii combustibilului rămas, rezultând o ardere incompletă, o eficiență economică redusă, o creștere a emisiilor de particule și alte efecte. Acest fenomen al motoarelor diesel este destul de grav. Efectul supraalimentării va aduce multe beneficii aici (de fapt, turbocompresoarele sunt aproape standard pentru motoarele diesel în zilele noastre), astfel încât motoarele diesel au nevoie de ardere-imbogățită cu oxigen. Cu toate acestea, arderea-imbogățită cu oxigen este motivul pentru care controlul NOx în motoarele diesel este mai dificil. Având în vedere dependența menționată anterior a convertoarelor catalitice cu trei-căi de concentrația de oxigen, este nerealist ca motoarele diesel să utilizeze convertoarele catalitice cu trei-căi ale motoarelor pe benzină.
Desigur, există și o contradicție în reglarea arderii în cilindru, adică dificultatea de a reconcilia NOx și PM, unul în creștere și celălalt în scădere. Metoda de tratare a NOx cu uree se numește SCR (Selective Catalytic Reduction), care are o selectivitate catalitică extrem de puternică. Agenții reducători utilizați în SCR pot fi diverse substanțe pe bază de amoniac, cum ar fi amoniacul gazos (NH3), apa cu amoniac (NH4OH), ureea (NH2) (2CO) și chiar unele HC. Când se utilizează amoniac, temperatura de lucru ar trebui să fie în intervalul de la 250 la 500 de grade C. Reacțiile relevante sunt următoarele: Dacă temperatura este prea scăzută, reacția nu poate continua eficient; dacă este prea mare, va deteriora convertizorul catalitic și va determina oxidarea directă a agentului reducător, rezultând un consum mai mare de agent reducător și formarea de noi NOx.
Dacă se folosește apa cu amoniac ca agent reducător, efectul este remarcabil. Poate reduce emisiile de NOx cu mai mult de 95%. Cu toate acestea, întreaga mașină necesită un sistem de control foarte complex, iar mirosul de apă cu amoniac este extrem de greu de acceptat. Deci, în general, este mai convenabil să utilizați uree. Când soluția apoasă de uree este peste 200 de grade, se va produce NH3. În acest fel, prin sistemul de injecție și control, NOx poate fi tratat eficient.
ECU calculează concentrația de emisii de NOx pe baza vitezei de rotație a motorului diesel și a volumului de injecție de combustibil, estimează rata de conversie a NOx prin teoria ureei și temperatura convertizorului catalitic SCR și calculează cantitatea necesară de NH3. În cele din urmă, volumul de injecție de uree necesar curent este obținut prin relația dintre NH3 și uree.
Eficiența este destul de considerabilă. Rata de conversie cerută de Euro IV este de doar 50%.
În ceea ce privește emisiile, combinația dintre tehnologiile de pre{0}}tratare și post{1}}tratare este, de asemenea, destul de specială și trebuie găsit un compromis între performanță și cost.
