Συνεισφορά των οξειδίων του αζώτου (NOx) στην αναγέννηση παγίδων αιθάλης κινητήρων diesel

Abstract

Η ανακάλυψη της συνεισφοράς του διοξειδίου του αζώτου στην αναγέννηση της παγίδας αιθάλης πριν μία δεκαετία περίπου έδωσε σημαντική ώθηση στην ανάπτυξη συστημάτων που θα αξιοποιούσαν τη συνεισφορά αυτή σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας. Στο περιβάλλον αυτό, η εργασία αυτή, επιδιώκει να φωτίσει σημαντικές πτυχές του προβλήματος με τη βοήθεια στοχευμένων πειραματικών μετρήσεων αλλά και θεωρητικών διερευνήσεων με τη βοήθεια μαθηματικών μοντέλων προσομοίωσης. Με στόχο τη μελέτη της παραπάνω συμπεριφοράς, αναπτύσσονται / επεκτείνονται υπάρχοντα μοντέλα προσομοίωσης καταλυτικών μετατροπέων και αναγέννησης παγίδων, ενώ ο προσδιορισμός της κινητικής Arrhenius και η επαλήθευσή τους, επιτυγχάνεται με την ανάπτυξη ειδικής μεθοδολογίας και την αξιοποίηση στοχευμένων πειραματικών μετρήσεων. Η συνεισφορά των ΝΟ2 στην αναγέννηση της παγίδας προσομοιώνεται με ένα σχετικά απλοποιημένο σχήμα αντιδράσεων, συμβατό με τα αποτελέσματα της βιβλιογραφίας, αναφορικά προς την εξάρτηση του ρυθμού αντίδρασης από τη θερμοκρασία. Ως άγνωστοι παράμετροι παραμένουν οι κινητικές σταθερές που χρησιμοποιούνται για την αντίδραση ΝΟ2-αιθάλη που προσδιορίζονται από την πειραματική βάση δεδομένων διαφορετικών σημείων λειτουργίας. Τα πρώτα αποτελέσματα είναι συμβατά με τα δημοσιευμένα πειραματικά αποτελέσματα και παρέχουν καλύτερη επίγνωση των φυσικών και χημικών φαινομένων που λαμβάνουν χώρα στην παγίδα.Για την εξέταση της εφαρμοσιμότητας του συστήματος κατά τη διάρκεια νομοθετημένων κύκλων οδήγησης, παρουσιάστηκε ειδική μεθοδολογία υπολογισμού σε μεταβατικές συνθήκες, κατά την οποία εκμαιεύονται απαραίτητα στοιχεία για την προσομοίωση, όπως η χρονική μεταβολή των συγκεντρώσεων και των θερμοκρασιών του καυσαερίου, έχοντας ως δεδομένα τους αντίστοιχους χάρτες-πεδία του κινητήρα. Τα παραπάνω εφαρμόζονται σε διαφορετικής τεχνολογίας κινητήρες βαρέων οχημάτων και επιβατηγών, που προσομοιώνονται σύμφωνα με την Ευρωπαϊκή και Αμερικανική νομοθεσία. Η αξιολόγηση των συστημάτων γίνεται μέσω της φόρτισης ισορροπίας κατά τη διάρκεια επαναλαμβανόμενων νομοθετημένων κύκλων που θεωρούνται ως αντιπροσωπευτικοί των πραγματικών συνθηκών λειτουργίας του κινητήρα. Τα αποτελέσματα εκτελέσεων του μοντέλου, είναι πολύ χρήσιμα για τον προσδιορισμό του βέλτιστου μεγέθους του φίλτρου (με τη βοήθεια του μοντέλου αντίθλιψης). Έτσι η διαστασιολόγηση του καταλύτη ή της παγίδας και η επιλογή της θέσης του, σύμφωνα πάντα με τους περιορισμούς που τίθενται από το σχεδιασμό των επιμέρους τμημάτων των κινητήρα, υποβοηθείται σημαντικά από ολοκληρωμένη μεθοδολογία υπολογισμού.Η υπάρχουσα νομοθεσία δεν επαρκεί προκειμένου να καλύψει ικανοποιητικά τις ανάγκες αξιολόγησης εφαρμογών παγίδων αιθάλης, διότι εστιάζεται αποκλειστικά στον προσδιορισμό των αερίων και σωματιδιακών εκπομπών αλλά δεν προβλέπει καμία διαδικασία ελέγχου των επιπτώσεων στον κινητήρα, της αξιοπιστίας του συστήματος καθώς και της δυνατότητάς του να λειτουργήσει αποτελεσματικά υπό οποιασδήποτε συνθήκες, Κατά συνέπεια η προτεινόμενη μεθοδολογία θα μπορούσε να υιοθετηθεί ως βάση για την επέκταση του ισχύοντος νομοθετικού πλαισίου, ώστε να συμπεριλάβει και τις εφαρμογές φίλτρων σωματιδίων.