🧔 🏧 👃🏼 生态技术：ICE的有毒废气如何变成“紫罗兰香气” 🥦 👩🏼‍💼 🐉

吸附剂和催化剂，探针和过滤器，储罐和陶瓷蜂窝-用于处理化学废物的整个微型企业隐藏在由碳氢燃料驱动的现代汽车的引擎盖下。今天，我们将探讨根据快速变化的环境标准的要求而创建的技术主题，我们将了解如何消除ICE的有毒废气，并在考虑到现有全球趋势的情况下，尝试评估该细分市场的生存前景。

去年年底，德国政府宣布到2050年将不再有带内燃发动机的汽车，这很快成为德国加入零排放汽车国际联盟（ZEV）的原因之一，该联盟的宏伟目标是大幅减少温室气体排放。气体在行星尺度上。对于使用碳氢燃料的汽车制造商而言，这不仅仅是一个明确的挑战，它明确定义了生存的重中之重-开发降低汽车排放毒性的有效手段。

那么，为什么要中和废气呢？据学校化学课程所知，任何有机燃料的燃烧都会形成二氧化碳和水。但是二氧化碳远不是在ICE腔中发生的最危险的反应产物。首先：燃料不能完全燃烧，燃烧过程会伴随着剧毒物质一氧化碳（CO）的形成，并伴随着大量碳氢化合物没有完全燃烧到尽头（从竞技场到石蜡）。其次，空气中的氮（N2）和汽油中所含的杂质-硫等都积极参与燃烧过程，氮氧化物（NOx）的排放反过来会导致酸雨，烟雾和臭氧空洞，如今到处都在形成。同样危害人类健康和所有生物的都是含有硫化合物的燃烧副产物。在这里，我们注意到，在美国，与该问题作斗争时应特别注意废气中的NOx浓度，这是由臭名昭著的加利福尼亚光化学烟雾的影响导致的阳光分解所致。

催化转化器

如您所知，从学校课程中也可以看出，催化剂是加速化学反应但不会进入其中的物质。贵金属可以作为一个很好的例子。由钯（Pd），铂（Pt）和铑（Rh）组成的三组分催化转化器覆盖了一层薄薄的陶瓷蜂窝。此外，这种电池的涂层的总表面积平均最多为20,000平方米。（！）这样令人印象深刻的区域有助于改善废气与贵金属的接触，每个转换器仅消耗2-3克。带转炉的装置燃烧一氧化碳的残余物，并将未燃烧的碳氢化合物分解为二氧化碳和水。对大气氮有害的NOx氧化物可还原铑。

催化转化器的工作温度为400-800°C，因此单元设计的内部碎片由热稳定的陶瓷制成-碳化硅或堇青石。工程师经常面临的问题是确定转换器的最佳位置。事实是，为了达到工作温度范围，后者需要一些时间，而冷电动机几乎将粗混合物排放到大气中。问题是将转换器放置在更靠近电动机的位置，使其变暖更快，还是放置在消音器附近，使设备在较温和的温度下工作。

大多数现代汽车都配备了中和系统，在这方面，您不应该将汽车放置在有干草的草坪上-行驶后变热的转换器外壳很可能导致草发炎，并加重后果。同样不建议通过牵引方法启动发动机，因为这可能导致燃料进入变矩器，随后发生爆震，同时破坏陶瓷电池。

氮氧化物的吸附

LNT转化器（稀薄的NOx捕集器）是设计用于处理柴油机废气中氮氧化物的现代系统的一个示例。吸附剂（氧化钡或其他吸附剂）促进了氧化物在壳体中的积累，当转炉完全充满时，计算机发出指令，使进入燃烧室的混合气富集。乍看之下，这是疯狂的，因为在其中包含大量汽油和少量空气的混合物会急剧增加排气中有毒一氧化碳的浓度。实际上，一切都在稍微不同的情况下进行：在LNT转换器中，一氧化碳与氮氧化物发生反应，将其分解为完全无害的分子氮N2和有条件地无害的二氧化碳。当转炉中的NOx完全清除后，发动机恢复正常运行。如您所知，谈论定期重新富集混合物的经济学是不正确的，但是如果我们谈论的是诸如清洁环境这样的优先事项，那么在工作周期中包含这些组成部分是合理的。

什么是λ探针？

有效的中和意味着最佳的氧气浓度。如果混合物过度消耗，即由于盛行的空气而导致燃料短缺，则废气中NOx的浓度增加。在这些条件下混合物的富集不会伴随着燃料的完全燃尽，并且排气中一氧化碳和非氧化碳氢化合物的浓度将会增加。为了保持最佳的氧气平衡，使用了lambda探针-监视发动机排气歧管中氧气水平的传感器。

如果过量空气系数（即空气体积与混合物体积的比率λ> 1），则如果λ<1-富集，则混合物为“不良”。 λ探针是一种带有铂电极和氧化锆电解质的燃料电池。传感器电极中的一个与包含氧化剂（氧气）的外部空气连通，另一个电极与废气连通。电池的“燃料”是未燃烧的汽油。当混合物富集时，传感器处的电压会增加，这是向计算机发出信号以发出使混合物变贫的命令的信号。

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氮气是非常惰性的，为了使其进入所需的反应，必须将其强烈压缩或加热。柴油发动机的气缸中都满足第一和第二条件（对于汽油机，这无关紧要，因为压缩比要低得多）。通过降低气缸中的温度，可以降低排气中氮氧化物的浓度。 EGR废气再循环系统具有这一功能，其最早的修改是在1970年代安装在美国的柴油货运上。使用特殊的阀门，废气与废气混合并送回气缸。惰性气体吸收了伴随混合物燃烧的部分热量，其结果是燃烧室内的温度降低。

尿素注射

当达到环境标准时，尿素就可以解决。氮氧化物可通过与氨（NH3）反应而极佳地还原为分子氮。另一件事是您不能在船上储存有毒气体。作为存储氨气的替代方法，化学工程师建议使用尿素（（NH2）2CO），将尿素分批注入车辆的排气道。在与废气“串联”的过程中，尿素进入特殊的中和器，在其中被转化为氨，这对于将NOx分解为氮和水是必不可少的。所描述的技术称为选择性催化还原SCR（Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原），而该技术中的“尿素”一词使我们的听力不舒服，被声音沉重的AdBlue取代。虽然，如果您看的话，AdBlue只有32个，蒸馏水中含5％的纯净（NH2）2CO。

如您所见，环境标准被证明是推动化学工业发展的强大动力，尿素柴油发动机的所有者必须使用柴油和AdBlue为汽车加油，其消耗非常明显，占燃料使用量的6％。

_{在一部分废气返回气缸之前，必须先对其进行冷却，为此可以使用液体冷却回路和空气回路，也可以同时使用。下图显示了斯堪尼亚卡车回收系统。}

柴油颗粒过滤器

中和至公认的标准不仅需要废气的气态混合物，还需要固体颗粒。正是这样的微小烟灰颗粒，尺寸在10到1μm之间，在超载的KamAZ卡车加速过程中被扔掉了，这是我们大家都知道的。熟悉的景象。可以想象，这种强烈爆发的烟雾对我们的肺有“治愈”作用。像NOx一样，废气中的烟灰主要是柴油发动机的问题，因为柴油是含不饱和化合物的机油的相当大的一部分。这导致以下事实：柴油中的碳浓度高于汽油中的碳浓度，这意味着在燃烧过程中会排放更多的烟灰。

为了解决该问题，可以使陶瓷耐高温。它是这样的。直到某一点为止，特殊的陶瓷过滤器DPF（柴油机微粒过滤器）从废气中吸收烟灰，并且在累积到一定的极限后，发动机切换到特殊的运行模式，在该模式下，排气系统中的气体温度急剧上升至600°C，这要考虑到可用的系统氧气使烟灰被氧化，然后通过排气管排出。为了不使DPF暴露于高温的破坏作用下，一些制造商在其陶瓷表面上涂覆了一层薄薄的铂，铂作为催化剂。 PSA工程师（Peuqeot-Citron）建议在柴油中添加铈（Ce）添加剂，将烟灰氧化温度降低至450°C。这与废气的通常温度相当。在执行欧5标准的国家/地区中，自2011年以来，所有柴油车辆均已安装DPF过滤器。

低压混合动力

拥有碳氢发动机的车辆的车主越来越难以将现有技术解决方案纳入不断严格的环境标准的框架中。当前的趋势越来越多地决定向混合解决方案的过渡。 Bosch提出了其中一种基于低压混合电路（48V）的方法。这样的低压系统将在不久的将来使许多现有的汽车模型“混合”。

尽管从环境影响的角度来看工程师提出的创新具有吸引力，但内燃机和汽车本身的最终成本却因绿色技术的“负担”而大大增加。因此，如果所描述的趋势继续下去，则在可预见的将来，在电动车辆基础设施的普及和改善的背景下，内燃机的使用将简单地变得无效。

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生态技术：ICE的有毒废气如何变成“紫罗兰香气”

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