Для того, щоб деякі дизельні транспортні засоби відповідали нормам викидів, потрібно додати те, про що більшість людей не може подумати. Через проблеми з викидами необхідно боротися з оксидами азоту. Є два шляхи вирішення проблеми викидів. Одна з них – це профілактика, яка передбачає стримування виникнення проблем на ранній стадії їх розвитку. Одним із підходів є управління, яке передбачає ефективне завершення-після виникнення проблеми. Ці два методи відповідно називаються попередньою обробкою та постобробкою. Попереднє-лікування усуває першопричину, а після-лікування усуває симптоми. Викиди від дизельних двигунів в основному складаються з оксидів азоту (NOx) і твердих частинок (PM) (включаючи сажу (DS)), потім HC. У порівнянні з бензиновими двигунами, дизельні двигуни мають набагато менше CO та HC, але набагато більше PM.
Європейські стандарти викидів для дизельних двигунів є такими: на початку 1990-х років швидко розвивалося багато технологій за допомогою електронного керування (наприклад, японська компанія Denso запровадила загальну магістраль високого{1}}тиску). Завдяки вдосконаленням камери згоряння, правил впорскування палива, впуску та вихлопу тощо стало можливим повне очищення всередині машини. Однак, чи то в Європі, чи в Китаї, поворотний момент був в основному завершений на четвертому етапі стандартів викидів. Покладатися виключно на попередню обробку для відповідності поточним стандартам більше неможливо. CO служить доказом повного згоряння чи ні.
Стандарти залишалися незмінними на наступних етапах, що в основному вказує на те, що продовжувати оптимізувати спалювання для вирішення проблеми викидів є досить складним завданням. Як згадувалося раніше, найбільш важливими викидами від дизельних двигунів є NOx і PM. Очищення твердих часток в основному покладається на фільтри твердих частинок (DPF), тоді як NOx очищається в основному за допомогою каталітичного відновлення. NOx також є відносно важливим викидом для бензинових двигунів. Викиди NOx від бензинових і дизельних двигунів не сильно відрізняються. Звичайно, управління дизельними двигунами складніше, але вони в основному в одному порядку. Лише на третьому етапі європейських стандартів викидів викиди NOx були офіційно зазначені як окремий пункт.
Основними умовами утворення NOx є висока температура і багате киснем повітря. Температура вихлопних газів бензинового двигуна дещо на 100–200 градусів вища, ніж у дизельного двигуна, але в основному вона однакова під час проходження через ділянку трубопроводу до секції до-обробки. Подальша обробка для контролю викидів NOx в основному здійснюється за допомогою три-каталізатора. Серед трьох дорогоцінних металів родій і Rh можуть каталізувати відновлення NOx до газоподібного азоту за допомогою відновника при відносно низькій температурі. Відновником може бути H2 або CO.
Однак цей тип реакції відновлення сильно залежить від концентрації кисню в навколишньому середовищі. Коли концентрація кисню перевищує певну межу, цю ОКИСНО-ВІДНОВНУ реакцію важко ефективно провести. Це обов'язкова умова. Незалежно від того, чи йдеться про бензиновий чи дизельний двигун, процес згоряння в основному можна розділити на період затримки (підготовка до запалювання), період швидкого запалювання (швидке виділення енергії) та період післязгоряння (паливо, яке не повністю згоріло в період швидкого запалювання, продовжує виділяти енергію). Однак перед періодом допалювання дизельного двигуна, як правило, вважається, що існує повільний-період згоряння. Протягом цього періоду горіння все ще відбувається швидко, і тиск усередині циліндра продовжує зростати. Але поршень пройшов верхню мертву точку і почав рух вниз, а об'єм циліндра продовжує збільшуватися. Згоряння має бути досить швидким, щоб підвищення тиску нейтралізувало ефект розширення об’єму циліндра. Тому загалом швидкість підвищення тиску повільніша, ніж у період швидкого-горіння.
Під час періоду догоряння через наявність вихлопних газів і проміжних продуктів, що утворюються під час періодів швидкого та повільного згоряння, концентрація кисню вже почала знижуватися. Якщо концентрація кисню недостатня, це призведе до різкого погіршення згоряння залишків палива, що призведе до неповного згоряння, зниження економічної ефективності, збільшення викидів твердих частинок та інших ефектів. Це явище дизельних двигунів досить серйозне. Ефект наддуву принесе тут багато переваг (фактично, турбокомпресори сьогодні є майже стандартними для дизельних двигунів), тому дизельні двигуни потребують -збагаченого киснем згоряння. Однак спалювання-збагачене киснем є причиною того, чому контроль NOx у дизельних двигунах є складнішим. Враховуючи вищезазначену залежність трьох-каталізаторів від концентрації кисню, для дизельних двигунів нереально використовувати три-каталітичні нейтралізатори бензинових двигунів.
Звичайно, існує також протиріччя в регулюванні згоряння в циліндрі, тобто труднощі в узгодженні NOx і PM, коли один підвищується, а інший падає. Метод обробки NOx сечовиною називається SCR (селективне каталітичне відновлення), який має надзвичайно сильну каталітичну селективність. Відновники, що використовуються в SCR, можуть бути різними речовинами на основі аміаку, такими як газоподібний аміак (NH3), аміачна вода (NH4OH), сечовина (NH2) (2CO) і навіть деяка кількість HC. При використанні аміаку робоча температура повинна бути в межах від 250 до 500 градусів C. Відповідні реакції є такими: якщо температура надто низька, реакція не може протікати ефективно; якщо він занадто високий, це пошкодить каталітичний нейтралізатор і призведе до безпосереднього окислення відновника, що призведе до більшого споживання відновника та утворення нових NOx.
Якщо в якості відновника використовувати аміачну воду, то ефект буде чудовим. Це може зменшити викиди NOx більш ніж на 95%. Проте вся машина потребує дуже складної системи керування, а запах аміачної води сприймати надзвичайно важко. Тому, загалом, зручніше використовувати сечовину. Коли водний розчин сечовини вище 200 градусів, буде вироблятися NH3. Таким чином, через систему впорскування та керування, можна ефективно очищати NOx.
ECU розраховує концентрацію викидів NOx на основі частоти обертання дизельного двигуна та об’єму впорскування палива, оцінює швидкість перетворення NOx за допомогою теорії сечовини та температури каталітичного нейтралізатора SCR і обчислює необхідну кількість NH3. Нарешті, поточний необхідний об’єм впорскування сечовини визначається через співвідношення між NH3 і сечовиною.
Ефективність досить значна. Коефіцієнт конвертації, який вимагає Євро IV, становить лише 50%.
Що стосується викидів, поєднання технологій попередньої й подальшої-обробки також є досить специфічним, і потрібно знайти компроміс між продуктивністю та вартістю.
