Pochłaniacze par paliwa

Emisja szkodliwych substancji w samochodach odbywa się nie tylko za pośrednictwem spalin. Szkodliwe dla środowiska węglowodory mogą wydostawać się także ze zbiornika paliwa. Dlatego też wszystkie obecnie produkowane pojazdy zasilane benzyną wyposażone są w pochłaniacze oparów paliwa.

Charakterystyczny zapach paliwa, który możemy poczuć np. w garażu czy też warsztacie to właśnie opary benzyny, w skład których wchodzą szkodliwe węglowodory alifatyczne (łańcuchowe) i aromatyczne (pierścieniowe). Dla wielu z nas ten zapach jest lepszy od jakichkolwiek perfum z najdroższych drogerii. Niestety opary benzyny są szkodliwe zarówno dla organizmu człowieka jak i środowiska.

Pojęcie smogu zapewne nie jest nikomu obce. Smog fotochemiczny, zwany też czasem smogiem typu Los Angeles powstaje w słoneczne dni przy dużym natężeniu ruchu ulicznego. Na skutek reakcji chemicznych tlenków azotu i węglowodorów pochodzących ze spalin samochodowych w obecności światła powstają silne utleniacze, takie jak np. ozon. O ile na dużych wysokościach warstwa ozonowa chroni nas przed promieniowaniem ultrafioletowym, o tyle w pobliżu powierzchni ziemi ozon wywołuje choroby układu oddechowego i oczu. Dlatego też rządy wielu państw postanowiły ograniczyć i kontrolować emisję substancji, które przyczyniają się do jego powstawania. Wśród nich są także opisywane węglowodory wchodzące w skład oparów benzyny.

Niestety ale wg. wielu źródeł to motoryzacja jest jednym z największych źródeł zanieczyszczenia powietrza węglowodorami. Część pochodzi z niecałkowitego spalania się paliwa w silnikach, a część emitowana jest w postaci oparów. W przypadku tego drugiego źródła, ocenia się, że w wyniku parowania benzyny przedostaje się do atmosfery aż 5 milionów ton paliwa rocznie. Stanowi to ok. 5% całkowitej emisji węglowodorów wywołanych działalnością człowieka.

Jest to zatem problem na dużą skalę, któremu producenci samochodów musieli jakoś sprostać. Dzięki zastosowaniu pochłaniaczy oparów paliwa oraz odpowiednim regulacjom, emisja lotnych węglowodorów do atmosfery zmniejszana jest w globalnej skali o około 1000 ton dziennie.

Skąd w ogóle bierze się parowanie paliwa ze zbiornika samochodowego? Proces jest tak naprawdę dosyć prosty. Poruszając się samochodem, temperatura jego poszczególnych części sukcesywnie wzrasta. Nie omija to także układu paliwowego, gdzie już sama praca pompy powoduje wzrost temperatury paliwa w zbiorniku. Następnie parkujemy samochód, podzespoły stygną, a w zbiorniku tworzą się opary paliwa.

Potem znowu używamy samochodu. Znowu rośnie temperatura wewnątrz zbiornika paliwa. Na ten proces ma także wpływ m.in. ciepło pochodzące z układu wydechowego czy chociażby wysoka temperatura otoczenia, jak ma to miejsce latem w samo południe. Wraz ze wzrostem temperatury rośnie prężność par benzyny. Zajeżdżamy na stację benzynową, otwieramy wlew paliwa i napełniając go wypierane są z niego gazy, czyli opary paliwa.

Wielkość emisji węglowodorów w poszczególnych samochodach zależy od wielu czynników jak chociażby sama budowa układu paliwowego, warunków atmosferycznych w jakich auto jest użytkowane i przede wszystkim to, w jaki sposób jest eksploatowane. Dochodzi do tego także fakt przenikania węglowodorów przez tworzywa przez co pochłaniacz oparów paliwa jest istotnym elementem przyczyniającym się do redukcji emisji węglowodorów lotnych.

Pochłaniacz oparów paliwa wykorzystuje cykliczne procesy adsorpcyjno-desorpcyjne. Prościej mówiąc, absorbuje on opary, a następnie je oddaje. Montuje się go pomiędzy zbiornikiem paliwa kolektorem ssącym silnika. Zawiera on węgiel aktywowany, który pochłania opary benzyny ze zbiornika paliwa. Trafiają one do niego na skutek wzrastającego ciśnienia par paliwa. Ma on jednak ograniczoną pojemność i dlatego musi odbywać się jego regularne oczyszczanie.

Proces oczyszczania możliwy jest wyłącznie podczas jazdy, kiedy uruchomiony jest silnik. Wykorzystuje się do tego zasysane przez jednostkę napędową powietrze, którego część przechodzi przez filtr węglowy pochłaniacza i unosi ze sobą węglowodory, które wzbogacają mieszankę paliwowo-powietrzną. Całość odbywa się w sposób kontrolowany, strumień węglowodorów dozowany jest za pomocą zaworu umieszczonego pomiędzy kolektorem a pochłaniaczem.

Pochłaniacze paliwa nie są elementami, które się serwisuje dlatego muszą one wytrzymać co najmniej 15 lat lub 150 tys. mil przebiegu pojazdu. Co ciekawe, w Stanach Zjednoczonych są one większych rozmiarów i objęte są bardziej restrykcyjnymi przepisami co do budowy i szczelności. Dzieje się tak, ponieważ ustawodawstwo EU, w przeciwieństwie do Stanów Zjednoczonych, nie wymaga aby pochłaniacz gromadził pary uwalniane podczas tankowania. Na europejskich stacjach benzynowych dystrybutory muszą być bowiem wyposażone w dodatkowe rurki podciśnieniowe, umieszczone wewnątrz rury doprowadzającej paliwo do wlewu zbiornika.

Wraz z rozwojem samochodów hybrydowych pojawił się jednak pewien problem dotyczący pochłaniaczy par. Mianowicie wiele z aut tego typu jest w stanie przejechać dystanse rzędu nawet kilkudziesięciu kilometrów z wykorzystaniem wyłącznie napędu elektrycznego, bez włączania silnika spalinowego. Tak okresowe używanie jednostki zasilanej benzyną przyczynia się do niewystarczającego oczyszczania pochłaniacza par.

Samochody te zaczęto więc wyposażać w skomplikowane systemy redukcji emisji węglowodorów opartych na ciśnieniowych, stalowych zbiornikach paliwa z systemem połączeń i zaworów. To oczywiście było kosztowne i niepotrzebnie zwiększało masę hybrydy, która i tak już była duża. Po jakimś czasie z inicjatywą wyszło Delphi, które zaprojektowało moduł spełniający najostrzejsze światowe normy emisji (LEV II i PZEV), a tym samym nie pogarszał ekonomiki spalania.

Moduł składa się z wysoko wydajnego pochłaniacza par paliwa, trwałego, elektrycznie zasilanego desorbera termicznego i zaawansowanego technologicznie sterownika elektrycznego. Rozwiązanie to pozwoliło na uniknięcie skomplikowanych i kosztownych rozwiązań w systemach hybrydowych.