Luchtstikstof en brandstofgebonden stikstof zijn verschillende uitgangspunten
Lucht bevat naast zuurstof veel moleculaire stikstof, aangeduid als N2. De twee stikstofatomen zitten daarin sterk aan elkaar gebonden. Voor de gebruikelijke uitleg van verbranding wordt dit gas vaak als verdunnende omgeving behandeld. Dat is een nuttige vereenvoudiging voor sommige berekeningen, maar geen verklaring dat onder alle omstandigheden geen stikstofchemie plaatsvindt.
Thermische NO-vorming begint bij deze luchtstikstof. Zij verschilt van een route waarbij stikstof al onderdeel van brandstofmoleculen is. Ook bestaat prompt-NO, verbonden met reacties in de vlamzone. Die namen beschrijven verschillende ontstaansroutes; het zijn geen afzonderlijke waarschuwingslampjes. Deze pagina kiest de thermische route en beweert niet dat iedere motor uitsluitend volgens dit ene mechanisme stikstofoxiden vormt.
Een zuurstofatoom kan met het stikstofmolecuul reageren
In de klassieke Zeldovich-beschrijving ontmoet een afzonderlijk zuurstofatoom een stikstofmolecuul. Er kunnen vervolgens een NO-molecuul en een vrij stikstofatoom ontstaan. Het zuurstofatoom is iets anders dan het gewone zuurstofmolecuul O2 uit de lucht. De aanwezigheid van zuurstof als geheel vertelt daarom nog niet hoeveel van de benodigde reactieve atomen aanwezig zijn.
Het doorbreken van de sterke stikstofbinding vraagt een aanzienlijke activeringsstap. Daardoor is juist deze reactie sterk temperatuurgevoelig. De officiële Fluent-theorie beschrijft haar als beperkende stap binnen het thermische mechanisme. Een warmer gas brengt dus niet alleen meer voelbare warmte mee; het verandert ook de snelheid waarmee deze chemische toegang tot NO-vorming mogelijk wordt.
Het vrijgekomen stikstofatoom kan aanvullende NO vormen
Het stikstofatoom uit de eerste stap kan met een zuurstofmolecuul reageren. Daarbij ontstaat opnieuw NO en komt een zuurstofatoom beschikbaar. Dat atoom kan weer aan de eerste stap deelnemen. De reactievolgorde is daarmee meer dan één botsing tussen complete luchtmoleculen: tussenproducten verbinden de afzonderlijke omzettingen met elkaar.
De uitgebreide Zeldovich-route bevat bovendien een reactie tussen een stikstofatoom en het OH-radicaal. Ook die kan NO opleveren, naast een waterstofatoom. OH is hier een kortlevend reactief gasbestanddeel, geen toevoegmiddel dat wordt bijgevuld. De betrokken concentraties ontstaan in de verbrandingsomgeving. Hun rol laat zien waarom de gemiddelde hoeveelheid aangezogen zuurstof de NO-chemie niet volledig beschrijft.
De gevormde NO hangt samen met de toestand én haar duur
Een reactiesnelheid beschrijft hoeveel omzetting gedurende een tijdsinterval kan plaatsvinden. De uiteindelijke hoeveelheid volgt het verdere tijdsverloop. Een korte hete toestand en een langer aanhoudende andere toestand zijn daarom niet met alleen hun hoogste temperatuur te vergelijken. Ook de veranderende concentraties van de reagerende bestanddelen doen onderweg mee.
Lavoie, Heywood en Keck onderzochten dit met tijdopgeloste waarnemingen en een model voor gas na de vlam in een onderzoeksmotor. Zij behandelden uitdrukkelijk NO-vorming buiten onmiddellijk chemisch evenwicht. Dat historische onderzoek onderstreept een positief inzicht: de samenstelling heeft een ontwikkeling, in plaats van bij elke nieuwe temperatuur meteen een volledig nieuwe evenwichtswaarde aan te nemen. Het specifieke onderzoek is geen rekenschema voor uw voertuig.
Een gemiddelde temperatuur bewaart niet alle chemische informatie
Binnen een verbrandende vulling kunnen gebieden verschillende toestanden hebben. Bij een sterk niet-lineaire temperatuurafhankelijkheid is eerst middelen en daarna een reactiesnelheid berekenen niet hetzelfde als de lokale reacties afzonderlijk volgen. Een klein heter gebied kan relatief meer bijdragen dan zijn aandeel in een eenvoudig temperatuurgemiddelde doet vermoeden.
Daar komt de toestand van radicalen bij. Fluent onderscheidt in zijn documentatie een benadering met verondersteld evenwicht van een benadering die lokale radicalenconcentraties meeneemt. Dat zijn modelkeuzes met een verschillende beschrijving van de chemie. Deze uitleg noemt geen vaste omslagtemperatuur: de aanwezigheid van één warmtesensorwaarde is geen volledige kaart van alle reactieplaatsen in een cilinder.
EGR verandert de omgeving van vorming; SCR behandelt uitlaatgas verderop
Teruggevoerd uitlaatgas beïnvloedt de samenstelling en het thermische verloop van de volgende verbranding. Daarmee kan de ontworpen EGR-functie de omstandigheden voor NO-vorming veranderen. Het gas is geen zeef die reeds gevormde NO-moleculen rechtstreeks uit de cilinder verwijdert. Samenstelling, lokale reactie en tijdlijn geven inhoud aan het emissiedoel.
Verderop kan SCR aanwezige stikstofoxiden chemisch behandelen met reductiemiddel. Dat is een andere functie dan de thermische vorming vóór de uitlaat. Bespreek uw EGR-vraag vanuit Deventer via 085 401 6486. AdBlue Off heeft de werkplaats aan Damzigt 16c, 3454 PS Utrecht. Er volgen geen EGR-instellingen, wijzigingen van emissiebewaking of universele voertuiguitkomsten uit deze chemische uitleg.
Handige vervolgstappen voor Deventer
Vragen over egr-klep uitschakelen vanuit Deventer
Is N2 hetzelfde als NO?
Nee. N2 bevat twee stikstofatomen; NO bevat stikstof en zuurstof. Om van de ene naar de andere samenstelling te komen zijn chemische reacties nodig. De stikstofvoorraad van lucht is geen kant-en-klare NO-voorraad.
Waarom wordt een zuurstofatoom apart van O2 genoemd?
Het zijn verschillende chemische deeltjes met andere reactiemogelijkheden. De eerste thermische stap gebruikt een zuurstofatoom. De vervolgstap kan een zuurstofmolecuul gebruiken. Eén totale zuurstofwaarde houdt dat onderscheid niet vanzelf zichtbaar.
Voorspelt de hoogste temperatuur de volledige NO-uitkomst?
Niet zelfstandig. De duur van de toestand en de betrokken plaatselijke concentraties zijn eveneens relevant. Bovendien kan een gemiddelde temperatuur een hete deelzone onvoldoende beschrijven. De NO-vorming ontwikkelt zich gedurende de verbranding.
Is thermische NO-vorming een defect dat door klonen of uitschakelen verdwijnt?
Het is een chemisch proces, geen op zichzelf geïdentificeerd onderdeeldefect. Het motorontwerp beheerst de omstandigheden waarin het plaatsvindt. Een herstelkeuze vraagt onderzoek aan de werkelijke uitvoering en haar vereiste functies.