SNIŽOVÁNÍ EMISÍ ŠKODLIVIN U VZNĚTOVÝCH MOTORŮ

Studijní opora

Snižování emisí škodlivin u vznětových motorů

Moderní metody v dopravě a přepravě pro 21. století SNIŽOVÁNÍ EMISÍ ŠKODLIVIN U VZNĚTOVÝCH MOTORŮ Určeno pro potřeby dalšího vzdělávání pedagogických pracovníků středních odborných škol

Autor Ing. Jaromír Stejskalík

Název a sídlo školy Střední škola automobilní, mechanizace a podnikání, Krnov, příspěvková organizace Opavská 49, 794 01 Krnov

Rok vytvoření vzdělávacího programu 2012

Studijní opora


Obsah Úvod ........................................................................................................................................... 4 1 Vliv emisí na ovzduší ........................................................................................................ 6 2 Složení výfukových plynů ................................................................................................ 7 2.1 Přehled výfukových plynů ........................................................................................... 7 2.2 Vstupní a výstupní složky procesu spalování .............................................................. 8 2.3 Popis složek výfukových plynů ................................................................................... 9 3 Hoření směsi ve vznětovém motoru .............................................................................. 14 3.1 Dokonalé spalování ................................................................................................... 14 3.2 Neúplné spalování ..................................................................................................... 14 3.3 Tvorba sazí ................................................................................................................ 14 3.4 Zpoždění vznícení...................................................................................................... 15 3.5 Opatření zlepšující tvorbu směsi ............................................................................... 15 4 Mezní hodnoty emisí škodlivin ...................................................................................... 17 4.1 Evropské mezní hodnoty emisí škodlivin pro vznětové motory užitkových automobilů (m > 3,5 t).......................................................................................................... 17 4.2 Evropské mezní hodnoty emisí škodlivin pro vznětové motory osobních automobilů 17 5 Opatření ke snížení emisí škodlivin .............................................................................. 19 5.1 Opatření uvnitř motoru .............................................................................................. 19 5.2 Opatření vně motoru .................................................................................................. 19 6 Oxidační katalyzátor ...................................................................................................... 20 7 Zpětné vedení výfukových plynů .................................................................................. 24 8 Filtr pevných částic ........................................................................................................ 26 9 Zásobníkový katalyzátor NOX ...................................................................................... 29 10 Katalyzátor SCR ............................................................................................................ 31 10.1 Výhody a nevýhody systému EGR+PT filtrace ..................................................... 31 10.2 Selektivní katalytická redukce SCR ....................................................................... 32 10.3 Katalyzátor SCR – Denoxtronic 1 ......................................................................... 32 10.4 Katalyzátor SCR – Denoxtronic 2 ......................................................................... 33 10.5 Signalizace a funkce OBD NOX-Control ............................................................... 34 10.6 BlueTec – SCR řešení Euro 5 v podání Mercedes-Benz ....................................... 34 10.6.1 Výhody systému BlueTec .................................................................................. 35 10.6.2 Nevýhody systému BlueTec ............................................................................... 35 10.6.3 AdBlue ............................................................................................................... 35 10.6.4 BlueTec se vyplatí .............................................................................................. 36 10.7 Departronic ............................................................................................................ 36 10.8 Čisté řešení budoucnosti nákladních vozidel ......................................................... 36 11 Produkt firmy FFI (Forever Freedom International) MPG-CAPS ......................... 38 11.1 Výhody používání MPG-CAPS a MPG-MEGA-CAPS ........................................ 39 11.2 Dávkování .............................................................................................................. 39

Studijní opora


Seznam literatury ................................................................................................................... 40 Seznam obrázků ..................................................................................................................... 41 Seznam tabulek ....................................................................................................................... 42 Posudek odborného garanta .................................................................................................. 43

Studijní opora


Úvod Cílem studijní opory „Snižování emisí škodlivin u vznětových motorů“ je snaha zabývat se jednotlivými možnostmi snižování škodlivin ve výfukových plynech u vznětových motorů. Dále podat přehled o používaných technologií, které snižování emisí umožňují. Pro pochopení důležitých souvislostí je publikace členěna do jednotlivých kapitol a to tak, že v začátku se čtenáři seznámí s negativními účinky emisí škodlivin na životní prostředí a platnými mezními hodnotami emisí škodlivin pro vznětové motory. Poté následují konstrukční úpravy a technologie pro snížení emisí škodlivin jak uvnitř, tak vně motoru. Cílem také je, aby publikace posloužila pro učitele odborných předmětů se zaměřením na automobilní techniku.

Ing. Jaromír Stejskalík

4

Studijní opora


Pro koho je studijní opora určena je určena učitelům odborných předmětů, odborného výcviku a praktického vyučování a vedoucím školních týmů středních odborných škol. Studijní opora se dělí na kapitoly, které odpovídají logickému dělení probírané látky, ale nejsou stejně obsáhlé a předpokládaná doba studia se může výrazně lišit, proto jsou velké kapitoly dále děleny na očíslované podkapitoly, kterým odpovídá následující struktura.

Cíl Po prostudování tohoto odstavce budete umět popsat, definovat a vyřešit.

Výklad Následuje vlastní výklad probírané látky, zavedení nových pojmů, vše doprovázeno tabulkami, obrázky.

Klíčová slova Zde jsou vybrány technické výrazy, které se nacházejí v probírané kapitole studijní opory a mají klíčový význam pro širší pochopení problematiky.

Kontrolní otázky Pro ověření, zda jste dobře a úplně látku zvládli, je připraveno několik teoretických otázek.

Seznam použité literatury Citovaná leteratura s odkazem na stranu citace ve studijní opoře.

Seznam obrázků a tabulek Číslovaný seznam obrázků a použitých tabulek je pro přehlednost umístěn na závěr studijní opory.

5

Studijní opora


1 Vliv emisí na ovzduší Cílem při hodnocení znečištění vzduchu je třeba si uvědomit, jaký je dominantní podíl škodlivin způsobených dopravou. Proto je důležité nejenom poznat škodlivé emise, ale také znát vhodná opatření k jejich snižování. Klíčová slova kapitoly 1: znečištění vzduchu, znečištění ovzduší, čistota vzduchu, škodliviny Při hodnocení vlivu na znečištění ovzduší se zaměříme výhradně na dopravu automobily, jejíž podíl na celkovém znečištění způsobeném dopravou je výrazně dominantní. Je to dáno jak velkou převahou automobilové dopravy v celkovém objemu dopravy (ve vyspělých zemích až 70 %), tak skutečností, že automobilové motory jsou zdaleka největším znečišťovatelem ve srovnání s ostatními pohony užívanými v dopravě.[1] Znečištění vzduchu je způsobeno především škodlivinami, které vznikají při spalování. Škodliviny, které zatěžují vzduch nejvíce, jsou např. oxid uhelnatý, nespálené uhlovodíky, oxidy dusíku, oxid siřičitý, částice sazí a jemný prach obsahující těžké kovy. Vhodné opatření pro zachování čistoty vzduchu jsou např. používání bezolovnatého paliva, montáž katalyzátoru a používání částicových filtrů u dieselových motorů. [3] Celkové množství automobilů na Zemi přesahuje ¼ miliardy, přičemž na jedno vozidlo připadá přibližně 1 tuna vyprodukovaných škodlivin ročně.[1]

6

Studijní opora


2 Složení výfukových plynů V této kapitole se seznámíme se složením výfukových plynů u zážehových a vznětových motorů. Pochopíme proč, a které složky jsou zdraví škodlivé, a jak působí na náš organismus. Klíčová slova kapitoly 2: dusík, kyslík, vodní pára, oxid uhličitý, oxid uhelnatý, oxidy dusíku, oxid siřičitý, uhlovodíky, částice sazí Vznětové motory nemají karburátor ani elektrickou iniciaci spalování. Zapálení paliva se dosahuje jeho vstřikováním do stlačeného vzduchu, jehož teplota je v důsledku tzv. adiabatické komprese tak vysoká, že převyšuje mez zápalnosti paliva (motorové nafty). Vznětové motory pracují s podstatně vyšším přebytkem vzduchu (až 600 %), než zážehové. Důsledkem toho je spalování dokonalejší a z hlediska emise škodlivin v mnohých ohledech lepší. Vysoká teplota a velký přebytek vzduchu má však za následek zvýšenou tvorbu oxidů dusíku. [1]

2.1 Přehled výfukových plynů

Obrázek 1 - Složení výfukových plynů zážehových motorů [2]

7

Studijní opora


Obrázek 2 - Složení výfukových plynů vznětových motorů [2]

2.2 Vstupní a výstupní složky procesu spalování

Obrázek 3 - Vstupní a výstupní složky procesu spalování [2]

8

Studijní opora


2.3 Popis složek výfukových plynů

Obrázek 4 – Kyslík [2]

Obrázek 5 - Dusík [2]

Obrázek 6 – Voda [2]

9

Studijní opora


Obrázek 7 - Oxid uhličitý [2]

Obrázek 8 - Oxidy dusíku [2]

Obrázek 9 - Oxid uhelnatý [2]

10

Studijní opora


Obrázek 10 – Pevné částice [2]

Obrázek 11 - Oxid siřičitý [2]

Obrázek 12 – Uhlovodíky [2]

Olovo – Pb vzhledem k tomu, že olovo poškozuje katalyzátor, je nutno používat bezolovnatý benzín. Zavedením používání bezolovnatého paliva byl obsah olova ve výfukových plynech zcela vyloučen. [2] Typické pracovní režimy a charakteristické složení výfukových plynů uvádějí následující tabulky.(1,2)

11

Studijní opora


Složka

Jednotka

Zážehový motor

Vznětový motor

N2

% obj.

74 – 77

76 – 78

O2

% obj.

0,3 – 0,8

2 – 18

H2O

% obj.

3 – 5,5

0,5 – 4

CO2

% obj.

5 – 12

1 – 10

CO

% obj.

0 – 12

0 – 0,5

NOx

% obj.

0 – 0,8

0 – 0,5

Uhlovodíky

% obj.

0,2 – 3

0,01 – 0,5

Aldehydy

% obj.

0 – 0,2

0 – 0,1

Saze

g/m3

0 – 0,4

0,01 – 1,1

Polyaromáty

g/m3

100 - 400

0 - 100

Tabulka 1 - Složení výfukových plynů ze zážehového a vznětového motoru [1]

Vznětový

Zážehový

Příprava směsi

vnitřní

vnější

Zapalování

vlastní

cizí

Spalování

rovnotlaké

rovnoobjemové

Kompresní poměr

14 – 24 : 1

7 – 12 : 1

Parametr

Jednotka

Kompresní tlak

MPa

až 5,5

až 1,8

Nevyšší tlak při spalování

MPa

až 9,0

až 6,0

Max. teplota při spalování

°C

cca 2000

cca 2000

Teplota při kompresi

°C

až cca 600

až cca 400

Teplota výfukových plynů

°C

až cca 600

až cca 1000

Předávaná užitečná práce

%

až cca 35

až cca 25

Měrná spotřeba paliva

g/kWh

215 – 310

300 – 380

Bod vzplanutí paliva

°C

min. 55

min. –21

Samozápalná teplota

°C

cca 300

cca 500

Obvyké otáčky

ot/min

2500 – 4500

4500 – 6500

Tabulka 2 - Pracovní režimy spalovacích motorů [1]

Vznětové motory jsou vhodné pro pohon motorových vozidel v důsledku nízké spotřeby paliva a nízké koncentrace plynných polutantů ve výfukových plynech. Emise uhlovodíků a oxidu uhelnatého u vznětových motorů leží v současnosti pod hodnotami zážehových motorů s řízeným katalyzátorem. Kromě toho si moderní vznětové motory zachovávají 12

Studijní opora


výhodné emisní hodnoty i při velkém počtu najetých kilometrů a nevykazují téměř žádná zhoršení. [1] U vznětových motorů představují škodlivé látky přibližně 0,3 % z celkového objemu výfukových plynů. Typické složení výfukových plynů vznětových motorů se od složení výfukových plynů zážehových motorů liší podstatně větším přebytkem vzduchu (viz tab. 1, položka koncentrace O2). [1] Nebezpečnými emisemi u vznětových motorů jsou kouř a pevné částice. Jednou součástí emisí pevných částic jsou tzv. saze, dalšími složkami jsou sulfáty a komponenty z mazacího oleje a paliva. Hlavní podíl částic má velikost 0,1 – 0,3 m. Tyto malé částice znečišťují přízemní vrstvu atmosféry a vnikají při dýchání do plic. Byl prokázán jejich kancerogenní účinek. [1] Důležité technické opatření pro snížení tvorby pevných částic ve výfukových plynech vznětových motorů představuje snižování podílu síry v palivu ze současných 0,2 % na 0,05 %. Podíl síry neovlivňuje spalování. Podporuje však vznik pevných částic jako vedlejší produkt spalovacího procesu. [1] Pokud by bylo k dispozici palivo bez síry, bylo by možné oxidačními katalyzátory snížit emise CO a CxHy, jakož i zápach výfukových plynů. [1]

Kontrolní otázky kapitoly 2: 1. 2. 3.

Čím se odlišují výfukové plyny zážehového a vznětového motoru? Které složky výfukových plynů jsou zdraví škodlivé, a proč? Vyjmenujte vstupní a výstupní složky procesu spalování.

13

Studijní opora


3 Hoření směsi ve vznětovém motoru Cílem kapitoly je pochopit, jaký je podstatný rozdíl mezi dokonalým a nedokonalým spalováním. Jak vznikají saze a jaké jsou hlavní příčiny tvorby sazí. Klíčová slova kapitoly 3: tlak paliva, průměr trysky, teplota vzduchu, částice sazí, zpožděné vznícení, klepání motoru

3.1 Dokonalé spalování Tekuté palivo se vstřikuje do spalovacího prostotu pod velkým tlakem (18 až 220 MPa) závislým na vstřikovacím zařízení a na zatížení motoru. Díky vysokému tlaku a malému průměru trysky (asi 0,15 mm) se rozprášené palivo ohřeje ve vzduchu s teplotou 800°C a postupně se vypařuje. Páry se mísí s horkým vzduchem, dále se ohřívají a pak vzplanou a reagují se vzdušným kyslíkem. [3]

Obrázek 13 - Dokonalé spalování

Po započetí hoření v oblasti mísení teplota stále stoupá. Tím se urychlí další odpařování, mísení paliva a v ideálním případě spalování kapiček až do jejich středu. [3]

3.2 Neúplné spalování Protože povrch kapiček paliva reaguje s kyslíkem okolního vzduchu, zatímco jádra kapiček ještě nedosahují samozápalné teploty, vzniká uvnitř kapiček nedostatek kyslíku a spálení probíhá jen neúplně. Čím větší jsou kapičky paliva, tím větší jsou oblasti nedostatku vzduchu a tím je množství molekul uhlovodíku, který se nedokonale spaluje. [3]

3.3 Tvorba sazí Při nedokonalém spalování se tvoří jádra sazí, na kterých se usazují další zbytky hoření, např. částečky síranů uhlovodíků. Tak vznikají saze. S využitím modernějších vstřikovacích zařízení mohla být tvorba sazí během posledních let omezena přibližně o 90%. [3] 14

Studijní opora


Vznikající pevné částečky jsou již tak malé, že po vdechnutí projdou buněčnou tkání a mohou vyvolat rakovinu. [3] Silná tvorba sazí, resp. silné kouření vznětových motorů má často tyto hlavní příčiny:  velké zatížení motoru  ucpaný vzduchový filtr  vadná vstřikovací tryska  závady spalování nebo sání

Obrázek 14 - Částice sazí [3]

3.4 Zpoždění vznícení Doba mezi vstřikem prvních kapek paliva a jejich vznícením se označuje jako zpoždění vznícení. [3] Je-li zpoždění vznícení větší než 1 ms, mluví se o prodloužené době vznícení. Při velkém zpoždění se shromáždí ve spalovacím prostoru mnoho paliva, které se více ohřeje a explozivně shoří. Při explozivním shoření velkého množství paliva naroste rychle tlak ve spalovacím prostoru a dochází k velkému zatížení motoru, podobnému zatížení při klepání zážehového motoru, a tím ke ztrátě výkonu. [3] Tvrdé nárazové spalování nerovnoměrně nahromaděného paliva spojené s klepavým zvukem je dobře slyšitelné. [3] Příliš velké zpoždění vznícení má často tyto hlavní příčiny:  studený motor a tím velké tepelné ztráty  příliš velký předstřik  nízká kvalita paliva (malé cetanové číslo)  nedostatečná komprese  kapající netěsné vstřikovací trysky [3]

3.5 Opatření zlepšující tvorbu směsi Tvorbu směsi určuje hlavně víření vzduchu ve spalovacím prostoru a vstřikovací tlak paliva. K tomu je nutné dodržet následující podmínky: 15

Studijní opora


 je třeba zabránit provozu s příliš chudou směsí (nad λ = 8) i s příliš bohatou směsí (pod λ = 1,3).  podpořit víření vzduchu využitím části plnicího (sacího) potrubí (dva sazí ventily; šroubovitý sací kanál a plnicí kanál; uzavírací klapky plnicích kanálů jsou nastavované řídící jednotkou) a tvarem dna pístu (přímé vstřikování) nebo vířením ve vedlejším prostoru vstřikovací komůrky (nepřímé vstřikování), aby se směs lépe promísila.  optimalizovat tvar spalovacího prostoru pro zlepšení průběhu spalování  předehřívat palivo kvůli jemnějšímu rozprášení a rychlejšímu vypaření  řídit žhavení (předžhavení i průběžné žhavení) tak, aby byl spalovací prostor optimálně vyhříván bez zbytečných tepelných ztrát  před vstřikem malého množství paliva zahřát nasátý vzduch, aby se zamezilo zpoždění vznícení a zmírnit nárůst tlaku ve válcích  používat velký vstřikovací tlak, aby se palivo rozprášilo na co nejmenší kapičky, které se mohou dokonale a rychle spálit  používat dodatečný vstřik ke spálení nespálených pevných částeček [3]

Kontrolní otázky kapitoly 3: 1. Jak probíhá dokonalé spalování? 2. Jaké jsou hlavní příčiny silného kouření vznětového motoru? 3. Jak probíhá tvorba sazí?

16

Studijní opora


4 Mezní hodnoty emisí škodlivin Úkolem této kapitoly je porovnat mezní hodnoty emisí škodlivin jednotlivých norem EURO 1 – EURO 5. Jde o postupné snižování emisí škodlivin ve výfukových plynech u vznětových motorů. Klíčová slova kapitoly 4: EURO 1, EURO 2, EURO 3, EURO 4, EURO 5, hodnoty emisí

4.1 Evropské mezní hodnoty emisí škodlivin pro vznětové motory užitkových automobilů (m > 3,5 t) Užitková vozidla musí splňovat stále přísnější hodnoty emisí ve výfukových plynech. V Evropě se mezní hodnoty pro užitkové automobily snižují podle směrnice 91/542/EHS. Pro splnění zpřísněných mezních hodnot emisí ve výfukových plynech je třeba učinit vnitřní a vnější optimálně vzájemně vyladěná opatření v motoru. Nezbytné je používání elektronických vstřikovacích systémů. [3]

Tabulka 3 – Mezní hodnoty emisí pro vznětové motory užitkových automobilů (m>3,5 t). Údaje jsou uváděny v g/km [3]

4.2 Evropské mezní hodnoty emisí škodlivin pro vznětové motory osobních automobilů Omezování škodlivých emisí výfukových plynů osobních vozidel bylo povinně zavedeno poprvé v roce 1968 v USA ve státě Kalifornia. Dnes existují v mnoha zemích předepsané testy emisí, které zajišťují, že nebudou překračovány stanovené hodnoty. [9] 17

Studijní opora


Tabulka 4 - Mezní hodnoty emisí škodlivin pro vznětové motory osobních automobilů. Údaje jsou uváděny v g/km [3]

Cílem těchto norem Euro 1 až Euro 5 je postupné snižování emisí škodlivin ve výfukových plynech u vznětových motorů. Jedná se o oxid uhelnatý CO, nespálené uhlovodíky CH, oxidy dusíku NOx (oxid uhelnatý NO a oxid uhličitý NO2) a pevné částice PM. Pro dosažení mezních hodnot emisí normy Euro 5 je nutno optimálně sladit opatření uvnitř a vně motoru. [3]

18

Studijní opora


5 Opatření ke snížení emisí škodlivin Cílem je seznámit se možnostmi snížení emisí škodlivin u vznětových motorů. Jde o opatření, které se vhodně doplňují. Klíčová slova kapitoly 5: oxidační katalyzátor, zásobníkový katalyzátor, katalyzátor SCR, zpětné vedení výfukových plynů, filtr pevných částic

5.1 Opatření uvnitř motoru       

optimalizace spalovacího prostoru regulace doby žhavení vyšší vstřikovací tlak použití více ventilové techniky řízení sacích kanálů regulace plnícího tlaku optimalizace začátku vstřiku a množství vstřikovaného paliva [3]

5.2 Opatření vně motoru     

oxidační katalyzátor zpětné vedení výfukových plynů filtr pevných částic zásobníkový katalyzátor katalyzátor SCR (Selective Catalytic Reduction) [3]

19

Studijní opora


6 Oxidační katalyzátor Cílem je seznámit se s konstrukcí oxidačních katalyzátorů a chemické reakce, které v nich probíhají. Dále se seznámit s jejich činností a za jakých podmínek pracují. Klíčová slova kapitoly 6: platina, palladium, oxid uhličitý, oxid uhelnatý, uhlovodíky, katalyzátor typu D Oxidační katalyzátory byly poprvé použity v roce 1975 v USA. Svou konstrukcí odpovídá třícestnému katalyzátoru. Na keramickém, popř. kovovém tělese je pro zvětšení účinného povrchu nanesena vrstva z oxidu hliníku. Na této vrstvě se nachází vlastní katalyzátor, skládající se asi z 2 g platiny nebo palladia. [3] Platina (palladium) jako katalyzátor aniž by se přitom spotřebovávala. [3]

iniciuje

dva

chemické

oxidační

procesy,

Oxid uhelnatý (CO) se přeměňuje na oxid uhličitý (CO2) a nespálené uhlovodíky (HC) z 90% na oxid uhličitý (CO2) a vodu (H2O). Redukce oxidů dusíku (NOx) je kvůli přebytku vzduchu možná jen ve velmi omezené míře. [3] Kvůli vysokému obsahu kyslíku ve výfukových plynech začíná oxidační katalyzátor účinkovat již při 170°C. Optimální provozní teplota je mezi 250 až 350°C. [3] ♦ Promítnout videosnímek č. 1 [10] Vložku (nosič) tvoří několik tisíc jemných kanálků, kterými proudí výfukové plyny. Keramické i kovové nosiče jsou potaženy nosnou vrstvou aluminia, která zvětšuje nosnou plochu katalyzátoru 7000 x. Na ní je nanesena katalyticky účinná vrstva platiny nebo palladia v množství asi 2g. Na katalyticky aktivní vrstvě se mohou usazovat také zbytky spalování z motorového oleje, např. jsou-li vadné pístní kroužky nebo dochází-li k nadměrnému opotřebení válců. [3] Katalyzátor se skládá z nerezového plechového obalu a tělesa (nosiče) obsahujícího aktivní katalytickou vrstvu. Používají se dva základní druhy nosičů :

♦ keramický ♦ kovový

U katalyzátorů se v jejich konstrukci používají drahé kovy Pt, Pd, a další kovy samostatné nebo jejich sloučeniny, které jsou naneseny na nosiči. Nosiče jsou vyrobené z vlnité, vysoké teplotě odolné nerezové oceli, nebo tenkostěnné celulární keramiky. V obou případech jsou zabudovány do obalu z nerezové oceli. Vzácné kovy katalyzátoru jsou naneseny 20

Studijní opora


na mezivrstvě zvané "washcoat". Mezivrstva je vytvořena z vysoce pórovitého oxidu hliníku a představuje obrovskou kontaktní plochu. Tato velká styčná plocha podporuje velký výkon katalyzátoru a extrémně zvyšuje jeho účinnost.

Obrázek 15 - Oxidační keramický katalyzátor [4]

Chemické reakce v katalyzátoru :  2 CO + O2 → 2 CO2  2 C2H6 + 7 O2 → 4 CO2

+

6 H2O

Technologická novinka katalyzátor typu D pracuje už za studena ihned od startu. Po zahřátí pracuje stejně jako standardní katalyzátor. Za studena pohlcuje škodlivé uhlovodíky (např. typický dieselový zápach a jiné škodliviny), které se po zahřátí katalyzátoru spálí na kysličník uhličitý a vodu. Tento katalyzátor je sice o něco dražší než standardní, ale bezkonkurenční. [5] Standardní dieselový oxidační katalyzátor okysličuje kysličník uhelnatý (CO), uhlovodíky a aldehydy obsažené ve výfukových plynech dieselového motoru na netoxické složky: kysličník uhličitý (CO2) a vodní páru. Účinnost katalyzátoru se zvyšuje s narůstající teplotou. Minimální teplota výfukových plynů pro potřebnou konverzi (přeměnu) je kolem 200 st. C. Tento typ katalyzátoru zajišťuje dobrou redukci CO a HC při veškerých aplikacích pro střední a vysoké teploty výfukových plynů, právě tak jako redukci DPM při střední teplotě. [5] 21

Studijní opora


Obrázek 16 – Účinnost kovového katalyzátoru v závislosti na teplotě (CO) [5]

Katalyzátor s kovovým nosičem má velmi rychlou aktivaci (1 - 3 minuty po nastartování).

Katalyzátory typu D jsou konstruovány pro použití také pro nízké teploty výfukových plynů. Katalyzátory typu D obsahují v mezivrstvě zeolity. Tyto pohlcují uhlovodíky (HC) z výfukových plynů v období, kdy výfukové plyny mají nízkou teplotu, například během volnoběžných otáček motoru. Pak, když se teplota výfukových plynů zvýší, uhlovodíky se uvolní a v katalyzátoru se okysličí. Tento mechanismus pohlcování uhlovodíků je dobře zřetelný z výše uvedeného grafu. Katalyzátory řady D se doporučují pro snížení HC, DPM a CO všude tam, kde teploty výfukových plynů mají často nízkou hodnotu stejně jako tam, kde pro nízkou teplotu výfukových plynů nám vadí typický zápach dieselového motoru. Při vyšší teplotě výfukových plynů oba typy katalyzátorů dosahují konverze HC nad 80 % a CO nad 90 %. [5]

22

Studijní opora


Obrázek 17 – Účinnost kovového katalyzátoru v závislosti na teplotě (HC) [5]

Kovové nosiče jsou využívány především pro montáž v blízkosti motoru, přídavně k hlavnímu katalyzátoru, jako předřazené nebo pro start určené katalyzátory. Tím je dosaženo vyšší účinnosti katalytické přeměny krátce po startu. Proti jejich nasazení jako hlavního katalyzátoru stojí především vysoké náklady oproti keramickým. [5]

Kontrolní otázky kapitoly 6: 1. Jaké chemické reakce probíhají v oxidačním katalyzátoru? 2. Vysvětlete konstrukci keramického oxidačního katalyzátoru.

23

Studijní opora


7 Zpětné vedení výfukových plynů Cílem kapitoly je poznat technologii zpětného vedení výfukových plynů pro snížení emisí oxidu dusíku. Klíčová slova kapitoly 7: emise oxidu dusíku, uhlovodíky, pevné částice, teplota spalování Zpětné vedení výfukových plynů slouží ke snížení emisí NOX. Přimísením výfukových plynů do nasávaného vzduchu se sníží přiváděný podíl kyslíku. Součásti výfukových plynů se již neúčastní spalování a navíc pohlcují teplo. Tím klesá maximální teplota spalování a snižují se emise oxidu dusíku. Podíl recirkulace výfukových plynů může činit až 40%. [3] Pokud roste podíl recirkulace výfukových plynů nad tuto hodnotu, snižují se na jedné straně emise NOX, na druhé straně se však nafta již nespaluje dokonale. Kvůli nedostatku kyslíku opět silně roste podíl nespálených uhlovodíků (HC) a pevných částic (PM). [3]

Obrázek 18 – Zpětné vedení výfukových plynů s dodatečnou regulační klapkou [3]

24

Studijní opora


Regulace podílu zpětného vedení výfukových plynů Reguluje se řídící jednotkou pomocí podtlakového ventilu nebo elektrického regulačního motoru. Závisí na:  teplotě motoru  plnícím tlaku  teplotě nasávaného vzduchu  zatížení / počtu otáček [3] Zpětné vedení výfukových plynů je aktivováno u zahřátého vznětového motoru při volnoběhu nebo částečném zatížení. Při aktivním zpětném vedení výfukových plynů se nasává méně vzduchu. K propočtu množství zpětného vedení výfukových plynů slouží signál snímače množství vzduchu na principu vyhřívané vrstvy. [3] Podíl zpětného vedení výfukových plynů lze zvýšit chlazením zpětně přiváděných výfukových plynů. Navíc mohou být do směšovací komory namontovány klapky regulace tlaku. Zavřením klapky regulace tlaku se vytvoří větší pokles tlaku mezi sacím a výfukovým potrubím a tím se zvýší podíl zpětného vedení výfukových plynů. [3] Aby byl k dispozici nejvyšší výkon a nejvyšší točivý moment, je nutno zpětné vedení výfukových plynů při vyšších otáčkách a při plném zatížení vypnout. Navíc by docházelo k příliš vysoké tvorbě pevných částic v důsledku nedostatku vzduchu. Zhoršení chodu motoru při podílech zpětného vedení výfukových plynů při volnoběhu je možno vyrovnávat systémy volnoběhu. [3] Pro řízení zpětného vedení výfukových plynů je do zpětného potrubí mezi výfukové sběrné potrubí a sací potrubí umístěn ventil zpětného vedení výfukových plynů EGR. Recirkulace se řídí v závislosti na teplotě, zatížení a otáčkách motoru. [4]

Kontrolní otázky kapitoly 7: 1. Vysvětlete konstrukci zpětného vedení výfukových plynů. 2. Vysvětlete způsob práce zpětného vedení výfukových plynů.

25

Studijní opora


8 Filtr pevných částic Úkolem této kapitoly je naučit se konstrukci filtru pevných částic. Vysvětlit pojem regenerace filtru pevných částic a kdy a proč se provádí údržba filtru pevných částic. Klíčová slova kapitoly 8: kanálky filtru, porézní filtrační stěna, regenerace, pevné částice, katalyzátor Nett

Obrázek 19 - Filtr pevných částic [3]

Konstrukce a princip činnosti Skládá se většinou z keramického voštinového filtračního tělesa. Používají se také filtrační tělesa ze slinutých kovů. Kanálky filtru pevných částic jsou střídavě uzavřeny. Výfukový plyn musí proudit přes porézní filtrační stěny. Pevné částice se tak zachytí a pomalu ucpávají póry. Protitlak výfukových plynů pozvolna roste. To způsobuje zvýšení spotřeby paliva a snížení výkonu. Filtr se musí regenerovat. [3]

Regenerace Při regeneraci se přeměňují nashromážděné pevné částice na oxid uhličitý (CO2) a vodní páru (H2O). Teplota spalování pevných částic je asi 550°C. Za normálních podmínek se však dosahuje teplot výfukových plynů max. 400°C. K regeneraci filtrů se využívají dva systémy:  Snížení teploty spalování pevných částic. Provádí se to pomocí aditiv. Přidává se dávkovací jednotkou k palivu v nádrži. Teplotu spalování pevných částic lze tak o asi 100°C snížit. 26

Studijní opora


 Zvýšení teploty výfukových plynů. Teplota výfukových plynů se zvýší cíleným následným vstřikem a zvýšením požadovaného točivého momentu, např.: kompresorem klimatizace a alternátorem. [3]

Tvorba popele Při spalování pevných částic vzniká malý podíl popela. Ten se shromažďuje s částicemi ve filtru a postupem času filtr ucpává. Filtr se pak musí demontovat a vyčistit. Podle systému a způsobu jízdy je to nutné po 80 000 až 240 000 km. Údržba je řidiči signalizována kontrolkou. [3]

Pevné částice (DPM) jsou ze všech nejvíce znepokojujícím emisním prvkem u dieselových motorů a jsou taky nejsledovanějším prvkem. DPM vznikají při spalování ve válcích motoru postupným spojováním karbonových částic s dalšími emisními složkami. DPM se skládá z tří prvků:  uhlík - suchá částice uhlíku čili saze  rozpustná organická frakce (SOF) - uhlovodíky zkondenzované na uhlíkových částicích.  sírany - kyselina sírová v ředěném stavu a její soli.

Obrázek 20 – Složení pevné částice [5]

DPM jsou velmi malých rozměrů (řádově mikrometry), při dýchaní vnikají do plic. Jsou kvalifikovány jako nebezpečné karcinogenní látky, které jsou nebezpečné a nadmíru zatěžují dýchací a krevní oběh. Konverze pevných částic (DPM) je významnou funkcí moderních dieselových oxidačních katalyzátorů. Katalyzátor Nett (oxidační katalyzátor + filtr pevných částic) vykazuje velmi vysokou účinnost při spalování těchto frakcí organických částic (SOF) dieselového motoru. Konverze dosahuje a dokonce i překračuje 80 %. Katalyzátory při velkém zatížení mají nejvyšší výkon, používá-li se palivo s velmi nízkým obsahem síry. Celkový výsledek konverze DPM závisí na technickém stavu motoru, teplotě výfukových plynů, palivu a pracovním cyklu stroje. Standardní konverze se pohybuje v rozmezí 20 až 50%. Pro motory pracující s katalyzátorem se doporučuje používat palivo s nízkým obsahem síry. Tím se sníží na minimum nepříjemné dráždění oxidem sirnatým a zvýši se výkon katalyzátoru v oblasti konverze pevných částic (DPM). [5] 27

Studijní opora


Obrázek 21 - Filtr pevných částic společně s oxidačním katalyzátorem [6]

Kontrolní otázky kapitoly 8: 1. Jak funguje filtr pevných částic? 2. Co rozumíme pod pojmem regenerace?

28

Studijní opora


9 Zásobníkový katalyzátor NOX Cílem kapitoly je objasnit činnost zásobníkového katalyzátoru. Umět vysvětlit jednotlivé fáze při přeměně emisí oxidu dusíku a regeneraci katalyzátoru. Klíčová slova kapitoly 9:akumulační materiály, akumulace oxidu dusíku, vyprazdňování oxidu dusíku, redukční činidlo oxidu uhelnatého Důležitou roli v soutěži systémů o ještě čistší vznětové motory a ve splnění do budoucna ještě přísnějších emisních hodnot hraje zásobníkový katalyzátor NOX. Jedná se o oxidační katalyzátor zařazený za částečkovým filtrem a mající speciální potah, který zachytí oxidy dusíku z proudu spalin. [7] Ke katalytickým vrstvám z platiny nebo palladia jsou většinou na stejné nosiče navíc přidány speciální příměsi, které jsou schopny akumulovat oxidy dusíku. Typickými akumulačními materiály jsou např. oxidy draslíku, vápníku, stroncia, zirkonia, lanthanu nebo barya. [7] V provozu s homogenní směsí při  = 1 funguje akumulační katalyzátor NOx stejně jako oxidační katalyzátor. Navíc však přeměňuje oxidy dusíku, které nebyly v režimu s bohatou směsí redukovány. K této přeměně nedochází kontinuálně jako u oxidu uhelnatého a uhlovodíků, ale probíhá postupně ve třech fázích:  1. fáze - akumulace NOx,  2. fáze – vyprazdňování NOx,  3. fáze – jejich přeměna. [7]

Obrázek 22 – Ukládání a regenerace NOx v zásobníkovém katalyzátoru [3]

U katalyzátoru NOx se rozlišuje mezi dvěma různými provozními režimy: V normálně chudém provozu (Lambda > 1) bude NO nejprve oxidovat na NO2 a potom na nitrát (NO3) na bázi oxidů kovů (např. oxid baria) v katalyzátoru. Stejně jako u částečkového filtru zajišťuje také zásobníkový katalyzátor NOx regeneraci, tedy periodické vyprazdňování zásobníku podle příslušných požadavků. Pro regeneraci zásobníku musí být ve spalinách nastaveny podmínky bohaté směsi (Lambda < 1). Za těchto provozních podmínek je ve spalinách tolik redukčního prostředku (oxid uhelnatý, vodík a různé uhlovodíky), že se rázem uvolní nitrátové vazby a přímo u katalyzátoru obsahujícího ušlechtilé kovy dochází k redukci na nejedovatý dusík (N2). Doba naplnění činí v závislosti na provozní době motoru 30 až 60 sekund, regenerace je provedena za jednu až dvě sekundy. 29

Studijní opora


Aby se zjistila potřeba regenerace, je potřebná řada přídavných senzorů teploty a tlaku. Zásobníkový katalyzátor dokáže snížit emise NOx až o 85 procent. [7] Reakční rychlost redukce oxidů dusíku je nejnižší s uhlovodíky a nejvyšší s vodíkem. V následujícím reakčním schématu je jako redukční činidlo uveden pro jednoduchost pouze CO. 2BaO Ba(NO3)2 2NO

+ + +

4NO2 3CO 2CO

+

O2  

 2Ba(NO3)2 (dusičnan barnatý) 3CO2 + BaO + 2NO N2 + 2CO2

Například reakcí NO2 s oxidem barnatým BaO vzniká dusičnan barnatý Ba(NO3)2: 2 BaO + 4 NO2 + O2 → 2 Ba(NO3)2 S rostoucím množstvím oxidů dusíku uložených v katalyzátoru klesá schopnost vázat další oxidy dusíku a musí se provést regenerace. Když je schopnost ukládání vyčerpána, tak to rozezná senzor NOx umístěným za zásobníkovým katalyzátorem. Redukce NOx. Periodickým obohacováním (1-5 sekund) se oxidy dusíku opět uvolňují a pomocí nespálených složek výfukových plynů CH a CO se rhodiem redukují na dusík. Uvolnění NOx probíhá tak, že reakcí oxidu uhelnatého s dusičnanem barnatým, vznikne oxid barnatý, oxid uhličitý a oxid dusnatý: Ba(NO3)2 + 3 CO → 3 CO2 + BaO + 2 NO Ukládací schopnost zásobníkového katalyzátoru výrazně závisí na teplotě a maxima dosahuje v rozmezí 300 až 400°C. Proto je vhodná teplotní oblast nižší než u oxidačního katalyzátoru (předřadný). [3]

Kontrolní otázky kapitoly 9: 1. Co má za úkol zásobníkový katalyzátor NOx? 2. U kterých motorů je třeba zásobníkový katalyzátor NOx? 3. Vysvětlete činnost zásobníkového katalyzátoru NOx.

30

Studijní opora


10 Katalyzátor SCR Cílem je seznámit se s technologií snižování obsahu škodlivých emisí, které plní nejpřísnější limity EURO 5. Poznáme jednotlivé generace tohoto systému. Klíčová slova kapitoly 10: AdBlue, Denoxtronic 1, Denoxtronic 2, funkce OBD NOx – Control, Blue-Tec, Departronic Snižování obsahu škodlivých emisí lze v případě Euro 4 provádět dvěma způsoby:  snížení obsahu NOx  v motoru + snížení obsahu PT za motorem (dále jen EGR) – systém využívající recirkulace výfukových plynů (EGR/AGR) a filtru pevných částic.  snížení obsahu CO, HC, PT v motoru + snížení obsahu NOx za motorem (dále jen SCR/BlueTec) – systém využívající konstrukční optimalizace procesu spalování a selektivní katalytické redukce (SCR). [8] V současnosti se pro plnění limitů Euro 4 používají obě uvedené technologie. EGR je z konstrukčního hlediska jednodušší než SCR a tím pádem i levnější z pohledu pořizovacích nákladů vozidel s tímto systémem. Z emisního hlediska však jde o technologii použitelnou zatím pouze pro plnění Euro 4. Vozy vybavené SCR plní přísnější limity Euro 5 již od roku 2009. Z hlediska provozních nákladů jde navíc o technologii s výrazným přínosem pro zákazníka (nižší spotřeba paliva, prodloužené servisní intervaly, daňová zvýhodnění atd.). [8]

10.1 Výhody a nevýhody systému EGR+PT filtrace Výhodami jsou nižší pořizovací náklady pro plnění Euro 4 a popularita používání filtrů i v oblasti osobních vozidel. Nevýhod je více: toto řešení je ekonomicky nevýhodné pro plnění Euro 5; recirkulace výfukových plynů způsobuje vysoké zatížení motoru a vyšší opotřebení pístu, celkově vyšší nároky na chlazení motoru, vyšší spotřebu paliva (cca o 3 – 6 %) ve srovnání s motory Euro 3 a vysokou míru znečištění motorového oleje, tzn. zkrácení servisních intervalů pro výměnu a vyšší nároky na kvalitu oleje; použití PT filtrů způsobuje zvýšené náklady na údržbu (v závislosti na vozidle); zvýšené je i riziko vyřazení vozidla z provozu způsobené sníženou průchodností filtru – vysoká závislost na kvalitě použitého paliva (nízký obsah síry) – nebezpečí poškození katalyzátorů. Tvorba sirnatých kondenzátů dále způsobuje zanášení potrubí recirkulace s následným snížením účinnosti systému, nutností servisního zásahu, a po zavedení NOx snímače hrozí omezení provozu, příp. pokuty od správního orgánu. [8]

31

Studijní opora


10.2 Selektivní katalytická redukce SCR Systém SCR využívá redukčního prostředku AdBlue, což je 32,5% roztok vody a močoviny. AdBlue je dávkováno do proudu stlačeného vzduchu, kterým je unášeno do výfukového potrubí. V horkých výfukových plynech se AdBlue rozkládá na čpavek NHa oxid uhličitý CO. Uvolněný čpavek pak v SCR katalyzátoru reaguje s NOx za vzniku neškodného dusíku na vodní páry. Systém BlueTec od Mercedes-Benz jde ovšem ještě dál. [8]

10.3 Katalyzátor SCR – Denoxtronic 1 Skládá se z kombinace z oxidačního katalyzátoru, katalyzátoru SCR a dávkovacího zařízení. Katalyzátor SCR se montuje za oxidační katalyzátor. Dávkovací zařízení vstřikuje redukční činidlo dle zatížení motoru pomocí tlakového vzduchu před katalyzátor SCR (do poloviny roku 2006). Funkce zařízení kontroluje snímač výfukových plynů (širokopásmová sonda lambda). [3] Washcoat (reaktivní hmota) je opatřena vrstvou titanu, wolframu a vanadu. Sloučeniny drahých kovů jsou spolu s amoniakem (NH3) vhodné k tomu, aby přednostně (selektivně) vyvolaly redukce oxidu dusíku (NOx) na dusík (N2) a vodu (H2O). [3] Redukční činidlo se skládá z vodného roztoku močoviny o koncentraci 32,5 obj.%. Na povrchu katalyzátoru se z neškodného roztoku močoviny tvoří jedovatý amoniak. Výpočet vstřikovaného močovinového roztoku musí být proto velmi přesný, aby se zabránilo unikání jedovatého amoniaku do okolního prostředí. Amoniak reaguje v katalyzátoru SCR s NOx na N2 a H2O. [3] Zařízením SCR se výrazně snižuje podíl NOx. Z tohoto důvodu lze počátek vstřiku posunou směrem „dříve“, čímž lze o asi 6% snížit spotřebu paliva. Vzniklý vyšší podíl NOx se poté redukuje v zařízení SCR. [3] U metody SCR se pomocí amoniaku na povrchu katalyzátoru mění oxid dusíku na dusík a vodu. Lze tak snížit vylučování oxidu dusíku až o 80%. Mírně se snižuje i vylučování pevných částic. [3]

32

Studijní opora


Obrázek 23 - Konstrukce zařízení SCR s dávkovacím zařízením na močovinu [3]

10.4 Katalyzátor SCR – Denoxtronic 2 Druhá generace systému, která vstřikuje redukční činidlo AdBlue bez tlakového vzduchu do výfukového traktu, přišla na trh v polovině roku 2006. Oba systémy se používají u těžkých užitkových vozidel pro redukci oxidů dusíku za motorem. [7]

33

Studijní opora


10.5 Signalizace a funkce OBD NOX-Control

Tabulka 5 - OBD NOx-Control – princip činnosti a signalizace systému [8]

Systém je povinně montován do všech nákladních vozidel od října 2007.

10.6 BlueTec – SCR řešení Euro 5 v podání Mercedes-Benz Kompletní systém redukce škodlivin ve výfukových plynech montovaný do nákladních vozidel Mercedes-Benz – BlueTec – zahrnuje především:  Vysoce účinný a optimalizovaný motor, který se vyznačuje vyššími vstřikovacími tlaky, vyšším stupněm komprese, zvýšením špičkových spalovacích tlaků, zlepšením využitelnosti vstřikovaného paliva, snížením spotřeby paliva a optimalizací výkonu motoru.  Vlastní systém SCR s redukcí NOx pomocí selektivní katalytické redukce a s redukčním činidlem AdBlue v samostatné vyhřívané nádrži. Ke vstřikování AdBlue dochází teprve při dosažení teploty výfukových plynů nad 200 °C, protože při nižších teplotách nedochází k požadované chemické reakci a také obsah NOx ve výfukových plynech je velmi malý. NOx vznikají teprve při vysokých teplotách spalování. [8] Vznik pevných částic (PT) je snížen konstrukčními opatřeními (důslednou optimalizací spalovacího procesu) uvnitř motoru nezávisle na teplotě výfukových plynů. [8]

34

Studijní opora


Při teplotách výfukových plynů pod 200 °C je tak obsah NOx stejný jako u systému EGR, ale při výrazně menších hodnotách emisí pevných částic. Zákonné směrnice jsou tak dodrženy ve všech provozních režimech. Podíl pevných částic je dokonce ještě o 35 % nižší, než jaký přikazuje předpis Euro 5.

10.6.1 Výhody systému BlueTec            

bez problémů plní limity Euro 5; vykazuje nejlepší redukci všech škodlivin; optimalizací motorů se zvýšil i jejich výkon; prokazatelně nižší spotřeba paliva; značné výhody při použití v Evropě (nižší mýto v Německu, výjimky ze zákazů jízd v Rakousku, daňové úlevy v dalších zemích EU); z hlediska údržby se jedná o nenáročný systém; nezkrácené servisní intervaly; vysoká odolnost vůči rozmanité kvalitě použitého paliva; nevyžaduje speciální oleje; všechny komponenty systému mají stejnou životnost jako celé vozidlo; tlumič výfuku součástí SCR katalyzátoru z nerezové oceli, tzn. bez rizika koroze; vlivem SCR reakcí dochází k dalšímu snížení obsahu pevných částic.

10.6.2 Nevýhody systému BlueTec  nutnost doplňování další provozní kapaliny (AdBlue), což je ovšem pouze subjektivní nevýhoda vzhledem k dojezdu 6000 – 10 000 km na jedno natankování;  dodatečné zatížení vozidla 150 – 300 kg;  a s tím související mírné omezení užitečné hmotnosti, které lze ovšem vyrovnat zvláštní výbavou vozidla. [8] Nevýhoda omezení užitečné hmotnosti je jen relativní. Pokud by vozidlo vybavené systémem EGR mělo díky své zvýšené spotřebě zajistit stejný dojezd jako vozidlo se systémem BlueTec, které je prokazatelně úspornější, muselo by být vybaveno větší nádrží na naftu. Tím se hmotnostní rozdíl v omezení užitečné hmotnosti vyrovnává. [8] Z pohledu zákazníka je tedy technologie BlueTec od Mercedes-Benz optimálním řešením, jak u svých vozidel zajistit bezproblémové plnění limitů Euro 5. [8]

10.6.3 AdBlue AdBlue je 32,5% vodní roztok močoviny (NHCO. Jedná se o zcela nejedovatou kapalinu, bez zápachu, kterou lze natankovat stejným způsobem jako motorovou naftu u čerpacího stojanu nainstalovaného přímo ve firmě nebo u veřejné čerpací stanice pohonných hmot. Sériově montovaná nádrž na AdBlue má objem 90 l, vystačí na ujetí až 5200 –7000 km. Na přání lze vozidlo vybavit nádrží s objemem až 145 l, se kterou lze ujet až 10 000 km. [8] 35

Studijní opora


Spotřebu AdBlue ovlivňuje typ použité technologie BlueTec 5, vlhkost vzduchu (nízká vlhkost zvyšuje spotřebu, vysoká zmenšuje) a teplota vzduchu (vysoké teploty zvyšují spotřebu, nízké snižují). Vysoké požadavky na zatížení rovněž zvyšují spotřebu (náklad, kopcovitá topografie terénu, vysoké nároky na výkon motoru, agresivní jízdní styl). [8] Reálná spotřeba AdBlue se pohybuje u systému BlueTec 4 na úrovni přibližně 4 % objemu spotřeby motorové nafty. To v praxi znamená spotřebu AdBlue přibližně 1,3 l/100 km. U systému BlueTec 5 je spotřeba AdBlue přibližně o 1/3 vyšší, zhruba 5-7 % spotřeby nafty, tj. 1,7 l/100 km. [8]

10.6.4 BlueTec se vyplatí V případě motoru V8 se v porovnání s motory Euro 3 snižuje spotřeba paliva až o 5 %. Splnění norem Euro 5 přináší i řadu dalších výhod. V některých zemích jde například o snížení daní, dálničních poplatků a silničního mýtného nebo možnost nočních přejezdů. Technologie BlueTec navíc zvyšuje prodejní cenu ojetého nákladního vozidla, protože poptávka po těchto vozidlech splňující nejpřísnější emisní limity bude v budoucnu velmi stoupat. Zvláště, když systém BlueTec ojetého vozidla plní i normu Euro 5. Především ve východní Evropě se taková ojetá nákladní vozidla těší mimořádné oblibě – jsou totiž vhodná pro tranzitní dopravu. [8]

10.7 Departronic Se systémem Departronic nabízí Bosch zvláště pro těžká užitková vozidla systém dávkování paliva pro regeneraci částečkových filtrů. Systém umožňuje pomocí cíleného vstřikování nafty do spalin regenerovat částečkový filtr. Není potřebné nákladné potahování filtru nebo přídavný zásobník pro aditivum. [7] Departronic je integrován v nízkotlakém palivovém okruhu. Vstřikuje přesně dávkované množství nafty nad oxidační katalyzátor bez podpory tlakovým systémem ve výfukovém traktu. Teploty spalin při průtoku oxidačním katalyzátorem zde stoupají na 600 °C. Přitom se spálí saze uložené v částečkovém filtru. Rychlost průtoku se mění odpovídajíc aktuálním požadavkům. Robustní a kompletní bez údržbové systémy řídí přidávání paliva podle potřeby a nezávisle na systému vstřikování motoru.

10.8 Čisté řešení budoucnosti nákladních vozidel Emise pevných částic jsou systémem BlueTec eliminovány přímo na místě, kde vznikají – při spalovacím procesu. Zde je odloučeno přibližně 80 – 90 % jemných pevných částic. Palivo vstřikované pod vysokým tlakem je jemně rozprášeno a následně spalováno při vyšších teplotách. Zvýšení účinnosti motoru znamená méně nespáleného paliva, méně PT, CO, HC a jeho optimální spotřebu. Již dnes produkují vozidla s BlueTec 5 pouze 2 % NOX z maximálního přípustného limitu NOx Euro 4. V celkovém úhrnu dosahují v emisích PT hodnot o 35 % nižších než přikazuje předpis Euro 5.

36

Studijní opora


Kontrolní otázky kapitoly 10: 1. 2. 3. 4. 5.

Vysvětlete činnost katalyzátoru SCR. Jaký je rozdíl mezi Denoxtronic 1 a Denotronic 2? Jaká je činnost OBD NOx-Control? Co je to AdBlue? Jak pracuje Departronic?

37

Studijní opora


11 Produkt firmy FFI (Forever Freedom International) MPG-CAPS Úkolem je poznat nejnovější tabletový katalyzátor MPG-CAPS. Jedná se o USA technologii, kterou USA uvolnila pro komerční svět. Seznámíme se s možnostmi dávkování tablet. Klíčová slova kapitoly 11:MPG-CAPS, MPG-MEGA-CAPS, spalovací katalyzátor, dávkování Jedná se o celosvětově patentovanou technologii, která byla uvolněna z americké armády do komerčního světa před pěti lety. Tato technologie obsahuje spalovací katalyzátor, vyvinutý původně v letectví. Katalyzátor, který obsahuje MPG-technologii, je vyroben ve formě tablet nebo granulí. Tablety se jednoduše přidají do paliva vždy před tankováním. Ve spalovacím prostoru to způsobí rychlejší promíchání paliva se vzduchem, což způsobí výrazné zvýšení rychlosti spalování. To zamezí spalování ve výfukovém kanálu. Výsledkem je, že z motoru odchází méně tepla, zvyšuje se účinnost motoru a dochází tak k dokonalejšímu spalování. Tím dochází k 15-20% úspoře paliva a asi o 75% snížení emisí. [11] MPG-CAPS je revoluční prostředek k ošetření spalovací komory, který zvýší ekonomičnost procesu spalování paliva a sníží vylučování škodlivých výfukových emisí. MPG-CAPS se skládají ze 100% aktivních ingrediencí, bez obsahu ředidel. Tyto tablety v pevném skupenství se jednoduše vhodí do palivové nádrže před tankováním. Emisní testy s použitím MPG-CAPS ukázali viditelné snížení produkce emisí smogu jako je uhlovodík, oxid uhličitý a oxid dusíku. Tyto emise poškozují atmosféru Země a přispívají ke globálnímu oteplování. [13] MPG-CAPS dekarbonizuje spalovací prostory a udržuje čistotu palivových systémů. Rozpouští postupně kalové úsady v palivových nádržích. Dekarbonizuje výrazně oblast prvního pístního kroužku, výstupy trysek a zážehových svíček. Tyto funkce jsou zajištěny při poměrovém mísení. Poměrové mísení je uvedeno u všech forem tablet a granulí. Výrobce nedoporučuje zvyšovat koncentraci poměrového mísení. Maximální účinnost je zaručena jen při dodržení doporučeného mísení. Zvýšením dávek není možno dosáhnout vyšší účinnosti. Přípravek MPG-CAPS nevytváří vlastní kalové nebo karbonizační úsady. [13] MPG-CAPS účinně snižuje spotřebu paliva a tímto dává předpoklad ekonomického provozu. Snižování spotřeby paliva a pokles emisí je výrazný u všech motorů jak přeplňovaných, tak atmosférických. Po dekarbonizaci spalovacích prostor se tyto pokryjí výrazně červenou mikroskopickou ochrannou vrstvou. Uvedený jev je patrný již po ujetí pěti set km. Při výměně zážehových svíček je patrná jejich čistota a přebarvení. [13] MPG –CAPS nevytváří žádné závadné sloučeniny. Tablety a granule je možno aplikovat do paliv u starších motorů s předpokladem čistoty palivových nádrží. Tablety jsou chemicky koncipovány pro všechny druhy motorů bez ohledu na používaný druh paliva. [13] 38

Studijní opora


Obrázek 24 – Tablety MPG-CAPS [12]

11.1 Výhody používání MPG-CAPS a MPG-MEGA-CAPS     

zlepší ekonomičnost využití paliva zvýší sílu motoru sníží klepání motoru ochrání ventily a redukuje uhlíkové usazeniny prodlouží životnost zapalovací a žhavící svíčky [12]

11.2 Dávkování Množství paliva 23 - 40 l 41 - 59 l 60 - 85 l 85 -108 l 109 -130 l 131 -159 l

→

1. Tankování → 1 tableta 1 ½ tablety 2 tablety 2 ½ tablety 3 tablety 3 ½ tablety

následné tankování ½ tablety 1 tableta 1 ½ tablety 2 tablety 2 ½ tablety 3 tablety [12]

♦ Promítnout videosnímek č. 2 [11] ♦ Promítnout videosnímek č. 3 [12]

Kontrolní otázky kapitoly 11: 1. Jakým způsobem MPG-CAPS ošetří spalovací prostor? 2. Jaké jsou výhody MPG-CAPS? 3. Pro jaké motory je MPG-CAPS určen?

39

Studijní opora


Seznam literatury 1. Znečištění ovzduší. Wikipedia.org. [Online] [Citace: 10. 12 2010.] http://cs.wikipedia.org/wiki/Zne%C4%8Di%C5%A1t%C4%9Bn%C3%AD_ovzdu%C 5%A1%C3%AD. 2. AUTO, ŠKODA. Dílenská učební pomůcka 43 – Emise ve výfukových plynech. Mladá Boleslav: ŠKODA AUTO a.s. 3. Rolf Gscheidle a kol. 2007. Příručka pro automechanika. 3. vydání. Praha: EuropaSobotáles cz., 2007. 978-80-96706-17-7 4. Rolf Gscheidle a kolektiv. 2002. Příručka pro automechanika. 2. vydání. Praha: Sobotáles, 2002. 80-85920-83-2. 5. EXTERNÍ SERVIS spol. s.r.o., Externí servis. www.externiservis.cz. [Online] [Citace: 25. 3 2011.] http://www.externiservis.cz/katalyzatory-nett/katalyzatory-provznetove-dieselove-motory.php. 6. AUTO, ŠKODA. Dílenská učební pomůcka 67 – Vznětový motor 2,0 l/125 kW TDIse systémem vstřikování common rail. Mladá Boleslav: ŠKODA AUTO a.s. 7. Bosch. Robert Bosch GmbH. [Online] [Citace: 12. 04. 2011.] http://rbkwin.bosch.com/cz/cs/powerconsumptionemissions/dieselsysteme/dieselsystem/comm ercialvehiclesystems/exhaust-gas_treatment/storagecatalyticconverter.html. 8. MM Průmyslové centrum, MM Průmyslové centrum. www.mmspektrum.com. [Online] [Citace: 05. 04 2011.] http://www.mmspektrum.com/clanek/snizovani-emisive-vyfukovych-plynech. 9. VLK, František, Automobilová technická příručka.1. vydání. Brno:2003. 80-2389681-4 10. INPRO a.s. INSTITUT, technické a ekonomické vzdělávání, poradenské a konferenční služby, Katalyzátor zplodin automobilu.1993. VHS 42 01005. 11. Forever Freedom International, Forever Freedom International SAVE FUEL 1520%. [Online] [Citace: 10. 12. 2011.] http://www.youtube.com/watch?v=6nRgWax7jJM 12. LANG, Jerry, Mpg-caps CZ verze - jak funguje celý proces úspory paliva [Online] [Citace: 15. 12. 2011.] http://tuningcenter.cz/269-mpg-caps.html. 13. Nezávisla tribotechnická laboratoř, Informace o výrobku MPG-CAPS přípravek pro aditivaci paliv. [Online] [Citace: 14. 1. 2012] http://fuelservice.sk/testy/technicky_list_mpg_caps.pdf

40

Studijní opora


Seznam obrázků Obrázek 1 - Složení výfukových plynů zážehových motorů [2] ................................................ 7 Obrázek 2 - Složení výfukových plynů vznětových motorů [2] ................................................ 8 Obrázek 3 - Vstupní a výstupní složky procesu spalování [2] ................................................... 8 Obrázek 4 – Kyslík [2] ............................................................................................................... 9 Obrázek 5 - Dusík [2] ................................................................................................................. 9 Obrázek 6 – Voda [2] ................................................................................................................. 9 Obrázek 7 - Oxid uhličitý [2] ................................................................................................... 10 Obrázek 8 - Oxidy dusíku [2] ................................................................................................... 10 Obrázek 9 - Oxid uhelnatý [2] .................................................................................................. 10 Obrázek 10 – Pevné částice [2] ................................................................................................ 11 Obrázek 11 - Oxid siřičitý [2] .................................................................................................. 11 Obrázek 12 – Uhlovodíky [2] ................................................................................................... 11 Obrázek 13 - Dokonalé spalování ............................................................................................ 14 Obrázek 14 - Částice sazí [3] ................................................................................................... 15 Obrázek 15 - Oxidační keramický katalyzátor [4] ................................................................... 21 Obrázek 16 – Účinnost kovového katalyzátoru v závislosti na teplotě (CO) [5] ..................... 22 Obrázek 17 – Účinnost kovového katalyzátoru v závislosti na teplotě (HC) [5] ..................... 23 Obrázek 18 – Zpětné vedení výfukových plynů s dodatečnou regulační klapkou [3] ............. 24 Obrázek 19 - Filtr pevných částic [3] ....................................................................................... 26 Obrázek 20 – Složení pevné částice [5] ................................................................................... 27 Obrázek 21 - Filtr pevných částic společně s oxidačním katalyzátorem [6] ............................ 28 Obrázek 22 – Ukládání a regenerace NOx v zásobníkovém katalyzátoru [3] .......................... 29 Obrázek 23 - Konstrukce zařízení SCR s dávkovacím zařízením na močovinu [3] ................ 33 Obrázek 24 – Tablety MPG-CAPS [12] .................................................................................. 39

41

Studijní opora


Seznam tabulek Tabulka 1 - Složení výfukových plynů ze zážehového a vznětového motoru [1] ................... 12 Tabulka 2 - Pracovní režimy spalovacích motorů [1] .............................................................. 12 Tabulka 3 – Mezní hodnoty emisí pro vznětové motory užitkových automobilů (m>3,5 t). Údaje jsou uváděny v g/km [3] ................................................................................................ 17 Tabulka 4 - Mezní hodnoty emisí škodlivin pro vznětové motory osobních automobilů. Údaje jsou uváděny v g/km [3] ................................................................................................ 18 Tabulka 5 - OBD NOx-Control – princip činnosti a signalizace systému [8] ........................ 34

42

Studijní opora


Posudek odborného garanta

43

Studijní opora


Projekt Moravskoslezského kraje TIME je zaměřen na podporu odborného vzdělávání a návrh podmínek a nástrojů k nastavení krajského systému specifického

odborně

a

profesně

orientovaného

dalšího

vzdělávání

pedagogických pracovníků (DVPP) v Moravskoslezském kraji pro potřeby vybraných kategorií pedagogických pracovníků středních odborných škol.

Vzdělávací programy byly vytvořeny školními týmy metodiků odborného vzdělávání z partnerských škol, které zapojily do realizačních týmů významné odborníky z praxe a zástupce zaměstnavatelů s cílem zajistit co nejtěsnější vazby na potřeby praxe i vývojových tendencí v příslušném oboru. Tyto týmy zajišťují celý proces přípravy i realizace vzdělávacích programů od tvorby, pilotního ověření, inovace na základě zpětné vazby a získaných poznatků, následnou realizaci v rámci vzdělávání pedagogů jiných škol i akreditaci těchto programů pro potřeby DVPP. Takto mohou být výstupy projektu dále šířeny prostřednictvím pilotních partnerských škol, které v roli regionálního oborového centra zajistí specifické DVPP pro potřeby učitelů odborných předmětů, učitelů odborného výcviku a praktického vyučování z vybraných oblastí i po ukončení tohoto krajského projektu.

44

SNIŽOVÁNÍ EMISÍ ŠKODLIVIN U VZNĚTOVÝCH MOTORŮ

Recommend Documents