Snižování emisí vznětových motorů

Transkript

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]
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]
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]
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]
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]
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
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]
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 vznětových motorů

Transkript

Podobné dokumenty

1 OPATŘENÍ SNIŽUJÍCÍ PODÍL ŠKODLIVIN