Αμμωνία, ουρία & ντίζελ…

H πετρελαιοκίνηση μπορεί να είναι άγνωστη στους περισσοτέρους αλλά υπάρχουν διάφορες τεχνολογίες τις οποίες αξίζει κανείς να αναλύσει. Όπως είναι για παράδειγμα τα συστήματα SCR…

Για να πετύχουν τις αυστηρότερες προδιαγραφές εκπομπών ρύπων τα πετρελαιοκίνητα όφειλαν να περιορίσουν -μεταξύ άλλων- και την εκπομπή NOx. Πέρα από την καταλυτική “αζωτοπαγίδα” δείτε έναν ευφάνταστο τρόπο που χρησιμοποιείται εδώ και αρκετά χρόνια στα σύγχρονα φορτηγά και τα λεωφορεία (Mercedes, MAN, Volvo, Scania κ.α.). Αξίζει να σημειωθεί πως η χρήση αμμωνιούχων διαλυμμάτων για την καταστολή οξειδίων του αζώτου εφαρμόζεται στην βιομηχανία εδώ και πολλές δεκαετίες ενώ πατενταρίστηκε το 1957 από αμερικανική εταιρία…

Ντίζελ, σε κατάσταση limit up!
Πετρελαιοκίνηση, η επόμενη μέρα…

AdBlue

Πριν αναφερθούμε ως χαρακτηριστικό παράδειγμα στο σύστημα της Mazda ας μιλήσουμε λιγάκι για το υγρό AdBlue που μπορεί να προμηθευτεί κανείς ακόμη και από ένα μεγάλο πρατήριο βενζίνης. Το AdBlue είναι το βασικό συστατικό της τεχνολογίας που “καταστέλλει” τα ΝΟx (Nitrogen Oxides, Οξείδια του Αζώτου) και το χρησιμοποιούν διάφοροι κατασκευαστές (Mercedes-Benz BlueTEC, Mazda SCR κ.α.).

Πρόκειται για ένα πρόσθετο αμμωνιούχο διάλυμα που πληρώνεται και αποθηκεύεται σε υγρή μορφή σε μία μικρή δεξαμενή, στα επιβατικά συνήθως κάτω από πορτμπαγκάζ. Το AdBlue αποτελείται από 32,5% ουρία, μία αζωτούχα ένωση αραιωμένη σε απιονισμένο νερό, ειδικά εξελιγμένη ώστε να μειώνει τα επικίνδυνα αέρια της εξάτμισης καιψεκάζεται μέσα στο σωλήνα εξαγωγής των καυσαερίων (λίγο μετά το φίλτρο παρακράτησης των σωματιδίων και τον οξειδωτικό καταλύτη).

Στους 170 C η ουρία μετατρέπεται σε αμμωνία (NH3) η οποία συγκεντρώνεται στο καταλύτη και λειτουργεί καταλυτικά μειώνοντας δραματικά τα οξείδια του αζώτου (NOx). Η κεντρική μονάδα ελέγχου του κινητήρα ελέγχει τον ψεκασμό του AdBlue ώστε να υπάρχει πάντοτε ικανοποιητική ποσότητα αμμωνίας στον καταλύτη.

Το ΑdBlue δεν είναι τοξικό, είναι ελαφρώς αλκαλικό διάλυμα με ph 9, δεν είναι εύφλεκτο ή εκρηκτικό αλλά είναι οξειδωτικό. Εάν κάποια ποσότητα εκχυθεί έξω από το δοχείο δημιουργείται αρχικά ολισθηρότητα και κατόπιν κρυσταλλοποιήται. Ανάλογα με τον τύπο του οχήματος είναι και το ρεζερβουάρ του AdBlue. Ενδεικτικά αναφέρουμε πως το ρεζερβουάρ σε μία Mercedes-Benz R 320 BlueTEC γεμίζει με 28 λίτρα ενώ στην GL 320 BlueTEC με 32 λίτρα. Σύμφωνα με την Mercedes-Benz απαιτούνται 0,1 λίτρα ανά 100 χλμ ώστε η αναπλήρωση του AdBlue να συμπίπτει με τα προγραμματισμένα σέρβις του αυτοκινήτου. Από την άλλη, οι επαγγελματίες οδηγοί μπορούν να το προμηθευτούν ακόμη και από μεγάλα πρατήρια υγρών καυσίμων.

To SCR στο Mazda CX-7

Ένα από τα πιο χαρακτηριστικά παραδείγματα της τεχνολογίας που χρησιμοποιείται το AdBlue είναι σύστημα SCR (Selective Catalytic Reduction) της Mazda με πρώτο πεδίο εφαρμογής το ανανεωμένο CX-7. Αναλύουμε τον τρόπο και την αρχή λειτουργίας που αντιπροσωπεύει παρόμοια συστήματα περιορισμού NOx και άλλων κατασκευαστών…

Το σύστημα SCR είναι ένα σύστημα μετεπεξεργασίας καυσαερίων για τη μείωση των εκπομπών NOxέως και 40% με τη βοήθεια ενός καταλύτη χρησιμοποιώντας αμμωνία ως παράγοντα μείωσης και που δημιουργείται από ουρία που προστίθεται στα καυσαέρια. Οι ανεπεξέργαστες εκπομπές από την ανάφλεξη του καυσίμου ντίζελ είναι κυρίως μονοξείδιο του άνθρακα (CO), άκαυστοι υδρογονάνθρακες (HC), σωματιδιακές ύλες (PM) και οξείδια του αζώτου (NOx). Ενώ το μονοξείδιο του άνθρακα (CO) και οι άκαυστοι υδρογονάνθρακες (HC) μετατρέπονται από τον καταλύτη οξείδωσης και οι σωματιδιακές ύλες (PM) αφαιρούνται από το σύστημα φίλτρων σωματιδίων ντίζελ, το NOx δεν μπορεί να μετατραπεί σε κάποιο από αυτά τα συστήματα επεξεργασίας καυσαερίων.

Τα ΝΟx είναι επιβλαβή και παράγονται ειδικά σε υψηλές θερμοκρασίες ανάφλεξης. Επειδή οι μοντέρνοι και υψηλής απόδοσης κινητήρες εσωτερικής καύσης, ειδικά οι πετρελαιοκινητήρες με υπερτροφοδότηση και άμεσο ψεκασμό, έχουν υψηλές θερμοκρασίες ανάφλεξης, αυτό επιφέρει διένεξη μεταξύ των εκπομπών NOx και της μείωσης κατανάλωσης καυσίμων. Διάφορες αναβαθμίσεις στον κινητήρα σε συνδυασμό με επανακυκλοφορία καυσαερίων εξασφαλίζουν τις προδιαγραφόμενες εκπομπές NOx και άλλων ρύπων.

Λειτουργία συστήματος SCR

• Το σύστημα ξεκινά να λειτουργεί αφού ο μετατροπέας SCR έχει φτάσει στην θερμοκρασία λειτουργίας. Αυτό υπολογίζεται από την τιμή του αισθητήρα θερμοκρασίας καυσαερίων. Αφού επιτευχθεί η θερμοκρασία λειτουργίας η αντλία ουρίας ενεργοποιείται και εφαρμόζει πίεση στο μπεκ ψεκασμού ουρίας.

• Η μονάδα ελέγχου SCR υπολογίζει την ποσότητα AdBlue που χρειάζεται για τον καθαρισμό των ρύπων καυσαερίων, σύμφωνα με το εκπεμπόμενο ΝΟx. Η εκπεμπόμενη ποσότητα NOx υπολογίζεται από τη μονάδα ελέγχου του συστήματος ισχύος σύμφωνα με τις συνθήκες λειτουργίας του κινητήρα.

• Όταν επιτευχθούν οι κατάλληλες συνθήκες το μπεκ ψεκασμού ουρίας εισάγει το AdBlue μέσα στην καυτή ροή καυσαερίων όπου αρχίζει να εξατμίζεται. Με θερμόλυση (μια χημική αντίδραση κατά την οποία μια χημική ουσία διασπάται τουλάχιστον σε δύο χημικές ουσίες όταν θερμαίνεται) και υδρόλυση (μια χημική αντίδραση κατά την οποία ένα ή περισσότερα μόρια νερού διαχωρίζονται σε ιόντα υδρογόνου και υδροξειδίου) το AdBlue ((NH2)2CO + H2O) αποσυντίθεται σε αμμωνία (NH3) και σε διοξείδιο του άνθρακα (CO2).

• Ένας αναμίκτης μπροστά από τον μετατροπέα SCR ενισχύει τη χημική αντίδραση και παρέχει μια πιο ίση διανομή αμμωνίας (NH3) στον μετατροπέα SCR και αυξάνει την αποτελεσματικότητά του. Μετά την πλήρη αποσύνθεση του AdBlue η αμμωνία (NH3) συσσωρεύεται στις διόδους του καταλύτη τύπου ζεόλιθου ενώ το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) απλά ρέει. Εάν το NOx περάσει διαμέσου των διόδων, αντιδρά χημικά με την αμμωνία (NH3) και μειώνεται σε ακίνδυνο άζωτο (N2) (περίπου 78% του βασικού τμήματος του αέρα που αναπνέουμε) και νερό (H2O).

• Ανάλογα με τις συνθήκες λειτουργίας υπάρχει μια μετατόπιση αμμωνίας (NH3) που δεν αποθηκεύεται στον καταλύτη τύπου ζεόλιθου. Για την αποφυγή εκπομπής αμμωνίας, έχει τοποθετηθεί ένας καταλύτης ολίσθησης στο περίβλημα του μετατροπέα SCR με κίνηση προς τα κάτω από τον καταλύτη τύπου ζεόλιθου. Αυτός ο καταλύτης ολίσθησης προκαλεί οξείδωση στην αμμωνία (NH3) και την μετατρέπει σε ακίνδυνο άζωτο (N2) και νερό (H2O).

 Πληροφορίες για τον οδηγό σε σχέση με το σύστημα SCR (σε Mazda CX-7)

• Εκτός της ένδειξης στάθμης του AdBlue®, υπάρχει και μια προειδοποιητική λυχνία του SCR και ένας βομβητής προειδοποίησης του SCR ενσωματωμένα στο συγκρότημα των οργάνων. Επίσης εμφανίζονται ορισμένες ειδοποιήσεις / προειδοποιήσεις στο MID.
• Η στάθμη του AdBlue στο δοχείο εμφανίζεται από τον αριθμό τελειών στην ένδειξη στάθμης, ενώ κάθε τελεία αναπαριστά ένα τέταρτο της χωρητικότητας του δοχείου.
• Σε φυσιολογικές συνθήκες οδήγησης η ποσότητα του AdBlue που είναι αποθηκευμένη στο δοχείο ουρίας αρκεί για μια απόσταση περίπου 20000 χλμ., έτσι ώστε να γίνεται κανονικά μια αναπλήρωση στα προγραμματισμένα διαστήματα σέρβις.
• Ωστόσο εάν το AdBlue τελειώσει πριν την επίσκεψη στον αντιπρόσωπο για το τακτικό σέρβις, ο οδηγός ενημερώνεται με ειδοποιήσεις / προειδοποιήσεις ώστε να μην επιτρέψει να τελειώσει το AdBlue® εντελώς από το σύστημα SCR.
• Όταν μειώνεται το AdBlue η ένδειξη αλλάζει εμφανίζοντας το χιλιομετρικό υπόλοιπο
• Η προειδοποιητική λυχνία αρχίζει να πληροφορεί τον οδηγό όταν η ποσότητα του ®-level είναι λιγότερη από  2,400 km
• Μεταξύ της εναπομείνασας απόστασης των 830 χλμ και των 0 χλμ η μέγιστη ταχύτητα μειώνεται σταδιακά στα 50 χλμ /ώρα
• Εάν εξαντληθεί το AdBlue, ο κινητήρας θα συνεχίσει να λειτουργεί, αλλά δεν είναι δυνατή η επανεκκίνηση εάν σταματήσει ο κινητήρας
• Η διαμόρφωση κάτω από το πλαίσιο έχει αλλάξει για να δεχτεί το νέο σύστημα εξαγωγής καυσαερίων
• Το δοχείο για το AdBlue (ουρία) διαθέτει ειδική μόνωση και σύστημα θέρμανσης για αποφυγή παγοποίησης σε χαμηλές θερμοκρασίες.

Ευχαριστούμε την Mazda ELMA για τις περαιτέρω πληροφορίες