Πρόσθετα σε ντίζελ κινητήρες – Πόσα είδη υπάρχουν;

Οι κανονισμοί εκπομπών καυσαερίων γίνονται όλο και πιο αυστηροί. Στο παρακάτω διάγραμμα φαίνονται πως έχουν αλλάξει οι κανονισμοί μέχρι σήμερα.

Για τους κανονισμούς αυτούς, οι βασικές αλλαγές αφορούν στα μικροσωματίδια (PM) και στα οξείδια του αζώτου (ΝΟx). Σήμερα για τους κινητήρες πετρελαίου ισχύον οι κανονισμοί EURO 6 για την Ευρώπη.

Η μείωση των ρύπων αυτών, αποτελούν αντικρουόμενους στόχους σε σχέση με την θερμοκρασία. Συγκεκριμένα όσο αυξάνεται η θερμοκρασία καυσαερίων αυξάνονται τα NOx αλλά μειώνονται τα μικροσωματίδια που παράγονται.

Αντίθετα, σε χαμηλότερες θερμοκρασίες καυσαερίων μειώνονται τα NOx αλλά αυξάνεται η περιεκτικότητα των μικροσωματιδίων στα καυσαέρια, όπως φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα.

Στόχος των κατασκευαστών είναι να διατηρούν την θερμοκρασία των καυσαερίων σε κάποια όρια (πράσινο πλαίσιο στο σχήμα) προκειμένου να υπάρχει η βέλτιστη μείωση ρύπων, συνυπολογίζοντας και τις εκάστοτε συνθήκες οδήγησης.

Δυστυχώς, όμως, όσο και καλά να είναι σχεδιασμένος ένας κινητήρα πετρελαίου, δεν μπορεί να εναρμονιστεί με τους αυστηρούς περιορισμούς που θέτονται σήμερα.

Για το λόγο αυτόν οι κατασκευαστές αναγκάστηκαν να κατασκευάσουν και να ενσωματώσουν διατάξεις στα αυτοκίνητα οι οποίες θα επεξεργάζονται τα καυσαέρια (after treatment).

Με άλλα λόγια, οι ρύποι υπάρχουν στα καυσαέρια μετά την καύση και την παραγωγή έργου, αλλά δεν καταλήγουν στην ατμόσφαιρα, παρά μόνο μετά από επεξεργασία.

Μείωση μικροσωματιδίων (Diesel Particulate)

Με τον όρο «μικροσωματίδια» εννοούμε κατάλοιπα καύσης που παράγονται από τους κινητήρες πετρελαίου. Πρόκειται για σωματίδια που αποτελούνται κυρίως από στάχτη, κάπνα, μεταλλικά και θειούχα στοιχεία.

Έχουν μέγεθος κάτω από 10μm (εκατομμυριοστά του μέτρου) και το βασικό πρόβλημα είναι ότι αν εισπνευσθούν, συσσωρεύονται στους πνεύμονες, αφού είναι μικρότερα από τα φίλτρα που έχει ο ανθρώπινος οργανισμός. Για λόγους σύγκρισης αναφέρεται ότι η ανθρώπινη τρίχα έχει διάμετρο 50-70 μm.

Γίνεται κατανοητό λοιπόν ότι τα μικροσωματίδια αυτά δεν πρέπει να φτάνουν στον αέρα που αναπνέουμε.

Για τον λόγο αυτό οι κατασκευαστές έχουν τοποθετήσει στο σύστημα εξάτμισης ένα φίλτρο ώστε να κατακρατά τα στοιχεία αυτά, το φίλτρο μικροσωματιδίων ή όπως έχει επικρατήσει DPF (Diesel Particulate Filter). Το φίλτρο αυτό γεμίζει κατά την λειτουργία του κινητήρα και η μονάδα ελέγχου κινητήρα το καθαρίζει όταν χρειάζεται (αναγέννηση).

Η ανάγκη για καθαρισμό γίνεται υπολογίζοντας διάφορες παραμέτρους (απόσταση και χρόνος λειτουργίας κινητήρα από την τελευταία αναγέννηση, θερμοκρασία καυσαερίων, τρόπος οδήγησης κλπ) αλλά και το σήμα του αισθητήρα διαφορικής πίεσης, μέσω του οποίου υπολογίζεται πόσο γεμάτο είναι το φίλτρο.

Για τον καθαρισμό του DPF έχουν επικρατήσει 2 μέθοδοι

Καθαρισμός χωρίς πρόσθετο: Κατά τη διαδικασία αυτή όταν πρέπει να γίνει αναγέννηση του DPF γίνεται μεταψεκασμός καυσίμου κατά τη φάση της εξαγωγής, προκειμένου να υπάρχει άκαυτο πετρέλαιο στα καυσαέρια. Το πετρέλαιο αυτό καταλήγει στο DPF και καίγεται εκεί. Με την καύση αυτή η θερμοκρασία ανεβαίνει στους 700 βαθμούς Κελσίου περίπου, τα αποθηκευμένα μικροσωματίδια καίγονται και το φίλτρο καθαρίζει.

Το βασικό μειονέκτημα της μεθόδου αυτής είναι ότι λόγω της ποσότητας του πετρελαίου που ψεκάζεται κατά τη φάση εξαγωγής, κάποιο από το καύσιμο περνάει από τα ελατήρια του εμβόλου και καταλήγει στον στροφαλοθάλαμο, με αποτέλεσμα το λάδι να ρυπαίνεται με πετρέλαιο.

Το φαινόμενο αυτό εμφανίζεται εντονότερα αν η μονάδα ελέγχου κάνει συνεχείς προσπάθειες καθαρισμού χωρίς επιτυχία (πχ αυτοκίνητο που οδηγείται κυρίως σε μικρές αποστάσεις μέσα στην πόλη)

Καθαρισμός με πρόσθετο (CeO2-διοξείδιο του δημητρίου): Στα συστήματα αυτά υπάρχει ένα δοχείο στο οποίο τοποθετείται υγρό (πρόσθετο). Η εμπορική ονομασία που έχει επικρατήσει για το υγρό είναι EOLYS. Το σύστημα αυτό έχει υιοθετηθεί κυρίως σε αυτοκίνητα του ομίλου PSA, αλλά πλέον και Ford, Volvo. Η πλήρωση του δοχείου του πρόσθετου αυτού, γίνεται σε συνεργείο.

Σκοπός του πρόσθετου αυτού είναι να μειώσει τη θερμοκρασία καύσης των μικροσωματιδίων στους 400-500 βαθμούς Κελσίου (από 700 που είναι κανονικά), έτσι ώστε να μη χρειάζονται μεταψεκασμοί για να καούν αλλά να καίγονται σε θερμοκρασίες που ούτως ή άλλως μπορεί να φτάσουν τα καυσαέρια κατά την λειτουργία του κινητήρα.

Ακόμα και σε κάποιες ειδικές περιπτώσεις που θα χρειαστούν μεταψεκασμοί στην φάση εξαγωγής για να ανέβει ευκολότερα η θερμοκρασία, η ποσότητα θα είναι κατά πολύ μικρότερη από αυτή που θα ήταν αν δεν υπήρχε πρόσθετο.

Το πρόσθετο αυτό ψεκάζεται στο ρεζερβουάρ καυσίμου κάθε φορά που γίνεται ανεφοδιασμός. Η μονάδα ελέγχου κινητήρα υπολογίζει την ποσότητα πετρελαίου μετά τον ανεφοδιασμό και ψεκάζει με ειδικό μπεκ την κατάλληλη ποσότητα πρόσθετου στο ρεζεβουάρ έτσι ώστε το καύσιμο να έχει την σωστή συγκέντρωση με πρόσθετο στο πετρέλαιο.

Βασικό μειονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι ότι κατάλοιπα του προσθέτου παραμένουν στο DPF με αποτέλεσμα να χρειάζεται αλλαγή γρηγορότερα σε σχέση με το αντίστοιχο φίλτρο σε συστήματα χωρίς πρόσθετο. Προσοχή το πρόσθετο αυτό δεν πρέπει να συγχέεται με το Ad-Blue που θα δούμε στη συνέχεια.

Μείωση οξειδίων του αζώτου (NOx)

Λόγο του ότι οι κινητήρες πετρελαίου είναι φτωχού μίγματος, ευνοείται η παραγωγή οξειδίων του αζώτου. Η μέθοδος που έχει επικρατήσει για τη μείωση των οξειδίων του αζώτου στα καυσαέρια έτσι ώστε να τηρούν τις προδιαγραφές, είναι με σύστημα αναγωγικού καταλύτη και προσθέτου.

Το πρόσθετο αυτό έχει επικρατήσει με την εμπορική ονομασία Ad-Blue και είναι αμμωνιούχο διάλυμα σε υγρή μορφή, το οποίο αποθηκεύεται σε ειδικό δοχείο. Η πλήρωση του δοχείου μπορεί να γίνει και από τον οδηγό σε πρατήριο καυσίμων.

Στο σύστημα εξάτμισης υπάρχει και ένα επιπλέον εξάρτημα ο αναγωγικός καταλύτης (SCR). Ο καταλύτης αυτό μπορεί να μην είναι ξεχωριστός αλλά να ενσωματώνεται μαζί με το οξειδωτικό καταλύτη και το DPF σε ένα καζανάκι.

Η διαδρομή που θα ακολουθήσουν τα καυσαέρια θα είναι η εξής :

• Οξειδωτικός καταλύτης (Οξειδώσεις, δηλαδή μετατροπή CO σε CO₂ και HC σε H₂O & CO₂)
• Χώρος ανάμιξης με Ad-Blue
• Φίλτρο μικροσωματιδίων (DPF) (κατακράτηση μικροσωματιδίων)
• Αναγωγικός καταλύτης (SCR) (Αναγωγή των NOx σε N₂)

Στο χώρο ανάμιξης υπάρχει ένα μπεκ το οποίο ελέγχεται από μονάδα ελέγχου και αν χρειάζεται να μειωθούν τα οξείδια του αζώτου, θα γίνει ψεκασμός προσθέτου Ad-Blue και ανάμιξή του με τα καυσαέρια ώστε να γίνει η εξουδετέρωσή τους (αναγωγή) στον SCR.

Η ποσότητα που θα πρέπει να ψεκαστεί υπολογίζεται από την μονάδα ελέγχου. λαμβάνοντας υπ’όψιν τις συνθήκες λειτουργίας του κινητήρα ή σε μερικά συστήματα από αισθητήρα NOx (ανάλογα με τον κατασκευαστή).

Συνοψίζοντας υπάρχουν 2 είδη προσθετικών στα σημερινά αυτοκίνητα:

– Το EOLYS που σχετίζεται με την καύση των μικροσωματιδίων στο DPF
– Το Ad-Blue που σχετίζεται με την μείωση των οξειδίων του αζώτου

Ανάλογα με τον κατασκευαστή μπορεί να έχουμε οποιονδήποτε συνδυασμό από τα πρόσθετα αυτά στο αυτοκίνητο (κανένα, μόνο EOLYS, μόνο Ad-Blue ή και τα δύο).

Πηγή: ΙΑΠΩΝΙΚΗ Α.Ε. – Νίκος Ουλκέρογλου (Τεχνικό Τμήμα – Τεχνική εκπαίδευση)