Környezetvédelem a busziparban I. - A dízelmotorok fejlődése, emissziós normák

2010. március 24. - _zahnrad

A buszokat általában úgynevezett nehézüzemű dízelmotorok hajtják meg. Csak kevés buszgyártó rendelkezik saját motorgyártással, ezek a jellemzően nagy, tőkeerős gyárak. A kisebb gyárak vagy járóképes alvázzal együtt, vagy ha önhordó a busz, akkor egy nagy motorgyártótól vásárolják meg a motorokat és építik a saját karosszériájukba.

A dízelmotorok gázolajat égetnek el, kipufogógázaikban számos az ember egészségére veszélyes gáz található. Ilyenek a tökéletlen égésből származó szén-monoxid(CO), szén-hidrogének(HC), a magas hőmérsékletű égés következtében megjelenő nitrogén-oxidok(NOx), a dízelmotorokra jellemző szilárd részecskék(korom, PM) és az ammónia(NH3). A törvényhozók világszerte felismerték ezeknek a gázoknak a káros hatásait és egyre szigorúbb előírásokat hoznak, hogy mennyi károsanyagot tartalmazhat a dízelmotorok kipufogógáza.

Ezek az előírások országonként és járműkategóriánként eltérőek. Európában az EURO, amerikában az EPA előírások érvényesek. A fejlődő és harmadik világbéli országokban az előírások csak késve lépnek életbe, ezért ott még a mai viszonyok közt korszerű karosszériákban igen elavult motorokkal is találkozhatunk. A fokozatosan szigorodó emissziós normáknak egy ideig a motorok tökéletesítésével meg tudtak felelni a gyártók. Azaz a motorok nyers kibocsájtását tudták csökkenteni. 

Az Európában nehéz teherautókra és buszokra érvényes emissziós előírások:

Norma
Hatályba lépés
CO
g/kWh
HC
g/kWh
NOx
g/kWh
PM
g/kWh
NH3
ppm
Füst
m-1
R49.00
1982
14
3,5
18
-
-
-
EURO 0
1990
11,2
2,4
14,4
-
-
-
EURO I
1993.10.
4,5
1,1
8
0,36
-
-
EURO II
1996.10.
4
1,1
7
0,15
-
-
EURO III
2001.10.
2,1
0,66
5
0,1
-
0,8
EURO IV
2006.10.
1,5
0,46
3,5
0,02
-
0,5
EURO V
2009.10.
1,5
0,46
2
0,02
-
0,5
EEV
nem kötelező
1,5
0,25
2
0,02
-
0,15
EURO VI
2014.01.
1,5
0,13
0,4
0,01
10
-

Az első nehézséget az Euro III bevezetése jelentette, ekkor a gyártók többsége rákényszerült az elektronikusan szabályozott nagynyomású befecskendezők használatára. Az Euro IV előírás szigorú értékei nehéz helyzetbe hozták a motortervezőket. A motoron belüli intézkedésekkel már nem lehetett csökkenteni a károsanyagok kibocsájtását, mert a nitrogén-oxidok és a szilárd részecskék(korom) koncentációja csak ellentétes üzemállapotokban csökkenthető és mindkét szennyezőanyagot csökkenteni kellett. Vagy a részecskék képződését lehet mérsékelni, de ekkor a kipufogógáz utókezelésével kell a nitrogénoxidokat csökkenteni. Vagy a nitrogénoxidok képződését lehet mérsékelni, de ekkor a kipufogógáz utókezelésével kell a részecskéket eltávolítani

SCR

Forrás:www.molling.hu

Az első megoldásban a motorban magas égési hőmérséklet uralkodik, így kevés részecske keletkezik. A nitrogénoxidok csökkentését adalékanyagot igénylő katalizátorral végzik. Ez a szelektív katalizátoros redukció, angol rövidítése SCR, ami az AdBlue nevű folyadék használatán alapul. Az AdBlue a karbamid vizes oldata, teljesen környezetbarát. A kipufogócsőbe a katalizátor elé befecskendezett AdBlue folyadékból ammónia (NH3) szabadul fel, amely a NOx-katalizátorban a következő egyszerősített egyenlet szerint:

NO + NO2 + 2NH3 -> 2N2 + 3H2O,

a kipufogógáz nitrogénoxid tartalmából nitrogén és vízgőz keletkezik. Az AdBlue adagolását pneumatikus, vagy mechanikus adagoló szerkezet végzi, a motorvezérlő elektronika parancsai alapján. A katalizátornak részecskeszűrő tulajdonsága is van. Az AdBlue fogyasztás általában a gázolajfogyasztás 4-8%-ának megfelelő mértékű. A megoldás előnye, hogy relatíve csökken a fogyasztás, a motor ideális körülmények között üzemel. Hátránya az AdBlue folyadék fagyásveszélye, az AdBlue tartály helyigénye, egyes ellenzői szerint a városi buszokban a katalizátor el se éri az ideális üzemi hőmérsékletet. Az ellenző tábor az AdBlue tartály elhelyezését is támadja, ugyanis sok esetben a gázolajtartály betöltőnyílásától messze, esetleg a jármű másik oldalán kap helyet a betöltőnyílása. Ez főleg kis karosszálók esetén igaz, a nagyobbak nem követnek el ilyen bakit.

EGR

Forrás:http://www.rktrucks.com/

Ez a második variáció, a kipufogógáz visszavezetés. Az égéstérben ebben az esetben alacsonyabb hőmérséklet uralkodik, így kevesebb nitrogénoxid keletkezik. A megnövekvő számú részecskéket részecskeszűrűvel vagy speciális katalizátorral távolítják el. Erre a folyamatra egy példa reakcióegyenlet:

C+2NO2->CO2+2NO

A visszavezetett kipufogógázt hűteni kell, hogy biztosítani lehessen a nitrogénoxidok kis mennyiségét. Nincs szükség egyéb adalékra, csak gázolajat igényel a jármű. Hátrány a nagy helyigény, a realtíve magas fogyasztás, a lerakódások és a részecskeszűrő eldugulásának veszélye. További hátrány, hogy kamionokba szerelt nagy teljesítményű motorokhoz már nem alkalmazható.

Európában a motorgyártók többsége az új adalékanyag ellenére az SCR rendszert választotta (Mercedes, Volvo, Iveco, DAF, Cummins, stb.), az EGR melett csak két gyártó, az MAN és a Scania döntött. Az Euro V előírásnak az SCR rendszer könnyedén meg tudott felelni, csak az adalék fogyasztása növekedett. Az EGR rendszer Euro V képessége sokáig kérdéses volt, azonban ma már a szigorúbb EEV előírásoknak is megfelelnek az ilyen motorok. A nehezebb út kétségkívűl az EGR volt, azonban az emelett döntő gyártók befektetése hosszú távon megtérülhet.

Az Euro 6 előírás igen szigorú, egyelőre úgy tűnik, hogy csak az SCR és az EGR rendszerek kombinálásával tudják teljesíteni a motorgyártók. Tovább nehezíti a dolgukat, hogy az előírásnak való megfelelőséget vizsgáló tesztciklus is változott, szigorúbb lett. Eddig csak hideg állapotban vizsgálták a motorokat, most hideg és meleg állapotban egyaránt fogják. Az eddig megszokott káros anyagokon túl egy újabbra, az ammóniára is határértéket jelöl meg. A folyamatos szigorítás így olyan fázisba lépett, amikor már csak nagy költség és növekvő üres tömeg árán tudják a gyártók teljesíteni az új előírást. A szigorítások üteme, a tesztciklusok átalakítása, az új normáknak megfelelő dízelmotorok növekvő költségei és tömegük az alternatív és hibrid megoldások terjedésének kedvez, amelyeket a cikksorozatunk következő részeiben mutatunk be.

A bejegyzés trackback címe:

https://omnibusz.blog.hu/api/trackback/id/tr621864477

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

Comandante en Jefe · http://local.blog.hu/ 2010.03.24. 11:44:36

Lehet, hogy hülye vagyok, de nem értem: az SCR ábrában a kipufogógázt utókezelik, miután kijön az égéstermék a motorból - mi köze ennek ahhoz, hogy a motor ideális körülmények között üzemel-e, vagy sem?

_zahnrad 2010.03.24. 11:53:44

@Comandante en Jefe: a motor magas égéstéri hőmérsékleten tud üzemelni, mivel a kipufogógázokat utánkezelő rendszer a nitrogén-oxidokat szűri ki. Tehát az utánkezelő rendszer milyensége visszahat a motor üzemállapotára. Ha részecske szűrő lenne ott, akkor alacsonyabb hőmérsékleten üzemelne, ez az EGR-nél van.

Comandante en Jefe · http://local.blog.hu/ 2010.03.24. 14:07:05

akkor ha jól értem, itt nem közvetlen visszahatás van, hanem "ilyen tipusú/tipikus üzemi tartományban működő morhoz ezt a megoldást célszerű választani" jellegű?

_zahnrad 2010.03.24. 19:39:39

@Comandante en Jefe: igen. Közvetlen visszahatás is van benne, de ez az AdBlue pontos adagolásához szükséges.