Recyklace výfukových plynů: Princip a snižování emisí

Katalyzátory motorových vozidel jsou zařízení na snižování obsahu emisí ve výfukových plynech. Snižování obsahu emisí ve výfukových plynech vznětových motorů nesilničních vozidel. Další možností snižování obsahu škodlivin mimo již zmíněné recirkulace spalin je především dodatečné vhánění vzduchu elektricky poháněným ventilátorem.

Vstřikování benzinu

Místo karburátorů se používají vstřikovací systémy. Palivo je vstřikováno v přesně odměřeném množství, které je ve správném poměru s množstvím (hmotností) nasávaného vzduchu. Množství vstřikovaného paliva je potom závislé pouze na celkové době otevření vstřikovacího ventilu.

Druhy vstřikování

• Nepřímé vstřikování jednobodové - SPI
• Nepřímé vícebodové vstřikování - MPI

U sekvenčního vstřikování vstřikovací ventily vstřikují jednotlivě po sobě v pořadí zapalování, bezprostředně před začátkem sání, celou dávku paliva najednou, nebo u modernějších systémů rozdělenou až na 3 dávky. Zlepšuje se tím rovnoměrná příprava zápalné směsi, která je pro všechny válce stejná, a také se zlepšuje vnitřní chlazení motoru. Sekvenční vstřikování je ze všech tří uvedených způsobů technicky nejsložitější, ale z hlediska rovnoměrnosti chodu motoru, výkonu, spotřeby a emisí nejdokonalejší. Vyrábí se i v současnosti.

Systémy řízení vstřikování

Motronic je sdružený (tj. integrovaný) systém elektronického řízení vstřikování benzinu a zapalování. Oba systémy tj. vstřikování paliva a zapalování jsou řízeny jednou společnou elektronickou řídicí jednotkou (ECU). To umožňuje využití signálů dodávaných snímači pro oba systémy, což vede k celkovému zjednodušení a zvýšení spolehlivosti. Pro určení okamžiku zážehu jsou nejdůležitější údaje o počtu otáček a zatížení. Pro tato systémová propojení již nemůže být škrticí klapka přímo mechanicky ovládaná. Spojení je pouze elektrickými vodiči (Drive by wire.)

Podstatné systémové chyby se ukládají do chybové paměti elektronické řídicí jednotky (ECU). Mohou být přečteny pomocí servisních diagnostických přístrojů - testerů. Chyby podstatné pro zvýšení emisí, jsou průběžně stále kontrolovány prostřednictvím palubní diagnostiky OBD.

Čtěte také: Suzuki Ignis: Průvodce emisními problémy

Katalyzátory

Katalyzátory motorových vozidel jsou zařízení na snižování obsahu emisí ve výfukových plynech. Katalyzátory snižují hmotnostní množství produkovaných výfukových plynů o 94 až 98 %. Keramické nosiče (monolity) jsou keramická tělesa, která jsou protažena tisíci drobnými kanály. Těmi proudí výfukové plyny. Keramika je složena ze silikátu magnézia a aluminia (hořčíku a hliníku), který je velmi odolný proti vysokým teplotám. Použití katalyzátorů vyžaduje použití bezolovnatého benzinu, protože olovo ničí katalytický účinek ušlechtilých kovů.

Účinek katalyzátoru se vysvětluje tím, že se na povrchu katalyticky aktivních kovů hromadí reagující látky, umožní se tak jejich vzájemný styk a následné chemické reakce. Malé množství katalyzátoru může způsobovat reakci velkého počtu molekul. Některé katalyzátory chemické reakce urychlují. Platina urychluje oxidaci uhlovodíků a oxidu uhelnatého, rhodium redukci oxidů dusíku. Obsah ušlechtilých kovů obsažený v jednom katalyzátoru činí cca 2 až 3 g.

Lambda sonda

Optimální, tedy stechiometrické složení směsi (14,8 kg vzduchu na 1 kg benzinu) je charakterizováno koeficientem λ = 1,0. Pouze při tomto koeficientu pracuje katalyzátor s vysokým stupněm účinnosti. Sonda λ je jako měřící čidlo umístěna ve výfuku před katalyzátorem. Podle obsahu zbytkového kyslíku ve výfukových plynech předává sonda odpovídající napěťový signál regulačnímu členu v řídící jednotce. Při běžném provozu se předpokládá životnost katalyzátoru včetně lambda sondy min. 150 000 km.

Recirkulace výfukových plynů (EGR)

Pro snížení tvorby oxidů dusíku při spalování vrstvené chudé směsi se používá především recirkulace až 40 % výfukových plynů. Recirkulací se snižuje obsah volného kyslíku ve válci a ochlazené výfukové plyny ještě více sníží maximální teplotu spalování.

Termín „EGR ventil“ už asi slyšel každý, komu přestal ojetý diesel táhnout či mu nešel nastartovat. Ventily EGR se začaly rozšiřovat už v 70. letech minulého století s prvními emisními regulacemi, protože tehdy se ještě neřešil oxid uhličitý.Princip funkce okruhu EGR je poměrně prostý. Má snížit teplotu hoření a zároveň snížit přebytek kyslíku, čímž se sníží podmínky vhodné pro tvorbu oxidů dusíku. Dosáhnout toho lze tak, že se z výfuku sebere potřebné množství výfukových plynů a pošlou se zpátky do sání a do spalovacího prostoru. A právě k tomu má sloužit EGR ventil.

Čtěte také: Alfa Romeo: Chyby a řešení

Vnitřní vs. vnější EGR

Díky systémům proměnného časování ventilů a vhodným časováním rozvodu lze prodloužit otevření výfukového ventilu (či častěji urychlit otevření toho sacího) a tímto překrytím nasát část spalin do válce, aniž by bylo nutné je vést oklikou do sání. To ale funguje jen do určité míry a pouze u motorů, které neprodukují nadměrné množství NOx, tedy principiálně u zážehových a bez přímého vstřikování. Většina moderních benzinových motorů s přímým vstřikováním už ale EGR ventil stejně mít musí, protože toto řešení s tzv. „vnitřním“ EGR není dostatečné. A proto se používá cesta oklikou, tedy přes zmíněný ventil. A tomu už se říká „vnější EGR“.

Jak EGR ventil funguje

V případě vnějšího EGR jde o zařízení ve formě ventilu nebo šoupátka pro regulaci průchodu spalin zpět do sání v libovolně nastaveném poměru (od 0 teoreticky do 100 %). Nejprve se používal mechanicky ovládaný ventil řízený podtlakem, dnes se už častěji používá kombinace s elektronickým ovládáním, případně výhradně elektronické řízení. Je účinnější a přesnější. Požadavky na ještě přesnější či rychlejší funkci EGR pak donutily výrobce přistoupit k dalšímu doplňování funkcí, tedy především k aktivnímu chlazení spalin pomocí chladiče EGR. Ochlazením spalin lze totiž zvýšit jejich objem, podobně, jako lze zvýšit objem nasávaného vzduchu u turbomotorů pomocí mezichladiče stlačeného vzduchu. Chladič EGR je napojen přímo na chladicí okruh motoru.

Ještě se u přeplňovaných motorů rozlišuje okruh EGR podle toho, zda je vysokotlaký (spaliny se vracejí do sání ještě před turbodmychadlem) či nízkotlaký (spaliny se vracejí až za turbem a katalyzátorem s částicovým filtrem). Motor pak reguluje podle potřeby, který okruh bude využíván. Nejčastěji tak, že při nízkém zatížení jdou spaliny vysokotlakou cestou, při vyšším zatížení tou nízkotlakou.

Proč ventil EGR zlobí

Nejčastějším problémem je, že se ventil EGR prostě ucpe karbonem, který ochromí jeho chod. To ale není principiálně vina ventilu jako takového, ale procesů v motoru. Usazeniny pak omezují či zcela znemožní funkci ventilu, ale selhat samozřejmě může i jeho ovládání, ať už podtlakový ventil či elektronická regulace. Pokud se ventil zasekne v poloze „zavřeno“, klidně to na funkci auta vůbec nepoznáte. U těch novějších už svítí kontrolka, u starších aut se ale nemusí dít vůbec nic. Auto startuje, jede normálně… Jen má vyšší emise.

Častěji se ale stane, že ventil nejde plně zavřít a nefunguje jeho regulace. Otevřený ventil způsobuje obtížné startování, případně ho zcela znemožní. Když už auto nastartuje a udrží se motor v chodu, typickým projevem vadného či ucpaného EGR je ztráta výkonu při jízdě vyšší rychlostí v otáčkách. Moderní auta pak přecházejí do nouzového režimu s omezeným výkonem.

Čtěte také: Recenze Renault Mégane III

Jak to řešit?

Někdy lze ventil prostě vyčistit. S rozpouštěním usazenin pomáhají různé přípravky, ale někdy ani to nestačí a je potřeba přejít k odstranění nánosů mechanickou cestou. Prostě je potřeba to „uhlí“ oškrábat a pak teprve důkladně očistit chemicky. Jenže karbon se neusazuje jen na ventilu, ale v celém sacím potrubí, klidně i na sacích ventilech. To už je pak náročnější proces čištění, se kterým si doma poradí už jen velcí nadšenci a kutilové.

Pokud ovšem selže některý z mechanických či elektronických členů ovládání EGR ventilu, nezbyde než ventil vyměnit (pokud nelze opravit či vyměnit samostatný vadný díl). Praxe je ale taková, že se ventil mění prostě celý. Přesnou příčinu závady by ale měla odhalit důkladná diagnostika, protože závada klidně může být na některém z čidel. A pokud motor funguje špatně, bere olej a špatně spaluje, budete EGR měnit brzdy znovu.

Na závěr připomeneme, že dnešním emisním normám už ani propracovaný okruh EGR nestačí, a proto musí diesely používat selektivní katalytickou redukci se vstřikováním technické močoviny, tedy AdBlue.

Emisní normy

Pro zajištění postupného omezování škodlivin jsou stanoveny emisní normy, které musí splňovat motory uváděné v období platnosti dané normy na trh. Emisní normy se liší podle oblasti platnosti (např. Evropa, USA). postupně se zpřísňujících verzích - od r. 1992 Euro I. Emisní normy pro nesilniční vozidla v Evropě se označují:Stage I; Stage II; Stage III; Stage IV.

Příklady nejčastěji používaných technických řešení snižování emisí u vznětových motorů nesilničních vozidel. Do úrovně Euro 3/III, Stage II bylo reálné splnit emisní normy pouze konstrukčními úpravami motoru.

Filtr pevných částic (DPF)

Vznětové motory produkují malé množství škodlivých emisí. Mezi nejškodlivější emisní částice vznětových motorů patří oxidy dusíku NOx a pevné částice označované jako PM. Filtr pevných částic (DPF) zachycuje saze a ostatní pevné částice. Při činnosti keramického SCR katalyzátoru je samočinně do výfukového potrubí před SCR katalyzátor vstřikována kapalina AdBlue. SCR neboli selektivní katalytická redukce snižuje obsah oxidů dusíku ve výfukových plynech.

AdBlue

Selective Catalytic Reduction). AdBlue je 32,5% roztok syntetické močoviny ve vodě. Při vysoké teplotě výfukových plynů vyprodukuje amoniak. Tankuje se z nádrže s modře označeným víčkem a hrdlem. Cena AdBlue je mnohem nižší než cena nafty.

Systémy snižování emisí

Kombinace systémů CEGR + DPF + SCR - fy Deutz. Výhodou systémů CEGR + DPF je menší prostorová náročnost ve srovnání se SCR. Nepotřebují také další provozní kapalinu (AdBlue). Mají ale vyšší nároky na výkonnost elektronické řídicí jednotky motoru (ECU). Nevýhodou je určité zvýšení spotřeby paliva.

Diagnostika systému EGR

Jestliže známe strukturu recirkulačního systému i principy jeho činnosti, můžeme se již zaměřit na analýzu jeho správné činnosti. K tomu potřebujeme diagnostický tester, který umí načíst množství naměřených skutečných hodnot parametrů v reálném čase (nejlépe všechny). Analýzu je možné provést za klidu, anebo během jízdy.

Chybové kódy DTC

• P0400 až P0402 vyjadřují nenormální průtok. Diagnostika těchto závad vychází převážně z údajů měřiče průtoku vzduchu.
• P0403 a P0404 souvisí s pohonnou mechanikou ventilu EGR.

Jestliže provedená diagnostika poukáže na takovou závadu v recirkulačním ventilu výfukových plynů, která si žádá jeho výměnu, je třeba mít na paměti, že řídicí jednotka motoru diagnostikuje účinnost celého systému EGR; jeho součástí jsou ale i další díly, které je třeba zkontrolovat. Při diagnostice systému EGR je tak důležité věnovat pozornost i komponentám jako jsou ohebné hadice, potrubí výfukových plynů, chladič výfukových plynů, vzduchová klapka a měřič průtoku vzduchu.

Po výměně ventilu EGR je nutné provést přizpůsobení (adaptaci) pomocí diagnostického testeru, aby se tak řídicí jednotka motoru mohla znovu „naučit“ provozní rozsahy nainstalovaných součástí.

Alternativy ke klasické recirkulaci výfukových plynů

Výrobcem, který aplikuje pro splnění emisních norem obě metody, je Scania. Technologie EGR, tj. metoda recirkulace výfukových plynů, je založena na snižování emisí přímo v místě jejich vzniku, tj. ve spalovacím prostoru. Vozidla přitom jezdí na běžnou motorovou naftu a řidič nemusí přidávat žádná aditiva. Provozovatelé, kteří chtějí snižovat emise ještě výrazněji, si mohou pořídit filtr prachových částic. Technologie EGR a SCR umožní snižovat emise ještě v příštích zhruba deseti letech.

Silnější motory V8 a řadové šestiválce Euro 5 splňují emisní normy pomocí systému SCR. Selektivní katalytická redukce spočívá v dodatečné úpravě výfukových plynů. K ní je zapotřebí aditivum AdBlue. Vozidla vybavená touto technologií musejí mít speciální nádrž na AdBlue.

Problémy s EGR ventilem a jejich řešení

EGR ventil si u českých řidičů vybudoval pověst "kurvítka" motorů. Prvně se EGR ventil objevil v naftových motorech, v posledních letech se však hojně využívá i v benzínových agregátech. Konkrétně EGR ventil snižuje emise toxických oxidů dusíku, které vznikají při spalování tzv. chudé směsi, kdy je palivo míseno s přebytkem vzduchu. Živnotnost EGR ventilu se odvíjí od typu motoru i stylu jeho používání a nelze jednoduše určit.

tags: #recyklace #vyfukovych #plynu #princip

Oblíbené příspěvky:

• Nebezpečný odpad Znojmo a okolí
• Ave Odpady: Rybarova a realita
• Demonstrace v Teplicích za čisté ovzduší
• Slunka obecná: aktuální stav
• Prevence rizikového chování žáků