Dauguma sunkvežimių gamintojų jau dabar siūlo transporto priemones su išmetamųjų dujų švarumo standartą „Euro VI“, kuris įsigaliojo nuo 2014 metų, atitinkančiais varikliais. Tokiu būdu įmonės tampa ekologiškos ir tenkina žmonijos poreikius, kuri mainais už tai turėtų pirkti, pirkti ir… pirkti.
„Euro VI“ standartas, kuriuo buvo smarkiai sumažintas leistinas išmetamų azoto dioksidų (NOx) ir kietųjų dalelių kiekis, privertė sunkvežimių gamintojus perkonstruoti variklius ir jų įrangą. Palyginti su „Euro V“ standartu, šiuo standartu NOx kiekis išmetamosiose dujose sumažintas 80 proc. (nuo 2 g/kWh pagal „Euro V“ iki 0,4 g/kWh pagal „Euro VI“), o kietųjų dalelių – 66 proc. (iki 0,01 g/kWh). Pagal naująjį standartą taip pat būtina matuoti kietųjų dalelių kiekį, ko nebuvo reikalaujama pagal „Euro V“ standartą. Be to, leistiną išmetamųjų teršalų kiekį transporto priemonė privalo atitikti 7 metus arba 700 tūkst. km ridos (jeigu transporto priemonės svoris viršija 16 t). Taip pat standarte nurodyta transporto priemonių gamintojams teikti nepriklausomoms transporto priemonių remonto įmonėms informaciją apie savo automobilių remontą ir priežiūrą. Tai yra svarbu, nes „Euro VI“ standartą atitinkančių variklių įranga pasidarė dar sudėtingesnė nei ligšiolinė, o transporto priemonių diagnostikos sistema turi vykdyti naujas užduotis, pvz., nuolatos kontroliuoti išmetamųjų dujų kiekį.
„Euro VI“ standartą atitinkančius variklius ėmė gaminti „Mercedes-Benz“, „Scania“ ir „Volvo Trucks“, netrukus tai padarys ir DAF bei „Iveco“. „Renault Trucks“ tokius variklius ketina pristatyti artimiausioje ateityje.
VARIKLIŲ SANDARA
Kadangi visiškai naujiems varomiesiems agregatams sukurti būtinos didžiulės lėšos, dauguma transporto priemonių gamintojų pritaikė ligšiolinius variklius ir papildė juos išmetamųjų dujų valymo sistemomis. „Mercedes“ nusprendė sukurti naujus variklius iš pagrindų.
Variklio išmetamosiose dujose esančių nuodingų junginių kiekis gali būti mažinamas dviem būdais: variklio viduje, patobulinus degimo procesą, arba išvalius išmetamąsias dujas už variklio. Norint įvykdyti „Euro VI“ standarto reikalavimus, būtina abu būdus taikyti vienu metu.
Visi gamintojai sutinka, kad būtina taikyti kuo aukštesnį degalų įpurškimo slėgį ir degalų dozę padalyti per kelis įpurškimus („Mercedes“ taiko penkis). Tam tikslui puikiai tinka įpurškimo sistema „Common Rail“, kurią naudoja visi, išskyrus „Volvo“ (siurbliai-purkštukai). Vidutinis įpurškimo slėgis yra apie 1800 barų, o didžiausias – net 2500 barų (DAF). Degimo kameroje esančio slėgio padidinimas privertė sutvirtinti variklio bloką ir galvą, kurie gaminami iš įvairios sudėties ketaus. DAF variklio (iš tikrųjų tai yra pakeistas amerikietiškas firmos „Paccar“ variklis) įpurškimo sistemoje „Common Rail“ slėgį sukuriančių dviejų siurblių agregatų korpusas sujungtas su variklio bloku. Nors bloko konstrukcija pasidarė šiek tiek sudėtingesnė, bet kartu tvirtesni pasidarė ir siurbliai, kuriuos varo tas pats paskirstymo mechanizmo velenas, kuris valdo vožtuvus. Daugelyje variklių padidintas karterio tūris, kad būtų galima pailginti alyvos keitimo intervalus. Kai kurie gamintojai, pvz., „Iveco“, taiko uždarąją oro šalinimo iš karterio sistemą. Anot „Scania“ ir „Iveco“, galią didina turbokompresorius, geriausia – kintamosios geometrijos. Bet MAN teigia, kad geriausia taikyti dvipakopį galios didinimą, naudojant du fiksuotos geometrijos kompresorius, kurie rečiau genda.
AR IŠ TIKRŲJŲ GERAS SPRENDIMAS YRA IŠMETAMŲJŲ DUJŲ RECIRKULIACIJA?
Visuotinai taikomas būdas sumažinti išmetamų azoto oksidų (NOx) kiekį yra išmetamųjų dujų recirkuliacija, kurios lygis „Euro VI“ standartą atitinkančiuose varikliuose yra mažesnis nei „Euro V“ standartą atitinkančiuose (iki 25 %). Dalis iš išmetamosios sistemos išmetamų dujų yra aušinama (specialiuose aušintuvuose) ir pakartotinai nukreipiama į variklio degimo kameras. Išmetamosios dujos, perimdamos šilumą, sumažina degimo temperatūrą ir kartu išmetamo NOx kiekį. Deja, taikant šį būdą, padidėja išmetamų kietųjų dalelių kiekis. Bet bėdos tik prasideda. Variklio išmetamųjų dujų deginimas pačiame variklyje sumažina jo galią. Šį nuostolį galima kompensuoti padidinus degalų dozę, o tai taupymo laikais nėra geras sumanymas. Norint to išvengti, taikomas daugiapakopis įpurškimas ir kintamasis įpurškimo ankstinimo kampas. Visgi „Iveco“ visiškai nesutinka su išmetamųjų dujų recirkuliacija, nes dėl jos sutrumpėja variklio eksploatavimo trukmė. Yra galimybė pailginti variklio, kuriame nėra išmetamųjų dujų recirkuliacijos, variklinės alyvos keitimo intervalus ir atsisakyti sudėtingos recirkuliacijos sistemos su vožtuvais ir aušintuvais. Kadangi nėra recirkuliacijos, variklis išmeta mažiau kietųjų dalelių, kurias sulaiko paprastas DPF (kietųjų dalelių filtras), turintis pasyviojo regeneravimo funkciją, o padidėjusį išmetamo NOx kiekį galima sumažinti SCR filtru. „Iveco“ variklių išmetamųjų dujų valymo sistemą sudaro oksidacinis katalizatorius, kietųjų dalelių filtras, atrankinės katalitinės redukcijos sistema (SCR) su „AdBlue“ skysčiu, kuris pašalina NOx, ir nesudegusio šlapalo katalizatorius.
Panašias išvadas padarė ir „Volvo“. Nors taikoma išmetamųjų dujų recirkuliacija, bet ji veikia periodiškai ir tik tam, kad padidintų išmetamųjų dujų temperatūrą, siekiant regeneruoti kietųjų dalelių filtrą. Važiuojant įprastiniu režimu, recirkuliacijos sistema neveikia. „Mercedes“ variklyje tik 3 cilindrai yra sujungti su recirkuliacijos sistema, o išmetamosios dujos iš likusių 3 cilindrų nukreipiamos į turbokompresorių,
AMONIAKAS PRIEŠ AZOTO OKSIDUS
Azoto oksidams iš išmetamųjų dujų pašalinti naudojama atrankinė katalitinės redukcijos sistema (SCR). Į išmetamųjų dujų srautą purškiamas vandeninis šlapalo tirpalas, kuris vadinasi „AdBlue“. „AdBlue“ skysčio kiekis valdomas elektroniniu būdu, atsižvelgiant į variklio apkrovas. SCR visuotinai naudojama daugelyje „Euro V“ standartą atitinkančių variklių, išskyrus kai kuriuos „Scania“ varomuosius agregatus, bet „Euro VI“ standartą atitinkančiuose varikliuose „Scania“ nusprendė irgi naudoti tokį sprendimą. SCR gamina, pvz., „Bosch“, ir jas vadina „Denoxtronic“. SCR sumažina ne tik NOx (iki 90 proc.), bet ir angliavandenilių (iki 90 proc.) bei kietųjų dalelių (iki 50 proc.). Kuo daugiau NOx yra išmetamosiose dujose, tuo daugiau prireikia skysčio „AdBlue“. Kad būtų patikimiau, įpurškiama didesnė „AdBlue“ dozė, taigi ne visas amoniakas sunaudojamas EGR katalizatoriuje. Todėl katalizatoriaus ir kietųjų dalelių filtro gale naudojamas papildomas nepanaudoto amoniako katalizatorius, kuris neleidžia jam patekti į aplinką.
KONTROLIUOJAMAS REGENERAVIMAS
Vis dėlto daugelyje variklių naudojama išmetamųjų dujų recirkuliacija, todėl dėl padidėjusio išmetamų kietųjų dalelių kiekio būtina naudoti našesnį filtrą. Prieš kietųjų dalelių filtrą paprastai įrengiamas oksidacinis katalizatorius, kuris pašalina angliavandenilius ir anglies oksidą, o NO oksiduojamas į NO2, kuris sudegina kietąsias daleles filtre.
„Mercedes-Benz“ pirmoji pradėjo gaminti
6 cilindrų „Euro VI“ standartą atitinkančius
sunkiojo tipo variklius OM 471 (darbinis tūris 12,8 l ir didžiausia galia
nuo 326 iki 428 AG).
„Scania“ siūlo 6 cilindrų, 13 litrų „Euro VI“ standartą
atitinkantį variklį, kurio didžiausia galia 440 arba 480 AG.
Tai pakeistas „Euro V“ standartą
atitinkantis varomasis agregatas, kurio
cilindro skersmuo 130 mm. Be naujosios išmetamųjų
dujų valymo sistemos, padidintas iš plastiko gaminamo
karterio tūris.
DAF naudojamas „Euro VI“ standartą
atitinkantis variklis – modifikuotas „Paccar“
varomasis agregatas „MX-13“. Šis 12,9 l tūrio ir 410, 460
arba 510 AG variklis pradėtas gaminti 2013 m.
pradžioje.
Daug „Euro VI“ standartą atitinkančių
variklių siūlo MAN: 4 cilindrų, 4,6 l
darbinio tūrio (didžiausia galia nuo 150 iki 220 AG);
6 cilindrų, 6,9 l darbinio tūrio (didžiausia galia nuo
250 iki 341 AG); 6 cilindrų, 10,5 l darbinio tūrio (didžiausia
galia nuo 320 iki 400 AG) ir 6 cilindrų, 12,4 l darbinio tūrio
(didžiausia galia 440 arba 480 AG).
„Iveco“ ir „Fiat“ priklausančios įmonės „FTP Industrial“
sukurtas „Euro VI“ standartą atitinkantis
variklis išsiskiria tuo, kad jame
nėra išmetamųjų dujų recirkuliacijos. Be to, projektuotojai
teigia, kad išmetamųjų dujų recirkuliacija neigiamai veikia
patį variklį.
Išmetamųjų dujų valymo sistema telpa viename korpuse: nuotraukoje – „Scania“ sprendimas.
„Scania“ „Euro VI“ standartą atitinkančio variklio išmetamųjų dujų valymo sistemos schema.
Droselis reguliuoja į variklį tiekiamo šalto oro kiekį, todėl veikiant neapkrautam varikliui oras nepatenka į išmetimo sistemą per cilindrus.
„EURO VI“ STANDARTO PRIELAIDOS
Nuo 2013 m. sausio 1 d. Europos Sąjungoje ir keliose kaimyninėse šalyse įsigaliojo naujieji reikalavimai transporto priemonėms, kurioms atliekamas naujasis atitikties „Euro VI“ standartui patvirtinimas, ir nuo 2014 m. sausio 1 d. – naujai registruojamoms transporto priemonėms:
¨ azoto oksidų (NOx) išmetimas – 0,4 g/kWh (bandomojo važiavimo ciklas (ETC), ekvivalentinis išmetimas);
¨ kietųjų dalelių išmetimas – 0,01 g/kWh (bandomojo važiavimo ciklas (ETC), ekvivalentinis išmetimas);
¨ kietųjų dalelių kiekis: 6,00 x 1011 dalelių/kWh (pereinamųjų režimų bandymų ciklas); 8,00 x 1011 dalelių/kWh (nusistovėjusių režimų bandymų ciklas). Pagal „Euro V“ standartą neprivaloma skaičiuoti kietųjų dalelių;
¨ nustatomas amoniako išmetimo apribojimas;
¨ nauji pereinamųjų ir nusistovėjusių režimų bandymų ciklai. Pereinamųjų režimų bandymų ciklą sudarys dvi dalys: dalis bandymų esant šaltam varikliui ir antroji dalis po tam tikro veikimo sustojus;
¨ atsižvelgiama į išmetimą iš alkūninio veleno karterio, jeigu netaikoma uždaroji sistema;
¨ būtina išlaikyti nepakitusį iš didžiausių transporto priemonių išmetamų išmetamųjų dujų kiekį visus 700 tūkst. km arba 7 metus;
¨ būtina plėtoti transporto priemonių diagnostikos sistemą;
¨ būtina užtikrinti priemones mobiliosioms matavimo sistemoms (PEMS), kuriomis tikrinamas faktinis išmetamųjų dujų kiekis eksploatacijos metu ir tikrinamas bei ribojamas išmetamųjų dujų kiekis ne bandymų ciklo metu, įdiegti;
¨ būtina sukurti priemones, kurių tikslas – užtikrinti nepriklausomoms remonto įmonėms lengvą prieigą prie informacijos apie transporto priemonės remontą ir priežiūrą.
Žymėjimas:
1 – išmetamųjų dujų srautas,
2 – oksidacinis katalizatorius,
3 – kietųjų dalelių filtras,
4 – „AdBlue“ skysčio įpurškimas,
5 – „AdBlue“ tiekimo žarnelė,
6 – „AdBlue“ maišymo su išmetamosiomis dujomis kamera,
7 – SCR katalizatorius,
8 – nepanaudoto amoniako katalizatorius,
9 – NOx jutiklis.
MAN išmetamųjų dujų valymo sistema. Išmetamosios dujos (1) nukreipiamos atskirų filtravimo agregatų. Oksidacinis filtras (2) paverčia HC ir CO nekenksmingais CO2 ir H2O. Dauguma oksidų paverčiami iš NO į NO2. Kietųjų dalelių filtras (3) sulaiko iki 99 proc. šių dalelių masės iš išmetamųjų dujų srauto. Šiame filtre sukauptos suodžių dalelės deginamos katalitiniu būdu, naudojant anksčiau pagamintą NO2, ir paverčiamos CO2. Kietųjų dalelių filtro užterštumo lygis kontroliuojamas elektroniniu būdu. Šie duomenys siunčiami į kietųjų dalelių filtro regeneravimo valdymo sistemą. SCR katalizatorius (7) įpurškiamu redukavimo preparatu „AdBlue“ sumažina azoto oksidų kiekį. Katalizatorius (8) sustabdo amoniako išmetimą.
Ataušintų išmetamųjų dujų recirkuliacija – būdas sumažinti išmetamų azoto oksidų (NOx) kiekį. „Euro VI“ standartą atitinkančių variklių recirkuliacijos lygis yra žemesnis nei „Euro V“ standartą atitinkančių (iki 25 proc.).
Kuo aukštesnis recirkuliacijos lygis, tuo daugiau išmetama kietųjų dalelių.
Filtrui kas kiek laiko regeneruoti būtina aukšta temperatūra, siekianti 500–600 °C. Išmetamosios dujos gali būti kaitinamos įvairiais būdais. DAF variklyje prieš oksidacinį katalizatorių įrengiamas papildomas purkštukas, kuris į išmetamųjų dujų srautą įpurškia degalų ir padidina jų temperatūrą. MAN variklyje išmetamųjų dujų temperatūrą padidina papildomas degalų įpurškimas, bet į variklio degimo kamerą (išmetimo metu), ir tai atlieka sistema „Common Rail“. Važiuojant filtro regeneravimas vykdomas vairuotojui nepastebimu būdu. Eismo spūstyje filtro regeneravimą gali sužadinti vairuotojas mygtuku, vadovaudamasis prietaisų skyde rodoma informacija. Kietųjų dalelių filtrą būtina reguliariai valyti. Tolimojo susisiekimo transporto priemonių filtrai valomi kas 140 tūkst. km, statybinių transporto priemonių – kas 30 tūkst. km. Filtro eksploatavimo laikotarpis gali siekti net 450 tūkst. km transporto priemonės ridos („Mercedes“), jeigu naudojamos ilgiau eksploatuojamos variklinės alyvos.
Išmetamųjų dujų valymo sistema įrengiama viename korpuse ir ją sudaro: oksidacinis katalizatorius, kietųjų dalelių filtras, SCR katalizatorius ir nepanaudoto amoniako katalizatorius.
SVEIKAS PROTAS
Vis dėlto sunkvežimių naudotojams svarbiausia yra taupus eksploatavimas, o papildomos išmetamųjų dujų valymo sistemos padidina transporto priemonės svorį. Taip pat pagrindinis konstruktorių tikslas yra sumažinti degalų sąnaudas, o išmetamųjų dujų valymo sistemos padidina šias sąnaudas. „Euro V“ standartą atitinkančiuose varikliuose buvo galima naudoti arba tik išmetamųjų dujų recirkuliaciją („Scania“), arba SCR. Taigi vyko aršios diskusijos apie vieno sprendimo pranašumą prieš kitą. SCR technologija, palyginti su išmetamųjų dujų recirkuliacija, turėtų sumažinti degalų sąnaudas variklyje, bet būtina naudoti priedą „AdBlue“, todėl atsiranda papildomų išlaidų. „Euro VI“ standarto atveju dauguma gamintojų (išskyrus „Iveco“) naudoja abu sprendimus, kad sumažintų degalų sąnaudas. Žongliruojant išmetamųjų dujų recirkuliacijos lygiu ir SCR bei optimizuojant degalų degimo variklyje procesą, pvz., taikant daugiapakopį įpurškimą, galima pasiekti teigiamų rezultatų. Jau naudojamų „Euro VI“ standartą atitinkančių variklių degalų sąnaudos ne padidėjo, o net šiek tiek sumažėjo. Vis dėlto neabejojama, kad nebus paprasta prižiūrėti šiuos sudėtingus variklius.
DAF variklyje prieš oksidacinį katalizatorių ir už turbokompresoriaus įrengtas papildomas purkštukas, kuris įpurškia degalų dozę į išmetamąsias dujas jų temperatūrai padidinti ir kietųjų dalelių filtro regeneracijai inicijuoti.
