Wokół Euro 4 – czas na podsumowanie

W ciągu siedmiu odcinków naszego cyklu poświęconego normom Euro 4, śledziliśmy przygotowania największych producentów silników do spełnienia tych przepisów. Przychodzi zatem czas na podsumowanie. Tak jak pisaliśmy, normy Euro 4 zaczną obowiązywać w październiku tego roku dla pojazdów po raz pierwszy uzyskujących homologację, a w październiku 2006 r. dla pojazdów po raz pierwszy rejestrowanych na terenie Unii Europejskiej. Przepisy te szczególnie drastycznie ograniczają emisję tlenków azotu oraz cząstek stałych i właśnie one były „oczkiem w głowie” inżynierów pracujących nad nowymi jednostkami napędowymi do ciężarówek i autobusów.

Dwie szkoły

Jak wiemy, istnieją dwa sposoby ograniczania emisji szkodliwych substancji w spalinach – w samym silniku poprzez udoskonalanie procesu spalania oraz poza silnikiem, poprzez wtórne oczyszczanie spalin w układzie wydechowym. O ile to pierwsze rozwiązanie generalnie okazywało się wystarczające jeszcze przy normach Euro 3, o tyle wydaje się, że w przypadku norm Euro 4, 5 i wyższych, możliwości zwiększenia wydajności spalania wyczerpują się. Dlatego konstruktorzy układów napędowych coraz uważniej zaczęli przyglądać się tej drugiej opcji. Zobaczmy zatem, których rozwiązań użyto do zmniejszenia produkcji cząstek stałych, a których do redukcji tlenków azotu.

Tabela 1: Limity emisji spalin dla dużych silników wysokoprężnych ustalane kolejnymi normami Euro wraz z datami ich wejścia w życie (na podstawie: www.dieselnet.com )

* – od 1998 – 0,15 g/kWh

Cząstki stałe (PM)

Pierwszym problemem, jaki postawiły przed konstruktorami układów napędowych normy Euro 4, jest drastyczne ograniczenie limitów emisji cząstek stałych w spalinach. Tutaj generalnie wszyscy producenci poszli tą samą drogą, wybierając najprostsze, ale zapewne bardziej niezawodne rozwiązanie, jakim jest wychwytywanie i wiązanie ich w układzie wydechowym. Mają o to zadbać głównie różnego rodzaju filtry cząstek stałych (IVECO, Volvo – filtr CRT, Cummins) lub kompletne katalizatory z wbudowanymi filtrami (np. opatentowany przez MAN PM-KAT). Niektórzy producenci zdecydowali się dodatkowo na optymalizację procesu spalania poprzez zwiększenie ciśnienia wtrysku (np. układ Scania HPI). Z tego schematu wyłamali się jedynie inżynierzy z holenderskiego DAF`a, którym przyświecała zasada unikania rozwiązań dławiących wydech, żadne filtry nie wchodziły zatem w rachubę. DAF postanowił więc skupić się na bardziej precyzyjnej regulacji wtrysku paliwa, co uzyskano dzięki użyciu dwustopniowej turbosprężarki oraz inteligentnego układu wtrysku wysokociśnieniowego, który daje możliwość bardzo elastycznego regulowania dawki wtryskiwanego paliwa.

Tlenki azotu (NOx)

O ile z cząstkami stałymi można sobie poradzić za pomocą w miarę prostych rozwiązań, o tyle emisja tlenków azotu przysporzyła konstruktorom znacznie więcej problemów. Zdecydowana większość producentów (Cummins, DAF, IVECO, Mercedes-Benz, Volvo) postawiła ostatecznie na układ selektywnej redukcji katalitycznej (SCR) lub – w przypadku DAF`a – na własnego pomysłu układ DeNOx o podobnym sposobie działania. Jak pamiętamy, wymaga on zainstalowania w pojeździe zbiornika na roztwór karbamidu (mocznika), zwanego także AdBlue. Z podawanego – w porozumieniu z elektroniką sterującą silnika – do układu wydechowego roztworu, przy kontakcie ze spalinami wydziela się amoniak, który w katalizatorze wiąże zawarte w nich tlenki azotu, zamieniając je w wodę i azot.

Jednak także i w tym wypadku są dwa wyjątki. MAN`owi oraz Scanii udało się ograniczyć emisję NOx bez konieczności stosowania AdBlue. Osiągnięto to poprzez zwiększenie ciśnienia wtrysku (Scania – układ HPI, MAN – wtrysk common-rail) oraz zastosowanie układu recyrkulacji spalin (EGR). Brak zbiornika AdBlue to z pewnością wielka ulga szczególnie dla przewoźników międzynarodowych, zwłaszcza że na niespełna rok przed wejściem w życie norm Euro 4, infrastruktura umożliwiająca tankowanie AdBlue nie wydaje się być na to przygotowana. Trzeba jednak pamiętać, że rozwiązania te w znaczny sposób komplikują budowę układu napędowego.

Podsumowując – wadą układu SCR jest to, iż wymaga on stosowania dodatkowego zbiornika AdBlue, co obniża ładowność pojazdu, podnosi nieco koszty eksploatacji oraz wymaga pamiętania o jego uzupełnianiu, a więc dodaje kolejną czynność obsługową. Z drugiej strony, jest to mniej skomplikowane rozwiązanie niż recyrkulacja spalin czy wtrysk wysokociśnieniowy. Zwłaszcza ta druga technologia może powodować, że silnik okaże się bardziej wrażliwy na zanieczyszczenia paliwa – co w naszych warunkach nie jest bez znaczenia.

Wato wspomnieć, że ciekawą koncepcję przyjęła natomiast firma IVECO Motors, która zapobiegawczo postanowiła zastosować zarówno układ SCR, jak i recyrkulację spalin (EGR) oraz – w pojazdach o masie całkowitej większej niż 5 ton – filtr cząstek stałych CRT. Na zakończenie jeszcze uwaga na temat nieobecności firmy Renault w naszych opracowaniach, której silniki stosowane są na polskim rynku w autobusach A10-10M Lider. Według przedstawicieli Renault Trucks Polska, producent prowadzi zaawansowane prace nad jednostką napędową spełniającą normy Euro 4, ale nie wprowadzi jej do sprzedaży wcześniej, niż będą tego wymagały unijne przepisy.

Tabela 2: Zestawy rozwiązań zastosowane przez producentów silników do samochodów użytkowych w celu spełnienia norm Euro 4

Następny krok – infrastruktura stacji paliwowych

Tak pokrótce przedstawia się stan przygotowań producentów silników do pojazdów użytkowych do spełnienia norm Euro 4. Jak widać, większość z nich postanowiła zastosować zestaw układu SCR, wykorzystującego roztwór AdBlue z filtrem cząstek stałych. Wszystko wskazuje więc na to, że niedługo, tankując olej napędowy do ciężarówki czy autobusu, będziemy musieli pamiętać także o sprawdzeniu poziomu AdBlue w zbiorniku. Dlatego w kolejnych wydaniach InfoBusa będziemy próbowali dociec, na jakim etapie są przygotowania sieci stacji paliwowych do umożliwienia użytkownikom tankowania tej substancji.