Vznětové motory - Technologie pro Euro 6

Aktuálně platí pro naše vznětové motory emisní normy Euro 4. Zhruba za rok vstoupí v platnost tvrdší Euro 5. Někteří výrobci již dnes nabízí motory specifikace EEV a začíná se, logicky, hovořit o normě Euro 6.

Konstruktéři jednotlivých automobilek starého světa udělali mnohé proto, aby se dieselové motory prosadily v tvrdé konkurenci těch benzinových. Léta přiváděli na trh zlepšení, která měla vliv na chod motoru, výkon, průběh točivého momentu a některé další velmi důležité skutečnosti.Za velkou louží se dlouho zdálo být jasné, že diesely nebudou hrát velkou roli. Pak však přišly ropné krize a vznětové motory se dostaly do popředí zájmu. A co víc, vývoj motorů v Americe akceleroval směrem k vyšší čistotě jejich výfukových zplodin. Motorářské firmy USA přinesly na trh patentované technologie vstřikování, které postupně v rámci zavádění emisních norem Euro byly evropské automobilky nuceny nakupovat.

Common Rail
Zvrat přišel až se sériovým uplatněním vstřikovacího systému Common Rail. Jeho základy položili vývojáři a teoretičtí vědci Technické univerzity v Zurichu a výzkumného centra Iveco v Arbonu na břehu Bodamského jezera. Aplikovaný výzkum provedla společnost BOSCH a první sériové uplatnění dodal na trh Mercedes-Benz. První sériové velké motory vybavené systémem Common Rail měl na svědomí Renault.To již však dávno byly v platnosti emisní normy Euro 2 a Euro 3 řešící u vznětových motorů nákladních vozidel snižování emisí oxidů dusíku, NOx, a pevných částic, sazí. Zatímco u zážehových motorů osobních automobilů je napřena pozornost také na emise CO2, vznětové motory jsou na tom z tohoto pohledu o 5 až 20  % lépe. Navíc emise CO2 jdou ruku v ruce se spotřebou paliva.

Závislost emitování NOx a pevných částic je za současného stavu techniky vznětových motorů téměř nepřímo úměrná. Čím méně motor vypouští NOx, tím více z něj jde sazí a polétavého prachu, a naopak. Zatím co pro dosažení norem Euro 3 stačilo vybavit vznětové motory elektronicky řízeným vstřikovacím systémem, normy Euro 4 a Euro 5 si již vyžádaly vybavení motorů další technologií úpravy spalování či výfukových plynů.

Dvě cesty
Rozhodující evropští výrobci těžkých nákladních vozidel se vydali dvěma cestami. Většina z nich vsadila na technologii SCR, čištění výfukových plynů za sběrným potrubím pomocí vstřikování činidla AdBlue (vodný roztok močoviny). Hlavními protagonisty této cesty se staly především značky Mercedes-Benz, Volvo, DAF, připojily se také Renault a Iveco a koneckonců i naše Tatra (ta ovšem pořád s mechanickým čerpadlem a vzduchem přímo chlazeným motorem! A to je opět světový unikát). Zbývající dva zásadní hráči tohoto segmentu, švédská Scania a německý MAN, vzali technologii SCR jako doplňkovou a svoji nabídku motorů Euro 4 a později i Euro 5/EEV postavili na technologii EGR.

Při ní se nebezpečných sloučenin v podstatě inertního dusíku zbavuje motor přímo ve spalovacím prostoru recilkulací části výfukových plynů. Část pevných částic, sazí, shoří ve spalovacím prostoru při příležitosti přesně cíleného a časovaného vstřiku paliva a zbylá část je zachycena ve speciálním filtru na konci výfukového potrubí. MAN a Scania (vyvinula společně s firmou Cummins vlastní vysokotlaký vstřikovací systém XPI) se tak staly jedinými, kteří jsou dnes schopni pokrýt požadavky zákazníků motory širokého výkonového spektra emisních specifikací Euro 4/Euro 5/EEV s technologií EGR. Pro úplnost - motor Euro 4 EGR mělo ve své nabídce v podobě D12F také Volvo.

Pro a proti
Zatímco technologie SCR je ve své podstatě triviální technickou záležitostí (jenže má své mouchy, vyšší vlastní hmotnost vozidla, bod mrznutí směsi AdBlue -11°C a další), EGR je technicky složitější a vyžaduje především sofistikovaný systém chlazení a vysoké tlaky vstřikování paliva. Klíčem a pečlivě uchovávaným tajemstvím konstrukce motorů Euro 5/EEV EGR je vysokotlaký vstřikovací systém, dvoustupňové přeplňování, variabilní turbodmychadla, dvoustupňové mezichlazení a filtr pevných částic, jež může být řízený elektronicky.Ačkoliv nás dělí ještě rok od zavedení Euro 5, a nebo právě proto, konstruktéři všech automobilek jsou již dnes velmi daleko s přípravou motorů schopných plnit emisní limity Euro 6. V parlamentu EU přitom probíhají jednání o stanovení limitů dle Euro 6, které by měly dosáhnout stejných hodnot, jaké budou uplatňovány v USA a v Japonsku.

Kombinace obojího
I když tedy není ještě zcela jasné, o kolik procent budou muset automobilky u svých motorů stáhnout tvorbu NOx, COx, HC a pevných částic, rozhodně se ví, že v letech 2013/2014, kdy by měla norma Euro 6 vstoupit v platnost, budou muset být motory osazeny nějakou kombinací obou dnes využívaných technologií, EGR a SCR. Při rozhodování komise EU v současnosti hraje poměrně podstatnou roli fakt, že konzultantská společnost s vysokým světovým kreditem, Ricardo, předpokládá větší zvýšení spotřeby paliva motorů Euro 6, než si EU přála.

Zásadním se zdá být vývoj na poli systému Common Rail. Všichni dodavatelé v čele se společností BOSCH intenzivně pracují na vstřikovačích, které budou schopny pracovat s tlaky podstatně vyššími, než je dnešních 1600, 1800 nebo 2000 barů. Hovoří se o vstřikovačích, které jsou schopny s pomocí hydraulického multiplikátoru dosáhnout tlaků 2400 barů a vyšších.K systému Common Rail se bude muset obrátit i Tatra, bude-li chtít nabízet své vzduchem chlazené motory v EU i po letech 2013/2014.

Ze Scanie zaznívají též informace, že jednou z cest, jak dosáhnout potřebných emisních hodnot, je technologie HCCI (homogenní palivová směs zapalovaná kompresí) využívající mísení paliva se vzduchem jako u zážehových motorů a její následné zapálení kompresí.Kouzlo je v homogenním, stejnoměrném a nízko teplotním prohořívání nasátého či vstříknutého paliva. Nakonec to vypadá tak, že až v letech 2013/2014 vstoupí Euro 6 v platnost budou škodliviny ve výfukových plynech vznětových motorů na tak nízkých úrovních, že se pozornost obrátí na snižování CO2, tedy podstatné snižování spotřeby.


Zdroj: Trucker 01/09
Autor: Milan Olšanský

Fotogalerie