SCR-ONLY – Revoluční motory

Iveco, respektive organizační součást velkého Fiatu, společnost Fiat Powertrain Technology Industrial (FPT Industrial) přichází na trh s novými motory Euro VI osazenými technologií eSCR.

Zpráva, kterou přináší perex článku se na první pohled nezdá být nijak oslnivá. Dokonce jako by poněkud kulhala za bombastickým titulkem – revoluční motory. Nicméně jde o velmi důležitý krok ve vývoji vznětových motorů určených pro pohon těžkých nákladních vozidel.

Revoluce v evoluci

Pístový motor s vnitřním spalováním, nota bene jeho vznětová verze je mezi námi, řekněme, od roku 1893. Dokonce od roku 1924 pohání též nákladní vozidla. To, že se v jeho útrobách prohání za přispění hoření paliva písty přímočarým zvratným pohybem, který se pomocí klikového mechanismu mění na pohyb krouživý a děje se tak více než 120 let, lze samo o sobě označit za určitý anachronismus. Jinými slovy, abychom roztočili kolo, musíme pohnout pístem do dolní úvrati, kde je potřeba jej zastavit a změnit jeho směr zpět do horní úvrati a tam jej znovu zastavit a zase poslat do dolní úvrati a tak pořád dokola. Při čtyřdobém cyklu navíc jde o dvě doby naprázdno. To si jeden říká, že to snad ani není možné, aby ve 21. století lidstvo takto mařilo svoji energii. Zvláště, když si připočteme poměrně malou účinnost, se kterou byť vznětovým turbodmychadlem přeplňovaný, spalovací motor pracuje: celých 35 %. Všechno, čím je dnes moderní motor vybaven, konstrukčně a vývojově vzniklo již v prvních desetiletích jeho samotné existence. Těžko tedy v rámci konstrukce spalovacího, vznětového motoru mluvit o revolučních změnách. Poslední podstatný vývoj prodělávají vznětové motory v rámci legislativního tlaku na snižování emisí nebezpečných zplodin. Konkrétně v evropském obchodním teritoriu jde o emisní normy označované souhrnným názvem Euro, které hlídají především obsah oxidů dusíků (NO_x) a míru vypouštěných sazí, neboli pevných částic (PM).

Požadavky norem Euro IV (2005) přinutily výrobce motorů řídit hladiny obou sledovaných škodlivin ve výfukových plynech jednou ze dvou tzv. doplňkových technologií. Buďto recirklulací výfukových plynů (EGR) nebo selektivní katalytickou redukcí plynů za výfukem motoru (SCR). Ani jedno z těchto řešení nebylo již dlouhou dobu neznámé. Avšak jejich implementace do konstrukce vznětových motorů určených pro pohon nákladních vozidel byl svým způsobem výzvou. Postupně ji zvládli všichni finální výrobci, dokonce i ti, kteří ještě i v tomto období trvali na produkci vzduchem přímo chlazených motorů. Obecně se soudilo, že další emisní normy Euro V, potažmo dobrovolná varianta EEV, nebude možno splnit za použití pouze technologie EGR. Nakonec však někteří výrobci jako například Scania nebo MAN ukázali těm ostatním, že to jde, i když s různými omezeními. Zbytek světa se soustředil na využití technologie SCR za pomoci podstatně vylepšených vstřikovacích systémů, přeplňování a čištění výfukových plynů pomocí různých filtrů a katalyzátorů. V okamžiku, kde se Evropa dozvěděla, že další, a samozřejmě opět tvrdší emisní normy, Euro VI snižují obsah NOx ve výfukových plynech motorů o dalších 80 % a obsah PM o 66 % vůči standardu Euro V vrhla se na kombinaci obou technologií EGR a SCR. Celá řada specialistů rozhodně tvrdila, že nelze jinak dostát požadavkům Euro VI než využitím EGR společně s SCR za přispění vstřikování typu Common Rail o vysokém pracovním tlaku, přeplňování s dvěma stupni či alespoň s turbodmychadlem s proměnnou geometrií výtlačné komory a filtrů DPF, které musí čas od času projít tzv. regenerací. Kouzlo má být v naladění poměru kolik výfukových plynů půjde přes EGR a kolik přes SCR. A to je cesta, kterou se dala většina z výrobců mající ambice uspět v segmentu těžkých nákladních vozidel na evropských trzích. Ne tak ovšem Iveco, resp. FPT Industrial. Italský koncern vydal již minulý rok prohlášení, že jeho motory Euro VI budou pracovat pouze s vysoce efektivním systémem SCR. Z výše uvedeného, malého exkurzu do konstrukce moderních vznětových motorů nucených plnit současnou evropskou legislativu vyplývá, že počinek italského koncernu lze označit svým způsobem za revoluční. A ještě jednou si přiznejme, že revolucí v konstrukci vznětových motorů či celých pohonů těžkých nákladních vozidel je opravdu jako šafránu.

SCR-ONLY

Původní odvážná myšlenka, že emisní specifikace Euro VI lze dosáhnout jen s pomocí technologie SCR vedla inženýry FPT Industrial k vývoji vysoce účinného systému čištění výfukových plynů za výfukovým svodem vznětového motoru. Dnes výrobce tvrdí, že jeho vysoce efektivní SCR dokáže pracovat v rámci odbourání NO_x s účinností až 95 %. Pochopitelně konkurence se nestačí divit neboť jejich systémy SCR takové hodnoty nedosahují ani zdaleka. Tím, že systém eSCR dokáže zlikvidovat tak vysoký obsah NO_x za výfukem, může si dovolit nechat vznikat „Noxy“ v rámci spalování ve válcích na úkor sníženého obsahu sazí (PM), které potom pochytá v pasivním DPF filtru. Abychom tomu správně rozuměli. Při spalování směsi paliva a vzduchu ve válcích dochází ke vzniku NOx a sazí v nepřímé úměře. Čím méně NO_x, tím více PM a naopak. Proto ten mix technologií u jiných výrobců a kouzlo v nastavení jejich synergického účinku. Jinými slovy, protože ti ostatní nemají tak účinný systém SCR, musí k němu přibrat také EGR. No a co, řeknete si. No hlavně to, že modul EGR samozřejmě něco málo váží, že zabírá něco málo místa, ale hlavně potřebuje poměrně složitý systém chlazení. To se odráží na konstrukci kabiny celého vozu – je totiž potřeba k jeho motoru či lépe řečeno chladičům a mezichladičům přivést dostatek chladícího vzduchu. Nehledě na to, že také vodní hospodářství je o něco složitější.

Toto všechno prozatím Iveco s využitím motorů Euro VI s eSCR odbourává. Samozřejmě je také možné, že motory Iveco Cursor 11 Euro VI mohou vykazovat vyšší míru spolehlivosti. Celý systém, kterým Iveco čistí výfukové plyny svých Cursorů se sestává z oxidačního katalyzátoru (DOC), pasivního sazového filtru (DPF), pečlivě vyvinutého dávkovače činidla AdBlue, mixovacího modulu AdBlue, vlastního SCR modulu a závěrečného čistícího katalyzátoru (CUC). Celý systém je osazen sítí senzorů sledujících hladinu NO_x a NH₃ (čpavku). Technologie označovaná jako SCR-ONLY je výsledkem velmi intenzívního vývoje, z něhož vzešlo několik patentovaných záležitostí. Jedná se především o systém pečlivého řízení vstřikování kapaliny AdBlue, adaptivní systém dávkování AdBlue založený na sledování míry NO_x a čpavku ve výfukových plynech, tepelně izolovaný systém turbulentního mixování podporující homogenní hydrolýzu korektní rozprášení močoviny do proudu výfukových plynů a vylepšený tepelný management motoru podporující správnou funkci technologie SCR při studených startech a nezahřátém motoru. Všechny výše popsané systémy a komponenty jsou zkonstruovány do kompaktního celku (lidově do jedné krabice), který je umístěn na výfukovém potrubí za motorem. Z toho plyne další zajímavá skutečnost, že není třeba dalších konstrukčních úprav na karosérii či dokonce podvozku samotného vozidla.

Konstrukční změny

V rámci průběžného vývoje, ale samozřejmě v souvislosti s přípravou SCR-ONLY prošly motory Cursor jistými konstrukčními úpravami. Klíčovými zlepšeními jsou: zvýšený spalovací tlak ve válcích a vyšší pracovní tlak ve vstřikovacím systému. Aby bylo možno tato klíčová zlepšení realizovat, bylo potřeba přistoupit k některým konstrukčním opatřením. Práce konstruktérů se tedy projevila především na klikové skříni, resp. bloku motoru a jeho hlavách. Úpravy vedly především ke zvýšení tuhosti, lepšímu systému chlazení a zvýšení objemu motoru. Cursor Euro VI SCR-ONLY dostal vylepšený systém vstřikování paliva Common Rail s pracovním tlakem 2200 bar. Nová řídící jednotka motoru lépe řídí elektronické parametry a hlavně využívá svých technických možností k přesnému řízení čištění výfukových plynů. Nová elektronika také pracuje se systémem přeplňování pomocí turbodmychadla VGT, který má v současnosti lepší vlastnosti v nízkých otáčkách motoru. Všechny motory jsou nyní vybaveny škrtící klapkou podporující jak regeneraci DPF filtru, tak účinnost brždění motorem, která v porovnání s motory Cursor Euro V vzrostla o 30 %. Velkou pozornost konstruktéři věnovali uzavřenému systému ventilace motoru, čištění vzduchu od případných olejových reziduí, tím pádem předcházení zaneřádění DPF filtru. Díky konstrukčním změnám vzrostly servisní intervaly výměny motorového oleje v závislosti na typu provozu až na 150 000 km. Tím pádem je možno počítat s jistou nákladovou výhodou ve prospěch provozovatele, zákazníka. Shrnuto a podtrženo. Výhody nového revolučního motoru Cursor Euro VI leží především v oblastech: vyšší výkonový potenciál, nižší provozní náklady, kompaktní a čistá konstrukce motoru i jeho výfukového aftertreatmentu, nižší vlastní hmotnost a menší zastavěný prostor.

Převzato z časopisu

Fotogalerie