ʼρθρο του κ. Δημήτρη Τζανιδάκη
Οι πετρελαιοκινητήρες εδώ και μερικά χρόνια έχουν καταφέρει να απενοχοποιηθούν και για το ευρύτερο κοινό. Στη βαριά βιομηχανία, οι εφαρμογές των κινητήρων Diesel ποικίλλουν, και μάλιστα αποτελούν την βασική κινητήριο δύναμη.
Βάσει των ευρωπαϊκών προδιαγραφών για τους εκπεμπόμενους ρύπους, ακόμα και οι κινητήρες που βρίσκουν εφαρμογή στη βαριά βιομηχανία πρέπει να είναι σύμφωνοι με τους περιορισμούς που θέτει η ένωση Ένωση, οι οποίοι γίνονται ολοένα και πιο αυστηροί.
Για τη συμμόρφωση των κινητήρων σε αυτούς τους κανόνες, οι κατασκευαστές έχουν εισαγάγει νέες τεχνολογίες εσωτερικά του κινητήρα αλλά και έχουν εξοπλίσει το σύστημα της εξαγωγής των καυσαερίων με υποσυστήματα μείωσης των ρύπων.
Diesel Particulate Filter
Η εφαρμογή του φίλτρου είναι μία από τις μεγαλύτερες προσθήκες που έχουν γίνει στα συστήματα εξαγωγής καυσαερίων στους πετρελαιοκινητήρες. Η πλειοψηφία των κατασκευαστών τα εφάρμοσε στους κινητήρες από το 2003, αντικαθιστώντας τις απλές εξατμίσεις με αυτό το σύστημα.
Το σύστημα του DPF αποτελείται από έναν κύλινδρο από ανοξείδωτο χάλυβα, μέσα στον οποίο υπάρχει το κεραμικό φίλτρο σε σχήμα κηρήθρας. Στο φίλτρο αυτό κατακρατούνται τα μικροσωματίδια που παράγονται από την καύση του πετρελαίου, και αποθηκεύονται μέχρι να εκτελεστεί η διαδικασία του καθαρισμού του φίλτρου.
Αισθητήρες πίεσης και θερμοκρασία ελέγχουν συνεχώς το σύστημα και δίνουν την πληροφορία στον εγκέφαλο του οχήματος για το αν το φίλτρο είναι καθαρό. Αν δεν είναι, θα πραγματοποιηθεί αυτοκαθαρισμός του φίλτρου (παθητική αναγέννηση), και εφόσον κριθεί ανεπαρκής, υπάρχει η επιλογή της εξαναγκασμένης αναγέννησης του συστήματος.
Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι αναγέννησης: ο ενεργητικός και ο παθητικός. Και στις δύο περιπτώσεις, για να ξεκινήσει η διαδικασία καθαρισμού του φίλτρου θα πρέπει να πληρούνται κάποιες προϋποθέσεις: ο κινητήρας να έχει φτάσει τη θερμοκρασία λειτουργίας, τουλάχιστον 2.500 σ.α.λ., και ο εγκέφαλος του κινητήρα, βάσει των ενδείξεων που λαμβάνει σχετικά με τη θερμοκρασία και την πίεση στο φίλτρο, θα κρίνει τον απαραίτητο χρόνο της αναγέννησης.
Στην περίπτωση που οι μετρήσεις της πίεσης και της θερμοκρασίας δεν είναι εντός των ορίων, ο εγκέφαλος δίνει εντολή για έγχυση μικροποσότητας άκαυστου πετρελαίου, η οποία λόγω της θερμοκρασίας και της πίεσης στο εσωτερικό του φίλτρου αυταναφλέγεται μέσα στο φίλτρο. Με τον τρόπο αυτό διασπώνται τα μικροσωματίδια και το φίλτρο επιστρέφει στην κανονική του λειτουργία.
Εκτός από τα μικροσωματίδια που συγκεντρώνονται στο φίλτρο, άλλα παράγωγα της καύσης εγκλωβίζονται στην κυψελωτή επιφάνεια, τα οποία κατά τη διαδικασία της αναγέννησης δεν διασπώνται.
Για το λόγο αυτό, κάθε κατασκευαστής προτείνει αλλαγή του φίλτρου μικροσωματιδίων μετά τη συμπλήρωση μεγάλου αριθμού ωρών λειτουργίας του κινητήρα.
SCR
Κάθε χρόνο, οι περιορισμοί των εκπεμπόμενων ρύπων είναι ολοένα και πιο αυστηροί. Για το λόγο αυτό, ένα από τα συμπληρωματικά συστήματα ελέγχου των ρύπων είναι εκείνο του SCR (Selective Catalytic Reduction).
Πρόκειται για ένα προηγμένο σύστημα μείωσης των εκπεμπόμενων ρύπων, το οποίο εγχέει μία ποσότητα υγρού μέσω ενός ειδικού καταλύτη στο ρεύμα των καυσαερίων. Το SCR έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε να επιτρέπει στις αντιδράσεις των οξειδίων του αζώτου (NOx) να λαμβάνουν χώρα σε οξειδωτική ατμόσφαιρα.
Το σύστημα έχει τη δυνατότητα της επιλογής της μείωσης των επιπέδων NOx κάνοντας χρήση αμμωνίας μέσω ενός συστήματος καταλύτη. Η εν λόγω χημική αντίδραση είναι γνωστή ως «reduction» (μείωση), καθώς το υγρό που χρησιμοποιείται δρα ως το αναγωγικό μέσο που αντιδρά με τα οξείδια του αζώτου, μετατρέποντάς τα σε άζωτο, νερό και μικροσκοπικά σωματίδια διοξειδίου του άνθρακα (CO2).
Το ΑdBlue είναι το βασικό συστατικό της τεχνολογίας που "καταστέλλει" τα ΝΟx (Nitrogen Oxides, οξείδια του αζώτου). Πρόκειται για ένα πρόσθετο αμμωνιούχο διάλυμα που πληρώνεται και αποθηκεύεται σε υγρή μορφή σε μία μικρή δεξαμενή.
Στους 170οC η ουρία μετατρέπεται σε αμμωνία (NH3), η οποία συγκεντρώνεται στον καταλύτη και λειτουργεί καταλυτικά μειώνοντας δραστικά τα οξείδια του αζώτου (NOx). Η κεντρική μονάδα ελέγχου του κινητήρα ελέγχει τον ψεκασμό του AdBlue ώστε να υπάρχει πάντοτε ικανοποιητική ποσότητα αμμωνίας στον καταλύτη.
Το ΑdBlue είναι ελαφρώς αλκαλικό διάλυμα με ph 9. Δεν είναι τοξικό, , ούτε εύφλεκτο ή εκρηκτικό, αλλά είναι οξειδωτικό. Εάν κάποια ποσότητα εκχυθεί έξω από το δοχείο δημιουργείται αρχικά ολισθηρότητα και κατόπιν κρυσταλλοποιείται. Ανάλογα με τον τύπο του οχήματος είναι και το ρεζερβουάρ του AdBlue.
Λειτουργία συστήματος SCR
Πρώτη παράμετρος προκειμένου να τεθεί σε λειτουργία το σύστημα είναι να έχει φτάσει ο μετατροπέας SCR στη θερμοκρασία λειτουργίας, τιμή η οποία υπολογίζεται από την τιμή του αισθητήρα θερμοκρασίας καυσαερίων. Αφού επιτευχθεί η θερμοκρασία λειτουργίας, η αντλία ουρίας ενεργοποιείται και εφαρμόζει πίεση στο μπεκ ψεκασμού ουρίας.
Η ποσότητα του υγρού AdBlue που χρειάζεται θα υπολογιστεί από τη μονάδα ελέγχου SCR, για τον καθαρισμό των ρύπων σύμφωνα με το εκπεμπόμενο ΝΟx. Η εκπεμπόμενη ποσότητα NOx υπολογίζεται από τη μονάδα ελέγχου του συστήματος ισχύος σύμφωνα με τις συνθήκες λειτουργίας του κινητήρα.
Όταν επιτευχθούν οι κατάλληλες συνθήκες, το μπεκ ψεκασμού ουρίας εισάγει το AdBlue μέσα στην καυτή ροή καυσαερίων, όπου αρχίζει να εξατμίζεται. Με θερμόλυση (μια χημική αντίδραση κατά την οποία μια χημική ουσία διασπάται τουλάχιστον σε δύο χημικές ουσίες όταν θερμαίνεται) και υδρόλυση (μια χημική αντίδραση κατά την οποία ένα ή περισσότερα μόρια νερού διαχωρίζονται σε ιόντα υδρογόνου και υδροξειδίου) το AdBlue ((NH2)2CO + H2O) αποσυντίθεται σε αμμωνία (NH3) και σε διοξείδιο του άνθρακα (CO2).
Ένας αναμείκτης μπροστά από το μετατροπέα SCR ενισχύει τη χημική αντίδραση, παρέχει ίση διανομή αμμωνίας (NH3) στο μετατροπέα SCR και αυξάνει την αποτελεσματικότητά του.
Μετά την πλήρη αποσύνθεση του AdBlue, η αμμωνία (NH3) συσσωρεύεται στις διόδους του καταλύτη τύπου ζεόλιθου, ενώ το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) απλά ρέει. Εάν το NOx περάσει διά μέσου των διόδων, αντιδρά χημικά με την αμμωνία (NH3) και μειώνεται σε ακίνδυνο άζωτο (N2, περίπου 78% του βασικού τμήματος του αέρα που αναπνέουμε) και νερό (H2O).
Ανάλογα με τις συνθήκες λειτουργίας, υπάρχει μια μετατόπιση αμμωνίας (NH3) που δεν αποθηκεύεται στον καταλύτη τύπου ζεόλιθου. Για την αποφυγή εκπομπής αμμωνίας έχει τοποθετηθεί ένας καταλύτης ολίσθησης στο περίβλημα του μετατροπέα SCR, με κίνηση προς τα κάτω από τον καταλύτη τύπου ζεόλιθου. Αυτός ο καταλύτης ολίσθησης προκαλεί οξείδωση στην αμμωνία (NH3) και τη μετατρέπει σε ακίνδυνο άζωτο (N2) και νερό (H2O).
