Jak funguje systém čištění výfukových plynů | EuroAuto

Dobrý den, milí motoristé! Automobiloví specialisté a jen automobiloví nadšenci! Dnes se budeme zabývat principy fungování systémů čištění výfukových plynů a probereme některé mylné představy motoristů o používání katalyzátorů.

Systémy čištění výfukových plynů od toxických látek

Systémy čištění výfukových plynů moderních automobilů jsou navrženy tak, aby snižovaly obsah toxických látek na bezpečnou úroveň v souladu s požadavky národních environmentálních norem. Takové normy existují v Evropské unii, USA, Japonsku, Rusku a dalších civilizovaných zemích. Obr. 1 Environmentální norma EURO 7 byla vyvinuta v roce 2021. Přijetí je plánováno na rok 2025. Obr. 2 Snížení obsahu toxických látek ve výfukových plynech dle normy EURO 6 dosahuje 95 %

Katalyzátor výfukových plynů

• platina (Pt)
• Palladium (Pd)
• Rhodium (Rh)

Neutralizátor moderních automobilů je třísložkové zařízení, ve kterém probíhají následující procesy:

1. Dodatečné spalování oxidu uhelnatého CO na neškodný oxid uhličitý CO2

2. Dodatečné spalování nespáleného paliva CH na oxid uhličitý a vodu

3. Redukce oxidů dusíku NOx na neškodný volný dusík a vodu

Obr. 3 Struktura katalyzátoru

Neutralizátor výfukových plynů pro automobily se skládá z následujících součástí:

1. Tělo z nerezové oceli

2. Keramický blok s voštinovou strukturou potažený tenkou vrstvou platiny a palladia, které oxidují (dohořívají) oxid uhelnatý a nespálené palivo

3. Keramický blok s voštinovou strukturou a rhodiovým povlakem, na kterém jsou toxické oxidy dusíku redukovány na neškodný volný dusík a vodu.

4. Polštář, který chrání křehkou keramiku před nárazy

Obr. 4. Keramický katalyzátor s voštinovou strukturou

Chemické reakce, které probíhají v typickém třícestném katalyzátoru, jsou:

1. Oxidace oxidu uhelnatého CO na oxid uhličitý CO2

2. Dodatečné spalování nespálených uhlovodíků CH na oxid uhličitý CO2 a vodu H2O

С7Н16 + 11О2 = 8Н2О + 7СО2

3. Redukce oxidů dusíku NOx na volný dusík N2 a kyslík O2

Jak vidíme, na výstupu z neutralizátoru obsahují výfukové plyny pouze neškodný oxid uhličitý, vodní páru a dusík. Každý neutralizátor se však vyznačuje určitou účinností, která bohužel není 6 %. Proto environmentální norma EURO 2014, přijatá v roce 95, stanoví snížení emisí toxických látek o XNUMX %.

Systém čištění výfukových plynů vznětového motoru

Systém čištění výfukových plynů vznětového motoru dále zahrnuje:

1. Katalytický filtr pevných částic DPF

2. Systém SCR pro čištění oxidů dusíku pomocí močoviny. Používá se v automobilech, které splňují environmentální normu EURO-5 a vyšší.

Obr. 5 Katalytický filtr pevných částic DPF

Systém selektivní katalytické redukce (SCR) pro čištění výfukových plynů vznětových motorů pro odstraňování oxidů dusíku

Vzhledem ke specifikám pracovního cyklu vznětového motoru obsahují výfukové plyny výrazně více toxických oxidů dusíku NOx. To je způsobeno vysokým kompresním poměrem v kombinaci s vyšší teplotou spalování směsi ve vznětovém motoru.

Pro snížení hladiny oxidů dusíku ve výfukových plynech se používají dvě metody a systémy:

1. Systém EGR, který přivádí část výfukových plynů do sacího traktu motoru, aby se snížila teplota spalování směsi

2. Systém SCR, ve kterém dochází k reakci redukce volného dusíku z oxidů během chemické reakce s amoniakem. Zdrojem amoniaku je močovina

Obr. 6 Systém EGR motoru s přímým vstřikováním paliva

Systém SCR je zařízení pro dávkování a vstřikování speciálního činidla do proudu výfukových plynů na vstupu do samostatného katalyzátoru pro čištění oxidů dusíku.

Obr. 7 Systém SCR vznětového motoru

Systém obsahuje následující komponenty:

1. Palubní nádrž na kapalinu AdBlue

2. Dávkovací modul

3. Elektronická řídicí jednotka motoru

4. Systém vstřikování AdBlue

5. Okruh ohřevu kapaliny AdBlue proti zamrznutí v zimě

6. Obvod přívodu AdBlue

7. Filtr kapaliny AdBlue

8. Senzory pro řízení provozu systému SCR

Kapalina AdBlue je speciální činidlo na bázi močoviny. Jedná se o speciální činidlo, které se rozkládá při vysokých teplotách (od 200 °C) za vzniku amoniaku, který v průběhu chemické reakce ničí molekuly oxidů dusíku a uvolňuje neškodný dusík a vodu.

Fáze 1 – reakce tepelného rozkladu močoviny s uvolňováním amoniaku:

(NH2)2CO = NH3 + HNCO

HNCO + H2O = NH3 + CO2

Fáze 2 – reakce redukce dusíku za účasti uvolněného amoniaku:

4NO + 4NH3 + O2 = 4N2 + 6H2O

NO + NO2 + 2NH3 = 2N2 + 3H2O

V důsledku reakce se na výstupu uvolňuje neškodný dusík, vodní pára a oxid uhličitý. Stupeň čištění NOx dosahuje 90 %.

Obr. 8 Plnění vozu kapalinou AdBlue

Kapalina AdBlue je vodný roztok močoviny s následujícím složením:

1. Močovina 32,5 % (hmotnostních)

2. Demineralizovaná voda 67,5 %

Bod tuhnutí AdBlue je minus 11,5 °C.

Normy upravující složení a vlastnosti AdBlue:

1. Mezinárodní norma ISO 22241

2. Německá norma DIN 70070

3. Ruská norma GOST R ISO 22241

Příčiny selhání katalyzátoru

Tabulka 1. Faktory vedoucí ke zkrácení životnosti katalyzátoru

Použití nízkooktanového benzínu

pod AI-98 v automobilech s katalytickým kolektorem

Hořlavá směs v katalyzátoru shoří, což způsobuje jeho silné zahřívání, což vede k jeho tepelnému stárnutí. Při neustálém přehřívání se katalyzátor může roztavit nebo rozpadnout.

Používání „pašovaného“ benzínu s přídavkem zakázaného tetraethylolova

Olovo tvoří tenký povlak na aktivní hmotě katalyzátoru. Katalyzátor ztrácí své vlastnosti a rychle se koksuje (otrava katalyzátoru).

Zvýšené spalování motorového oleje

Produkty spalování motorového oleje způsobují koksování katalyzátoru

Použití motorových olejů s vysokým obsahem popela

Přísady se usazují na katalyzátoru, což vede k otravě katalyzátoru a filtru pevných částic DPF.

Obr. 9 Tavení a destrukce katalyzátoru

Obr. 10 Koksování katalyzátoru

Jak prodloužit životnost katalyzátoru

1. Ve většině případů jsou poruchy katalyzátoru způsobeny nesprávným provozem vozidla a umožňují jeho obnovení do funkčního stavu.

2. Demontáž katalyzátoru je extrémním opatřením, které nabízejí nekompetentní nebo bezskrupulózní autoservisy.

Tabulka 2. Metody pro prodloužení životnosti katalyzátoru

Používejte benzín s vysokým oktanovým číslem, ne s nižším.

AI-98 (AI-95 není vždy povolen)

Tím se katalyzátor ochrání před přehřátím a tepelným stárnutím, jakož i před roztavením a zničením.

Používejte značkové benzíny obsahující balíček čisticích přísad pro palivový systém, vstřikovače a katalyzátor

Tím se zabrání koksování katalyzátoru uhlíkovými produkty spalování motorového oleje.

Dodržujte plán výměny motorového oleje:

• 5000–6000 km u atmosférických motorů

• 2500–3000 km u přeplňovaných motorů

Tím se zabrání zvýšenému spalování motorového oleje a zalepování pístních kroužků a v důsledku toho i koksování katalyzátoru.

Používejte motorové oleje s nízkým nebo středním obsahem popela, ne nižším než ACEA C3.

Tím se ochrání katalyzátor a filtr pevných částic před otravou a následným koksováním.

Katalyzátor pravidelně čistěte speciálními přípravky, jako např.

Čistič katalytických systémů Liqui Moly

To umožňuje vyčistit katalyzátor od vytvořených uhlíkových usazenin a obnovit jeho funkci.

Značkový benzín vysoké kvality

Tabulka 3. Doporučené moderní benzíny

Značka a typ benzínu

Lukoil ECTO 100

1. Vysoké oktanové číslo,

2. Speciální čisticí vlastnosti,

3. Mazací vlastnosti požadované u benzínových motorů s přímým vstřikováním

Gazpromněft G-Drive 100

Rosněft Pulsar 100

Shell V-Power 98

V Rusku se neprodává od roku 2022

Údržba systému SCR

Tabulka 4. Pravidla pro správný provoz systému SCR

V systémech SCR pro čištění oxidů dusíku používejte pouze certifikované kapaliny, jako je AdBlue

Tím se zajistí čistota systému přívodu a vstřikování močoviny a také se zabrání zamrznutí kapaliny v systému během zimního období provozu.

Včas doplňujte kapalinu AdBlue do nádrže systému SCR

Tím se zabrání abnormálnímu provozu systému SCR a chybám v systému řízení motoru.

Včas diagnostikujte a servisujte systém redukce oxidů dusíku EGR

Tím se zabrání přerušení provozu motoru a systému řízení motoru.

Certifikované kapaliny AdBlue

Tabulka 5. Příklady vysoce kvalitních kapalin AdBlue