3. EMISNÍ NORMA TIER IVB
Emise spalovacích motorů obsahují stovky
chemických látek v různých koncentracích,
jejíchž biologické vlastnosti (účinky na
zdraví člověka) nebyly doposud
jednoznačně určeny. Spalovací motory jsou
zodpovědné za více než 70% globální
produkce CO emisí a 19% CO2.
Mimo produktů dokonalého spalování tzn.
CO2, H2O, přebytku kyslíku, zbytkového
dusíku, které tvoří dominantní zastoupení
se vyskytuje celé řada plynů a pevných
látek z nichž největší pozornost se věnuje:
oxidu uhelnatému CO, nespáleným
uhlovodíkům HC (Hydrocarbons, parafiny,
olefiny, aromatické uhlovodíky), částečně
spálené uhlovodíky (aldehydy, ketony),
produkty štěpení (acetylen, ethylen, vodík,
saze), oxidy dusíku NOx (NO – oxid dusnatý,
N2Ooxid dusný, NO2 – oxid dusičitý) a pevné
částice PM (Partikel Matter) [50].
5. 12. 2014 3
4. EMISNÍ NORMA TIER IVB
Kromě splnění emisních limitů se musí
výrobci motorů zavázat k tzv. emisní
životnosti nebo-li, že motor bude splňovat
emisní limity po určenou dobu ve směrnici
97/68/EC. U motorů pro traktory
s výkonem nad 37 kW je tato doba
stanovena na 8000 h provozu.
Podle několika studií produkuje zemědělský
sektor největší podíl pevných částic PM 10
a oxidů dusíku u nesilničních vozidel, jak je
vidět v grafech na.
Proto se hledají cesty jak emise snižovat
nejenom na straně úpravy spalovacích
motorů ale také hledání možností pro
zvyšování účinnosti převodových ústrojí,
snižování spotřeby paliva, využívání
techniky, automatické systémy atd.
5. 12. 2014 4
6. EMISNÍ NORMA TIER IVB
Spalovací motor je již více než jedno století
součástí vývoje a snahy využít tohoto
tepelného stroje při stále rozmanitějších, a
tím také náročnějších podmínkách.
Větší část této doby byly koncentrovány
především na provozní vlastnosti a
spolehlivost a nebyl kladen velký důraz na
negativní projevy činnosti spalovacího
motoru, které jsou především
environmentální povahy.
Konkrétně se jedná o škodliviny ve
výfukových plynech, hluk, úniky provozních
náplní, spotřebování surovin pro výrobu
komponentů, produkce odpadů atd.
Všechny výše vyjmenované skutečnosti jsou
v posledních 20 letech stále více pod
„drobnohledem“ veřejnosti, států a
společenských institucí jako např. OSN, EU,
EPA atd. Právě tyto instituce vymezují
pravidla environmentální povahy včetně
úrovně již zmíněných emisí spalovacího
motoru.
5. 12. 2014 6
7. EMISNÍ NORMA TIER IVB
Z tohoto rozboru lze pak stanovit při
známém zastoupení uhlíku (0,86) a vodíku
(0,14) v motorové naftě stanovit výslednou
produkci CO2 a H2O:
Produkce CO2 při dokonalém spálení 1 kg
nafty je 3,15 kg
Pro dokonalé spálení 1 kg nafty se
spotřebuje 3,4 kg O2
Pro dokonalé spálení 1 kg nafty se
spotřebuje 14,78 kg vzduchu
5. 12. 2014 7
8. EMISNÍ NORMA TIER IVB
V roce 2011 vstoupil v platnost emisní limit
Stage 3b pro výkonovou kategorii 130 až
560 kW, což znamenalo implementaci
nových systémů na spalovací motory, které
umožní jejich splnění.
Strategie Case IH byla ve znamení zavedení
SCR systému pro traktory s výkonem nad
100 k a pro traktory do 100 k zavedení filtrů
na pevné částice a CEGR. Emisní limit Stage
3b není poslední úrovní emisních limitů, ale
podle plánu Evropské unie vstoupil
v platnost další limit Stage 4 (rok 2014) pro
výkonovou kategorii 130 až 560 kW.
Novými limity se sníží oxidy dusíků NOx o
80 %, zatímco pevné částice zůstávají na
stejné úrovni.
5. 12. 2014 8
11. EMISNÍ NORMA TIER IVB
Case IH při hledání řešení jak splnit přísnější
limity Tier 4b vycházel ze zachování
systému SCR, který již několik let v provozu
a má s ním již zkušenosti ze kterých
vycházel. Další vývoj ukázal, že doplněním
dalších katalyzátorů DOC a CUC bez použití
filtrů na pevné částice a recirkulace
výfukových plynů lze nový limit splnit.
Do výfukového potrubí je doplněn DOC
(Diesel Oxidation Catalyst) katalyzátor,
který umožňuje oxidaci – chemickou reakci
kyslíku s CO, HC a NO na CO2, NO2, H20, při
které se také zvyšuje teplota výfukových
plynů, což přispívá k účinnější činností SCR
katalyzátoru při začátku provozu traktoru.
Z pohledu činnosti SCR systému je DOC
katalyzátor zdrojem NO2 (oxidu uhličitého),
který ovlivňuje poměr plynů NO2/NO (80 %
z NOx tvoří NO). Ten je důležitý pro účinnost
SCR katalyzátoru v oblasti nízkých teplot
výfukových plynů. Podle různých zdrojů je
optimální poměr mezi 0,5 až 1.
5. 12. 2014 11
12. EMISNÍ NORMA TIER IVB
Výfukové plyny jsou poté směřovány do
SCR (Selective Catalytic Reduction)
katalyzátoru před kterým dochází ke
vstřikování ADblue. V SCR katalyzátoru, ve
kterém s pomocí amoniaku NH3 dochází
k reakci s oxidy dusíku a jejich přeměně na
dusík N2 a H20. Amoniak je toxická látka a
z toho důvodu se získává až chemickou
cestou po vstřiknutí kapaliny „Adblue“ do
výfukového potrubí. Kapalina Adblue je
složena z 32,5 % z močoviny (CO (NH2)2) a
zbylou částí je demineralizovaná voda,
která se po vstřiknutí odpaří a využije se
dále při chemických reakcích.
Součástí tělesa katalyzátoru SCR je i CUC
(Clean Up Catalyst) katalyzátor, který
redukuje volný amoniak NH3 , který je
zahrnut mezi látky ovlivňující ozonovou
vrstvu, okyselování půdy atd. V CUC
katalyzátoru dochází k oxidaci NH3, který se
tak přeměňuje na N2 a H20.
5. 12. 2014 12
15. EMISNÍ NORMA TIER IVB
Výfukové plyny, které prochází přes
turbodmýchadlo jsou přivedeny do DOC
katalyzátoru kde dochází k reakcím NOx,
HC, CO s kyslíkem a tvorbě NO2, CO2 a
H2O. Za DOC katalyzátorem je umístěný
vstřikovač ADblue kterým se zajištuje
dávkování ADblue do proudu výfukových
plynů. Jejich vysoká teplota způsobí
odpaření vody z ADblue a vzniklý čpavek
reaguje s oxidy dusíku v SCR katalyzátoru na
N2 a H2O.
Protože celý proces redukce NOX ovlivňuje
řada činitelů např. teplota výfukových
plynů, vstřikované množství Adblue, stav
SCR katalyzátoru, atd. může zůstávat
v proudu výfukových plynů nevyužitý
čpavek, který se dostává do okolního
prostředí. Abychom tomu zabránili, je
v soustavě resp. součástí SCR katalyzátoru i
CUC katalyzátor, ve kterém reaguje
zbytkový čpavek NH3 s kyslíkem na dusík N2
a H20.
1-Sensor kvality Adblue, 2-Řídící jednotka motoru, 3-Snímač teploty a NOX ve výfukových plynech, 4-klapka regulace výfukových plynů, 5- CUC
katalyzátor, 6- DOC katalyzátor, 7-Vstřikovač Adblue, 8-Regulační ventil chlazení, 9-Plnící modul, 10-Sensor NH3, 11-SCR katalyzátor,
5. 12. 2014 15
16. EMISNÍ NORMA TIER IVB
Základní komponenty systému pro splnění emisních normy Tier IVb/ Stage IV u traktorů Magnum, 1-SCR katalyzátor, 2-DOC katalyzátor, 3-
Vstřikovací jednotka Adblue, 4-Sání motoru, 5-Plnící čerpadlo Adblue, 6-Regulační klapka výfukových plynů,
5. 12. 2014 16
17. EMISNÍ NORMA TIER IVB
Jedním z nových prvků v konstrukci
soustavy je regulační klapka ve výfukovém
potrubí. Regulační klapka je umístěna na
výstupu z turbodmýchadla a svojí
konstrukcí se podobá klapce v EGR
systému. Klapka se využívá za účelem
zvýšení teploty výfukových plynů pro
rychlejší náběh systém SCR, který potřebuje
pro provoz optimálně teplotu 270 – 275 oC.
Regulace klapky je aktivní především při
nízké teplotě výfukových plynů kdy přivírá
proudění výfukových plynů a tím zvyšuje
teplotu plynů. Jakmile se dosáhne
optimální teploty pro SCR pak se klapka
deaktivuje. Při běžném provozu tak není
aktivní.
1-Sensor kvality Adblue, 2-Řídící jednotka motoru, 3-Snímač teploty a NOX ve výfukových plynech, 4-klapka regulace výfukových plynů, 5- CUC
katalyzátor, 6- DOC katalyzátor, 7-Vstřikovač Adblue, 8-Regulační ventil chlazení, 9-Plnící modul, 10-Sensor NH3, 11-SCR katalyzátor,
5. 12. 2014 17
18. EMISNÍ NORMA TIER IVB
Hydraulický systém zajištuje činnost SCR
systému a je prakticky stejný jako v SCR
řešení pro Tier IV a. Adblue je z nádrže
nasáváno přes filtry a rozvaděč pomocí
membránového čerpadla poháněného el.
proudem přes krokový motorek. Systémový
tlak Adblue je namísto 5 bar zvýšen na 9
bar. Z čerpadla vystupuje opět přes
rozvaděč a filtr na vstřikovací modul. Ten
má novou konstrukci s chlazením od
chladicí kapaliny motoru. Ovládání
vstřikovače Adblue je nově přes řídící
jednotku motoru. Pokud nedochází ke
vstřikování Adblue, pak je vraceno zpět do
nádrže. V nádrži je nově umístěn snímač
kvality Adblue. Po vypnutí motoru dochází
stejně jako u předchozí verze k odsání
Adblue z potrubí. Adblue se začíná
vstřikovat při teplotě výfukových plynů 240
OC.
5. 12. 2014 18
