Historie emisních limitů a tedy snižování zplodin sahá do roku 1996, kdy vešla v platnost první emisní norma Tier 1. Pro porovnání, jakého pokroku od té doby udělaly motory je možné říci, že stroj splňující emisní normu Tier 4a, který bude pracovat 100 dní vyprodukuje stejné množství zplodin jako stroj s normou Tier 1 za jeden den.
Proč emisní limity
Při spalování v motoru, tedy při přeměně chemické energie na mechanickou, se vytváří nežádoucí produkty hoření. Výfukové zplodiny obsahují tyto hlavní složky: oxid uhelnatý (CO), uhlovodíky (HC), oxidy dusíku (NOx) a pevné částice PM (saze).
Nejvážnější dopady na životní prostředí mají oxidy dusíku a pevné částice, jejichž množství ve výfukových plynech je regulováno v Severní Americe a Evropě normami TIER a STAGE, které jsou i přes různé názvy pro oba trhy a všechny prodávané značky obsahově identické, tj. všichni musí plnit stejné limity.
Pokud se podíváme na dopady na životní prostředí, je zřejmé, že regulace pevných částic (sazí) a oxidů dusíku má smysl. Pevné částice jsou vytvářeny z jemných uhlíkatých částic a dalších jedovatých látek, které vznikají v průběhu nedokonalého spalování paliva během spalovacího procesu. Nedokonalé spalování probíhá v prostředí ve kterém není tak vysoký přebytek kyslíku, tedy u motorů, které využívají technologii recirkulace výfukových plynů. Pokud chceme zajistit co možná nejdokonalejší spalování, potom musíme zajistit co možná nejvyšší přebytek kyslíku ve spalovacím prostoru, tedy bez recirkulace výfukových plynů. Čím vyšší je teplota spalování paliva, tím méně sazí vzniká, protože proces hoření je dokonalejší. Saze mají na svědomí onemocnění, jako je astma, dráždivé alergie a podobná závažná onemocnění. Oproti tomu oxidy dusíku jsou produkovány během vysokých teplot při spalovacím procesu motoru. Čím nižší je teplota spalování v motoru, tím méně vzniká NOx.
Po vypuštění do atmosféry oxidy dusíku reagují se vzdušnou vlhkostí a vrací se na povrch země ve formě kyselých dešťů (H2SO4 a HNO3), které mění pH půdy a ničí tak lesy. V městech oxidy dusíku reagují s mlhou a vytváří smog, který má na svědomí dýchací problémy.
| Motor | Motor s TIER 3 EGR (W190) | Motor TIER 4A s SCR (W190) | Zlepšení |
| Maximální výkon | 185 kW/252 hp(CV) | 198 kW/269 hp(CV) | 7 % |
| Kroutící moment Mk | 1 025 Nm | 1 160 Nm | 13 % |
| Záloha Mk | 32 % | 40 % | 25 % |
| Navýšní výkonu | 13 kW/27 hp (CV) | 30 kW/41 hp (CV) | 52 % |
Zařízení pro úpravu výfukových zplodin
Jestliže úrovně emisí TIER 3 či STAGE 3A bylo možné dosáhnout konstrukcí motoru (elektronické vstřikování paliva Common Rail, optimalizace spalovacího procesu, recirkulace výfukových plynů atd..), normu TIER 4A či STAGE 3B lze splnit již pouze pomocí přídavného zařízení pro úpravu výfukových zplodin – odstraňováním NOx nebo pevných částic PM.
Tyto technologie jsou známé jako SCR (selektivní katalická reakce) respektive CEGR (recirkulace chlazených výfukových zplodin). New Holland má prostřednictvím své sesterské firmy FPT k dispozici obě technologie a také je obě bude využívat, proto nemá důvod prohlašovat jedno řešení jako univerzálně nejlepší.
Při výběru vhodné technologie pro konkrétní pohonnou jednotku a konkrétní stroj je potřeba mít na zřeteli tři základní měřitelná hlediska: výkonnost, hospodárnost a životní prostředí. Graf ukazuje dopad použité technologie a nastavení motoru pro eliminaci NOx a PM na spotřebu paliva.
Dopad použité technologie a nastavení motoru pro eliminaci NOx a PM na spotřebu paliva
Technologie SCR
Motor nasává pouze čistý, stlačený a ochlazený vzduch plný kyslíku. Spalování probíhá za ideálních podmínek a jednotka maximálně efektivně proměňuje chemickou energii na mechanickou. Spotřeba paliva je v tomto případě optimální. Díky vysoké teplotě spalování nevznikají pevné částice (jsou spálené přímo v motoru) a NOx jsou eliminovány ve výfukovém potrubí reakcí s roztokem močoviny (AdBlue) za vzniku atmosféře přirozených prvků dusíku a vodních par. Při eliminaci NOx je spotřeba AdBlue zhruba v rozmezí mezi 4–8 % spotřeby nafty. Úměra zde není přímá, spotřebu ovlivňuje stupeň tížení motoru, kvalita použitého AdBlue, venkovní teplota a vlhkost vzduchu. Cena za litr AdBlue se pohybuje okolo 18 Kč za litr.
Technologie CEGR
Motor přisává zhruba 30 % výfukových spalin, spalovaná směs v motoru je méně výhřevná a spalování tak probíhá za nižších teplot. Přeměna chemické energie na energii mechanickou není tak efektivní. Díky nižší teplotě při spalování vzniká podlimitní množství NOx. Vzniklé saze jsou zachytávané ve filtru pevných částic, u kterého musí proběhnout přibližně jednou za 10 hodin aktivní regenerace filtru pevných částic (do výfukového systému je vstřikována dodatečná dávka nafty, která zajistí spálení zachycených pevných částic (sazí) na popel, který je zachycen ve filtru – po dobu cca 20 minut stoupá spotřeba nafta až o 100 %. Filtr se zachyceným popelem musí být pravidelně vyměňován. Část získaného výkonu nemůže být využita pro produktivní práci, protože je odebrána pro chlazení vzniklých výfukových plynů.
Celkově tady u CEGR je část paliva je použita pouze pro regeneraci filtru PM (cca 3 %), ze zbylého paliva je získáno méně energie (horší využití chemické energie skryté naftě) a ze získané energie je část odebrána pro chlazení horkých spalin.
SCR a CEGR z hlediska technologické náročnosti pro motory nad 174 hp
Technologie SCR zahrnuje:
- nádrž na AdBlue s vyhříváním, senzor výšky hladiny AdBlue, senzor teploty AdBlue,
- katalyzátor, kde probíhá reakce AdBlue s NOx ve spalinách při teplotě cca 250 °C,
- dávkovací modul AdBlueřídí množství a tlak AdBlue vstupujícího do vstřikovače,
- senzor NOx hlídá zbytkové množství NOx vycházejích z výfuku po reakci v katalyzátoru,
- vstřikovač vstřikuje a měří množství AdBlue dodané do katalyzátoru,
- motor New Holland je vyladěný na optimální výkon a spotřebu paliva. Neutralizační kapalinu AdBlue získáte od autorizovaných prodejců New Holland nebo ji koupíte na každé větší čerpací stanici (www.findadblue.com – i v českém jazyce).
Technologie CEGR zahrnuje:
- EGR chladič chladí výfukové plyny, které se vrací do motoru,
- EGR ventil řídí množství výfukových zplodin, které se vrací zpět do motoru. Obsahuje teplotní čidlo oxidačního katalyzátoru DOC, teplotní senzor filtru pevných částic DPF, tlakový senzor filtru pevných částic DPF, vstřikovač paliva filtru pevných částic DPF, regulační ventil filtru pevných částic DPF, těleso oxidačního katalyzátoru DOC / filtru pevných částic DPF,
- turbodmychadlo s proměnlivou geometrií lopatek nebo dvě turbodmychadla (u motorů velkých objemů), jedno s pevnou a proměnlivou geometrií,
- filtr pevných částic obsahuje vstřikovače paliva, dieselový oxidační katalyzátor, senzor tlaku výfukových zplodin, filtr popelovin,
- motor New Holland nastavený tak, aby produkoval podlimitní množství NOx.
Při regeneraci není ovlivněn výkon motoru, ale roste spotřeba paliva až na dvojnásobek. Po spálení pevných částic vzniká popel, který se zachycuje ve filtru, který musí být odborně (v servisu) vyměněn. Vzniklý popel je nebezpečná látka, se kterou se musí nakládat v souladu s platnou legislativou.
Kalkulace nákladů na provoz stroje s výkonem nad 174 hp
Předpokládejme, že dnes za 12 hodin spotřebujete 250 litrů paliva. U kolového nakladače W170B s motorem o objemu 6,7 litru doplněným technologií SCR klesne spotřeba o 7 %, tj. 17,5 litrů za den, při ceně 32 Kč za litr nafty tak v naftě šetříte 560 Kč denně. Spotřeba AdBlue činí v průměru 6 % (4–8 %) objemu nafty, tj. 14 litrů. Při ceně 18 Kč za litr AdBlue tak vynaložíte celkem 252 Kč. Na jedné nádrži tak šetříte 308 Kč oproti motoru TIER 3 s technologií EGR. Při provozu nakladače cca 250 dní v roce šetříte minimálně 77 000 Kč. Pokud bychom nakladač typu W 170B osadili motorem TIER 4 s technologií CEGR, rozdíl ve spotřebě nafty při srovnání s technologií SCR by byl ještě výrazně vyšší. Současně cena AdBlue se v závislosti na odebíraném množství pohybuje od několika korun, třeba i 4 Kč/l, přes cca 9 Kč/l při čerpání ze stojanu po uváděných cca 18 Kč/l při nákupu AdBlue v 20 litrových kanistrech. Úspora tak může hravě činit i 500 Kč denně.
Vhodné řešení pro menší stroje
Inženýři New Holland mají za to, že CEGR představuje přirozenou volbu pro menší stroje o výkonu do 100 hp protože:
- Motory s nízkým výkonem a nízkou výhřevností mají nižší požadavky na chlazení a velké chladiče by u malých strojů nebylo kam umístit.
- Celá technologie CEGR je elegantně zapasovaná do motorového prostoru, stejně tak jako je tomu u malých osobních automobilů.
- Menší stroje musí být prostě „menší” další nádrž na AdBlue by překážela.
- Filtr pevných částic je malé zařízení, které neovlivní rozměry stroje a aktivní regenerace nemusí probíhat tak často.
- Spotřeba AdBlue by nebyla dostatečně velká tak, aby bylo zásobování efektivní (dojezdové vzdálenosti).
Ve firmě New Holland se proto rozhodli používat technologii SCR pro motory s výkonem nad 100 hp a technologii CEGR pouze pro motory s výkonem nižším než 100 hp.
Pokud máte zájem o více informací k problematice přechodu na novou normu TIER 4, kontaktujte svého autorizovaného prodejce New Holland nebo pracovníky Agrotec a.s.
