Mocznikiem w tlenki azotu
Kolejnym, po filtrach cząstek stałych, kłopotliwym wyposażeniem nowoczesnych silników wysokoprężnych są układy SCR oczyszczające spaliny z tlenków azotu. Wraz z kolejnymi normami emisji systemy te będziemy spotykać coraz częściej, gdyż szkodliwe składniki produktów spalania są obecnie na celowniku ustawodawców.
Jak widać gama pojazdów wyposażonych w układ SCR jest bardzo szeroka, dla większości z nich jest to wyposażenie obowiązkowe
Ostatnie afery związane z oszukiwaniem na czystości spalin ujawniły wagę i skalę problemu. Oczyszczanie spalin jest kłopotliwe nie tylko dla użytkowników, ale i dla producentów. Przyczynami są coraz bardziej wyśrubowane normy emisji spalin* i rosnące koszty systemów zapewniających ich spełnienie. Gdy do tego dochodzą uciążliwości eksploatacyjne dla użytkowników, których zapewnia się o bezproblemowym postępie technicznym, chęć pójścia na skróty niektórych producentów staje się zrozumiała. Nie usprawiedliwiamy ich oczywiście, ale tłumaczymy, o co chodzi od strony technicznej.
Tlenki azotu, obok związków siarki, obwiniane są o powodowanie tzw. kwaśnych deszczy, zawierających kwasy powstałe w wyniku reakcji wody z nimi.
Początkowo do zmniejszenia ilości tlenków azotu w spalinach wykorzystywano jedynie system EGR (z ang. Exhaust Gas Recirculation, czyli recyrkulacja gazów spalinowych). Wprowadzanie z powrotem spalin do komory spalania powoduje obniżenie temperatury spalania, co zmniejsza ilość powstających tlenków azotu. Kolejnym etapem było wyłapywanie ich przez użycie katalizatorów zasobnikowych NOx. Jednak takie rozwiązanie okazało się za mało wydajne w większości silników i dopiero użycie systemu SCR dało możliwość realnego obniżenia emisji tlenków azotu.
SCR
Selektywna redukcja katalityczna (z ang. Selective Catalytic Reduction) jest na razie jedynym systemem zdolnym do rzeczywistego ograniczenia emisji NOx wymaganego od 2003 roku przez drastyczną normę EURO 6. Szczególnie mocno odczuli to producenci dużych silników wysokoprężnych do ciężarówek, maszyn roboczych i rolniczych. W ich przypadku użycie SCR było jedynym sposobem utrzymania się na rynku. W przypadku małolitrażowych aut osobowych pozostało skupienie się na jednostkach benzynowych lub napędach hybrydowych – albo wzrost kosztów diesli. Niektórzy wybrali trzecią drogę, polegającą na spełnianiu wymogów norm jedynie formalnie – w chwili pomiarów – co wykrywało oprogramowanie sterownika silnika i przełączało w tryb „czysty”. Po zakończeniu testów silnik przechodził w tryb normalny, w którym aż tak bardzo nie przejmował się ekologią, a nieświadomy kierowca cieszył się, że ma ekologiczne, dynamiczne i oszczędne auto.
Działający system SCR korzysta z wodnego roztworu mocznika, który wtryśnięty do gorącego strumienia spalin rozpada się m.in. na amoniak. To właśnie ów amoniak w szeregu reakcji chemicznych z tlenkami azotu w katalizatorze SCR sprawia, że powstaje nieszkodliwa para wodna i azot. Wykorzystanie mocznika zamiast amoniaku jest proste – mocznik w porównaniu do niego jest o wiele mniej kłopotliwy, a przede wszystkim nie jest niebezpieczny dla ludzi. Nie oznacza to jednak, że używanie mocznika jest bezproblemowe.
Układ SCR w samochodzie
Mocznik w aucie
Mocznik do reakcji w katalizatorze pochodzi z 32,5 % wodnego roztworu. Płyn ten ma różne handlowe nazwy, z których najpopularniejszą jest AdBlue. Mimo prostego składu chemicznego nie można jednak zastępować go własnymi mieszankami, np. z mocznika używanego do nawożenia. Kluczową sprawą jest czystość – zarówno mocznika, jak i wody (zdemineralizowanej). Nawet śladowe zanieczyszczenie roztworu powoduje obniżenie skuteczności reakcji. Stąd obsługa układu SCR wymaga wyższej kultury technicznej, ale nie tylko z tego powodu. Dla własnego dobra warto postępować z AdBlue ostrożnie i starannie*.
Mimo że roztwór mocznika nie jest toksyczny, to jest on odczuwalnie drażniący i nie można dopuścić do zanieczyszczenia ani jego, ani nim nas oraz otoczenia. Rozlany trzeba szybko zmyć, bo w wyższych temperaturach ulega rozkładowi na śmierdzący amoniak, a z czasem krystalizuje. Kryształy mocznika da się wprawdzie łatwo usunąć z gładkich powierzchni, ale z tapicerki już nie. Trzeba przy tym pamiętać, że powoduje on korozję metali.
AdBlue wymaga czystości, staranności i opieki podczas przelewania i przechowywania, szczególnie w naszym klimacie. Gdy temperatura spada poniżej -11,5°C, zamarza, tworząc kryształy. Nie wolno więc pozostawiać go na mrozie, bo gdy pojawią się kryształy, zmienia się stężenie płynnego roztworu, a w efekcie ten staje się praktycznie bezużyteczny. Również nie służą mu upały – powyżej 30°C mocznik ulega powolnemu rozkładowi do amoniaku. Tak więc AdBlue najlepiej przechowywać w temperaturze pokojowej, w cieniu i to tylko maksymalnie dwa lata. Jak na płyn eksploatacyjny mający być używany w pojeździe narażonym na szerszy zakres temperatur pracy jest więc wyjątkowo problematyczny.
SCR to tylko część systemów oczyszczania spalin, uzupełniany ich działaniem
Mimo że dozowanie AdBlue nie wymaga wyrafinowanej techniki, to przez jego kłopotliwe właściwości niezbędne są dodatkowe systemy
Eksploatacja
W istocie eksploatacja pojazdów z systemem SCR jest uciążliwa nie tylko z powodu właściwości płynu. Restrykcje normy powodują, że konstruktorzy zostali zmuszeni do wykluczenia możliwości jazdy z niesprawnym systemem. Im nowsze konstrukcje, tym kontrola sprawności działania bardziej rygorystyczna i bezwzględna.
Po pierwsze, należy dbać o czystość płynu, a więc zarówno instalacji w aucie, jak i naczyń oraz pojemników używanych do przechowywania i przelewania. Każde zanieczyszczenie płynu może nie tylko obniżyć sprawność reakcji przy zwiększeniu zapotrzebowania na niego, ale i uszkodzić system. Po drugie, równie krytyczny dla sterownika jest brak płynu. Zaniedbanie dolewki początkowo jest poza stosownym komunikatem na desce rozdzielczej, ale skutkuje ograniczeniem momentu obrotowego silnika. Dalsza zwłoka w uzupełnieniu braku prowadzi do kolejnych osłabień osiągów aż do przejścia na bieg jałowy w trybie awaryjnym bez możliwości ponownego uruchomienia silnika. Szacuje się, że w normalnej eksploatacji proporcja AdBlue do zużycia oleju napędowego wynosi 2-5 %. Cięższe warunki mogą spowodować zwiększenie konsumpcji mocznika nawet do 20 %, więc nie wolno lekceważyć wskazań jego poziomu i liczyć na dolewki jedynie w trakcie planowanych serwisów.
Bardzo polecamy szczegółową lekturę rozdziału instrukcji pojazdu poświęconego tajnikom obsługi systemu SCR. Pozwoli to uniknąć nieplanowanych przestojów lub gorszych doświadczeń.
Uzupełnianie AdBlue
Dolewki roztworu mocznika w zależności od złośliwości projektantów pojazdu mogą być czynnością równie łatwą jak tankowanie paliwa lub stać się przygodą. Umiejscowienie wlewu AdBlue przy wlewie paliwa to najdogodniejsza lokalizacja, która umożliwia uzupełnianie kłopotliwego płynu z naczyń lub z dystrybutora. Spotyka się jednak auta, w których ta, prozaiczna w sumie, czynność wymaga dotarcia do głęboko ukrytych zakamarków bagażnika, włącznie z wyjmowaniem koła zapasowego. A gdy już się dostaniemy do wlewu, nie możemy popełnić błędu przy nalewaniu – rozlany tam mocznik będzie długo i przykro o sobie przypominać uwalnianym amoniakiem. Wprawdzie dostawcy roztworu zdają sobie z tego sprawę i oferują pojemniki z wlewami zapobiegającymi rozlaniu czy nawet kapaniu, ale każą sobie za to słono płacić. Przy okazji takie systemy zapobiegają też przepełnieniu i pokusie używania lejków „do wszystkiego”, więc przy okazji nie ma ryzyka zanieczyszczenia AdBlue. W serwisie zamiast takich drogich akcesoriów używa się po prostu pistoletu i dystrybutora.
Życie z AdBlue
Sama dbałość o czystość i poziom roztworu mocznika to nie wszystko, czym obarczeni są użytkownicy systemu SCR. Ze względu na swe właściwości roztwór ten płata różne figle w zależności od temperatur, a do tego dochodzą wszelkie awarie mechaniczne czy elektroniczno-elektryczne samego systemu. Składają się na niego różne podzespoły: zbiornik, przewody, czujniki temperatur, poziomów, sondy NOx i amoniaku, pompy i wtryskiwacze. Aby spadek temperatur nie zablokował instalacji, dochodzi jeszcze grzałka i kolejne czujniki oraz zawiadujący tym wszystkim sterownik. Jeśli połączymy to z oprogramowaniem, niewybaczającym jakichkolwiek błędów ze strony jakiegokolwiek podzespołu, sprawa robi się poważna.
Wachlarz potencjalnych problemów ze strony układu SCR jest bardzo szeroki. Począwszy od łatwych do usunięcia, ale trudnych w odnalezieniu, poluzowanych lub skorodowanych połączeń elektrycznych, przez awarie, których rozpoznanie wymaga dostępu do interfejsu diagnostycznego.
Ujemne temperatury pogarszają sprawę, gdyż tworzą się wtedy złogi kryształów mocznika blokujące przepływ. Aby temu zapobiec, włączana jest grzałka i uruchamiana procedura obiegu roztworu, co ma na celu wycofanie mocznika z miejsc narażonych na przemrożenie. Przerwanie takich procedur lub wyczerpanie akumulatora może przyczynić się do zablokowania instalacji.
Emulacja
Problemy związane z eksploatacją pojazdów z SCR są na tyle dokuczliwe i często nieprzewidywalne, że wielu użytkowników myśli o wyłączeniu tego systemu. Potrzeba ta spotyka się oczywiście z odzewem deinstalatorów, którzy oferują montaż „emulatorów” symulujących niezmienną sprawność niezależnie od rzeczywistości. Podobnie jak w przypadku wycinania filtrów cząstek stałych, symulowane układy SCR są fikcyjne, ale póki nie ma u nas faktycznego systemu kontroli pojazdów, pozostają bezkarne.
autor: Michał Pierewicz, zdjęcia: producenci, archiwum
