Iveco i FPT Industrial prezentują układ selektywnej redukcji katalitycznej o dużej skuteczności dla wydajnego i ekologicznego transportu

Na forum technologii w Turynie, Iveco i FPT Industrial zaprezentowały własną technologię – jedyne w swoim rodzaju rozwiązanie spełniające wymagania normy emisji spalin Euro VI, ogłoszonej w ubiegłym roku oraz swoje plany dotyczące zaspokojenia przyszłego zapotrzebowania klientów na zmniejszone zużycie paliwa i niższe koszty eksploatacji pojazdów.

Iveco i FPT Industrial mają bogatą historię technicznych innowacji, których celem jest uzyskanie niskich kosztów eksploatacyjnych, przy czym zużycie paliwa od dawna pozostaje podstawową kwestią. Drogę selektywnej redukcji katalitycznej (SCR) Iveco i FPT Industrial obrały już z myślą o spełnieniu norm emisji Euro IV/V wprowadzonych w 2005 r. Był to wybór, który pozwolił w pełni zoptymalizować sprawność spalania silników, a co za tym idzie zmniejszyć zużycie paliwa kosztem  dużych emisji NOx z silnika, które jest zmniejszane poprzez oczyszczanie spalin metodą SCR.

W przypadku normy Euro VI, ani strategia Iveco i FPT Industrial, ani zapotrzebowanie klientów na ekonomiczne silniki nie zmieniły się. W obliczu ogólnej akceptacji konieczności interwencji zarówno w komorę spalania jak i w układ wydechowy, Iveco jest w stanie wykorzystać postępy technologiczne firmy FPT Industrial w nieustannym dążeniu do dalszej poprawy skuteczności technologii SCR. Firma FPT Industrial opracowała w pełni opatentowany układ SCR o dużej skuteczności, który pozwala na uzyskanie niespotykanej efektywności.

Opracowana przez FPT Industrial technologia oczyszczania spalin, oparta jedynie na technologii SCR dla pojazdów spełniajacych normę Euro VI, jest unikalna pod tym względem. Jest ona w stanie spełnić niesłychanie restrykcyjne ograniczenia emisji NOx jedynie przy użyciu układu redukcji katalitycznej, bez potrzeby stosowania recyrkulacji spalin.

Emisja spalin

Ze względu na reakcje chemiczne zachodzące podczas spalania, spaliny emitowane z silników Diesla składają się z szeregu zanieczyszczeń, z których najbardziej szkodliwe są tlenki azotu (NOx) i cząstki stałe (PM).

Nowe przepisy Euro VI dotyczące emisji spalin, które będą obowiązywać wszystkie nowe ciężkie pojazdy użytkowe i autobusy, zarejestrowane od 1 stycznia 2014 r. wprowadzają znaczące zmniejszenia dozwolonych emisji z układu wydechowego poniższych szkodliwych zanieczyszczeń:

• emisje NOx zmniejszono o 80% w porównaniu z normą Euro V (testowy cykl jezdny ETC, emisje równoważne);
• zmniejszenie masy cząstek stałych o 66% w porównaniu z normą Euro V (testowy cykl jezdny ETC, emisje równoważne); planowane jest wprowadzenie dalszego ograniczenia liczby cząstek stałych, które spowoduje ogólne zmniejszenie cząstek stałych o ponad 95%;
• wprowadzenie ograniczenia emisji amoniaku. 

Oprócz tego, norma Euro VI przewiduje także wprowadzenie szeregu dodatkowych wymagań eksploatacyjnych. Są to:

• nowe cykle testów w stanach nieustalonych i ustalonych, obowiązujące na całym świecie. Cykl testów w stanach nieustalonych będzie składał się z dwóch części: części prób na zimnym silniku i drugiej części po przerwie na postoju;
• uwzględnienie emisji ze skrzyni korbowej, jeśli nie zastosowano układu zamkniętego;
• wymagania dotyczące utrzymania poprawnych emisji spalin do 700.000 km lub 7 lat dla największych pojazdów;
• dalszy rozwój pokładowego systemu diagnostycznego;
• środki do wdrożenia przenośnych układów pomiarowych (PEMS) do sprawdzania rzeczywistych wielkości emisji podczas eksploatacji oraz do sprawdzania i ograniczania wielkości emisji poza cyklem;
• środki mające na celu zapewnienie niezależnym serwisom łatwego dostępu do informacji dotyczących napraw i konserwacji.

Wprowadzenie normy Euro VI stanowi kamień milowy w rozwoju światowych norm emisji spalin od chwili, kiedy po raz pierwszy do homologacji silników zastosowano światowy zharmonizowany cykl badań.

Wydajny układ SCR

Ograniczenia emisji wprowadzone przez normę Euro VI można osiągnąć tylko przy zastosowaniu selektywnej redukcji katalitycznej z recyrkulacją spalin (EGR) lub bez.

Zastosowanie układu recyrkulacji spalin (EGR) zmniejsza emisje NOx w komorze spalania, ale, jednocześnie powoduje zwiększenie liczby cząstek stałych i zmniejszenie sprawności spalania. Ponadto, przy dużych ilościach cząstek stałych emitowanych z silnika, wymagana jest wymuszona regeneracja filtra cząstek stałych silnika wysokoprężnego (DPF).

Natomiast, firma FPT Industrial zdecydowała się na zwiększenie sprawności silnika i zmniejszenie liczby cząstek stałych w procesie spalania rezygnując z recyrkulacji spalin. Pozostałe cząstki stałe są redukowane w filtrze cząstek stałych z pasywną regeneracją, natomiast NOx są redukowane w układzie wydechowym, poprawiając zużycie paliwa, osiągi i niezawodność.

Układ SCR o dużej skuteczności firmy FPT Industrial jest w stanie zmniejszyć poziom emisji NOx o ponad 95%.

Układ składa się z następujących elementów:

• katalizatora utleniającego silnika wysokoprężnego (DOC),
• filtra cząstek stałych z regeneracją pasywną (DPF),
• modułu dozującego płyn AdBlue,
• mieszacza płynu AdBlue,
• układu selektywnej redukcji katalitycznej (SCR),
• katalizatora oczyszczającego (CUC).

Cały układ jest wyposażony w sieć połączonych czujników do kontroli emitowanych NOx i nadmiaru NH3 (amoniaku).

Technologia “tylko SCR” przewiduje wprowadzenie nowego zintegrowanego podejścia, które jest wynikiem szeroko zakrojonych badań, prowadzonych przez FPT Industrial, które doprowadziły do uzyskania licznych, ważnych patentów na:

• sterowanie „zamknięte", umożliwiające precyzyjne dozowanie płynu AdBlue w celu obniżenia ilości emitowanych NOx, doprowadzanych do reaktora katalitycznego SCR,
• adaptacyjny układ dozowania płynu AdBlue dzięki technologii sterowania opartej na zastosowaniu czujników NOx i amoniaku, dostarczających dokładnych informacji o składzie spalin,
• termicznie izolowane mieszanie o dużej turbulencji, umożliwiające jednorodną hydrolizę mocznika i prawidłowy rozkład w przepływie spalin,
• poprawione zarządzanie wymianą ciepła, w celu przyspieszenia rozgrzewania układu SCR w zimnej części cyklu emisji.

Wszystkie elementy całego układu oczyszczania spalin znajdują się w zwartej, całkowicie obudowanej konstrukcji. Tym samym nie przeszkadzają w zabudowie nadwozia, ani w montażu wyposażenia podwozia i minimalizują wpływ na masę własną pojazdu.

Silniki spełniające normę Euro VI

Kluczem do optymalizacji sprawności spalania jest wysokie, efektywne ciśnienie sprężania w cylindrze i wysokie ciśnienie wtrysku. Dla uzyskania powyższych celów potrzebne są ważne zmiany konstrukcji bloku silnika i głowic cylindrów. Zmiany te obejmują zwiększenie: pojemności skokowej, sztywności konstrukcyjnej bloku silnika, natężenia przepływu czynnika chłodzącego.

Silniki wyposażono w układy wtryskowe typu „common rail” najnowszej generacji o wielokrotnym wtrysku paliwa i maksymalnym ciśnieniu wtrysku do 2200 bar.

Wprowadzono nową, kasetę sterującą, zarządzającą zarówno parametrami silnika jak i dokładnie sterującą układem oczyszczania spalin. Nowa kaseta sterująca została zaprojektowana w celu optymalizacji upakowania i pełnej integracji wszystkich funkcji silnika, układu SCR i filtra cząstek stałych. Dla wersji silnika Cursor z turbosprężarką o zmiennej geometrii, zostało wprowadzone sterowanie elektroniczne, w celu optymalizacji reakcji na obciążenie, przy małych obrotach silnika oraz zwiększenia skuteczności hamulca silnikowego. Ponadto, we wszystkich silnikach obecnie stosuje się zawór klapowy hamulca silnika, w celu wsparcia pasywnej regeneracji filtra cząstek stałych oraz poprawienia działania hamulca silnikowego do 30% w porównaniu z silnikami zgodnymi z obecną normą Euro V.

Dla uzyskania bardzo dobrych wyników w zakresie ochrony środowiska, silniki zostały wyposażone w układy odpowietrzania silnika w obwodzie zamkniętym, jeszcze pod kątem spełnienia norm Euro IV/V. Układy te zachowano z myślą o spełnieniu normy Euro VI. W celu niedopuszczenia do przenoszenia mgły olejowej w gazach przedmuchowych, wprowadzono wysokosprawne układy oddzielania oleju, zmniejszające do absolutnego minimum spalanie oleju skutkujące zanieczyszczeniem filtra cząstek stałych.

Po optymalizacji warunków spalania, emisje cząstek stałych z silnika są już niewielkie. Oznacza to, że wymuszona regeneracja filtra cząstek stałych nie jest już wymagana. Jest to ważny aspekt w kategoriach zużycia paliwa i okresowej obsługi technicznej. Ponadto, ponieważ silnik pobiera tylko czyste, przefiltrowane powietrze, a nie recyrkulowane spaliny, zużycie silnika jest mniejsze i przebiegi pomiędzy wymianami oleju są wydłużone, a przebiegi między przeglądami dochodzą do 150.000 km. Przynosi to także korzyści w postaci zmniejszenia kosztów eksploatacyjnych i skrócenia czasu planowanych konserwacji.
Uzyskane korzyści można podsumować następująco:

• zwiększenie niezawodności,
• większe moce silników bez skomplikowanego układu kierowania powietrzem i spalinami,
• niskie koszty eksploatacyjne dzięki małemu zużyciu silnika i długim okresom między przeglądowym (do 150.000 km, w zależności od przeznaczenia pojazdu),
• zwarta i smukła konstrukcja, zarówno silnika jak i układu oczyszczania spalin o dużej skuteczności, obniżenie masy i zmniejszenie ilości miejsca zajmowanego przez cały system.