Czysty Diesel?

Nowa norma Euro VI, która drastycznie zmniejszyła emisję tlenków azotu (NOx) i cząstek stałych zmusiła producentów ciężarówek do przekonstruowania silników i ich osprzętu. W porównaniu z Euro V nowa norma zmniejsza emisję NOx o 80% ( z 2 g/kWh wg Euro V do 0,4 g/kWh wg Euro VI), a emisję masy cząstek stałych o 66% (do 0,01 g/kWh). Według nowej normy trzeba też mierzyć liczbę cząstek stałych, czego nie wymagała norma Euro V. Ponadto wymaganą emisję zanieczyszczeń pojazd musi utrzymywać przez 7 lat lub 700 tys. km przebiegu (dla pojazdów pow. 16 t). Nowa norma nakazuje też producentom pojazdów udostępnienie dostępu do informacji o naprawach i konserwacji swoich produktów warsztatom niezależnym. To ważne, gdyż osprzęt silników Euro VI jest jeszcze bardziej skomplikowany niż dotychczas, a system diagnostyki OBD musi realizować nowe zadania, np. zapewnić stałą kontrolę wartości emisji. 
Silniki spełniające normę Euro VI wprowadziły do produkcji Mercedes-Benz, Scania i Volvo Trucks, wkrótce zrobią to: DAF i Iveco. Renault Trucks zaprezentuje taki silnik w najbliższej przyszłości.

Budowa silników

Ze względu na ogromne koszty opracowania całkowicie nowych jednostek napędowych, większość producentów pojazdów przystosowało dotychczasowe silniki dodając układy oczyszczania spalin. Natomiast Mercedes zdecydował się na skonstruowanie rodziny silników od podstaw. 
Zmniejszanie emisji toksycznych związków w spalinach silnika można realizować dwoma sposobami – wewnątrz silnika, doskonaląc proces spalania lub ”oczyszczać” spaliny poza silnikiem. By spełnić wymagania normy Euro VI, trzeba wykorzystać oba sposoby jednocześnie. 
Wszyscy producenci są zgodni, że trzeba stosować jak najwyższe ciśnienie wtrysku paliwa i dawkę paliwa podzielić na kilka wtrysków (pięć ma Mercedes). Do tego celu znakomicie nadaje się układ wtryskowy typu common rail, który stosują wszyscy, za wyjątkiem Volvo (pompowtryskiwacze). Średnie ciśnienie wtrysku wynosi ok. 1800 barów, ale maksymalne - nawet 2500 barów (DAF). Zwiększenie ciśnień panujących w komorze spalania spowodowało konieczność wzmocnienia bloku silnika i głowicy, które są wykonane z żeliwa o różnym składzie. W silniku DAF-a (tak naprawdę to zmodyfikowany, amerykański silnik firmy Paccar) dwa zespoły pomp wytwarzające ciśnienie w układzie wtrysku common rail mają korpus zintegrowany z blokiem silnika. Co prawda budowa bloku trochę się skomplikowała, ale też wzmocniła i pompy napędza ten sam wał rozrządu, który steruje zaworami. W większości silników zwiększono objętość miski olejowej, by wydłużyć okres między wymianami oleju. Niektórzy producenci, np. Iveco, stosują zamknięty układ odpowietrzania miski olejowej. Zwiększaniu mocy służy turbosprężarka, najlepiej o zmiennej geometrii - przekonują Scania i Iveco. Ale MAN twierdzi, że lepiej stosować doładowanie dwustopniowe za pomocą dwóch sprężarek o stałej geometrii, które mniej się psują. 

Czy na pewno recykulacja spalin? 

Powszechnie stosowanym sposobem zmniejszenia emisji tlenków azotu (NOx) jest recyrkulacja spalin (EGR), której stopień w silnikach Euro VI jest niższy niż w Euro V (do 25%). Część spalin z układu wydechowego jest schładzana (w specjalnych chłodnicach) i kierowana powtórnie do komór spalania silnika. Spaliny odbierając ciepło powodują obniżenie temperatury spalania i jednocześnie mniejszą emisję NOx. Niestety, w ten sposób zwiększa się emisję cząstek stałych. Ale kłopoty dopiero się zaczynają. Spalanie w silniku jego własnych spalin powoduje utratę mocy. Tę stratę można zrekompesować zwiększeniem dawki paliwa, co w czasach oszczędzania nie jest dobrym posunięciem. By tego uniknąć, stosuje się wtrysk wielofazowy i zmienny kąt wyprzedzenia wtrysku. Natomiast Iveco jest całkowicie przeciwne recyrkulacji spalin, gdyż powoduje ona skrócenie żywotności silnika. W silniku bez recyrkulacji spalin można wydłużyć okres między wymianami oleju silnikowego, a także pozbyć się skomplikowanego układu recyrkulacji z zaworwami i chłodnicami. Skoro nie ma recyrkulacji, silnik emituje mniej cząstek stałych, które są eliminowane w prostym filtrze DPF z regeneracją pasywną, a zwiększoną emisję NOx można opanować w filtrze SCR. Układ oczyszczania spalin w silniku Iveco to katalizator utleniający, filtr cząstek stałych, układ selektywnej redukcji katalitycznej (SCR) z dodatkiem płynu AdBlue do elimininacji NOx i katalizator niespalonego mocznika. 
Do podobnych wniosków doszło Volvo. Co prawda występuje recyrkulacja spalin, ale działa ona okresowo i wyłącznie po to, by podnieść temperaturę spalin w celu regeneracji filtra cząstek stałych. Podczas normalnej jazdy układ recyrkulacji jest wyłączony. W silniku Mercedesa tylko 3 cylindry są połączone z układem recyrkulacji, a spaliny z pozostałych 3 cylindrów kierowane są do turbosprężarki. 

Amoniakiem w tlenki azotu 

W celu eliminacji tlenków azotu ze spalin stosuje się układ selektrywnej redukcji katalitycznej SCR. Do strumienia spalin wtryskiwany jest wodny roztwór mocznika o nazwie handlowej AdBlue. Ilość płynu AdBlue jest sterowana elektronicznie w zależności od obciążenia silnika. Układ SCR jest powszechnie stosowany w wielu silnikach Euro V, za wyjątkiem niektórych jednostek napędowych Scanii, która jednak w silnikach Euro VI zdecydowała się na takie rozwiązanie. Układy SCR produkuje m.in. Bosch pod nazwą Denoxtronic. Układ SCR redukuje nie tylko NOx (do 90%) lecz także węglowodory (do 90%) i cząstki stałe (do 50%). Im większa zawartość NOx w spalinach, tym więcej potrzeba płynu AdBlue. Dla pewności wtryskuje się większą dawkę AdBlue, więc nie cały amoniak zostaje zużyty w katalizatorze EGR. Dlatego na końcu zestawu katalizatora i filtra cząstek stałych stosuje się dodatkowy katalizator nieprzereagowanego amoniaku, który zapobiega jego emisji do atmosfery. 

Regeneracja pod kontrolą

Większość silników ma jednak recyrkulację spalin i w związku ze zwiększoną emisją cząstek stałych musi stosować wydajny filtr. Przed filtrem cząstek stałych umieszczony jest zwykle katalizator utleniający, w którym likwidowane są węglowodory i tlenek węgla, a NO utlenia się do NO2, który powoduje wypalenie cząstek stałych w filtrze. Do okresowej regeneracji filtra potrzebna jest wysoka temperatura, rzędu 550 - 600 st. C. Podgrzanie spalin może być realizowane w różny sposób. W silniku DAF-a przed katalizatorem utleniającym umieszczono dodatkowy wtryskiwacz, który wtryskując paliwo w strumień spalin podnosi ich temperaturę. W silniku MAN-a temperatura spalin jest podnoszona przez dodatkowy wtrysk paliwa - ale do komory spalania silnika (w fazie wydechu), co realizuje układ common rail. Podczas jazdy regeneracja filtra następuje w sposób niezauważalny dla kierowcy. W ulicznym korku regenerację filtra może wymusić kierowca przyciskiem na podstawie informacji wyświetlającej się na tablicy przyrządów. Filtr czątek stałych wymaga regularnego czyszczenia. W przypadku transportu długodystansowego czyszczenie odbywa się co 140 tys. km, ale w transporcie budowlanym – już co 30 tys. km. Żywotnośc filtra wynosi nawet 450 tys. km przebiegu pojazdu (Mercedes), ale pod warunkiem stosowania olejów silnikowych o przedłużonej trwałości. 
Układ oczyszczania spalin jest umieszczony w jednej obudowie i zawiera katalizator utleniający, filtr cząstek stałych, katalizator SCR i katalizator nieprzereagowanego amoniaku.

Założenia normy Euro VI 

Wchodzi w życie w Unii Europejskiej i kilku sąsiadujących z nią krajach od dnia 1 stycznia 2013 r. dla nowo homologowanych pojazdów i 1 stycznia 2014 dla pojazdów nowo rejestrowanych. 
• emisja tlenków azotu (NOx) – 0,4 g/kWh (testowy cykl jezdny ETC, emisje równoważne); 
• emisja masy cząstek stałych – 0,01 g/kWh (testowy cykl jezdny ETC, emisje równoważne); 
• liczba cząstek stałych: 6,00x 1011 cząstek/kWh (cykl badań w stanach przejściowych); 8,00 x 1011 cząstek/kWh (cykl badań w stanach stacjonarnych). W normie euro V nie ma obowiązku zliczania cząstek stałych. 
• wprowadzenie ograniczenia emisji amoniaku. 
• nowe cykle testów w stanach nieustalonych i ustalonych. 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; 
• utrzymanie założonych emisji spalin do 700.tys. km lub 7 lat dla największych pojazdów; 
• rozwój pokładowego systemu diagnostycznego; 
• zapewnienie środków do wdrożenia przenośnych układów pomiarowych (PEMS) do sprawdzania rzeczywistych wielkości emisji podczas eksploatacji oraz do sprawdzania i ograniczania wielkości emisji poza cyklem; 
• stworzenie środków mających na celu zapewnienie niezależnym serwisom łatwego dostępu do informacji dotyczących napraw i konserwacji. 

Zdrowy rozsądek 

Dla użytkownika ciężarówki najważniejsza jest jednak ekonomika eksploatacji, a dodatkowe układy oczyszczania spalin podniosza masę pojazdu. Obniżenie zużycia paliwa jest też nadrzędnym celem kosntruktorów, a układy oczyszczania spalin temu nie służą. W silnikach spełniających normę Euro V można było stosować albo wyłącznie recyrkulację spalin (Scania) albo układ SCR. Trwały więc zagorzałe dyskusje o wyższości jednego rozwiązania nad drugim. Technologia SCR ma powodować niższe zużycie paliwa przez silnik w stosunku do recyrkulacji spalin, ale konieczne jest stosowanie dodatku AdBlue, co generuje dodatkowe koszty. W przypadku normy Euro VI, zdecydowana większość producentów (za wyjątkiem Iveco) stosuje oba te rozwiązania, w trosce o ... jak najniższe zużycie paliwa. Żonglując stopniem recyrkulacji spalin i układem SCR oraz optymalizując proces spalania paliwa w silniku przez np. wielofazowy wtrysk, można uzyskać pozytywne rezultaty. W eksploatowanych już silnikach Euro VI zużycie paliwa nie wzrosło, a nawet nieco spadło. Nie ulega jednak wątpliwości, że obsługa tych skomplikowanych silników nie będzie łatwa.