Befecskendezős Motorok Szervize - Hogy is van ez? 20. NOx csapda, kénmérgezés
  


Hogy is van ez? 20. NOx csapda, kénmérgezés

Korábban sokunk nem is igen ismerte ezt a kifejezést az autótechnikában. Rémlik ugyan, hogy a könnyűfém motorok NiCaSil hengerfal bevonata kényes a benzin kéntartalmára. Míg Európában ez kevés gondot okozott, de pl. az USA-ba exportált BMW motorok esetében ez komoly problémát jelentett. Ez már jórészt elfelejtett, régi történet. 

A következő kénnel kapcsolatos probléma a korszerű dízelmotorok részecske-szűrőinek kapcsán jelentkezett. Ma már közismert, hogy az ilyen, DPF-fel szerelt kocsik olajteknőjébe kizárólag Low SAPS jelölésű (Alacsony foszfát hamu, foszfor, kéntartalom) motorolaj kerülhet. 

A közvetlen befecskendezésű benzinmotorok nyűgjeit több írásunkban is érintettük. 
Most egy, (ma még) kevéssé ismert problémára szeretnénk felhívni a figyelmet. 



Egy 2009-es gyártási évű, BMW 116i típusú gépkocsi 2 literes, 90 kW teljesítményű, közvetlen befecskendezéses benzinmotorja jó alany a probléma bemutatására. Az N43B20 kódú motor menedzsment rendszere: Siemens MSD81. 
(Boldog idők, amikor a BMW-nél még a típusjelből következett a motor lökettérfogata. Ez ma már rég nem így van.) 

 
 

Rendesen teletömött motortér. 
Ismert módon a közvetlen benzinbefecskendezés nem az egyszerűségéről, problémamentességéről híresült el. Ennek a motornak is nagyon durva lerakódások keletkeztek már a szívószelepein, amit endoszkópos vizsgálat során állapítottunk meg. Mivel ez egy másik cikkünk témája, ezt itt nem részleteznénk, ehelyett dióhéjban tekintsük át, milyen füstgáz utókezelési eljárást figyelhetünk meg a szóban forgó motor esetében. 
A feladat korántsem egyszerű, mivel ennél a motornál egy hatékony NOx csökkentési eljárást alkalmaztak, ami egy összetettebb kipufogógáz kezelést követel meg. 
De miért van erre szükség? 
Nagyon leegyszerűsítve: homogén keverékképzés esetén is tartalmaz a füstgáz erősen rákkeltő hatású nitrogén-oxidokat (NOx), szerencsétlen módon a legtöbbet éppen az ideális, sztöchiometrikus keverési arányhoz (lambda=1,00) közel, kis légfelesleg esetén. Az EGR szelepek beépítése éppen ezért vált szükségessé. Még rosszabb a helyzet inhomogén keverékképzés esetén: szegénykeverékes üzemmódban nem keletkezik megfelelő mennyiségű CO az NOx hatékony csökkentésére, arányuk megnövekszik a kipufogógázban, ennek a semlegesítése plusz feladatot jelent. A közvetlen befecskendezéses motorok fejlesztésének egyik úttörője, a Mitsubishi a GDI (Gasoline Direct Injection) jelű motorjainak piacra bocsájtásakor ezt még szelektív, redukciós NOx katalizátorral oldotta meg, amit később felváltott a hatékonyabb csapda típusú NOx katalizátor - más néven nitrogén-oxid tárolókatalizátor. 

Figyeljük meg az alábbi ábrán a rendszer vázlatát: 

 

A rendszer első eleme a szabályzószonda (3), amely a jól ismert módon működik. A motor működésének káros melléktermékei ezután egy kisméretű, a motorhoz közel elhelyezett "háromutas" (4) katalizátorba kerülnek, ami gyorsan felmelegszik, a motor beindítása után kis idővel eléri a katalizáció beindulásához szükséges minimális hőmérsékletet. 
Ezt követi a szokásos monitor-szonda, (5) ami a katalizációs folyamat hatásfokát hivatott jelezni az ECU felé. Eddig - e téren - semmi újdonság. 

Annál érdekesebb viszont az ezt követő szakasz. A hetes számmal jelzett katalizátor + NOx csapda részben katalizátorként tovább csökkenti a károsanyag tartalom mennyiségét, másrészt sztöchiometrikus közeli és szegénykeverékes üzemben tárolja el a nitrogénoxidokat, a belső felületére felvitt bárium réteg segítségével. 

 

A példának felhozott modell esetében a fotó a leömlőkhöz közeli, függőlegesen beépített katalizátort (1) mutatja. Az EGR-re menő cső a 2. számmal jelölt. A kat. utáni monitor-szonda takarásban van, helyét (az összekötő cső mögött) a 3. szám jelzi. 

 

A kip. gáz hőmérséklet érzékelő beépítési helyét az 1. számmal jelöltük. A NOx csapda (2) után a NOx érzékelő szonda következik (3), majd a témánk szempontjából lényegtelen hangtompító (4). 

A NOx csapdával azonban több baj is van. Egyrészt nem képes a végtelenségig tárolni a csapdába ejtett nitorgén-oxidokat, hasonlóan a dízel részecskeszűrőkhöz előbb-utóbb telítődik. A gyártók az NOx csapda "regenerációjára" több módszert fejlesztettek ki: leggyakrabban egy rövid - akár csak pár másodperces - oxigénmentes üzemmód elég arra, hogy a letárolt nitrogén-oxidokat a motorban keletkező szén monoxid nitrogénné és oxigénné alakítsa át. A regenerációt követően a NOx tárolókatalizátor ismét képes lesz NOx felvételére. 

 

Ábránkon egy másik fajta tisztító eljárás látható: az alapjárati tartományban a NOx csapda utáni NOx koncentráció mindaddig növekszik, amíg az üzemi feltételek (gázadás) oxigénmentes állapotot nem hoznak létre. Miután a nitrogénné és oxigénné való átalakulás valamilyen mértékben végbemegy, megfigyelhetjük, hogy ismételt alapjárati fordulatszámon a csapda utáni szenzor jóval kisebb NOx koncentrációt mér a korábbi állapothoz képest, azaz ismét "tárol" a NOx csapda. 


A másik nagy probléma, az az ún. kéntelítődés, ill. "kénmérgezés". Az üzemanyagban és a motorolajban megtalálható ként ugyancsak képes megkötni a bárium, és a nitrogén-oxidok regenerálásakor a kén sajnos nem távozik a csapdából. Ezért egyes gyártók egy külön "kénmentesítő" funkciót használnak, melynek lényege, hogy az - utógyújtás segítségével - 600°C fölé hevített NOx csapdából a kén kiég, kén-dioxiddá alakul át. Azt, hogy milyen sűrűn kell kénmentesíteni, az ECU a nitrogén-oxidok regenerációjának sűrűségéből kalkulálja: ha a csapda a tisztítás után túl gyorsan telítődik újra, az ECU kéntelítődést feltételez, és elindítja a kénmentesítést. 

Hosszútávon az NOx tároló katalizátor sajnos öregszik, ami részben azzal jár, hogy a kén már nem tud teljes egészében távozni, és jóval lassabban is ég ki. Így a nitrogén-oxidok tárolásának hatásfoka csökken, amit természetesen az ECU is észrevesz. Ez több ezer eurós kiadást jelent. 

Éppen ezért nagyon fontos, hogy ilyen füstgáz utókezelő rendszer megléte esetén lehetőleg "kénszegény" vagy "kénmentes" benzint tankoljunk. Tudomásunk szerint a MOL 95-ös oktánszámú kénszegény benzinjének kéntartama 10 ppm (milliomodrész) alatti. 
A kénmentes konkrét értékét nem ismerjük, valószínűleg még jobban közelít a nullához. 


Rendben, de nem lehetne egy kicsit még költségesebb megoldást találni? 

Persze, hogy lehet. 
Ezt is egy BMW példán keresztül mutatjuk be. 

 

A 2008-as évjáratú, 523i típusmegjelölésű kocsiban egy 2,5 literes, N53B25A kódú, közvetlen befecskendezésű motor dolgozik, 140 kW teljesítménnyel. 


 


Lévén hat hengeres, a BMW a hengereket kipufogógáz kezelési szempontból -a vázlaton jól követhető módon- két csoportra osztotta. Így három-három hengerenként találunk egy-egy (szabályzó) lambda szondát egy-egy katalizátort, egy-egy monitor szondát. Kipufogógáz hőmérséklet érzékelő csak az egyik ágban van, de NOx csapdás katalizátorból (logikusan) ismét kettő. A két ág közösítése után látjuk az NOx szenzort, majd ezt követi (sorba kötve) két darab hangtompító. 

 


Kétségünk sem lehet, hogy csupán a kipufogógáz kezelés alkatrészeinek az ára (piros ponttal megjelöltek) jóval több, mint egymillió Ft. Csak a két darab NOx csapdás kat. ára 1,686 Euro, mai árfolyamon kb. 550,000 Ft. Van még rosszabb hír is: ez a szigorú összeg az "olcsójános" megoldás, ezek felújítottak (Remanufactured, cikkszám: 18307560563), élettartamuk nem valószínű, hogy eléri az első beépítésű újét. 

Most nézzük, a vizsgált motor esetben mik a jelenleg fennálló konkrét hibák. 

-A szokásos szívószelep-kokszolódási probléma ennél a motornál is tetten érhető, annak ellenére, hogy egyszer már tüsténkedtek a hiba elhárításán (igaz, a szelepek kiszerelése nélkül) 

-Két darab befecskendező szelep cserére szorul, égéskimaradásokat okoznak. 

-A NOx csapdás katalizátorok hatásfoka lecsökkent, cseréjük indokolt. 

-Állás után a rail nyomás lassan épül fel. 

A felsorolt hibák (szakszerű!) elhárításának összegét ne is számoljuk. Nagyon sok. Még akkor is, ha egy prémium-márka kínálatának nagyjából a közepén elhelyezkedő modellről van szó. 
És a km. számláló 110 ezret mutat. Vannak kétségeink. 


Amit már számos alkalommal felvetettünk: nincs gond, amíg a kocsi garanciális, az esetleges meghibásodások nem jelentenek a tulajdonosnak anyagi kiadást. Merőben változik a helyzet, amikor a jármű hat évesen, kétszáz ezer km környékén, a harmadik tulajdonosánál tart, új árának már csak a töredékét éri. A kevésbé tehetős autófenntartók az ilyen nagyságrendű kiadásokat már nem nagy lelkesedéssel (inkább: egyáltalán nem) vállalják. Ilyenkor gyakran eladják a kocsit, (őszinte tisztelet a kivételnek) a hibáit nemigen említve, mert akkor ki venné meg? És a jármű ekkor még -hazai viszonylatban- fiatalnak tekinthető. Azt mindenkinek a fantáziájára bízzuk, hogy környezetvédelmi szempontból milyen állapotúak lesznek a ma korszerű autói tizenöt év után. 


Írásunkat az Autótechnika 2014 hatodik havi számában is olvashatják.

HOGY IS VAN EZ?

ESETLEÍRÁS

 
ELÉRHETŐSÉGEINK: 
 
BmS Motordiagnosztika - Befecskendezős Motorok Szervize 
 
2030 Érd, Rózsa u. 5. 
Tel.: 06-30-598-8006 
BmS
 
Előfordul, hogy túlterheltségünk miatt kénytelenek vagyunk a telefont átmenetileg kikapcsolni. Ilyen esetben a kapcsolatfelvétel legbiztosabb módja az email.
 
 
Email: info@injektor.hu
 
NYITVATARTÁS: 
Hétfőtől péntekig: 8-15 óráig. 
     
ÜGYFÉLFOGADÁS ELŐZETES IDŐPONTEGYEZTETÉS ALAPJÁN,
 
AUTÓ ÁTVÉTEL ÉS KIADÁS KIZÁRÓLAG NYITVATARTÁSI IDŐBEN!
 

Befecskendezős Motorok Szervize • 2030 Érd Rózsa u. 5. • 06-30-598-8006 • info@injektor.hu