Vitathatatlan, hogy a dízelmotorok és a dízel emissziótechnika sokat fejlődött az elmúlt évtizedekben. Hogy ez a fejlődés mire volt elég, hogy állunk jelenleg, nevezhető-e egyáltalán "környezetbarátnak" egy dízelmotor, már sokkal összetettebb kérdés. 

Egy dízelmotor kipufogógázai merőben más összetételűek, mint az Otto-motor esetében. A HC és CO emisszió a dízelmotorok esetén kedvezőbb, alacsonyabb szintű. Viszont a rákkeltő nitrogén-oxidok kibocsájtása jelentősen túllépi az Otto-motorét, ráadásul dízelmotor esetében szilárd részecskék is megjelennek a kipufogógázban. Ennek súlyos következménye, hogy - egyes források szerint - csak Németországban évente 800.000 olyan megbetegedés kerül regisztrálásra, ami a dízelüzemű gépkocsik számlájára írható. Elgondolkoztató, döbbenetes adatok. 

"A koromszűretlen gépkocsimotorokból, a gépkocsi által megtett út minden milliméteres szakaszára százmillió részecske jut.

A dízel koromszemcsékre el nem égett szénhidrogén-részecskék tapadnak, amelyek igazoltan rákkeltő anyagok" (Forrás: Autótechnika, Petrók János).

A dízelüzemű közúti járművek óriási térnyerése - elsősorban városokban - tehát komoly közegészségügyi problémát jelent. Ezt évtizedek óta tudjuk. Ennek ellenére a probléma csak 2015-ben került igazán reflektorfénybe a "dízelbotrány" kapcsán, és a helyzet súlyossága ezt követően is csak viszonylag lassan tudatosul a vásárlók és a döntéshozók fejében. 2018 elején tartunk ott, hogy több európai nagyváros a dízelmotorok teljes vagy részbeni kitiltását tervezi már pár éven belül.  

Néhány dízel környezetvédelmi eljárást, innovációt érintünk dióhéjban. 

A dízelmotor és a kipufogógáz-visszavezetés 

Egy dízelmotor vezérlése merőben más "stratégiával" dolgozik, mint egy benzines modellé. Dízelmotornál ugyanis - alapvetően - nincsen fojtásos szabályzás, dízelmotor szívócsövében alapesetben nem fordul elő vákuum. A motor beszívja azt a maximális levegőmennyiséget, amit be tud, az irányító rendszere pedig ehhez adagolja a gázolajat, méghozzá a terhelési viszonyoknak megfelelően. Így a dízelmotor legtöbb üzemállapotában nagy légfelesleggel dolgozik, ami - ahogyan a benzinmotornál már taglaltuk - NOx kibocsájtással jár. 

A NOx kibocsájtás mérséklését a legtöbb esetben kipufogógáz-visszavezetéssel (EGR) segítik elő, újabb fejlesztéseknél (magasabb környezetvédelmi besorolásnál) sokszor ez nem elég, további alrendszerek / komponensek segítik a NOx emisszió további csökkentését.

Dízel rendszereknél a visszavezetett kipufogógázok aránya a tiszta levegőhöz képest meghaladhatja a 60%-ot, ez az arány benzines modelleknél már igen nagy gondot okozna. 

A visszavezetés megvalósítása több módon lehetséges: vákuumvezérléssel, potméteres vezérlőszeleppel, vagy visszajelzés nélküli elektromos EGR-szeleppel. 

A fenti fotón baloldalt egy viszonylag újabb fejlesztésű, teljesen elektromos EGR-szelepet láthatunk, jobb oldalon egy ún. EGR-hűtőt. Utóbbi a visszavezetett gázok hőmérsékletét csökkenti, így lehet a NOx csökkentés még hatékonyabb.

Gyakorlati szempontból sajnos az EGR-rendszerekkel igen sok probléma adódhat, és mivel a kipufogógáz-visszavezetés az újabb dízelmotorokban egy igen fontos, és több módon felügyelt folyamat, sokszor már a legkisebb kormolódás, keresztmetszet-csökkenés is hibakódot generálhat. 

Baloldalon egy vadonatúj EGR szelep, mellette egy ugyanilyen típusú csereérett. Itt a sárga nyilak mutatják a szelep tömörzárási hibáit. Már ilyen kis tömítetlenség sem megengedett, szakszerűen ezt a hibát javítani nem lehet. 

Az EGR szeleppel kapcsolatban további információkat tartalmaz a Korszerű környezetvédelmi megoldások címet viselő írásunk is. 

A dízelmotor és a részecskeszűrő

Az Euro5 előírások teljesítése esélytelen részecskeszűrő alkalmazása nélkül. A részecske (korom) kibocsájtás mérséklésére fejlesztették ki az ún. részecskeszűrőket (FAP, DPF, stb.). Vagy az oxidációs katalizátorba integrálják, vagy különálló, esetenként megbontható egységet képez. 

A szerencsésebb megoldás az, amikor a DPF roncsolás nélkül különválasztható a katalizátortól. Fotónk egy, már közepes mértékben eldugult Peugeot HDI részecskeszűrőt mutat. 



 

Ábránk egy önálló egységet képező részecskeszűrő egy gyakorlati megvalósítását vázolja. Itt egy olyan nyomáskülönbség-érzékelővel van párosítva, amelynek két csőcsatlakozása van. A pirossal jelölt cső a katalizátor utáni, de még a részecskeszűrő előtti nyomás alatt áll. A kék, szaggatott vonallal jelölt cső a referencia vezeték, amely a részecskeszűrő utáni kipufogó szakasz nyomását vezeti be az érzékelőbe. Az egycsöves rendszereknél ez természetesen hiányzik. A nyomáskülönbség-érzékelő jeléből tudja a vezérlőegység, hogy a szűrő aktuális ellennyomása milyen mértékű. Tiszta szűrő esetében az ellennyomás még nagy kipufogógáz mennyiség esetén is csupán 0,1-0,15 bar körüli érték. 

A koromszűrő valóban hatékonyan tárolja el magában a koromrészecskéket, viszont ezzel a dolgok még nincsenek megoldva, ugyanis a szűrő nem képes végtelen mennyiségű részecskét eltárolni. A koromrészecskéket a motorvezérlő egység ezért jellemzően 600-1000 kilométerenként egy regenerációnak nevezett folyamat segítségével kiégeti. 

Van viszont egy probléma: a regeneráció segítségével nem tud minden maradéktalanul kiégni a szűrőből. Emiatt a részecskeszűrők élettartama - jó esetben - 200-250e km. Átlagosan ennyi futásteljesítmény után telítődik a szűrő hamuval, ezután a szűrőt cserélni vagy tisztítani kell. Ez a - mérsékelt - élettartam is csak akkor érhető el, ha a részecskeszűrős motorba kizárólag ún. "Low SAPS" olajat töltöttek. (Alacsony szulfát-hamu, foszfor, kéntartalom.) Emelkedett olajfogyasztás esetén ez a várható élettartam jelentősen csökkenhet. 

Amíg a hamutartalom nem éri el a számított maximumot, a regenerálási ciklus a következőképpen megy végbe: ha az ECU a részecskeszűrő koromtelítettségét feltételezi (méri, ill. számítja), egy bizonyos határérték felett elindítja a regenerációt, és folytatja egy alsó telítettségi érték eléréséig. Ezt a legtöbb gyártó különböző módon oldotta meg. Legtöbb esetben egy kb. 10-20 perces folyamatról van szó, amikor pl. utóbefecskendezés(ek) segítségével (vagy számos egyéb módon) a kipufogógázok hőmérsékletét jelentősen megnöveljük. A regeneráció során természetesen a koromszűrő hőmérséklete folyamatosan felügyelt, a szűrőben általában legalább egy hőmérséklet-érzékelőt is találunk. 

A regenerációt jellemzően csak a szükséges körülmények fennállása esetén indítja el a vezérlőegység: nagyobb sebesség, állandósult üzem, magas vízhőmérséklet, meghatározott fordulatszám tartomány, megfelelő mennyiségű üzemanyag megléte a tartályban, stb. A vezető - némi odafigyeléssel - felismeri a regenerációs folyamatot. A motor járása kissé darabos lehet, hangja megváltozhat, a fogyasztás értéke szokatlanul magasra szökik, elérheti akár a 15-18 liter / 100 km. értéket is, és megváltozhat a kipufogógázok szaga. 

Ha egy autó pl. taxi-üzemben kizárólag a belvárosban, vagy extrém rövid távokon közlekedik, esetleg valami egyéb hiba miatt magasabb a koromkibocsátása, előfordulhat, hogy az ECU nem fogja tudni elkezdeni a regenerációkat, vagy a regenerációk sorozatban félbeszakadnak. Ezt előbb-utóbb hibajelző lámpával hálálja meg, esetleg lekorlátozott nyomatékkal. Ebből az állapotból nem minden rendszer hozható ki egyszerűen egy autópályás meghajtással. Ilyenkor a korlátozott nyomaték miatt eleve nem teljesíthetőek a regenerálás feltételei. Az eldugult koromszűrőre utaló hibakód törlése után néhány száz méter múlva ismét megjelenik a hibaüzenet és a korlátozott nyomaték... 

Néhány típusnál ilyen (vagy hasonló) felirat jelzi a telítettséghez közeli állapotot. De a figyelmeztető jelzés megjelenésének pillanatától erősen lekorlátolt nyomaték az, ami igazán kellemetlen (sőt: veszélyes) közlekedési helyzeteket tud teremteni. 

Fontos megjegyeznünk, hogy a részecskeszűrővel kapcsolatos problémák túlnyomó részét az generálja, ha a motor felől lényegesen nagyobb mennyiségű korom érkezik, mint az elvárható volna. Ez általában motorikus problémákra utalhat (pl. befecskendező porlasztó, EGR-rendszer, stb.), emiatt a koromszűrőt nem hibáztathatjuk.


 

Egy nyomáskülönbség szenzor jelfeszültségének alakulása a nyomás(különbség) változásának függvényében. Egyszerű jeladó, 5 Voltos táp, test, jelvezeték, két csőcsonk, ennyi (kívülről) az egész, mégis gyakori hibák forrása. 

További probléma lehet, hogy a regeneráció során a többlet-gázolaj nem ég el rendesen, egy része annak a motorolajat hígítja. A legtöbb típusnál például emiatt is tudatnunk kell a vezérlőegységgel, ha a motorba friss olaj került. 

Amennyiben a regenerációs folyamat feltételei nem teljesülnek, a legtöbb esetben lehetőség van a gépkocsi álló helyzetében történő ún. kényszer regenerálásra, melyet - egy feltételrendszer teljesülése esetén - diagnosztikai teszter segítségével indíthatunk el. Lehetőség szerint ezt kerülni kell, mert rendszerint olyan magas fordulatszám tartományban tartja tartósan (akár fél óráig) az ECU a fordulatszámot, ami nem feltétlenül gyógyír a motornak. 

Említést kell tennünk az ún. additív folyadék által támogatott koromszűrő rendszerről - ezt a módszert leginkább a francia gyártók alkalmazzák. Lényege, hogy a motorvezérlő rendszer egy olyan adalékot fecskendez a gázolajba, ami segíti a korom égését már alacsonyabb hőmérsékleten is. Ez kétségkívül előnyt jelent pl. városi üzemmódban használt autóknál, azonban doboznyi plusz alkatrésznek kell gondoskodnia az additív folyadék megfelelő adagolásáról, és ahogy ez lenni szokott, újabb hibalehetőségek kerültek egy amúgy sem igazán kiérlelt rendszerbe. 

Gyakran a szervizek ajánlanak olyan tüzelőanyag-adalékokat, melyek használata esetén a korom gyulladási hőmérséklete lecsökken, így esély lehet városi használat mellett is a részecskeszűrő koromtartalmának kiégésére. Ez a módszer viszont elősegítheti a fal gázcsatornáinak fokozatos eltömítődését, ami visszavonhatatlan folyamat, egyet jelent a részecskeszűrő amúgy is igen korlátozott élettartamának további csökkenésével. 

Amennyiben a részecskeszűrőt kicseréljük, ezt az ECU-val "közölni kell". Egyes típusokon az ECU korlátozott számú koromszűrő cserét (pl: 3) engedélyez, ezt követően ECU-t is kell cserélni. Van ennél rosszabb hír is: van olyan ECU, ahol nem lehet "nullázni" a részecskeszűrőt, ebben az esetben a gyár a részecskeszűrő cseréje esetén az ECU cseréjét is előírja. 

Tapasztalataink szerint legtöbbször nem magával a koromszűrővel van probléma. A részecskeszűrővel összefüggő hibák, hibakódok, műszerfali jelzések legnagyobb része vagy elektromos alkatrész hibából, vezetékezési hibából, vagy abból adódik, hogy a részecskeszűrő valami egyéb tényező miatt a vártnál gyorsabban telítődik. Ennek a hátterében leggyakrabban a kipufogógáz-visszavezetési hiba, szívóoldali tömítetlenség, vagy porlasztási hiba áll. Sajnos a gyakorlat azt mutatja, hogy sokkal többen döntenek egy "ártatlan" alkatrész kiiktatása mellett, mintsem rászánnák az energiát és az intenzív koromképződés kiváltó okát derítenék fel. 

SCR katalizátor 

Az Euro 6-os környezetvédelmi szabvány olyan határértéket ír elő a dízelmotorok nitrogén-oxid kibocsájtására, amit a cikkünk elején tárgyalt kipufogógáz-visszavezetés nem lesz képes megoldani. Adta magát a lehetőség, hogy a tehergépjárműveknél alkalmazott SCR-technológiát ültessék át a személygépkocsik kipufogó rendszerébe. 

"Selective catalytic reduction" - a megnevezés arra utal, hogy az SCR katalizátorban célzottan a nitrogén-oxidok átalakítása zajlik, méghozzá egy adalékanyag segítségével. 

Az adalékanyag karbamid-alapú, az "AdBlue" fantázianevet viseli, és természetesen egy külön tartályba kell töltenünk. Közvetlenül nem a karbamid segíti a reakciót, hanem az, hogy az AdBlue folyadékot nagy nyomáson fecskendezik be az SCR katalizátor elé. A befecskendezést követően a folyadék szén dioxiddá és gáz halmazállapotú ammóniává bomlik. Az ammónia az az anyag, ami a nitrogén-oxidokat nitrogénné és vízzé alakítja. 

A gyakorlatban ez persze nem ilyen egyszerű, az adalékanyagot nagyon pontosan kell adagolni. 

Ha túl kevés ammónia kerül az SCR-be, a nitrogén-oxid kibocsájtás fog emelkedni. Ennek mértékét egy NOx-szonda (nitrogén-oxid szenzor) felügyeli az SCR katalizátor után. Ha viszont túl sok ammónia kerül a katalizátorba, a kipufogógázok jellegzetes szagán kívül további probléma az ammónia környezetbe kerülése, amit egy járulékos katalizátor 

(ún. zárókatalizátor) hivatott megakadályozni. 

Hogy tovább bonyolítsuk a dolgokat, az AdBlue összetételéből adódóan sajnos -11°C-on megfagy. Ezt megakadályozandó, az adaléktartályt többszörösen leszigetelt kivitelben gyártják, és gyártófüggő hőmérsékleten, de kb. -7°C alatt elektromos fűtés alá kerül. 

Szívócsó pillangószelep /örvénycsappantyú, swirl/ 

Korszerű dízelmotorokon gyakran megtaláljuk ezt a sok bosszúságot okozó alkatrészt. 

Feladata: alacsony fordulaton, csekély terhelésen útját állja az égéstérbe kerülő levegő egy részének, így az nagyobb sebességgel áramlik be. Az eredmény: tökéletesebb égés, környezetvédelmi szempontból ez nyereség. 

Ez a felhasználót nem mindig boldogítja. 


 

Képünk egy GM/Saab/Fiat típusokba nagy számban beépített megoldást mutat. 

A pillangószelepek (ezek kis műanyag lapocskák) tengelye a fém szívócsőben egy idő után kikopik, a pillangószelepek megvezetése bizonytalan lesz. 


 

A kopás mértékét jól mutatja a fotónk. A légtömegmérő által mért levegőmennyiség egy része itt távozik, az eredmény a turbó fokozottabb igénybevétele és fokozottabb koromképződés. 100~130 ezer megtett km után a komplett szívósor cseréje indokolt lehet. 

Még rosszabb a helyzet pl. egyes BMW motorok esetében, itt a vékony tengely fáradásos törése következhet be, a pillangószelep égéstérbe kerülése óriási kiadást okoz. 150~160e km. a szívósor várható élettartama, a csere tetemes kiadást jelent. 

Örvénycsappantyút tartalmazó szívócső megbontása utáni kép. A kis méretű pillangószelepekre hihetetlen mennyiségű olajkoksz, égéstermék maradvány rakódik le, gátolva azok nyitását-zárását, ami gyorsítja a működtető elemek elhasználódását. 


 

Jól látható, hogy a szívócső keresztmetszetének nem elhanyagolható részén már rég nem áramlik levegő. A szennyeződés darabjai időszakonként leválnak, és a motorba kerülnek...