Rok 2011 znamená nástup přísnějšího emisního limitu pro vznětové motory zemědělských strojů s jmenovitým výkonem nad 130 kW. Proto se strany odborných zemědělských časopisů plní články popisujícími jaké má kdo připravené motory a jakým způsobem je emisní limit IIIb (Tier 4i) schopen zvládnout.
V poslední době jsme toho hodně napsali o systému selektivní katalytické redukce (SCR), což je cesta kterou se vydala většina výrobců výkonných traktorových motorů. Ale ne všichni. Společnost John Deere se vydala cestou druhou a tou je použití externí recirkulace výfukových plynů a oxidačního katalyzátoru s filtrem částic.
Princip funkce EGR
Vznětové motory nemají na rozdíl od zážehových regulaci množství nasávaného vzduchu. Variabilní turbodmychadlo sice reguluje plnící tlak podle provozních podmínek, nicméně při nízkém a středním zatížení je vzduchu vždy přebytek. Z pohledu spotřeby paliva to není problém, při spalování chudé směsi dochází i k nižší tvorbě pevných částic (sazí), oxidu uhelnatého i nespálených uhlovodíků (je dostatek kyslíku pro jejich spálení), nicméně teplota spalování se takto zvyšuje a s ní i tvorba oxidů dusíku, které patří mezi zdraví škodlivé látky.
Tento problém primárně řeší EGR (Exhaut Gas Recirculation) ventil.
Tento ventil je ovládán řídící jednotkou motoru a pod jeho otáček, zatížení teploty chladící kapaliny či nasávaného vzduchu a dalších parametrů řízeně otvírán. A to tím více čím menší je zatížení motoru. Při plné zátěži pak obvykle bývá zcela uzavřen, stejně tak při studeném motoru. Při zatížením dílčím je otevírán a přepouští část spalin do sacího potrubí. Výfukové zplodiny se ve spalovacím prostoru chovají jako interní plyn, snižují teplotu spalování, i obsah kyslíku a tím redukují tvorbu oxidů dusíku. Nedílnou součástí sytému zpětné recirkulace je chladič, který horké výfukové plyny ochlazuje, protože jinak by se snižoval efekt této činnosti i výkon motoru (zchlazený stlačený vzduch by byl opět zahříván což by nebylo žádoucí). S pomocí EGR ventilu lze bez problému splnit emisní stupeň IIIa a u traktorů Joh Deere díky dalších technickým vychytávkám i se značnou rezervou. Mezi stupněm III a a III b je však z pohledu emisní pevných částic a oxidů dusíku značný rozdíl.
Oxidační katalyzátor a filtr částic
Pro dosažení emisního limitu IIIb je nezbytné doplnit systém recirkulace výfukových plynů též oxidačním katalyzátorem a filtrem pevných částic. Oxidační katalyzátor pracuje na principu oxidace jak je patné z jeho názvu. Oxid uhelnatý je v něm přeměňován na oxid uhličitý, nespálené uhlovodíky opět na oxid uhličitý a vodu. S emisemi oxidů dusíku si však tento katalyzátor poradit neumí, proto musí být redukovány již uvedeným systémem recirkulace výfukových plynů.
Filtr pevných částic obsahuje hustou síť malých kanálků z keramiky nebo ušlechtilých kovů. Kanálky jsou na koncích uzavřené a výfukové plyny musejí přes částečně propustnou stěnu proudit do sousedních kanálků, které jsou na koncích otevřené. Plynné složky výfukových plynů procházejí, zatímco pevné částice o velikosti 0,1 až 1 mikrometr se zachytávají. Tím se z výfukových plynů odstraňuje velké množství sazí, které jsou velkým problémem vznětových motorů, neb tyto malé částečky se při vdechování se usazují v plicích a mají karcinogenní účinky. Je samozřejmé že po určité době se filtr částic sazemi zanese. Aby nebylo nutné jej hned měnit za nový používá se sytém regenerace filtru.
V motorů v traktorech John Deere se používá při regeneraci i přídavná tryska vstřikující naftu přímo do výfukového potrubí. Při použití traktoru s vyšším zatížením motoru (orba a podobné tahově náročné práce) není třeba regeneraci řešit, teplota výfukových plynů je dostatečná a filtr se nezanáší (tzv. pasivní regenerace). Pokud je traktor provozován s nižší zátěží pak je regenerace prováděna uvedenou přídavnou tryskou a řidič je o tom informován kontrolkou na přístrojové desce. Režim aktivní regenerace může obsluha oddálit pokud traktor pracuje třeba v seníku, kde je riziko vzniku požáru.
Plusy a mínusy
Filtr částic je jednou z možností jak splnit platné emisní limity. V porovnání se systémem SCR jde o jednodušší řešení, zejména pro motory, které mají již dobře vyřešený systém EGR a vůbec kompletního řízení motoru a vstřikování paliva. Úprava je pak relativně jednoduchá a základním rozdílem je zmíněný filtr s katalyzátorem. Cenové navýšení tedy není nijak závratné, ale filtr s katalyzátorem nejsou nijak levnou položkou. Zpětné vedení a ochlazování spalin může způsobovat kondenzaci a úsady v sání motoru. Také nelze počítat se snížením spotřeby paliva, oproti původním motorům a společnost John Deere uvádí, že spotřeba nových motorů nebude vyšší a dokládá to i provedenými měřeními. Například v režimu plného zatížení mají nové motory John Deere IIIb v tomto režimu dokonce nepatrně nižší spotřebu paliva (asi o 1 %) oproti současným, splňujícím emisní limit IIIa.
U systému SCR je prokazatelné významné snížení spotřeby nafty, avšak systém vstřikování močoviny je složitější řešení, je třeba si kupovat roztok AdBlue, vyřešit jeho skladování, otázku zamrzání atd.
A ještě je třeba vždy uvážit jakou spotřebu paliva měly původní motory s emisním stupněm IIIa. U traktorů John Deere jsou jejich současné motory velmi úsporné, takže i to více nahrává použití filtru částic. Mimo firmy John Deere používají systém recirkulace spalin a filtru částic u výkonných motorů také firmy Caterpillar, Perkins, Liebherr, nebo Deutz (pro stavební stroje). John Deere tedy není se svým filtrem částic výjimkou.
Ani jedno z uvedených řešení (SCR, filtr částic) není jednoznačně lepší a pravděpodobně až praktické nasazení ukáže výhody a negativa jednotlivých systémů. Společným faktem je, že pro zemědělce obě řešení přinášejí více komplikací než pozitiv.
Proto možná někteří uživatelé již tě´d přemýšlejí jak tyto systémy obelstít. Výrobci na to samozřejmě myslí a tak například v případě filtru částic jsou kontrolovány tlaky ve výfukovém potrubí, filtr částic má čidla teploty a protože motory jsou dnes řízeny plně elektronicky, v případě nízkého protitlaku (který je jinak vyvozen filtrem) dojde k přechodu na nouzový režim se sníženým výkonem. Obdobná situace nastane pokud by někdo používal nekvalitní AdBlue či dokonce pouze vodu u SCR. Systémy kontrolují kvalitu vodného roztoku močoviny, pokud je nízká dávkování zvýší, pokud velmi nízká odstaví motor. Navíc si tímto postupem může uživatel poškodit katalyzátor.
