Gazdaságos kipufogógáz-utókezelés

A mezőgazdasági dízelmotorok a kipufogógáz-utókezelő rendszerek alkalmazásával teljesítik az érvénybe lépő EU Stage V hatósági előírásokat. A dízelmotorok kipufogógáz-utókezelő berendezéseinek továbbfejlesztése segíti a levegőszennyezés mérséklését és a gazdaságosabb üzemeltetés megvalósítását.

 

A dízelmotor levegőszennyező hatása

 

A dízelmotorból kijövő kezeletlen kipufogógáz szennyezi a környezet levegőjét. A mezőgazdasági dízelmotorok levegőszennyező hatását hatósági előírások korlátozzák, amelyek elsősorban az el nem égetett hajtóanyagra, a szénhidrogénekre (HC), a keletkező nitrogén-oxidokra (NOx) és a füstre, a részecskékre (szilárdanyag-tartalomra) vonatkoznak. Az előírások teljesítése érdekében a motor kipufogógázát utókezelésnek vetik alá, és csak ez után engedik ki a környezetbe.

A mezőgazdasági dízelmotorokra vonatkozó előírások az idők folyamán egyre szigorodtak. Hazánkban és Európában az EU Stage V előírás lépett hatályba. Ez azt jelenti, hogy a Stage V emissziós előírásokat nem teljesítő dízelmotorok nem építhetők be mezőgazdasági gépekbe 2020. december 31-e után, kivéve az 56≤P<130 kW motorteljesítmény-kategóriába tartozókat, amelyekre 2021. december 31-ei határidő vonatkozik.

Az EU Stage V teljesítését a gyártók elsősorban az elektronikus motorvezérlési rendszer továbbfejlesztésével, a hajtóanyag-befecskendezés finomításával, az égési folyamat javításával, új szerkezeti megoldások kialakításával, valamint a kipufogógáz utókezelésének eredményes változtatásával érik el.

 

 

 

 

1. ábra. Dízelmotor összetett kipufogógáz-utókezelő rendszere (forrás: www.johndeere.com)

 

 

 

 

 

 

1. kép. Új FPT Industrial N67 Stage V dízelmotor (forrás: https://media.cnhindustrial.com)

 

 

Mezőgazdasági dízelmotor kipufogógázának utókezelése

 

A környezetbarát dízelmotor kipufogógáz-utókezelő berendezéssel rendelkezik, amelynek része a motor levegőellátó rendszere is. A motorba bejutó levegő mennyiségéhez hozzáadott hajtóanyag nagysága alapvetően meghatározza az égési folyamat lefolyását és a keletkező kipufogógáz összetételét.

A mezőgazdasági dízelmotor öszszetett kipufogógáz-utókezelési rendszerét az 1. ábra szemlélteti. A motorba bejuttatott levegő mennyisége az első szabályozás nélküli (fix) turbótöltőtől, valamint az ezt követő szabályozott turbótöltő (VTG) működésétől és a fojtószelep állásától függ.

A nitrogén-oxid- (NOx-) mennyiség egy részének csökkentése érdekében kipufogógázt vezetnek vissza (EGR) hűtőn és a szabályozószelepen keresztül a motorba. A kipufogógáz mennyiségének nagyobb része a dízeloxidációs katalizátoron (DOC) keresztül halad.

Ez a katalizátor az el nem égett szénhidrogéneket (HC) oxidálja, elégeti és oxidálja a kipufogógázban maradt szén-monoxidot (CO) szén-dioxiddá (CO2). A kipufogógázban levő részecskéket, szilárd szennyezőanyagokat a dízelrészecske-szűrő (DPF) választja ki.

A kipufogógázban maradt nitrogén-oxidokat (NOx) a szelektív katalizátor rendszer (SCR) a beadagolt AdBlue-folyadékkal (DEF) nitrogénmolekulává, illetve vízgőzzé alakítja át. Az AdBlue- folyadékból keletkező és megmaradt ammóniát (NH3) az ammóniaoxidációs katalizátor (AOC) semlegesíti. A kipufogógáz tisztítását végző rendszer működésének vezérlését, a szenzoroktól kapott információk alapján, a motorvezérlő elektronika végzi.

Az ismertetett felépítésű kipufogógáz-utókezelő rendszert több motorgyártó alkalmazza. A fejlesztések során gazdaságosabb, egyszerűbb megoldások is születtek, amelyekre a teljességre törekvés igénye nélkül néhány példát mutatunk be.

 

2. kép. EU Stage V előírást teljesítő Kohler KDI 3404 dízelmotor (forrás: www.kohlerpower.com)

 

 

FPT Industrial N67 Stage V

 

Az FPT Industrial különböző teljesítményű új mezőgazdasági dízelmotorokat állít elő 55–670 kW teljesítménytartományban. Ezek a motorok fejlett technológiák segítségével, gazdaságos kipufogógáz-utókezelőrendszer alkalmazásával teljesítik az EU Stage V előírásokat.

Az egyik leggyakoribb teljesítménykategóriába tartozó új FPT Industrial N67 Stage V dízelmotor (1. kép) 6 hengeres, soros henger elrendezésű, 104 mm furatú, 132 mm löketű, 6,7 liter lökettérfogatú, hengerenként 4 szelepes, turbótöltős (VTG vagy wastegate szabályozású). A motor 260 kW (354 LE) maximális teljesítményt és 1420 Nm maximális nyomatékot szolgáltat.

A motor a HI-eSCR2 elnevezésű szabadalommal védett új kialakítású szelektív katalitikus rendszerű SCR-AdBlue kipufogógáz-utókezelő rendszerrel rendelkezik (2. ábra). A Hi-eSRC2-megoldásnál nem kell kipufogógáz-visszavezető (EGR) rendszert és regenerálást igénylő dízelrészecske-szűrőt (DPF) használni.

Az EGR elhagyása a motor teljesítményének növekedését és a fajlagos hajtóanyag-fogyasztás mérséklését eredményezi. A DPF gyakorlati elhagyása a szűrőrendszer körülményes regenerálásának megszűnését, karbantartásának elhagyását jelenti.

 

Kohler KDI-TCN 3404E5/22 és KDI-TCP 3404E5/22

 

A Kohler KDI 3404 dízelmotor-típuscsalád tagjait számos mezőgazdasági gépben előszeretettel használják. A bemutatott két motor geometriai adatai megegyeznek: 4 hengeres, soros henger elrendezésű, 96 mm furatú, 116 mm löketű, 3359 cm3 hengertérfogatú, folyadékhűtésű, egy turbótöltős.

A KDI TCN 3404E5/22 típusjelzésű motor teljesítménye 55,4 kW (74 LE) 2200 1/min fordulatszámnál, maximális nyomatéka 465 Nm 1200 1/min fordulaton. A KDI TCP 3404E5/22 típusjelzésű motor nagyobb névleges teljesítményű, 105 kW (141 LE) 2200 1/min fordulatszámon és a maximális nyomatéka is nagyobb, 640 Nm 1400 1/min fordulatszámon.

Az EU Stage V besorolást teljesítő dízelmotorokat a Ricardo intézettel közösen fejlesztették ki. Az ikerörvénylésű égési rendszerrel rendelkező motorok igen alacsony hajtóanyag-fogyasztás mellett működnek, és igen kis mennyiségű részecskét, illetve kevés nitrogén-oxidot bocsájtanak ki.

A gyár Kohler Flex elnevezésű kipufogógáz-utókezelő módszert alakított ki, amely a szükségletnek megfelelő kombinációkba integrálja a különféle utókezelő eszközök használatát. A KDI TCN 3404E5/22 típusú és az 56 kWnál kisebb teljesítményű motorok kipufogógáz-utókezelő rendszere hűtött kipufogógáz-visszavezetést (EGR), dízeloxidációs katalizátort (DOC) és dízelrészecske-szűrőt (DPF) tartalmaz, de nincs szelektív katalitikus redukciós (SCR-AdBlue) rendszere!

Az AdBlue elhagyása az üzemeltető részére jelentős könnyebbséget jelent. A KDI TCP 3404E5/22 típusú és az 56 kWnál nagyobb teljesítményű motorok kipufogógáz-utókezelő rendszere dízeloxidációs katalizátort (DOC), dízelrészecske-szűrőt (DPF) és szelektív katalitikus redukciós (SCR-AdBlue) rendszert tartalmaz, kipufogógáz-visszavezetést (EGR) nem! Az EGR elhagyása miatt a motor teljesítményét meg lehetett növelni, a hajtóanyag-fogyasztás fajlagos értékének mérséklése mellett.

Az EU Stage V előírás teljesítésének nincsenek technológiai akadályai. A mezőgazdasági dízelmotorgyártók az igényeket teljesítő új dízelmotorok sorozatgyártását megkezdték.

 

 

2. ábra. Az FPT Industrial Hi-eSRC 2 rendszerének vázlata: 1. Dízeloxidációs katalizátor (DOC); 2. AdBlue-befecskendező; 3. SCR-rendszer katalizátora; 4. Ammóniaoxidációs katalizátor (ADC) (forrás: http://www.fptindustrial.com)

 

 

SZERZŐ: DR. VARGA VILMOS
SZIE GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR
JÁRMŰTECHNIKA TANSZÉK
GÖDÖLLŐ

csökken dízelmotor környezet környezetbarát környezetkímélő környezetvédelem levegőszennyezés mezőgazdaság továbbfejlesztés