AdBlue, DPF, DOC, EGR – co na producentach maszyn rolniczych wymuszają normy emisji spalin?

Normy emisji spalin to prawdziwe przekleństwo spadające na kierowców samochodów osobowych, samochodów ciężarowych oraz operatorów maszyn rolniczych, budowlanych i innego rodzaju maszyn. Normy po raz pierwszy zostały wprowadzone w pierwszej połowie lat 90-tych i dotyczyły samochodów osobowych, dostawczych oraz lekkich ciężarówek.

 

Normy emisji spalin w maszynach rolniczych obowiązują od 2001 roku. Aby spełnić pierwsze wytyczne wystarczało zastosowanie wtrysków comon-rail bądź turbosprężarek o stałej geometrii łopatek, a z kolejnymi obostrzeniami zaczęto wprowadzać zawory EGR czy chlodnice powietrza intercooler. Prawdziwa rewolucja w silnikach do maszyn rolniczych towarzyszyła wprowadzeniu normy Stage IIIB. Producenci ciągników czy kombajnów musieli wyposażać maszyny w takie rozwiązania jak układy SCR bądź filtry DPF i katalizatory DOC.

 

W najnowszej normie Stage IVB występują zazwyczaj co najmniej dwa rozwiązania ograniczające emisję szkodliwych gazów tj. układ SCR i katalizator DOC lub kombinacja układu SCR z filtrem DPF. Bez problemu można znaleźć maszyny z kompletem „dobrodziejstw” – układem SCR oraz filtrem DOC i DPF. Warto w tym miejscu wyróżnić Koncern CNH, który spełnia najnowszą normę wykorzystując technologię SCR, a dokładnie Hi-SCR.

 

Przez nowe regulacje silniki są coraz bardziej skomplikowane i droższe, a jednocześnie coraz częściej słychać, że nowe jednostki napędowe są mułowate oraz że mają większe spalanie nawet od wcześniejszych modeli silników. Jednym zdaniem rolnik musi więcej zapłacić za maszynę, która niekoniecznie będzie w pełni lepsza od modelu produkowanego 10 lat wcześniej.

Zawór EGR

Zawór EGR do ciągników John Deere 7x30 oraz kombajnów serii WTS, W, T

 

Zawory recyrkulacji spalin EGR są montowane w układzie wydechowym silnika i mają za zadanie przekierować części spalin z powrotem do komory spalania. Zazwyczaj zawór otwarty jest w środkowym zakresie obrotów i przy niskim lub średnim obciążeniu.

 

Wpuszczenie spalin do układu dolotowego powoduje, że zmniejsza się ilość tlenu w zassanym powietrzu, przez co spalanie mieszanki paliwa z powietrzem przebiega gorzej, a temperatura w cylindrach spada, dzięki czemu tlen nie łączy się z azotem. Efektem ubocznym otwarcia zaworu EGR jest spadek mocy silnika.

 

Problemy i awarie zaworów EGR objawiają się utratą mocy oraz nierówną pracą silnika przy niewielkich obrotach a także wtedy, kiedy obciążenie jest niewielkie. W turbodieslach objawem awarii zaworu recyrkulacji spalin może być nadmierne dymienie.

 

Często rolnicy radzą sobie z EGR-em zaślepiając zawór, bądź korzystają z usług firm zmieniających oprogramowanie sterowników sterujących pracą silnika. W przypadku nowszych silników konieczna może się okazać modyfikacja oprogramowania.

DPF - filtr cząstek stałych

Filtr DPF w silniku Kubota – duża srebrna tuba

 

DPF – filtr cząstek stałych ma za zadanie zatrzymywanie cząstek stałych wydobywających się z silnika oraz ich wypalanie wewnątrz filtra. Filtr DPF zbudowany jest z ceramicznego korpusu zawierającego bardzo zagęszczone kanały, ustawione równolegle względem siebie, tworzące siatkę. Kanały są zamknięte z jednej strony, naprzemiennie od strony dolotowej i wylotowej. Sadza zatrzymana przez filtr jest spalana dopiero w temperaturze 550-600 stopni C, co powoduje konieczność pracy na wysokich obrotach lub wypalania filtra na postoju. Nie można wypalania filtra DPF nazwać „ekologicznym”… Sama produkcja filtra DPF, tego tzw. „ekologicznego cuda” jest również bardzo wątpliwa pod kątem ochrony środowiska.

 

Proces wypalania filtra powoduje problemy w codziennej eksploatacji i jest tym częstszy i tym bardziej uciążliwy, im więcej pracy wykonuje maszyna przy niskich obrotach silnika. Filtr DPF może stwarzać problemy przy ciągnikach zagregowanych z ładowaczami czołowymi.

 

Schemat pokazujący działania filtra DPF/DOC oraz zaworu EGR w silnikach John Deere

Katalizator DOC

Silnik FARMotion montowany w ciągnikach Deutz Fahr, charakterystyczna srebrna tuba u góry silnika to katalizator DOC

 

Katalizator oksydacji oleju napędowego DOC służy do redukcji tlenku węgla i węglowodoru w spalinach. Oksydacja, czyli utlenianie, zachodzi w filtrze DOC już od temperatury ok. 200 stopni C, a przy temperaturze 550-600 stopni C skuteczność procesu dla wielu związków wynosi blisko 90%.

 

Katalizator DOC ma w sobie ceramiczny wkład z licznymi kanalikami pokrytymi związkami platyny. Kanaliki te nie zapychają się jednak jak w filtrze DPF, ponieważ są krótsze i mają większą średnicę. Katalizatory DOC są przedstawiane przez producentów silników jako bezobsługowe, a ich żywotność powinna odpowiadać żywotności silnika. W mojej ocenie samego filtra DOC bać się nie trzeba, gorzej z towarzyszącym mu zaworem EGR.

Układ SCR oraz płyn AdBlue

New Holland serii T7, spełniający normę emisji spali Stage IVb dzięki zastosowaniu systemu Hi-SCR

Układ SCR (Selektywnej Redukcji Katalitycznej) służy do zmniejszenia emisji tlenków azotu. Zasada działania układu SCR polega na uzdatnianiu spalin w układzie wydechowym silnika poprzez wtrysk do katalizatora SCR specjalnego roztworu AdBlue, składającego się z mocznika i wody destylowanej. Pod wpływem temperatury panującej w układzie wydechowym mocznik zmienia się w amoniak i dwutlenek węgla, następnie w katalizatorze SCR następuje reakcja amoniaku z tlenkami azotu, w wyniku czego zostają one zmienione w lotny azot i parę wodną.

 

W układzie SCR oczyszczanie spalin odbywa się poza silnikiem, dzięki czemu silnik nie staje się mułowaty oraz nie wzrasta spalanie. Z drugiej strony trzeba regularnie uzupełniać płyn AdBlue, co jest niedogodnością. AdBlue krystalizuje w temperaturze poniżej 11,5  stopni C, jednak nie powinno to mieć wpływu na pracę silnika. Ciągniki są wyposażone w pompki wyciągające płyn z układu SCR po zgaszeniu oraz grzałki, które mają zapobiec uszkodzeniom.

 

Czy normy emisji są problematyczne dla producentów maszyn rolniczych?

Na pewno coraz bardziej rygorystyczne normy są problematyczne dla mniejszych producentów, którzy nie mogą pozwolić sobie na wydawanie milionów euro, aby dostosować posiadane jednostki napędowe do coraz bardziej restrykcyjnych norm emisji spalin. Takim producentom pozostaje zakup gotowych silników, bądź oferowanie swoich jednostek z całym kompletem „eko…dobrodziejstw…”, które z jednej strony podrażają produkcję silnika, a z drugiej są negatywnie odbierane przez klientów. Kto chce mieć cały komplet SCR, DPF, DOC, EGR?

 

W przypadku globalnych koncernów motoryzacyjnych nowe normy mogą być okazją do osiągnięcia przewagi technologicznej i rynkowej. Klient chętniej wybierze maszynę z samym układem Hi-SCR lub SCR+DOC. Dodatkowo przykład filmy Volkswagen pokazuje, że nie wszystkie firmy są traktowane jednakowo w Europie.

 

Za całą „zabawę” z tzw. ekologią ostatecznie płaci rolnik… zarówno w postaci wyższej ceny maszyn, jak i dodatkowych kosztów eksploatacyjnych oraz kosztów napraw w przyszłości.

 

Dla portalu CenyRolnicze.pl:
mgr inż. Dariusz Śmigielski
Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu