Екологични перспективи при двигателите на специализираната техникаВ екологични стандарти за самоходна техника, строителни и селскостопански машини Етап IV (ЕС) и Tier 4 (САЩ) допустимите нива на токсичност на отработените газове са много по-стриктни от предишните. Отчасти, изискванията на тези норми ще бъдат изпълнени чрез усъвършенстване на конструкцията на двигателите, но е необходимо да се прилага преработка на газовете и в изпускателната система. Настоящата статия разглежда начините и техническите възможности за справяне с тези предизвикателства.
текст инж. Вера Ангелова
С цел обезпечаване нивото на токсичност на отработените газове, се въведе нов нормативен документ известен като Stage IV (Етап 4 от въвеждането на Директивата на ЕС за ограничаване на емисиите на отработени газове от строителната и селскостопанската техника) и съответстващ като ограничения на Tier 4 (действащ в САЩ). Той изисква значително намаляване на вредните емисии от горивната камера на двигателя и осигуряване високоефективната им обработка (неутрализация) в изпускателната система. Тези изисквания в много отношения са идентични с бъдещите такива към двигателите на пътно-транспортните средства клас С1. Разликите, характерни за селскостопанската и строителна техника, ще бъдат описани по-долу. Определени са основните технически параметри, които ще позволят да се изпълнят поставените норми от тези стандарти. За удобство, машините са разделени на седем групи, еднакви за Европа и САЩ, като единствените разлики помежду им се състоят в класа мощност на двигателя и датата на въвеждане в експлоатация.
Ето и списъка с технически параметри.
Група 1 – механично впъскване на гориво, рециркулация на отработените газове не се осъществява;
Група 2 – механично впъскване на гориво, вътрешна рециркулация на отработените газове;
Група 3 – електронно впръскване на горивото, вътрешна рециркулация и забавено впъскване или рециркулация на отработените газове с външно охлаждане;
Група 4 – електронно впръскване на горивото, вътрешна рециркулация плюс филтър за твърди частици или предкамерно впръскване с катализатор плюс филтър за управляема регенерация, или бензинов двигател с трикомпнентни катализаторни неутрализатори;
Група 5 – електронно впръскване на гориво, рециркулация на отработените газове с вътрешно или външно охлаждане, плюс филтър за твърди частици, или електронно впръскване под налягане >1800 bar, рециркулация на отработените газове с външно охлаждане плюс система от филтри с постоянна регенерация, например окислител за катализаторен неутрализатор с филтър за твърди частици;
Група 6 – електронно впръскване на горивото, рециркулация на отработените газове с външно охлаждане плюс филтър за твърди частици и SCR (селективна каталитична редулция), или електронно впръскване на горивото (>1600 бара) плюс SCR, без рециркулация и филтър за твърди частици.
Група 7 – електронно впръскване на горивото, рециркулация на отработените газове с външно охлаждане плюс филтър за твърди частици и SCR или електронно впръскване на горивото (>2200 бара), рециркулация на отработените газове с външно охлаждане плюс SCR, като филтър за твърди частици не е необходим.
Тъй като в САЩ са регламентирани и двигатели с мощност над 560kW, там са въведни допълнителни три групи.
Група 8 – електронно впръскване на гориво, не се осъществява рециркулация на отработените газове;
Група 9 – електронно впръскване на горивото плюс рециркулиране на отработените газове с външно охлаждане;
Група 10 – електронно впръскване на горивото, рециркулацията е с външно охлаждане плюс филтър за твърди частици или електронно впръскване плюс неутрализация с AdBlue (SCR).
При двигателите най-важен е диапазона от мощност 56-130 kW като приоритетен избор се явява системата на впръскване Common Rail вследствие на големите и възможности от изменяне циклите на подаване на горивото, ускореното впръскване и количеството впръсквания за един цикъл. Тези възможности се обезпечават от електронна система на управление. За турбонадув на двигателя в този мощностен диапазон, приоритетен избор са турбонагнетателите с постоянна геометрия (с изпускателен клапан) и е възможно също така използване на активно управляем изпускателен клапан. Рециркулацията на отработени газове чрез охлаждане се получава при работа под високо налягане с електронно управление на количеството изпускани емисии.
В двигателите в мощностен диапазон 130-560 kW занапред ще се използват технологии, взаимствани от конструкцията на двигателите на товарните автомобили.
При използване на технологията SCR за неутрализиране на азотните оксиди от отработените газове в изпускателната система се предпочита използването на определена доза AdBlue (воден разтвор на карбамид).
Затова при отработените газове, попадащи в горивната камера на двигателя с охлаждаща система за рециркулация, нивото на съдържание на азотни оксиди трябва да съставя 2g/kWh, за да отговаря на нормите на Stage IV – в бъдеще нивото ще е 0.36g/kWh (10% по-ниско от допустимия лимит 0.4 g/kWh) с SCR и температурата на отработените газове ще се определя по метода на изпитване на двигателите на строителните и селскостопанските машини на неустановен режим, NRTC.
Доколкото топло отделянето на двигателите при Stage IV е повишено, в сравнение със Stage IIIВ, особено внимание ще трябва да се отдели на повишаване мощността на системата за охлаждане. Конфигурацията на системата за последващата неутрализация на отработените газове в изпускателната системата зависи от нивото им на токсичност.
Изпълнението на бъдещите норми за нивото на съдържание на азотни оксиди и въглеводороди с помощта единствено на системата SCR, без използване на филтър за твърди частици, е технически невъзможно. Според изискванията на Stage IV по отношение намаляване съдържанието на твърди частици в отработените газове, се използва система с филтър с непрекъсната регенерация като алтернатива на този с управляема – при нея е необходимо поставянето на специални устройства за доизгаряне на въглеводородите.
Ако се направи сравнение между двете системи:1) с филтър за твърди частици в комбинация с SCR и 2) филтър с непрекъсната регенерация вместо такъв с твърди частици се вижда, че разположението на филтъра за твърди частици пред системата SCR не е задължително, но напоследък преобладава имено тази тенденция. Несъмнено такива сложни системи се нуждаят от достатъчно съвършено управление, което да осигури своевременната регенерация на натрупаните въглеводороди, непрекъснатата неутрализация на азотните оксиди и взаимодействието между отделните подсистеми. Значително опростяване на системата и намаляване на себестойността й настъпва с избора на филтър с непрекъсната регенерация вместо този с управляема. В този контекст използването на гориво със свръхниско съдържание на сяра обезателно трябва да се съчетае с някакава система за неутрализация на отработените газове в изпускателната система, като е необходимо да се обезпечат смазочните свойства на горивото по един или друг начин, за да се предотврати попадането на вредни компоненти извън системата на впръскване. Немаловажно е използването на нисковискозни смазочни масла, за да се осигури достатъчна надеждност на филтъра за твърди частици и тяхната пълна регенерация.19/11/2009 |
