node/41778

Ντίζελ και Euro 7: Ένας κομπρέσορας μειώνει το NOx κατά 90%!

Μέχρι στιγμής γνωρίζαμε πως οι μηχανικοί υπερσυμπιεστές βελτιώνουν την απόδοση ενός κινητήρα. Φαίνεται, όμως, ότι μπορούν να εξασφαλίσουν και σημαντική μείωση των εκπομπών NOx σε πετρελαιοκινητήρες, επιτρέποντάς τους να κοιτούν το μέλλον με αισιοδοξία.

Η προστασία του περιβάλλοντος, τα τελευταία χρόνια, έχει αναχθεί σε απόλυτη προτεραιότητα, στον τομέα της αυτοκίνησης. Σχεδόν όλοι οι κατασκευαστές έχουν ξεκινήσει έναν αγώνα δρόμου προς την ηλεκτροκίνηση, ενώ οι πιο προηγμένες χώρες στον πλανήτη συζητούν ανοικτά την θέσπιση μίας καταληκτικής ημερομηνίας για την πώληση μοντέλων με θερμικούς κινητήρες. 

Αυτό, ωστόσο, δεν σημαίνει απαραίτητα πως οι μονάδες εσωτερικής καύσης έχουν φτάσει στο τέλος της ζωής τους. Υπάρχουν ακόμα περιθώρια εξέλιξης, καθώς και κάποιες νέες τεχνολογίες που υπόσχονται να δώσουν μία σημαντική παράταση, πληρώντας τις ολοένα και αυστηρότερες προδιαγραφές ρύπων. 

Σε ό,τι αφορά στους πετρελαιοκινητήρες, η ενσωμάτωση συστημάτων SCR (selective catalytic reduction) και φίλτρων κατακράτησης σωματιδίων, έχει αλλάξει άρδην τη σύσταση των αερίων που εξέρχονται από την εξάτμιση των αντίστοιχων αυτοκινήτων. Ακόμα όμως και έτσι, αυτό δεν είναι αρκετό για να καλύψει τις μελλοντικές προδιαγραφές Euro 7, που θα ισχύσουν από το 2025 και αναμένεται να περιορίσουν τις εκπομπές NOx κατά 90%.

Τη λύση έρχεται να δώσει η Tenneco με την Eaton, οι οποίες εξελίσσουν από κοινού ένα σύστημα ικανό να ελαχιστοποιήσει αυτές τις εκπομπές σε αυτοκίνητα και φορτηγά. Πρακτικά, αυτό που σκοπεύουν να κάνουν είναι να συνδυάσουν την τεχνολογία CSTU (Cold Start Thermal Unit) της πρώτης με την TVS (Twin Vortices) της δεύτερης. 

Προτού όμως μιλήσουμε για αυτό, θα πρέπει να κατανοήσουμε ορισμένα πράγματα για τα οξείδια του αζώτου. Αυτά παράγονται από τη διαδικασία της καύσης των υδρογονανθράκων (πετρελαίου) με τον αέρα, που αποτελείται από οξυγόνο και άζωτο. Για την παραγωγή αυτών των οξειδίων, όπως και για την αναγωγή τους, χρειάζονται σχετικά υψηλές θερμοκρασίες. Λόγω όμως του υψηλότερου βαθμού θερμοδυναμικής απόδοσης ενός ντίζελ κινητήρα, η θερμοκρασία των καυσαερίων δεν είναι τόσο υψηλή όσο θα θέλαμε. Ειδικά στη φάση της εκκίνησης, μέχρι να επιτευχθεί μία θερμοκρασία λειτουργίας. 

Αρκετοί κατασκευαστές φροντίζουν να τοποθετούν τους καταλυτικούς μετατροπείς όσο το δυνατόν πιο κοντά στην πολλαπλή εξαγωγής, έτσι ώστε να εκμεταλλεύονται αυτή την επιπλέον θερμοκρασία. Κάτι τέτοιο όμως ενέχει τεχνικές δυσκολίες, ενώ δεν παύει να αποτελεί ημίμετρο. 

tenneco

Με το σύστημα που αναπτύσσουν οι Tenneco και Eaton, σχεδιάζουν να χρησιμοποιήσουν έναν υπερσυμπιεστή τύπου Roots, ο οποίος θα τροφοδοτεί με αέρα ένα μικρό καυστήρα του συστήματος CSTU. Ο τελευταίος χρησιμοποιεί μία μικρή ποσότητα καυσίμου, ώστε να θερμάνει ταχύτατα τη ροή του αέρα και, εν συνεχεία, τους καταλυτικούς μετατροπείς και τα φίλτρα DPF. Εφόσον η θερμοκρασία στο σύστημα κατάλυσης φτάσει τους 200-250 βαθμούς Κελσίου, τα οξείδια NOx θα μπορούν να διασπώνται σε άζωτο και υδρατμούς. 

Παρεμπιπτόντως, μία ενδιαφέρουσα λεπτομέρεια έχει να κάνει με τη χρήση του ίδιου του μηχανικού υπερσυμπιεστή τύπου Roots. Εμείς μπορεί να τον γνωρίζουμε ως ένα σύστημα αύξησης της ισχύος, οι αδερφοί Roots όμως που τον εφηύραν είχαν ως στόχο την κατασκευή ενός ανεμιστήρα που θα τροφοδοτούσε με αέρα υψικαμίνους, για την παραγωγή χάλυβα. 

Όπως χαρακτηριστικά αναφέρει ο Nick Morley, διευθυντής στο global advanced engineering του ομίλου Tenneco Clean Air business, «το CSTU είναι μια ενεργή τεχνολογία θερμικής διαχείρισης που θερμαίνει γρήγορα και διατηρεί τη θερμοκρασία του συστήματος ελέγχου εκπομπών. Δεδομένου ότι η πλειονότητα των εκπομπών παράγονται κατά την αρχική έναρξη λειτουργίας του κινητήρα και σε εκτεταμένες συνθήκες αδράνειας, η προσθήκη ενός ολοκληρωμένου συστήματος θερμικής διαχείρισης καυσαερίων μπροστά από τον καταλύτη επιτρέπει τη γρήγορη και αποτελεσματική μετατροπή των εκπομπών NOx, σε όλο το εύρος λειτουργίας του κινητήρα και σε όλες τις συνθήκες». 

Η εξέλιξη του εν λόγω συστήματος, θα πραγματοποιηθεί στο τεχνικό κέντρο της Tenneco, στο Edenkoben της Γερμανίας. Σύμφωνα με τα πλάνα, η φάση της παραγωγής του θα ξεκινήσει το 2025, ενώ ήδη αρκετοί κατασκευαστές αυτοκινήτων έχουν εκδηλώσει ενδιαφέρον.