Wbrew pozorom w tzw. aferze spalinowej Volkswagena wcale nie chodzi o wydobywający się z rur wydechowych czarny dym – wizytówkę samochodów z silnikami Diesla. Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska (EPA) zakwestionowała poziom emisji tlenków azotu (NOx) – gazu, który jest bezbarwny i bezwonny, ale silnie trujący.
Można zaryzykować stwierdzenie, że im bardziej wysilony silnik, tym więcej powstaje w nim tlenków azotu, a zjawisku powstawania szkodliwych gazów sprzyja zasilanie silnika ubogą mieszanką – jest to więc problem nie tylko silników Diesla, lecz także silników benzynowych z bezpośrednim wtryskiem paliwa. Dzieje się tak za sprawą wyższych temperatur występujących w komorach spalania.
Dobrze znany i nielubiany przez kierowców filtr cząstek stałych odpowiada niemal wyłącznie za przechwytywanie cząsteczek sadzy – czyli w praktyce za redukcję czarnego dymu. W idealnych warunkach sadza podgrzana do temperatury powyżej 550ºC zamienia się w niegroźny dwutlenek węgla i wodę. Pozostają jednak jeszcze NOx-y (tlenki azotu).
W pewnym stopniu likwidowane są przez układ recyrkulacji spalin – gazy wydalane przez silnik wprowadzane jeszcze raz do komór spalania obniżają temperaturę spalania, ale powodują też obniżanie mocy i momentu obrotowego; w niektórych jednostkach rośnie też zużycie paliwa. Dlatego też wielu „tunerów”, jeśli to tylko możliwe, usuwa zawór EGR przy pierwszej jego awarii – w wielu silnikach nie przeszkadza to w niczym, a nawet poprawia osiągi.
Ponieważ jednak EGR nie wystarcza, by spełnić wyśrubowane normy (problem dotyczy już Euro 5), wysilone diesle (choć nie wszystkie) wyposaża się w absorber tlenków azotu (zwany też katalizatorem zasobnikowym, a po angielsku NOx Trap – pułapka na tlenki azotu). W tym układzie katalizator przechwytuje tlenki azotu, a gdy już się wypełni, czujniki dają znać sterownikowi, który włącza tryb pracy na wzbogaconej mieszance paliwowej – jest to potrzebne, by pozbyć się tlenków azotu, nie wypuszczając ich do środowiska. Im częściej powtarzają się takie cykle, tym więcej paliwa zużywa silnik, ale jest (przynajmniej w zakresie NOx) bardziej ekologiczny.
Zarówno EGR, jak i NOx Trap – jeśli działają – pogarszają osiągi samochodu. Ten mechanizm wykorzystał Volkswagen, sprzedając w USA swoje samochody pod hasłem Clean Diesel (ang. czysty diesel). Urządzenia ograniczające emisję NOx-ów działały w trybie testowym, a na ulicy – już nie. Dzięki temu Volkswagen dowodził, że wprawdzie w laboratorium jego diesle palą więcej niż samochody hybrydowe Toyoty, ale już w realnym życiu – mniej! No i oczywiście są szybsze, bardziej dynamiczne – czyli mają same zalety. Na marginesie: skąd sterownik wiedział, że auto jest w trybie testowym? To proste: jeśli przednie koła się kręcą, a tylne nie, jeśli czujniki przeciążeń nie wykazują ruchu – mamy komplet niezbędnych informacji, by stwierdzić, że odbywa się test i trzeba włączyć wszystkie pokładowe urządzenia ograniczające emisję spalin.
Tymczasem w Europie obowiązuje już norma Euro 6 (maksymalnie 80 mikrogramów NOx/km jazdy), a w USA (np. w Kalifornii) normy dotyczące NOx-ów są jeszcze bardziej restrykcyjne (43 mikrogramy NOx/km). W takiej sytuacji – nawet w laboratorium, o testach nie wspominając – układ EGR oraz katalizator NOx nie dają sobie rady ze spełnieniem obowiązujących norm. Ratunkiem jest układ SCR dotąd z umiarkowanym powodzeniem stosowany w ciężarówkach. Najprościej rzecz ujmując, jest to układ dozujący do układu wydechowego wodny roztwór mocznika sprzedawanego jako płyn AdBlue.
Płyn AdBlue spełnia swoje zadanie bardzo dobrze, ale najlepiej, jeśli dawkuje się go dużo i samochód w ogóle nie gaśnie. W ciężarówkach, które mają mało przestojów, AdBlue nie jest problemem, gorzej, jeśli zimą samochód stoi zbyt długo na mrozie z wyłączonym silnikiem. Pompy AdBlue psują się i są drogie. Z tej przyczyny, jeśli w wyszukiwarce Allegro wpiszemy słowo „AdBlue”, na pierwszych miejscach w wynikach wyszukiwania pojawi się nie płyn AdBlue, nie części zamienne, tylko... emulatory, czyli elektroniczne pudełka mające ten cały osprzęt wyłączyć tak, by samochód działał poprawnie i by podczas kontroli nie wyszło to na jaw. A co z osobówkami?
Nie zostawiaj auta na mrozie!
Producenci nie chwalą się tym zbyt głośno, umieszczając w cennikach tuż przy nazwie silników niewiele mówiący większości klientów skrót: SCR (Selective Catalytic Reduction). Niektórzy potencjalni nabywcy, gdyby wiedzieli, z czym to się wiąże, zastanowiliby się dwa razy, czy kupować ten samochód.
AdBlue to wodny roztwór mocznika, wodny, czyli... zamarzający na mrozie. Najniższą temperaturą, którą może „wytrzymać” AdBlue, jest -11ºC, ale na opakowaniach tego specyfiku znajdujemy ostrzeżenie, by chronić go przed temperaturą niższą niż -5 stopni. Oczywiście, w samochodzie układ dawkujący AdBlue jest wyposażony w grzałkę, ale działa ona tylko podczas jazdy. Tymczasem, jeśli płyn w układzie porządnie zamarznie, to nawet, jeśli się potem rozmrozi, wytrącają się z niego kryształki.
Tego zaś nie znosi pompa, której większość komponentów wykonana jest z tworzyw sztucznych. Tak być musi, gdyż mocznik jest substancją bardzo agresywną chemicznie, wywołującą korozję. W każdym razie ocieplenie klimatu i łagodne zimy są sprzymierzeńcem zarówno producentów aut z układami SCR, jak i ich użytkowników. Jeśli pojedziemy autem w góry w warunkach mroźnej zimy, auto nocą będziemy parkować pod chmurką, a w ciągu dnia przynajmniej raz odpalać, po kilku takich cyklach mamy duże szanse w drogę powrotną wyruszyć... samochodem zastępczym.
Za mały zbiornik?
Tymczasem wiadomo, że układ SCR działa tym lepiej, im więcej mocznika (AdBlue) trafia do układu wydechowego. Tymczasem zbiorniki na AdBlue w autach mają kilka, najwyżej kilkanaście litrów – ich pojemność jest na tyle mała, że jedno tankowanie AdBlue wystarcza od przeglądu do przeglądu tylko przy bardzo oszczędnym dawkowaniu, a i tak o miejscu na koło zapasowe można zapomnieć. Już pojawiły się doniesienia o podejrzeniach z kombinacjami także w kwestii działania układów SCR po to, by oszukać badania laboratoryjne.
Specjaliści z firmy FCD zajmujący się diagnostyką samochodową (ich badania publikuje niemiecki portal branżowy Kfz-betrieb) twierdzą, że np. Peugeot 308 z układem SCR podczas testów emisji spalin na hamowni wykazywał zupełnie inną częstotliwość dawkowania AdBlue niż w czasie prób drogowych. Za każdym razem, gdy sterownik rozpoznawał, że pracuje w warunkach laboratoryjnych, odpowietrzenie systemu niezbędne do działania układu miało miejsce 15 sekund po starcie i ta sekwencja była powtarzana 3-krotnie, natomiast w ruchu drogowym przy takiej samej temperaturze zewnętrznej system uaktywniał się dopiero po 400 sekundach.
Nie należy więc wykluczać, że jeśli Komisja Europejska wymusi testowanie aut w celu ich homologacji w warunkach drogowych, zbiorniki na AdBlue urosną np. kosztem bagażnika. To jednak najmniejszy problem, tak samo jak koszt AdBlue. Gorzej, że układy SCR w warunkach zimowych bywają bardziej problematyczne niż przeklinane przez kierowców DPF-y.
Czy bać się przeglądu?
Na corocznym obowiązkowym badaniu aut na stacji diagnostycznej nie sprawdza się, czy auto spełnia normę Euro 4, 5 czy 6, gdyż jest to niemożliwe. Normy Euro mówią o ilości poszczególnych substancji toksycznych zawartych w spalinach auta, które podaje się w gramach na kilometr jazdy. By „zważyć” spaliny, trzeba postawić samochód na hamowni podwoziowej, podłączyć skomplikowany osprzęt do rury wydechowej, a następnie pokonać samochodem ściśle określony dystans wraz z dokładnie opisanymi prędkościami i przyspieszeniami.
Takie badanie trwa godzinami i kosztuje kilka tysięcy złotych. Na obowiązkowym badaniu technicznym analizator spalin służy tylko do tego, by sprawdzić, czy samochód jest sprawny. Zresztą polskie normy nie przewidują w ogóle pomiaru zawartości tlenków azotu – właściciele zatruwających środowisko Volkswagenów, Skód, Seatów czy Audi mogą spać spokojnie.
Podobnie jak właściciele aut z instalacjami LPG – na wszelki wypadek także w ich przypadku nie sprawdza się zawartości NOx-ów, a byłoby co badać. W praktyce (w przypadku diesli) nie sprawdza się nawet zadymienia spalin – choć to obowiązkowe, procedura jest dla diagnostów zbyt uciążliwa.
Wydech diesla spełniającego normę Euro 6 to technologia niemal kosmiczna – są w nim: katalizator, filtr cząstek stałych, absorber tlenków azotu lub układ dawkowania AdBlue oraz od kilku do kilkunastu czujników.
Każda kolejna norma dotycząca czystości spalin to coraz większe wyzwanie dla producentów aut. Diesle spełniające normę Euro 6 stają się jednak mało przyjazne także dla użytkownika.
NOx Trap – pułapka na tlenki azotu lub katalizator zasobnikowy – to urządzenie mniej skuteczne niż układ wykorzystujący płyn AdBlue, za to bezobsługowe. W układzie tym katalizator zasobnikowy wychwytuje ze spalin tlenki azotu, zaś czystość (tylko w zakresie tlenków azotu) monitoruje na bieżąco czujnik. Gdy katalizator zasobnikowy się wypełni, czujnik wysyła sygnał sterownikowi, a ten wymusza pracę silnika na wzbogaconej mieszance, co powoduje zmianę tlenków azotu na mniej groźne azot i dwutlenek węgla. Podczas szybkiej jazdy wypełnienie katalizatora tlenkami i pozbycie się ich następuje w cyklach kilkudziesięciosekundowych, co podwyższa zużycie paliwa. Dalsza obróbka spalin następuje w filtrze DPF.
Bardziej wydajną wersją filtra cząstek stałych jest układ wykorzystujący płyn ułatwiający redukcję sadzy (uzupełnia się go na przeglądzie, nie mylić z płynem AdBlue, który ma inną funkcję). W układzie tym na rysunku zaznaczono: wtryskiwacz płynu do dopalania sadzy, czujnik ciśnienia spalin na wejściu do filtra , czujnik temperatury na wejściu , czujnik temperatury filtra oraz za filtrem: czujnik temperatury i czujnik ciśnienia. Wtrysk płynu wtryskiwaczem przyspiesza dopalanie sadzy w wypełnionym filtrze.
Kierowca samochodu z systemem SCR ma dostęp do zbiornika umieszczonego we wnęce dawniej przeznaczonej na koło zapasowe i wlewu; może on być umieszczony w bagażniku albo na zewnątrz – obok wlewu paliwa pod klapką. W układzie jest też sterownik, przewód mocznikowy oraz wtryskiwacz umieszczony w przedniej części wydechu, którym podawany jest płyn redukujący zawartość tlenków azotu w spalinach. W zbiorniku umieszczana jest pompa, której elementy mające kontakt z mocznikiem wykonane są z tworzyw sztucznych (ze względu na ryzyko korozji). Wywołuje to jednak kolejne problemy: płyn, który zamarza najpóźniej w temperaturze -11°C, po ogrzaniu wprawdzie wraca do stanu ciekłego, jednak wytrącają się z niego kryształki niebezpieczne dla pompy.
Wlew dostosowany jest do butelek „niekapek” – rozlanie płynu w bagażniku jest bardzo niewskazane. Nie zaleca się też długotrwałego wożenia płynu na dolewki – jest on nietrwały, a zimą dodatkowo narażony na zamarznięcie.
Zaletą AdBlue jest jednak skuteczne neutralizowanie tlenków azotu. Nie należy wykluczać, że w wadliwych samochodach VW z silnikiem 1.6 TDI producent w ramach akcji naprawczej będzie zmuszony do montażu układów SCR. Obecnie układy te są stosowane w silnikach zgodnych z normą Euro 6 m.in. aut VW i w Mercedesach.