Je moderní dieselový motor pastí na zákazníka?

Jsou všechny ty katalyzátory, filtry a EGR ventily jen pastí na motoristovu kapsu? Poznej svého nepřítele a řekněme si, jak a čím tedy odstraníme škodliviny z výfukových plynů vznětového motoru a co nám tyto komponenty můžou natropit za problémy?
Palivo hoří ve vznětovém motoru v krátkém čase při velkém přebytku vzduchu, což sice zvyšuje účinnost motoru, ale také to vede k lokálnímu hoření za velmi vysokých teplot a ke vzniku jedovatých oxidů dusíku NOx. Zároveň v důsledku vstřikování paliva vznikají ve spalovacím prostoru oblasti, kde není dostatek kyslíku a kapičky paliva plně neshoří a vytvoří karcinogenní saze. Saze a oxidy dusíku jsou hlavním znečištěním ve výfukových plynech. V menší míře jsou zastoupeny oxid uhelnatý CO a nespálené uhlovodíky HC.
Jak se těchto nevhodných látek zbavit? Pomineme-li možnost, že motor vůbec nenastartujeme a auto necháme shnít na parkovišti, je zde šance zkonstruovat motor tak, aby sám o sobě spaloval pokud možno čistě. To znamená optimalizovat tvar spalovacího prostoru, sacích a výfukových kanálů tak, aby se eliminovaly oblasti vysokých teplot a oblasti s nedostatkem vzduchu. To se snadno napíše, ale jedná se o značně složitý problém, který vyžaduje hromadu zkušeností a peněz na výpočty a testy. Pak také další hromadu peněz na změnu výroby hlav motorů a pístů. To je důvod, proč tento způsob eliminace emisí je mnoha výrobci zatlačován do pozadí a problém řeší změnou levnějších komponent a navěšením zařízení na odstraňování nečistot do výfukového traktu. Tato zařízení pak mají samozřejmě daleko těžší práci. Dodavatelé EGR, turbodmychadel a filtrů pevných částic by mohli dlouze vyprávět, které motory čadí jako kamna a které spalují slušně i bez jejich pomůcek. Totiž nemohli by vyprávět, přišli by o práci…

První z komponent, která výrazně snižuje emise je turbodmychadlo. Ano, magické turbo nepřišlo dát majitelům dieselů kladivo na majitele benzínových vozidel, ale dorazilo s umělým dýcháním, aby dieselový agregát resuscitovalo po zavedení emisních norem Euro 3. Splnit tuto normu a zachovat alespoň zdání dynamiky vozidla je totiž prakticky nemožné bez přeplňování, které zajišťuje stálý přebytek vzduchu. Turbodmychadlo se stalo fenoménem doby, výrobci postupně nafoukli motory k prasknutí, přibyly koně, newtonmetry, ale také zpoždění v nárůstu výkonu, zadřená ložiska turbodmychadel, omleté lopatky dmychadel a zalepené rozváděcí lopatky turbín. Ale za ty kopance mezi lopatky po každém přeřazení, to mnohým majitelům stálo.

Neméně důležitý dodavatelský komponent je vysokotlaké přímé vstřikování paliva. Cílem vývojářů je rozprášit palivo na kapičky o minimálním průměru, to totiž omezuje vznik sazí. Postupem času tak klesaly průměry trysek a rostly vstřikovací tlaky. Dnešním standardem je systém „common rail“ se vstřikovacím tlakem mezi 1300 až 2000 atmosfér! Vstřikovače jsou dnes skutečně špičkovou technologií s klíčovými komponenty vyráběnými s přesnosti několika mikronů. Není však divu, že při těchto přesnostech a tlacích jsou také značně závislé na kvalitě a čistotě nafty a i s kvalitní naftou jejich životnost těžko přesahuje 150 tisíc kilometrů.

Pro odstraňování NOx je dnes na osobních automobilech bez výjimky používáno EGR. Exhaust Gas Recirculation neboli recirkulace výfukových plynů. V částečných zatíženích motoru je do sání motoru přiváděna část výfukových plynů. Ty sice u dieselového motoru stále obsahují kyslík, ale také molekuly, která se do další oxidace příliš nehrnou. Do válce tak vpravíme inertní plyn, který se sám nepodílí na spalování, ale ze spalování odebírá teplo a snižuje tak teplotu hoření a tedy produkci NOx. Nevýhodou systému EGR je, že do motoru vnášíme saze již na sací straně, což jeho životnosti a spolehlivosti příliš nedodá. Samotný EGR ventil je také poměrně choulostivé zařízení. Když ho umístíme před chladič EGR plynů, je velice teplotně namáhán. Pokud je umístěn za chladičem, velice rád se naopak zanáší sazemi, což vede k jeho pomalému zavírání při akceleraci a vypouštění charakteristických černých obláčků kdykoliv šlápnete na plyn. Postupně se ventil může přestat pohybovat úplně. Pokud zůstane otevřen, zvýší se kouřivost a poklesne výkon. Je-li naopak trvale zavřen, vozidlo nemusí projít technickou kontrolou a dost možná si začne stěžovat diagnostika. Ventily ovládané pneumaticky hůře odolávají zanášení. Novější vozy proto používají elektricky ovládané ventily, které operují větší silou a je na nich aplikován samočisticí program (několikeré prudké otevření a zavření po vypnutí motoru). Hrozí zde naopak porucha elektrické části a dražší výměna.

Na výfukovém potrubí některých vozů můžeme dnes nalézt oxidační katalyzátor DOC (Diesel oxidation-type catalytic converter, který kombinuje několik funkcí. Zde oxiduje CO a HC na kysličník uhličitý a vodu. Protože uhlovodíky HC jsou též obsaženy v jádře sazí, snižuje se tak jejich objem. Oxidace NO na NO2 je další funkcí katalyzátoru má prospěšný vliv na funkci filtru pevných částic. DOC v některých případech slouží ke zvyšování teploty výfukových plynů pro regeneraci filtru pevných částic. Problémem pro DOC může být provoz vozidla v nízkém zatížení a za studena, kdy nemají spaliny potřebnou teplotu pro zažehnutí oxidace, a katalyzátor se začne ucpávat na vstupu. Výsledkem je samozřejmě pokles výkonu motoru. Dalším problémem může nastat u vozidel se zvýšenou spotřebou oleje, kde dojde vlivem spalování oleje k omezení funkce katalyzátoru.

Konečně se dostáváme ke strašáku posledních let, filtru pevných částic (DPF – Diesel Particulate Filter). Jedná se o nádobu, která obsahuje porézní materiál v podobě keramiky nebo sintrovaného kovu. Právě v jemných pórech se saze zachytávají, filtr se pomalu plní a zvyšují se tlakové ztráty. Proto je filtr třeba regenerovat, což se děje zhruba při teplotě 600oC, kdy saze shoří a přeformují se do netoxického CO2. Této teploty však motor dosahuje jen při velkém zatížení a proto je potřeba čas od času zahájit regeneraci uměle a to buď zvýšením teploty výfukových plynů nebo snížit teplotu, při které saze hoří. První metody je dosaženo nejčastěji pozdním vstřikem paliva do válce, které tak dohořívá ve výfukovém potrubí. Druhé metody regenerace se dosahuje používáním aditiva v palivu, obvykle sloučeniny ceria nebo železa, které sníží zápalnou teplotu na 450 až 500oC. S ucpáváním filtru a regenerací nastává v praxi mnoho problémů, především u vozidel, které jezdí kratší trasy s malým zatížením. Velmi dobrý a poctivě zpracovaný článek o DPF sepsal kolega Petr Šikl. Jelikož s informacemi v jeho článku souhlasím, odkazuji se s dalším popisem DPF na něj.

Obávám se, že nejednomu čtenáři již jde ze všech těch systémů hlava kolem. Nebudu vás tedy již dál děsit a uvedu jen, že v nákladních vozidlech se ještě používají další metody odstraňování nečistot ve výfukových plynech, jako selektivní katalytická redukce (SCR) nebo NOx akumulační katalyzátor (NSC). Dále je dobré upozornit, že nad správnou činností motoru a tedy i výše ymiňovaných systémů bdí řada senyorů a čidel jako je váha vzduchu, širokorozsahová lambda sonda, čidla tlaku v sání i ve výfukovém potrubí (detekce zanešení DPF). Všechna tato čidla mohou také vypovědět poslušnost, což má obvykle za následek roysvícení kontrolky na přístrojové desce a návštěvu servisu. A velice důležité je upozornit, že na motoru všechno souvisí se vším. Často je nesnadné určit, který komponent způsobil problémy a jaká porucha je až následkem. Proto doporučuji technickému stavu věnovat pozornost a odborníka vyhledat včas. Třeba přidřený EGR ventil za pár stovek může časem „odstřelit“ turbo v ceně desetitisíců.

Po výčtu systémů a především jejich možných poruch napadá nejednoho člověka, zda to všechno stojí za ty starosti a peníze. Mám ten názor, že nemáme právo zamořovat vozidly vzduch prokazatelně jedovatými či karcinogenními látkami a že je povinností výrobců eliminovat negativní dopady na životní prostředí. Dokonce máme technologie, ale nepoužíváme je správně.
Nárůst počtu komponent nemusí vést nutně ke snížení spolehlivosti systému, ale je třeba, aby s nárůstem počtu součástek rostla i jejich kvalita. A to se bohužel často neděje. Když je smůla největší, může automobil s přechodem na vyšší emisní normu projít také rukama zlevňovačů a to je pak na problémy zaděláno. Ono totiž zvyšování kvality stojí hromadu úsilí a peněz. A jelikož zrovna systémy na odstraňování nečistot z výfuku zákazníky příliš netáhnou, je těžké nárůst ceny vozu někam schovat.

Z hlediska zákazníka mám pár obecných rad, ty sice neplatí na všechna dieselová vozidla, ale na většinu dozajista ano:

• Vyhněte se vozidlům s DPF pokud je to možné
• Vyhněte se nejvýkonnějším výkonovým variantám. Motor pojede častěji v nízkém zatížení a to dieselu nesvědčí
• Vyhněte se častému ježdění po městě a na krátké vzdálenosti, častým studeným startům
• Nejezděte stále jen „na spotřebu“. Je potřeba diesel řádně zatěžovat a měnit jízdní režimy. Umožnit regeneraci DPF, přestavování lopatek turbodmychadla a EGR ventilu¨
• Nepodceňujte údržbu
• Nepodceňujte nadměrný dým z výfuku, nepravidelnosti chodu a nedostatečnou akceleraci