Dieselový motor: saze a svinstvo

Každých pět let jsou v Evropě přijímány nové ekologické normy. Největší zpřísnění se bohužel týká těch emisí, které jsou typičtější pro dieselové motory – oxidů dusíku a pevných částic. Z Euro-3 na Euro-6 byla přípustná úroveň snížena osmkrát, respektive desetkrát.

I při běžném spalování motorové nafty je tvorba pevných částic – sazí – nevyhnutelná. A režimů nedokonalého spalování je spousta a v každém se mnohonásobně zvyšují emise sazí. Notoricky známé oxidy dusíku vznikají ve spalovacím prostoru při vysokých teplotách a velkém přebytku vzduchu ve směsi palivo-vzduch, na který dieselový motor vlastně běží. Kvůli tomuto přebytku vzduchu je běžný neutralizátor není schopen neutralizovat.

Pro začátek museli inženýři implementovat systém recirkulace výfukových plynů (EGR), který část z nich nasměruje zpět do sání. Mnoho lidí si myslí, že je to prostě nutné pro spalování výfukových plynů. Částečně ano, ale hlavním úkolem je snížit množství kyslíku v čerstvé směsi paliva a vzduchu a snížit teplotu spalování ve válci. Někdy jsou benzínové motory vybaveny také recirkulačním systémem. U vznětového motoru se skládá z regulačního ventilu, průtokového chladiče plynu a vstupního uzavíracího ventilu.

Řídicí ventil EGR je instalován na výfukové straně a odvádí výfukové plyny (EG) zpět do sání. Jeho provoz je řízen řídicím modulem motoru. Ventil má také vestavěný snímač polohy. K dispozici je funkce samočištění: když je motor vypnutý, ventil se několikrát otevře a zavře. Pokud systém EGR selže, zůstane uzavřený. Není však neobvyklé, že usazeniny sazí a koroze způsobí, že se ventil časem zasekne. Vznětový motor není vnitřně nijak zvlášť čistý a navíc se do sání bude neustále vracet plná porce výfukových plynů, což sníží životnost součástí motoru a jeho výkon.

Chladič EGR funguje jako mezichladič v přeplňovaných systémech. Ochlazené plyny mají vyšší hustotu, a proto mají vyšší spotřebu. Navíc dále snižují teplotu spalování ve válci. V některých režimech motoru je taková intenzivní recirkulace škodlivá: vede k neúplnému spalování paliva – například během startování a režimu zahřívání. Aby se tomu zabránilo, je v systému zabudován ventil, který usměrňuje plyny kolem chladiče a navíc jej chrání před kondenzací v důsledku příliš nízké teploty.

Uzavírací ventil sání není nic jiného než škrticí klapka, která je umístěna v sacím traktu před kanálem pro přívod výfukových plynů. V případě potřeby se uzavře téměř do poloviny, čímž se zmenší průřez sacího potrubí. Díky tomu vzniká v sacím potrubí podtlak a zvyšuje se intenzita recirkulace výfukových plynů. K chodu samotného motoru vlastně neslouží, kromě okamžiku jeho měkčího zastavení, kdy se klapka úplně uzavře a zastaví přívod vzduchu. Dieselový motor má kvalitní regulaci směsi paliva se vzduchem, to znamená, že se mění pouze parametry vstřikování paliva. Pokud ventil selže, otevře se úplně. Samočisticí funkce se aktivuje po vypnutí motoru, kdy je plyn několikrát plně otevřen a zavřen.

Kontrolka Check signalizuje poruchu systému recirkulace výfukových plynů. Diagnostika se provádí především pomocí počítače. Dobrý stav systému i motoru samotného prodlouží pravidelné vyjížďky mimo město bez dopravních zácp, abychom je trochu očistili od karbonových usazenin, dále používání doporučeného motorového oleje a tankování na osvědčených čerpacích stanicích. Produkty spalování pochybné motorové nafty a levné ropy budou bumerangem zpět do motoru.

Kominík

Poté začali ekologové vyvíjet tlak na výrobce motorů ohledně emisí sazí. K dosažení tohoto cíle byl oxidační katalyzátor, který bojuje proti emisím CO a CH, doplněn o filtr pevných částic (DPF). Nejčastěji jsou kombinovány v jednom těle, ale nacházejí se i samostatné návrhy.

DPF filtr připomíná běžný neutralizátor. Rozdíl je v tom, že ve skutečnosti hromadí částice sazí a spaluje je – regeneruje. Proces vyžaduje teplotu asi 600 stupňů. Za normálních podmínek je teplota výfukových plynů nafty od 150 do 300 ºС a ovlivněním řízení motoru ji lze zvýšit pouze na pět set. Problém se řeší dvěma způsoby. Po prvním jsou filtrační kanály potaženy platinou. Tato katalytická vrstva snižuje teplotu spalování sazí na požadovaných 500º a urychluje samotný proces. Druhým způsobem je použití palivového aditiva jako katalyzátoru, pro které je k dispozici malá přídavná nádrž.

Po regeneraci zůstávají zbytky popela, které plní filtr. Vznikají z motorového oleje a paliva a nelze je na nic přeměnit. Užitečný objem filtru se snižuje a regenerační intervaly se zkracují. Po úplném zanesení se filtr vymění.

Filtr s katalytickou vrstvou je doplněn o snímač diferenčního tlaku, snímače teploty výfukových plynů a lambda sondu. Tlakový senzor detekuje rozdíl v tlaku výfukových plynů před a za DPF filtrem. Množství nahromaděných sazí je určeno rozdílem tlaku: čím více je, tím více je filtr zanesený. Pomocí stejného parametru se posuzuje stav samotného filtru. „Mozek“ motoru interpretuje příliš velký tlakový rozdíl jako ucpaný filtr, rozsvítí se kontrolka Check a přepne se do nouzového provozního režimu. Podobně se bude chovat v případě příliš nízkého rozdílu, přisuzujícího to poškození filtru. Signál snímače také slouží k řízení procesu regenerace.

V závislosti na složitosti systému se používají dva až tři snímače teploty výfukových plynů, umístěné na tělese filtru. Přední snímač na vstupu do oxidačního katalyzátoru určuje, zda byla dosažena jeho provozní teplota. Prostřední – na vstupu DPF filtru – signalizuje teplotu potřebnou pro regeneraci. Zadní (nepoužívá se v jednodušších systémech) je umístěn na výstupu pro řízení teploty výfukových plynů během procesu. Množství spálených sazí se vypočítá na základě naměřených hodnot.

Lambda sonda je umístěna za filtrem pevných částic, její údaje jsou potřebné pro přesnější určení množství spálených sazí.

Systém aditivace paliva je navržen a funguje na podobném principu. Nemá lambda sondu a pouze jedno čidlo teploty výfukových plynů. V závislosti na stavu paliva se do hlavní nádrže vstřikuje aditivum z přídavné nádoby (přibližně několik litrů). Když motor běží, usazuje se na částicích sazí ve filtru DPF a jeho kanálech a funguje jako katalyzátor. Za regeneraci odpovídá řídicí jednotka motoru. Když úroveň nahromadění sazí překročí 60 %, „mozek“ začne hledat vhodné podmínky pro jízdu. Typicky se jedná o rychlost 40 km/h při otáčkách nad 2000. Za takových podmínek se různými způsoby (obvykle dodatečné vstřikování a uzavření regulačního ventilu EGR) zvýší teplota výfukových plynů až na 500°. Spuštěný proces je monitorován tlakovými a teplotními senzory, protože zahřátí nad 1000º může poškodit DPF filtr.

Za ideálních podmínek trvá kompletní regenerace 15 minut. (Nepropadejte panice, pokud z výfuku náhle vyjde bílý kouř a pak stejně náhle zmizí: jde o jakýsi vedlejší efekt.) Pro jeho implementaci neexistují žádné typické intervaly, protože každý vůz se používá svým vlastním způsobem.

V reálných podmínkách je však vše složitější. Neustálá jízda v dopravních zácpách na krátké vzdálenosti brání normální regeneraci. Může začít několikrát a nikdy neskončit. Dříve nebo později systém začne žádat o pomoc.

Když nahromadění sazí dosáhne 80 %, rozsvítí se varovná kontrolka DPF. V tomto případě stále existuje naděje, že proces proběhne automaticky, pokud pojedete dlouhou dobu mimo dopravní zácpy. Když je 100% plná, lampa začne nepřetržitě blikat. Řídicí jednotka motoru uloží chybu a přejde do nouzového režimu s omezeným vstřikováním paliva. V takovém případě byste měli zajít do servisního střediska, kde provedou ruční regeneraci pomocí diagnostického počítače. Pokud ale budete ignorovat i toto varování. Když nahromadění sazí dosáhne 140 %, rozsvítí se kontrolka Check – motor je ještě více přiškrcen, ale nucenou regeneraci lze stále provádět. Při 200 % již filtr nelze uložit. Ale jeho cena dosahuje 100 000 rublů .

Bez počítače není možné diagnostikovat systém. Pro svůj běžný provoz vyžaduje kvalitní palivo s nízkým obsahem síry a periodické jízdy mimo dopravní zácpy. Jakékoli přísady obsahující kovy vedou ke zvýšené tvorbě popela ve filtru pevných částic a zkrácení intervalů regenerace.

Se samotnými motory nebyly téměř žádné problémy pro nikoho, kdo vyráběl a vyrábí dieselové motory.
Hlavním důvodem jejich spolehlivosti je charakter spalování paliva ve spalovacím prostoru dieselových motorů. Výbuch následovaný prudkým úderem. To vede k potřebě zpočátku učinit klikový mechanismus a samotné bloky válců mnohem pevnějšími než u benzinových spalovacích motorů. To je důvodem delší životnosti dieselových motorů.
Litinové bloky, nebo hliníkové bloky s litinovými pouzdry. To samé tlusté klikové hřídele, ojnice, skupina pístů.

Vím, že některé dieselové motory některých výrobců v různých letech občas trpěly takovým problémem, jako je prasklá kliková hřídel.
Obvykle se to stalo, protože se výrobce motoru rozhodl „podvádět“ a vyrobit levný nebo příliš lehký klikový hřídel.
To většinou končí výměnou klikových hřídelí, když je vůz ještě v záruce. Pozoruhodným příkladem je Hyundai Tarpan (nebo jak se to SUV jmenovalo?). Kamarád mechanik na autoservisu v Německu mi řekl, že v záruce museli měnit spalovací motor 2-3x za hodinu kvůli zlomeným hřídelím. I tento naftový motor skončil v Kia Carnival.

Tohle je “AKHTUNG”. )))

Dieselové motory mají a mají často úplně jiné problémy – se vstřikovacími systémy (power management).
U systémů s vysokotlakými palivovými čerpadly byla nejčastěji zakryta dvojice plunžrů. Opotřebení třecího páru, není úniku. A motorová nafta nyní není tučná, nemaže správně. Proto se třecí páry začaly rychleji opotřebovávat.
A tryskové postřikovače fungovaly a stále fungují. Pravda, u klasických naftových motorů s vysokotlakým palivovým čerpadlem se to stává častěji, když se dovnitř dostane vlhkost.

Na pozdějších systémech, jako jsou „tryska-pumpa“ Audi, pumpa-trysky Mercedes a moderní všudypřítomný Common Rail, se vyskytují stejné problémy, ale v podstatě hlavně ve vstřikovačích. Nejčastěji se třecí pár „jehla-pouzdro-sprej“ uvnitř trysky také kroutí, protože je nejvíce náchylný na tření.

Nafta se dnes všude (i v Německu) skládá hlavně z benzínu s nějakými záludnými chemickými přísadami, díky kterým se palivo v CS chová stejně jako klasický solární olej.

Ale! Benzín vysušuje třecí páry. Vůbec je nemaže. Pokud tedy jezdíte s naftovým motorem, nešetřete, vždy nalijte do palivové nádrže +1% objemu naplněného topného oleje pro dvoudobé spalovací motory.
To znamená, že pokud jste nalili 20 litrů nafty, přidejte 200 gramů oleje pro dvoudobé motory.
Pokud naplníte nádrž na 83 litrů, je potřeba přidat 830 gramů oleje pro dvoudobé spalovací motory.

Olej ve vašem palivu v tomto případě pomáhá vyrovnat opotřebení palivového zařízení jakéhokoli typu pro dieselové motory.

Vzácnějším problémem je porucha chladicího systému turbíny. Nejčastěji je to způsobeno tím, že uživatel nebo technici autoservisu nezaznamenali úniky oleje. Méně často – kvůli instalaci nekvalitních artikulačních prvků chladicích systémů.
Problém je i se samotným chlazením přeplňovaného vzduchu.
Zde je vše prozaičtější. Nejčastěji jde o ucpané články v chladiči vzduchového mezichladiče, prasklé potrubí, pískající těsnění nebo netěsný okruh…

Není chuť řešit problémy velmi moderních vznětových motorů s chlazeným EGR (protože nechlazené vedly za jízdy k požárům pod kapotou), filtry pevných částic a další vychytávky jako vstřikování močoviny, určené k „ozelenění“ naftového motoru.

Jen krátce řeknu, že obvyklá eliminace (fyzické odstranění) EGR (systém recirkulace výfukových plynů z výfuku do sacího traktu) a filtru pevných částic (snižuje množství černého kouře a kouře jiných barev a odstínů na konci výfukového traktu spalovacího motoru), snižuje průměrnou spotřebu nafty v autě na litr. Protože když jsou všechny nainstalovány, je auto nuceno „protlačit“ výfuk přes všechny tyto systémy.
Jenže ke snížení počtu komponentů spalovacího motoru a zvýšení jeho spolehlivosti a také (šeptejte!) ke snížení spotřeby paliva za cenu snížení jeho ekologičnosti nejčastěji nestačí jen odstranit oba systémy a zacpat otvory. Je také nutné „vymazat“/odstranit „funkci EGR“ v elektronických řídicích jednotkách motoru atd.
Problémy s ohněm jsem popsal výše.