Pikk lugu

Oluline teada: Mida teevad autos DPF, EGR, katalüsaator ja AdBlue?

Väljalaskesüsteem on palju keerulisem kui lihtsalt summuti.

Auto väljalaskesüsteem on saastenormide tõttu väga keeruline ja kogu protsessis on väga palju osasid. Martin tegi ära suure töö ja selgitab, mis need kõik on. Väga kasulik lugemine kõigile, kes tahavad autodest natukenegi rohkem teada.

Katalüsaator

Katalüsaatoriks nimetatakse keemilist ainet (nii orgaaniline kui ka anorgaaniline), mis muudab mistahes keemilise reaktsiooni kiirust, ise reaktsioonis osalemata.

Sõidukite katalüsaatorites kasutatakse katalüüsimuundurina tihtipeale väärismetalle, nagu näiteks plaatina, mis teeb elemendi kokkuostjate jaoks hinnaliseks. Odavamates katalüsaatorites, aga kasutatakse erinevaid polümeere, mille kokkuostu hind võib nullilähedane olla.

Katalüsaatori lõplik hind sõltub sellest, mis materjale ja milliste kogustega on katalüsaatori valmistamisel kasutatud, ning palju sellest jääkproduktina alles on. Üldine reegel on, et mida kallim ja suurema mootoriga sõiduk, seda kallim on ka katalüsaatori jäätme hind.

Miks on katalüsaator oluline?

Esimesed laiatarbe sõidukid said katalüsaatori omale 70ndatel Ameerikas. Seadme ülesanne on muuta mürgised heitgaasid vähemmürgisteks.

Katalüsaatori läbilõigeFoto: Stahlkocher, Wikipedia

Nimelt kütuste põlemisel tekkib CO(vingugaas) ja HC(põletamata süsivesinikud). Kuna mootori põlemiskambris ei tarbita ära kogu seal leiduvat hapniku(O2), siis jõuab koos muude gaasidega väljalaskesse ka puhast hapniku, mis katalüsaatori abil ühendatakse CO ja HC gaasidega.

Keemilise reaktsiooni tulemusena on meil olemas vähemkahjulikud gaasid, milleks on CO2 (inimesele ohutu süsihappegaas) ja H2O(Vesi.)

EGR (exhaust gas recirculation)

EGR on mootori küljes asuv seade, mis saadab uuesti ringlusesse osa väljalaskegaase. Eesmärk on suurendada mootori ökonoomsust ja vähendada heitmetes leiduvaid ohtlike ühendeid.

Algelised seadmed oli lihtne toru, mis ühendas väljalaske kollektorit sisselaske kollektoriga. Nende vahel oli klapp, mis väljalaske tee sulges, kui selleks oli vajadus.

EGRi torustik on ühendatud üldiselt nõnda, et ainul osa mootori gaase jõuab tagasi ringlusesse. Näiteks BMW  diiselmootori puhul jõuavad tagasi ringlusesse ainult esimese kahe silindri väljalaskegaasid.

Temperatuure on vaja vahel langetada…

Tänapäeva sõidukitel on kasutusel ka EGR jahuti, mis omab kahte ülessannet:

  • jahutab väljalaske gaase madalamale temperatuurile;
  • soojendab mootori veesärgi kiiremini üles, mille tulemusel mootor soojeneb kiiremini töötemperatuurini, ning suureneb mootori ökonoomsus.

… ja vahel tõsta

Nimelt tühipööretel töötades on väljalaske gaaside temperatuurid kuskil 150 kraadi ringis, kuid katalüsaatori kasulik efektiivsus saavutatakse alles 200 kraadi juures. EGRi abil saavutataksegi vajalik temperatuur.

Eesmärgiks on ka ökonoomsuse suurendamine

Kuna sisselaske takti ajal imetakse silindrisse koos puhta õhuga ka osa väljalaskegaase(mida on eelnevalt jahutatud), siis töötakti ajal ei tõuse põlemiskambris hetkeline põlemistemperatuur nii kõrgele, kui seda oleks puhta hapniku puhul.

Lisaks vähendab EGR silindris survetakti rõhku, mistõttu süttimise hetk on hilisem, läbi mille väheneb detonatsiooni varajasus, mis kasutaja jaoks väljendub akustiliselt – kaob mootori terav tiksumine.

Madalam süttimistemperatuur on oluline, sest… ?

Madalam süttimistemperatuur hoiab ära põlemiskambri suurema jahutusvajaduse ning vähendab NOx (ohtlike lämmastikühendite) tekkivat kogust.

EGR gaaside doseerimisega on võimalik muuta põlemiskambris gaaside põlemise kiirust, muutes sellega põlemisfrondi kiirust silindri liikumisele vastavaks, ning parandada seeläbi ökonoomsust ja ka jõudlust madalal pöördevahemikul.

Lihtsalt öeldes- kui kütus põleb kiiremini kui töötakti pikkus, on põlemisest tulev soojuspaisumise energia kasutus ebaefektiivne.

Kuidas siis ühel juhul tõstab ja teisel juhul langetab temperatuuri?

Nimelt silindris põlemise ajal temperatuur langeb (hetkeline maksimaalne lokaalne temperatuur), kuid väljalaske gaasides olev temperatuur tõuseb järelpõlemise abil, kus põlemistsükkel on hapnikuvaeguse tõttu piisavalt pikaks venitatud, et isegi  väljalaske klapi avanemise hetkel on võimalik veel põlemine.

Muidugi, kui põlemine toimub juba väljalaske klapi avanemise ajal, on tegemist EGR gaaside üledoseerimisega, ning võimalik rikke põhjus on lahtisesse asendisse kinni kiilunud EGR klapp. Sellest annab juhile märku tuntav jõukadu kiirendamisel  ja vähenenud gaasipedaali teravus.

DPF (diesel particulate filter)

DPF on põhimõtteliselt katalüsaatori sarnane tihe filter, mis asub summuti süsteemis, mille ülesandeks on väljalaskegaasidest välja korjata kõik põlemata lenduvad osakesed.

Enamik filtreid saab hakkama 85% puhastamisega. Väga head filtrid saavad hakkama 100% ulatuses.

DPF filtri läbilõigeFoto: Hatsukari715, Wikipedia

Filter korjab lenduvad osakesed filtri elemendi pinnale hetkel, kui osake on filtrist möödumas. Sisuliselt settib lenduv tahm filtri pinnale.

Miks tuleb DPF filtrit “põletada”?

Olenevalt sõidustiilist ja mootori korrasolekust saab filter aeg-ajalt täis. Kui filter on täis, annab vastav andur signaali ning kui mootor on saavutanud vajaliku temperatuuri (lisaks muudele tehase poolt pandud  parameetritele), alustab see „põletusprotsessiga“.

Selle käigus suunatakse summutisse täiendavalt kütust, et toimuks filtri puhtaks põlemine. Ühelgi autol selleks mulle teadaolevalt eraldi pihustit ei ole, vaid kasutatakse sõiduki enda kütusesüsteemi.

Väljalaske takti ajal pihustatakse silindrisse kütust, mis silindris põlemise asemel põleb hoopis summutisüsteemis ja seda kõrgel temperatuuril.

Regenereeriva põlemise käigus muutuvad tahked söestunud jäätmed ohutuks süsihappegaasiks. Kui gaasid on summutisüsteemist väljunud on filter jälle puhas ning mõnda aega on ruumi filtris uute jäätmete tarvis.

Lõputult “põletada” ei saa

Kahjuks pole see protsess aga lõpmatu. DPF filter saab lõplikult täis olenevalt muidugi tootjast ja kasutajast ning hooldustest umbes 300 000-400 000 läbitud km juures, aga võib juhtuda ka varem.

Peamiseks põhjuseks on põlemisest järgi jäänud tuhk, mida ei ole võimalik regenereerimis protsessiga välja põletada. Tuhk on peamiselt põlenud väävli jäägid, mida kasutatakse mootoriõlides määrdeomaduste parendamiseks. DPF filtriga autodes tuleb seetõttu kasutada vähese väävli sisaldusega õlisid(low ASH markeering pakendil), kuid nagu öeldud, siis vähese väävlisisalduse tõttu kannatavad jällegi määrmimisomadused.

Lisaks täitub DPF filter mootori kulumisest tingitud probleemide tõttu, kus filtrisse sattub ka muud, kui ainult selleks ettenähtud gaasid(näiteks mootori kulumisest tekkiv metallipuru). Filter võib ka ise vananeda- näiteks kukub sisse, läheb kortsu vms.

DPF filtri täitumisel tuleb see sõidukilt eemaldada ning kas läbi põletada pika aja jooksul selleks vajaliku aparatuuriga, mis hoiab 24h 1500 kraadi, või läbipesemismeetodil. Mehhaaniliselt hävinenud DPF filtrit pole võimalik taastada.

NOx ühendid

NOx ühendite puhul on tegemist inimesele kahjuliku gaasiga. Ühendid tekivad normaalrõhul ca 1350 kraadi juures.

Kuna sisepõlemismootorite puhul on põlemistaktil olemas surve, siis selle võrra langeb NOx ühendite tekkimiseks vajalik temperatuur.

Rõhk põlemisel lihtsustab ühendite tekkimist

Bensiinimootorite puhul on surveaste kordaja kuskil 10 juures, diislitel aga 20 juures, mis tõttu diiselmootorite puhul on NOx gaaside formuleerumine oluliselt lihtsam. NOx gaasid tekivad diisli puhul sama temperatuuri juures laias laastus kaks rohkem, kuna juba puhtalt kompressiooni rõhk on 2x suurem.

Suurendades kompressiooni veelgi erinevate seadmetega, näiteks turbo, kompressor või tõstes kütuse rõhku pihustamise hetkel, tekivad NOx ühendid veelgi madalamal temperatuuril ja suuremates kogustes.

AdBlue

Ja siin tulebki mängu AdBlue, mis on vesilahuseline keskkonnale ohutu vedelik, mis töötati välja spetsiaalselt diiselmootorite heitmete vähendamiseks.

AdBlue pihustatakse diiselmootori katalüüsmuunduris heitgaasidesse kahjulike lämmastikoksiidide (NOx) heitkoguste vähendamiseks.

See võimaldab saavutada vastavus heitgaasinormidele Euro 4, Euro 5 ja Euro 6. Urea [(NH2)2CO] lisamisel heitgaasidele reageerib ammoniaak (NH3) lämmastikoksiididega (NOX).

Adblue teeb kahjulikust kahjutu

Väljalasketorust väljuvad keemilise reaktsiooni tulemusena kahjutu lämmastik (N2) veeaur (H2O) ja süsihappegaas (CO2). Seda protsessi nimetatakse valikuliseks katalüütiliseks redutseerimiseks (SCR- Selective Catalytic Reduction).

AdBlue asendab osaliselt klassikalise EGRi funktsiooni, kuna enam pole vajalik niivõrd efektiivne katalüüsmuundamine põhikatalüsaatoris, vaid muundamata gaaside katalüüsmuundus toimub SCR(süsteemis järgmises) katalüsaatoris.

Millest tekivad väljalaskesüsteemi probleemid?

Peamiselt saab jaotada probleeme kahte alagruppi:

  • kulumisest tulenevad probleemid;
  • puudulikust või halvast hooldusest tulenevad probleemid

Kõik mis liigub see ka kulub ja iga sõiduk vajab mingil hetkel remonti. Kulumisest tingitud probleemid kimbutavad kõiki sõlmi, mis mootoris sees on liikuvad- pihustiotsad, turbod, klapid jms.

Tahmaga ummistunud sisselase.Foto: Moosealope, Wikipedia

Kui miski ei tööta enam õigesti, on terve protsesside ahel häiritud ning ükski teine protsess ei saa toimida enam õigesti, kui temale eelnenud protsess on planeeritust erinev.

Miks hakkab pihustiots “pissima”?

Võtame ühe kõige lihtsama näite – diislite pihustiotsad. Suurte läbisõitude juures on pihustite otsad erosiooni toimel ära kulunud. Sisuliselt on suure surve juures pihustatav kütus pihusti otsa ava juures oleva materjali pika peale ära uhtunud.

See võib tekitada mitmeid probleeme. Üks on ebakorrektne pihustuslehvik, kütust ei pihustata enam piisavalt peeneks tolmuks. Teine võimalus on, et pihusti ots ei hoia enam survet üldse kinni ning „pissib“ pidevalt läbi.

Mõlemal juhul toimub silindris tugev tahmamine. Tahm sattub EGRi kaudu sisselaskesse, ning selle tulemusel tahmab kogu sisselaske täis, saates tahma ka teistesse silindritesse, mille tõttu ka teised silindrid ei suuda enam töötada nii, nagu nad peaks.

Liiga suur kogus tahma kipub katalüsaatoreid ja DPF filtreid ummistama, tulemuseks on jõuetu mootor, mis tihtilugu ka haiseb.

Probleeme lahendatakse valest otsast

Meil kiputakse probleeme aga valest otsast lahendama. Selle asemel, et pihusti korda teha, lõigatakse DPF ja katalüsaator filtrid välja ning suletakse EGR gaaside teekond. Sama lugu on ka näiteks kulunud turboga.

Mootori juhtmoodulisse on kirjutatud kindlad „kaardid“ kuidas ja millistel hetkedel turbo peab toimima ja kui suurt rõhku andma. Kui turbo on kulunud, ei suuda õigeaegselt või üldse anda piisavalt tootlikust. Kütusesegu läheb paigast ära, ning tulemuseks on jällegi ebaõige põlemine silindris, mis viib üldjuhul tahmamiseni.

Liiga vanal õlil pole enam jahutus ja määrimisomadused samad. Valel õlil on suur väävlisisaldus ning sellest tulenevalt suurem tuha koguse tekkimine. Näiteks õlivälpade möödalaskmise puhul hakkab liiga vana õli mootori sees ladestuma või see sama, tahma täis õli, ennast karteri tuulutuse kaudu sisselaskesse pressima. Tulemuseks on õli ja selle jäätmete põlemine mootoris, mis põhjustab tugevat tahmamist, sinakat vine ning ülejäänud süsteemide ummistumist.

Vanu autosid tuleb tihedamini hooldada

Paljudel autodel on karteri tuulutuse puhul olemas filter, mis püüab tuulutusest kinni sinna kogunenud õli, et see ei satuks sisselaskesse. Näiteks BMW  mootori puhul tuleb karterituulutusfiltrit vahetada minimaalselt igal teisel õlivahetus välbal, sest rohkem ei suuda ta õlijäätmeid endasse mahutada. Vortex filtri puhul tuleks seda pesta.

Vanema mootori puhul tuleks filtreid vahetada tihemini, kui ametlik juhend ette näeb, sest ametlik juhend on mõeldud uute mootorite tarvis, mis ei leki ega ole muud moodi keskkonnaohtlikud.

Lisaks puudutab hooldus ka muid filtreid – näiteks ummistunud õhufilter takistab õhu lisamist mootorisse. Ühest küljest teeb umbes filter mootoril hingamise lihtsalt raskemaks, mille all kannatab ökonoomsus. Kui põlemisel on hapnikutase madal, siis toimub ka mootoris tahmav põlemine, ning ka see tahm jällegi ummistab ülejäänud süsteeme.

Ükski süsteem pole autos omaniku kiusamiseks

Ükski nimetatud süsteemidest ei ole halb sinu sõiduki mootorile. Kõiges “rohelisi” süüdistada on vale suhtumine. Need asjad on meie enda huvides.

Kui vana diiselmootori tahma puhul oskame me oma pead ära pöörata (suured osised, nähtav tahma pilv), siis peenemad tolmuosakesed (need mida DPF filter kinni püüab), mida me ei näe ega taju ka muul moel, sattuvad kopsudesse, põhjustes terviseriske, näiteks vähi teket.

Nende süsteemide eemaldamine on vähese teadlikkuse, informeerituse, valede eelduste või seosete loomise tõttu levinud ja tihtipeale ka “odavam”.

Kahjuks pole näiteks DPF filtri eemaldamisel auto korda tehtud vaid tehnilises mõistes veel rohkem katki ja suure tõenäosusega on probleemi põhjus üldse välja ravimata.

Telli Geeniuse uudiskiri

Saadame sulle igal argipäeval ülevaate tehnoloogia-, auto- ja rahaportaali olulisematest lugudest.