Czujnik amoniaku optymalizuje emisję NOX

Fot. Delphi, Iveco

Jeszcze kilka lat temu silniki Diesla uchodziły za ekologiczne ?z natury?. Potem zaczęły się pojawiać w ich osprzęcie coraz doskonalsze systemy oczyszczania spalin

Katalizatory SCR redukują zawartość tlenków azotu w spalinach silników wysokoprężnych. Nowe rozwiązanie Delphi umożliwia bardziej precyzyjne działanie tych systemów.

Do katalizatora SCR (selective catalytic reduction – selektywna redukcja katalityczna) włączonego w układ wydechowy trafiają spaliny zawierające tlenki azotu NOX oraz dodatkowo do nich wtryskiwany wodny roztwór mocznika o handlowej nazwie AdBlue. W wyniku zachodzących reakcji chemicznych z tlenków azotu i mocznika przetwarzane są na azot i parę wodną, czyli substancje nieszkodliwe i naturalne w ziemskiej atmosferze. Wiadomo jednak, iż skład produktów każdej chemicznej reakcji zależy nie tylko od rodzaju uczestniczących w niej składników, lecz także od ich wagowych proporcji. W dotychczasowych systemach SCR zużycie dodatku AdBlue regulowane było w sposób uproszczony, stosownie do wielkości aktualnie spalanych dawek paliwa, czyli pośrednio do ilości wytwarzanych spalin.

Tymczasem zawartość tlenków azotu w spalinach zmienia się w dość znacznym zakresie zależnie od wielu czynników występujących w trakcie procesów spalania, a nie ma metody, by mierzyć ją bezpośrednio. Przy niedoborze mocznika pewna ilość cząstek NOX nie zostaje przetworzona, więc trafia do atmosfery, a z kolei przy nadmiarze – w spalinach opuszczających katalizator pojawia się mniej szkodliwy dla ludzi i zwierząt amoniak – substancja o nieprzyjemnym zapachu. Konstruktorzy wybierali dotychczas mniejsze zło, dozując AdBlue z zapasem pozwalającym neutralizować maksymalne dla danego silnika ilości NOX, by w każdych warunkach spełnić obowiązujące wymogi ekologiczne. W praktyce przy silniku spełniającym normę Euro 4 dodatek AdBlue stanowi około 3-4% ilości paliwa, a 5-7% przy spełnianiu wymagań normy Euro 5.

Czujnik amoniaku firmy Delphi sygnalizuje jednostce sterującej obecność amoniaku na wylocie katalizatora, dzięki czemu pozwala bieżąco i precyzyjnie modyfikować dozowanie mocznika, stosownie do aktualnych potrzeb. Oznacza to dla systemów SCR przełom porównywalny z wprowadzeniem sond lambda do układów wydechowych silników z zapłonem iskrowym. Z technicznego punktu widzenia jest to pierwsze w historii praktyczne wykorzystanie teorii nierównowagowych (tzw. teorii mieszanego potencjału) dla sensorów elektrochemicznych, efekt pracy wielu zespołów naukowców i inżynierów Delphi Powertrain Systems. Do tego sukcesu przyczyniło się niewątpliwie ponad 30-letnie doświadczenie Delphi w konstruowaniu i produkcji czujników analizujących skład gazów wydechowych.


^{Czujnik amoniaku (z lewej) i szerokopasmowy czujnik tlenu, czyli sonda lambda, mają odmienną budowę i przeznaczenie. Podobieństwo wynika tylko z technologicznych tradycji Delphi}

Za pomocą opatentowanego przez Delphi czujnika amoniaku możliwy jest bezpośredni pomiar jego ilości w strumieniu gazów wydechowych, dokonywany poprzez przekształcenie energii chemicznej amoniaku na sygnał elektryczny. Korzystają z tego systemy sterowania oczyszczaniem spalin, a także diagnostyki OBD oraz system diagnozujący skład roztworu mocznika w zbiorniku. Czułość przyrządu pozwala wykrywać stężenia amoniaku w zakresie od 0 do 100 ppm (cząstek na milion). Pod względem konstrukcyjnym urządzenie to odznacza się dużą trwałością i niezawodnością w trudnych warunkach pracy układów wydechowych silników Diesla, czyli w wysokich temperaturach i przy znacznych prędkościach przepływu spalin.

Początkowo czujniki amoniaku będą stosowane w dużych i średnich pojazdach użytkowych wyposażonych w silniki wysoko prężne. W 2012 roku rozpocznie się ich produkcja na europejski rynek pojazdów samochodowych. Później z pewnością trafią wraz z systemami SCR do samochodów osobowych i specjalnych.