(Foto: Colourbox/Lina Merit Jacobsen/montasje)

DIESELMOTOR OG NOX-UTSLIPP

Slik renses dieselmotoren for NOx

For å redusere utslipp fra kjøretøyer har EU de såkalte Euro-kravene som kom tidlig på 90-tallet.

Nå er vi midt i overgangen fra Euro 5 til Euro 6 for personbiler (Euro VI for lastebiler og busser ble innført fra 1. jan. 2015) og den viktigste innskjerpelsen er reduksjonen av NOx fra maks 180 til 80 mg/km i personbiler.

Det er ikke lett å få til med den NOx-reduserende teknologien som har vært benyttet i Europa, selv om måten bilene er testet her har vært temmelig slapp i forhold til i USA.

– I Europa, med Euro 5-normen, er det innsprøytningsforløp og EGR som er brukt. Med Euro 6 må det mer til. Det å gå fra 180 til 80 mg per km er for tøft for de to teknologiene. Derfor må man inn med teknologier som er brukt på tyngre kjøretøyer og på personbiler i USA, sier sivilingeniør og konsulent i motor og drivstoffteknologi, Knut Skårdalsmo.

Les også: VW-skandalen: De er utslippsjegerne ingen lurer

Den hersens NOx-en

– Det er et beklagelig faktum at dieselmotoren er svært god til å produsere NOx. Grovt sett er det slik at jo høyere virkningsgrad/lavere forbruk motoren har, jo mer NOx produserer den. Den uønskede gassen følger med som et forbrenningsprodukt. Høyere belastning gir høyere temperatur i forbrenningskammeret, og det betyr mer NOx, sier Skårdalsmo.

En ottomotor produserer også mye NOx, men det er ikke så farlig. Her benyttes en treveis katalysator som behandler tre uønskede gasser. Den oksiderer CO og HC til CO2, og H2O og NOx reduseres til N2 og H2O.

En dieselmotor har en reduserende katalysator fordi den går med luftoverskudd. Det betyr at det er oksygen til stede i avgassen, og det vil ødelegge for konverteringen av NOx.

Et ytterpunkt er en dieselmotor som går på tomgang. Her er det svært høy O2-konsentrasjon i avgassen, men nesten ikke NOx fordi temperaturen er lav.

Les også: Ny «fornybar» diesel gagner både miljøet og motoren

Gjør dieselmotoren renere: Avhengig av motor-produsenter og kravene som skal oppfylles utstyres dieselmotorer med sensorer for oksygen og NOx på ulike steder i avgassystemet. De gir informasjon til de forskjellige rensesystemene motorene er utstyrt med, enten det er justering av innsprøytning, resirkulering av eksos, NOx-feller, eller katalytisk reduksjon av NOx basert på ureainjeksjon. Lina Merit Jacobsen

Fire renseteknikker

Det er fire måter i bruk for å fjerne NOx fra en dieselmotor. De to første under brukes i de aller fleste Euro 5-personbildieselmotorer.

De to siste benyttes når kravene blir enda strengere, slik som i tungbilmotorer og i personbiler i USA.

På noen biler klarer man seg med «Lean NOx Trap» (LNT), men for å være helt sikker trengs det et SCR-anlegg, som er mer omfattende.

Regulere innsprøytningen

Den enkleste måten å redusere NOx-innholdet på er gjennom innsprøytningssystemet. Det er ikke vanskelig med et common rail innsprøytningsanlegg.

Nye dyser og et modifisert innsprøytningsforløp kan bidra til å senke makstemperaturen og derigjennom NOx-utslippet, men det vil kunne gå ut over forbruk og ytelse.

Les også: I 2014 kjøpte miljøprofessoren en Golf TDI. Nå går han til sak mot Volkswagen

Resirkulere avgassKnut Skårdalsmo. Per-Ivar Nikolaisen

Resirkulere avgass

Litt mer kompleks, men mer effektiv enn den forrige, er neste teknologi som går ut på å sende noe av eksosen tilbake slik at den tynner ut innsugningsluften. Det kalles EGR – Exhaust Gas Recirculation og virker NOx-reduserende på to måter.

Det gir mindre oksygenoverskudd og mer ikke-brennbar (inert) gass som må varmes opp under forbrenningen og dermed mindre NOx-dannelse.

Fordi avgassen også inneholder mer CO2, som har større spesifikk varmekapasitet enn de andre gassene, får vi en ytterligere kjøleeffekt og det reduserer NOx-dannelsen.

I noen biler benyttes det som kalles cooled EGR, som innebærer at det monteres en radiator som kjøler ned avgassen og bidrar til enda mer kjøleeffekt.

En løsning for å få ned NOx-utslippet fra biler med for mye utslipp kan være å installere en slik kjøler. Mekaniske innretninger som EGR er ikke uten ulemper. EGR-ventiler som går tett, er et kjent fenomen.

– Et annet problem er redusert ytelse i de driftsområdene hvor EGR, og dertil tilpasset innsprøytning, er aktiv. Jo mer O2 som erstattes med ikke brennbar gass, jo mindre effekt. Men når det er sagt, forventes ikke noen reduksjon i maksimal effekt og dreiemoment, siden disse driftspunktene ligger til dels langt fra driftsområdet motoren «utsettes» for i NEDC-testen, sier Skårdalsmo.

Til nå er det disse teknologiene som har vært benyttet i Europa for å redusere NOx fra personbiler med dieselmotor. For å redusere utslippet ytterligere må det inn mer avansert utrustning

Les også: Derfor er diesel billigere enn bensin

x

LNT – Lean NO Trap

En måte å redusere NOx ytterligere er å benytte det som på norsk kalles en NOx-felle. Slike «feller» skal suge til seg utslippene fra eksosen og lagre den.

Når lageret er fullt, gjør overskuddet av brennstoff at det dannes HC som igjen binder seg til NOx i «fellen». Dette reduserer gassene til N2, CO2 og H2O.

Problemet med dette systemet er at kostnadene til motoren øker, og at bruken av en nødvendig etterinjeksjon av drivstoff vanligvis øker forbruket.

Les også: Visste du at bensinen er annerledes om vinteren enn om sommeren?

SCR – Selective Catalytic Reduction

SCR er en måte å sprøyte inn urea i væskeform (AdBlue) bak partikkelfilteret i en dieselmotor for å omdannes til ammoniakk av varmen.

Den hydrogenrike ammoniakken reagerer i en katalysator med NOx-en i eksosen og omdanner den til N2 og H2O ved å «stjele» oksygenet fra NOx-gassen.

SCR er svært viktig for å gjøre dieselmotoren mye renere i tyngre kjøretøyer. Ikke bare det. Teknologien har gitt motorene høyere virkningsgrad fordi de kan kjøres mer effektivt siden SCR tar knekken på de økte NOx-utslippene.

Hva med partikkelfilteret?

Partikkelfilteret er et svakt punkt på dieselbiler. Det blir lett tett. For å holde det åpent må det brennes ut (regenereres) på en eller annen måte.

Noen injiserer diesel i eksosanlegget før filteret for å brenne det ut. Andre, som VW, lar motoren ta jobben ved å forsinke injeksjonen, og sprøyte mer diesel inn i sylinderen etter at forbrenningen er ferdig­, slik at overskuddsdieselen kan forbrenne avleiringer i partikkelfilteret i stedet.

Men partikkel­filteret har i utgangspunktet ingen effekt på NOx, snarere tvert imot kan regenereringen faktisk øke innholdet av NOx i eksosen.

– Det å få dieselbilene fra VW til å gå så rent som selskapet har lovet, er kanskje mulig ved å justere programvaren som styrer renseteknologien som allerede finnes i bilene. Men om bilene da vil gjøre eierne glade, er en annen sak. De med små motorer vil nok merke justeringen mest. Dette vil sannsynligvis gå ut over forbruk og ytelse i en eller annen kombinasjon, men det er viktig å avvente hva som faktisk blir gjort med bilene før vi kan konkludere, sier Skårdalsmo.

Les også: Så mye kraft mistet VW-motoren da testerne forsøkte å lure bilen