Automobilių išmetamųjų dujų sistema yra sudėtingas mechanizmas, kurio pagrindinė funkcija - pašalinti degimo metu susidariusias dujas iš variklio ir užtikrinti, kad jos būtų išleidžiamos į aplinką saugiai ir kuo mažiau kenksmingos. Ši sistema ne tik mažina triukšmą, bet ir atlieka gyvybiškai svarbų vaidmenį kovojant su aplinkos tarša.
Šiuolaikinėse transporto priemonėse išmetamųjų dujų sistema yra sudaryta iš daugybės komponentų, kurių kiekvienas atlieka specifinę funkciją. Nuo išmetimo kolektoriaus, kuris surenka dujas iš cilindrų, iki išmetimo vamzdžio antgalio, pro kurį jos išleidžiamos į atmosferą - kiekviena dalis yra svarbi bendram sistemos efektyvumui.
Išmetamųjų dujų emisijos normos ir jų evoliucija
Išmetamųjų dujų emisijos normos kelia daug ginčų, nes automobilių pramonės koncernus tai verčia prisitaikyti prie naujų reikalavimų, o tai reiškia didžiules papildomas išlaidas. Ši našta perkeliama ir vartotojams: jie turi mokėti aukštesnes kainas už naujus automobilius. Be abejo, yra ir kita medalio pusė: vidaus degimo variklių išmetamos dujos turi neigiamą poveikį aplinkai bei žmonių sveikatai. Europos Sąjungos teisės aktai riboja toksiškiausių dujų, tokių kaip azoto oksidai (NOx), angliavandeniliai (HC), anglies oksidai (CO) ir kietosios dalelės (PM), emisiją. Būtent dėl to jau daugelį metų išmetamųjų dujų valymas - vienas didžiausių iššūkių automobilių pramonei.
Europos teisės aktai, nustatantys išmetamųjų teršalų emisijos normas, yra taikomi naujiems automobiliams, parduodamiems ES ir Europos ekonominėje erdvėje. Jos yra skirtingos įvairioms transportų priemonių rūšims. Transporto priemonėms taikomos šios normos:
- „Euro 1“ - nuo 1992 m.; skirta lengviesiems automobiliams ir lengviems sunkvežimiams;
- „Euro 2“ - nuo 1997 m.; praplėtė ribojimus dviratėms ir triratėms transporto priemonėms su vidaus degimo varikliais;
- „Euro 3“ - nuo 2001 m.; nevienodai taikoma benzininiams ir dyzeliniams varikliams (dyzeliniai buvo vertinami švelniau azoto oksidų atžvilgiu, bet griežčiau anglies oksido atžvilgiu);
- „Euro 4“ - nuo 2004 m.; įvestos lengvatos kietųjų dalelių išmetimui iš benzininių variklių;
- „Euro 5“ - nuo 2011 m.; atsirado prievolė montuoti kietųjų dalelių filtrus automobiliuose su dyzeliniais varikliais;
- „Euro 6“ - nuo 2014 m.; pagal ją lengvosios transporto priemonės negali išmesti daugiau nei 400 mg/kWh azoto oksidų ir 10 mg/kWh kietųjų dalelių;
- „Euro 6D“ - nuo 2021 m.; įpareigojo gamintojus, kad jų automobilių modeliuose, naudojamuose ES teritorijoje, vidutinė anglies dioksido emisija neviršytų 95 g/km vertės.
Šiuo metu aktuali norma „Euro 6D“ taip pat įpareigojo gamintojus atlikti kelių testus, nes paaiškėjo, kad laboratoriniai tyrimų rezultatai parodė net dvigubai mažesnę anglies oksido emisiją nei kasdienės eksploatacijos metu. Taip pat atsirado nauji kietųjų dalelių emisijos matavimo metodai. Nuo 2025 m. turi įsigalioti nauja norma „Euro 7“. Prognozuojama, kad ribojimai bus dar griežtesni.
Pagrindiniai išmetamųjų dujų valymo sistemos komponentai
Taip vadinamos mechaninių transporto priemonių sistemos, mažinančios kenksmingų medžiagų, kurios yra šalutinis degalų deginimo proceso produktas, emisiją į atmosferą. Pats valymo procesas yra pagrįstas šių kenksmingų medžiagų pavertimu neutraliomis. Taip neutralizuoti galima kataliziniu arba cheminiu būdu. Poreikis mažinti automobilių išmetamųjų dujų kiekį buvo pastebėtas jau prieš daugelį metų. NOx, HC ir CO kiekiai yra veiksmingai mažinami nuo 1990-ųjų metų, kai buvo pradėti naudoti katalizatoriai. Kiek vėliau atsirado išmetamųjų dujų recirkuliacijos vožtuvai ir kietųjų dalelių filtrai. Išmetimo sistemose turėjo įvykti daug pokyčių, o vis modifikuojami ribojimai reikalavo naujų sprendimų.
Pagrindiniai šiuolaikiško automobilio išmetimo sistemos elementai:
- Išmetimo kolektorius: Surenka išmetamas dujas ir nukreipia į išmetimo vamzdį. Tai vamzdžių sistema, prijungta prie variklio cilindrų galvutės, kurios pagrindinė funkcija yra surinkti išmetamąsias dujas iš kiekvieno cilindro ir nukreipti jas į išmetimo vamzdį.
- Duslintuvai: Priekinis, vidurinis ir galinis. Pagrindinė duslintuvo paskirtis - sumažinti išmetimo sistemos keliamą garsą.
- Katalizatorius (katalizinis keitiklis): Prietaisas, įmontuotas automobilio išmetimo sistemoje, kurio pagrindinė funkcija yra sumažinti kenksmingų dujų, tokių kaip anglies monoksidas (CO), azoto oksidai (NOx) ir angliavandeniliai (HC), kiekį, išleidžiamą į atmosferą.
- Trišakis: Pagreitina dujų išmetimą iš V tipo variklių.
- Išmetamųjų dujų recirkuliacijos vožtuvas EGR: Pagrindinė išmetamųjų dujų recirkuliacijos vožtuvo (Exhaust Gas Recirculation), arba EGR, funkcija yra mažinti azoto dioksidų (NOx) emisiją.
- Kietųjų dalelių filtras: Skirtas sulaikyti ir pašalinti suodžius iš išmetamųjų dujų.
- Išmetimo vamzdis ir jungiantieji vamzdžiai.
Elementų išdėstymas ir rūšis skiriasi priklausomai nuo automobilio modelio, variklio tipo, taip pat gamintojo taikomų sprendimų.
EGR vožtuvas: azoto oksidų mažinimas
EGR vožtuvas sumažina degimo temperatūrą ir tiekiamo deguonies kiekį, todėl susidaro mažiau azoto oksidų NOx (skirtumas gali siekti net 60 proc.). EGR veikia tik tuomet, kai yra tam tinkamos sąlygos, o variklis veikia vidutinių sūkių diapazonu. Tuomet vožtuvas atgauna iš kolektoriaus dalį išmetamųjų dujų, praleidžia jas pro aušintuvą, o po to nukreipia į įsiurbimo kanalą. Į cilindrus patenka mažiau deguonies, o degimo procesas vyksta palankesnėmis sąlygomis. Išmetamųjų dujų recirkuliacijos vožtuvas yra privalomas automobilio elementas nuo normos „Euro 3“ įvedimo momento.
Tačiau EGR vožtuvo veikimo pasekmė - variklio galios sumažėjimas. Be to, šis vožtuvas yra brangus, dažnai genda ir gali užteršti sklendę bei įsiurbimo kolektorių. Išradingi automobilių savininkai rado būdą tai apeiti: sandarina vožtuvą, tačiau tai prieštarauja įstatymams.
Kietųjų dalelių filtrai (DPF, FAP, GPF): švaros užtikrinimas
Masinė kietųjų dalelių filtrų gamyba dyzeliniams varikliams prasidėjo įvedus normą „Euro 4“. Automobiliams su benzininiais varikliais gana ilgai nebuvo tokios prievolės: tik 2018 m. ES nurodė gamintojams montuoti filtrus kiekviename naujame automobilyje. Dėl ko taip vėlai? Degimo temperatūra benzininiuose varikliuose yra gerokai aukštesnė, todėl susidaro mažiau kietųjų dalelių. Filtro vaidmuo - neutralizuoti šalutinius degalų degimo produktus. Jis yra cilindro formos ir montuojamas išmetimo vamzdyje. Jo viduje yra keraminė struktūra su labai plonais kanalais, pagamintais iš silicio karbido. Kiekvieno jų vienas galas yra užkimštas (iš išmetimo arba įsiurbimo pusės). Kanalų sienelėse yra mikroskopinės kiaurymės, pro kurias prasiskverbia išmetamos dujos, bet sulaikomi suodžiai.
Dyzeliniai filtrai: DPF ir FAP
Koncernai, gaminantys automobilius su dyzeliniais varikliais, naudoja dviejų tipų kietųjų dalelių filtrus: sausuosius DPF (diesel particulate filter); šlapiuosius FAP (filtre à particules). Abiejų tipų filtrų veikimo principas yra vienodas: jie privalo išvalyti išmetamas dujas, kad jose neliktų suodžių dalelių, anglies, metalų oksidų, nitratų ir angliavandenilių. Dažniau naudojami DPF filtrai. Šią technologiją sukūrė prancūzų koncerno PAS inžinieriai, todėl pirmiausia ji buvo naudojama „Peugeot“ ir „Citroën“ automobiliuose. Šiuo metu juos taip pat naudoja „Ford“, „Volvo“ ir „Renault“. DPF yra pagamintas iš porėtos struktūros keraminės medžiagos, kuri sulaiko teršalus, o FAP turi papildomą elementą: bakelį su kataliziniu skysčiu, kuris įpurškiamas į filtro vidų. Kiekviena filtravimo rūšis turi užtikrinti savaiminio išsivalymo galimybę, t. y. suodžių išdeginimą. Šlapiuosiuose filtruose dėl naudojamo skysčio suodžių savaiminio užsiliepsnojimo temperatūra yra sumažinama nuo 600 iki maždaug 450 °C (DPF atveju tai 550°C). Skysčio lygis turi būti reguliariai papildomas kas 80-240 kilometrų (priklausomai nuo automobilio modelio). Efektyvumo tyrimai rodo nedidelę FAF technologijos persvarą. Šlapieji filtrai sugeba sulaikyti iki 99,7 proc. teršalų, o DPF - iki 95 proc.
Benzininiai filtrai: GPF
Kietųjų dalelių filtrai benzininiuose varikliuose yra vadinami GPF (Gasoline Particulate Filter). Panašiai kaip ir dyzelinių variklių, jų funkcija yra sulaikyti suodžius. Įdomu tai, kad benzininiuose varikliuose per daug suodžių pradėjo susidaryti kartu su tiesioginio įpurškimo sistemų įvedimu. Tradicinio įpurškimo atveju tai nebuvo pastebima, todėl ES teisės aktai nereikalavo montuoti kietųjų dalelių filtrus. Pagrindinis skirtumas tarp filtrų, naudojamų dyzeliniuose ir benzininiuose varikliuose, yra degalų degimo metu generuojamų kenksmingų teršalų kiekis. Benzininiuose varikliuose šis procesas vyksta aukštesnėje temperatūroje, todėl daugiau kietųjų dalelių sudeginama natūraliai. Benzininiams varikliams to nereikia, o suodžiams išdeginti pakanka keliasdešimties minučių važiavimo miesto sąlygomis.
DPF, FAP ir GPF filtrų priežiūra ir galimos problemos
Anot gamintojų, dyzelinių variklių kietųjų dalelių filtrai gali pasiekti net 150 tūkst. km ridą, tačiau filtras gali užsikimšti kur kas anksčiau. Dažniausiai tai nutinka dėl automobilio eksploatacijos vien trumpais atstumais (variklis neįkaista iki darbinės temperatūros ir išskiria daugiau suodžių) arba dėl netinkamos variklio alyvos naudojimo. Teoriškai ši problema nėra būdinga GPF filtrams, kuriuose išdeginimas vyksta paprasčiau. „Automobilį eksploatuojant vien trumpais atstumais filtras gali užsikimšti ir benzininiuose varikliuose. Jo užsikimšimas turi įtakos kietųjų dalelių sulaikymo gebėjimui, ir tai visiškai natūralus dalykas. Pats filtro užsikimšimas dar nereiškia, kad jis turi būti keičiamas. Jei savaiminis išvalymas neduoda efekto, galima sukelti suodžių išdeginimą prijungus automobilį prie diagnostikos kompiuterio. Kitas būdas - tai hidrodinaminis valymas, t. y. filtro regeneracija, atliekama automobilių servise. Jei ir tai neduoda rezultato, tuomet būtina pakeisti filtrą. Jų kainos yra gana aukštos, todėl kai kurie vairuotojai nusprendžia pašalinti filtrą.“
Išmetamųjų dujų valymo sistemoms reikia dėmesio. Šiuolaikiškos išmetamųjų dujų valymo sistemos turi didelę reikšmę aplinkos apsaugai. Tuo pat metu jos kelia vairuotojams naujų rūpesčių, susijusių su šių sistemų regeneracija, remontu arba keitimu. Lankytis automobilių servisuose prireiks rečiau ir tai kainuos pigiau, jei tinkamai pasirūpinsite visais išmetimo sistemos elementais. Pavyzdžiui, EGR atveju būtina reguliariai valyti vožtuvą, o štai kietųjų dalelių filtrai ilgiau atliks savo funkcijas, jei naudosite tinkamas, mažai pelenų turinčias alyvas.
Kitos svarbios išmetimo sistemos dalys
Išmetimo kolektorius yra tvirtas ir ilgaamžis komponentas, tačiau su laiku jis gali patirti gedimų. Išmetimo kolektorius turėtų būti keičiamas, jei pastebite didelius įtrūkimus, rimtus korozijos požymius ar nuolatinį dujų nutekėjimą, kurio nepavyksta pašalinti keičiant tarpiklį ar priveržiant varžtus.
Deguonies kiekio davikliai, dar žinomi kaip lambda zondai, yra jutikliai, kurie montuojami automobilio išmetimo sistemoje ir matuoja deguonies kiekį išmetamosiose dujose. Lambda zondų pagrindinė funkcija yra matuoti deguonies kiekį išmetamosiose dujose ir užtikrinti, kad oro ir kuro mišinys variklyje būtų kuo artimesnis stoichiometriniam santykiui (14,7:1, tai yra optimalus oro ir kuro mišinys). Lambda zondus reikia keisti, jei pastebite variklio darbo sutrikimus, padidėjusį kuro suvartojimą ar emisijų kiekį, arba jei prietaisų skydelyje užsidega „Check Engine“ lemputė.
Išmetamųjų dujų slėgio davikliai - tai jutikliai, kurie matuoja išmetamųjų dujų slėgį automobilio išmetimo sistemoje, ypač prieš ir po tam tikrų komponentų, tokių kaip DPF (dyzelino dalelių filtras) arba EGR (išmetamųjų dujų recirkuliacijos) vožtuvas. Jei pastebite nuolatinį variklio galios sumažėjimą, padidėjusias degalų sąnaudas arba jei užsidega įspėjamoji lemputė „Check Engine“, gali būti, kad išmetamųjų dujų slėgio daviklis yra sugedęs ir jį reikia keisti.
Išmetamųjų dujų temperatūros daviklis (EGT daviklis) yra jutiklis, skirtas matuoti temperatūrą išmetimo sistemoje, ypač ties išmetimo kolektoriumi, turbokompresoriumi ar DPF (dyzelinio dalelių filtro) sistemoje. EGT daviklį reikia keisti, jei pastebite ilgalaikius variklio darbo sutrikimus, padidėjusias degalų sąnaudas arba jei užsidega „Check Engine“ lemputė, rodanti galimus išmetimo sistemos gedimus.
Antrinio oro siurblys yra prietaisas, kuris tiekia papildomą oro kiekį į automobilio išmetimo sistemą, ypač į išmetimo kolektorių arba išmetimo vamzdį. Pagrindinis antrinio oro siurblio tikslas yra padėti deginti nesudegusį kurą ir sumažinti anglies monoksido (CO) bei angliavandenilių (HC) kiekį išmetamosiose dujose. Jei pastebite ilgalaikį variklio darbo sutrikimą, padidėjusias emisijas arba „Check Engine“ lemputę, gali būti, kad antrinio oro siurblys yra sugedęs ir jį reikia keisti.
Išmetimo sistemos gedimų požymiai ir reikšmė
Ne dėl kiekvieno įtarimą keliančio garso, sklindančio iš išmetimo sistemos, būtina iškart vykti pas automechaniką. Jeigu nujauti, kad problema slypi būtent išmetimo sistemoje, bandyk pastebėti šiuos požymius.
- Neįprasti garsai: Padidėjęs arba neįprastai skambantis variklio garsas. Dažniausiai šie garsai gali sklisti iš trijų mazgų: išmetimo kolektoriaus, duslintuvo arba išmetimo vamzdžio.
- Išmetimo kolektoriaus gedimas: Bėgant laikui, didėjantys tarpai tarp cilindrų, dėl temperatūrų skirtumo išsikraipę varžtai, duslintuvo smeigės ir išmetimo kolektoriaus paviršius gali lemti sumažėjusį tarpiklio sandarumą. Taip pat problema gali slypėti ir jutiklyje, kuris būna įmontuotas išmetimo kolektoriuje. Kiti požymiai: Dėl prakiurusio išmetimo kolektoriaus iš variklio skyriaus gali sklisti svilėsių kvapas ir, priklausomai nuo problemos masto, gali sumažėti variklio galia bei padidėti degalų sąnaudos.
- Duslintuvo gedimas: Dėl išskirtinės duslintuvo funkcijos, jo silpnoji vieta, lemianti didžiąją dalį gedimų, yra korozija. Kadangi įprastai korozija plinta pamažu, pirmieji ženklai, signalizuojantys apie pažeistą duslintuvą, yra šnypščiantys arba spragsintys garsai. Vėliau netinkamai veikiantis duslintuvas pradeda skleisti didesnius garsus, girdimus net ir varikliui dirbant tuščiąja eiga.
- Išmetimo vamzdžio gedimas: Kaip ir duslintuvas, išmetimo vamzdis su laiku taip pat gali surūdyti veikiamas karščio, drėgmės ir žiemą barstomos druskos - visi šie veiksniai kenkia ir vamzdžiams, ir jų jungtims. Greta padidėjusio variklio garso ir keisto bildėjimo (kurį kelia atsilaisvinę laikikliai), rūdys taip pat gali lemti ir neįprastus kvapus.
- Sumažėjusi variklio galia: Įprastai sumažėjusį variklio pajėgumą lemia bėdos degalų sistemoje arba netinkamai veikiantys pakaitinimo sistemos komponentai, tačiau tokios dalys kaip išmetamųjų dujų recirkuliacijos (EGR) vožtuvas arba deguonies jutiklis taip pat gali paveikti variklio darbą.
- Išmetamųjų dujų recirkuliacijos (EGR) vožtuvo gedimas: Netinkamą EGR vožtuvo veikimą lemia anglies sankaupos, dėl kurių vožtuvas užsikemša ir jo funkcionalumas gerokai sumažėja. Akivaizdiausias netinkamai veikiančio EGR vožtuvo požymis - netolygus variklio darbas tuščiąja eiga ir žymiai padidėjusios degalų sąnaudos, mat vožtuvas nebegali tinkamai palaikyti išmetamųjų dujų recirkuliacijos atgal į variklį.
- Deguonies jutiklio gedimas: Deguonies jutiklis netinkamai veikti dažniausiai pradeda dėl natūralaus nusidėvėjimo ir korozijos. Kadangi šie jutikliai matuoja deguonies kiekį automobilio išmetamosiose dujose, bet koks kontakto tarp bent vieno iš jutiklių ir variklio trikdis gali lemti netinkamą degimą, netolygų veikimą ar netgi strigimą. Be to, pernelyg sodrus oro ir degalų mišinys gali sukelti padidėjusį dūmingumą.
- Kietųjų dalelių filtro gedimas: Suodžių filtro bėdas gali kelti skirtingi veiksniai: netinkamai veikiantis EGR vožtuvas, netinkama alyva ir sugedę degalų purkštukai. Užsikimšus kietųjų dalelių filtrui, skydelyje turėtų įsižiebti indikatorius, pranešantis apie automatinės kietųjų dalelių filtravimo sistemos regeneracijos poreikį. Tai galima atlikti važiuojant greitkeliu, palaikant stabilų 110 km/val. greitį. Esant poreikiui gali užsukti į autoservisą, kuriame regeneracija atliekama rankiniu būdu.
- Katalizatoriaus gedimas: Katalizatoriaus gedimus dažnai lemia perkaitimas, į išmetimo sistemą patekusi alyva arba fiziniai pažeidimai. Gera žinia ta, kad kai kurių gedimų galima išvengti laiku pašalinant nedideles problemas. Pvz., netinkamai veikiantys deguonies jutikliai gali skatinti katalizatorių dirbti neįprastai aukštoje temperatūroje, o tai itin kenkia jo ilgaamžiškumui. Netinkamai veikiantis katalizatorius dažnai sukelia eilę ženklų: iš pradžių skydelyje įsižiebia „Check engine“ indikatorius, po to sumažėja variklio galia, galiausiai padidėja emisijos ir degalų sąnaudos.
Tinkamai veikiančios išmetimo sistemos svarba
Rūpintis savo automobilio išmetimo sistema reikėtų ne vien tik dėl padidėjusio garsumo ir diskomforto. Tinkamai prižiūrimos išmetimo sistemos komponentai yra būtini užtikrinant optimalų variklio veikimą ir - ne mažiau svarbu - prisideda prie aplinkos apsaugos, mažinant kenksmingas emisijas.
Automobilių išmetamųjų teršalų lygio ribojimas yra vis sudėtingesnis ir brangesnis. Dėl nuolatinio normų atnaujinimo ir griežtinimo automobilių gamintojai priversti kurti naujas modifikacijas. Išmetamųjų dujų valymo sistemos reikalauja iš automobilių savininkų didesnių eksploatacinių išlaidų. Tačiau pokyčiai yra neišvengiami, o vairuotojams telieka prie jų prisitaikyti. Pagal europietišką klimato politiką taip pat priimtas nutarimas dėl vidaus degimo variklių ateities. Filtrai bei kitos techninės modifikacijos nebegali atitikti griežtų reikalavimų, todėl nuo 2035 m. nauji automobiliai, parduodami Europos Sąjungos teritorijoje, privalės turėti nulinę teršalų emisiją. Žinoma, naudoti automobiliai su vidaus degimo varikliais nedings iš rinkos, o jų eksploatacijai, panašiai kaip ir dabar, bus būtini išmetamųjų dujų teršalų valymo komponentai.
tags: #automobiliai #kuriuose #irengta #duju #ismetimo