Crossroads
Φανταστικέ υπουργέ μου...Καθότι ο φανταστικός υπουργός μας -ο του ΥΠΕΧΩΔΕ- προφανώς δεν έχει πειστεί ακόμη για την καθαρότητα των κινητήρων ντίζελ, αυτόν το μήνα θα ασχοληθούμε με αυτά που θα έπρεπε να ασχολείται ο ίδιος και οι άνθρωποι του υπουργείου του, με τις εξελίξεις, δηλαδή, των εν λόγω συνόλων, που τον τελευταίο καιρό είναι πράγματι εντυπωσιακές.
Καθοριστικής σημασίας για τους κινητήρες ντίζελ είναι η σύσταση του μίγματος, γιατί, σε αντίθεση ό,τι συμβαίνει με τους βενζινοκινητήρες, δε συμπιέζεται μίγμα καυσίμου-αέρα, αλλά μόνο ο αέρας στον οποίο ψεκάζεται το καύσιμο. Αυτό αποτελεί, αφενός, προσόν, αφού επιτρέπει πολύ μεγαλύτερη σχέση συμπίεσης (έως και... 25:1 σε ατμοσφαιρικές εκδόσεις), γεγονός που με τη σειρά του συνεπάγεται και αυξημένο βαθμό απόδοσης, και, αφετέρου, την αχίλλειο πτέρνα τους, τουλάχιστον όσον αφορά την εκπομπή ρύπων. Έχοντας ως δεδομένα το μεγαλύτερο σημείο ζέσης του πετρελαίου, έναντι της βενζίνης, και τη δημιουργία μίγματος καυσίμου-αέρα στο θάλαμο καύσης, ουσιαστικά, ταυτόχρονα με την αρχή της καύσης, η σύσταση του μίγματος είναι προφανώς λιγότερο ομοιογενής.
Η διάχυση του καυσίμου και ο χρονισμός και η εξέλιξη (θερμοκρασία, πίεση κτλ.) του ψεκασμού καθορίζουν το βαθμό ομοιογένειας του μίγματος και, κατά συνέπεια, επηρεάζουν την εκπομπή ρύπων. Καθώς οι κινητήρες ντίζελ λειτουργούν a priori με φτωχό μίγμα σε όλες τις συνθήκες φορτίου, εξασφαλίζουν τον περιορισμό της εκπομπής μονοξειδίου του άνθρακα (CO), εν συγκρίσει με τους βενζινοκινητήρες. Από εκεί και πέρα, όμως, υπάρχει μια πληθώρα παραμέτρων που έχουν άμεση επίπτωση στις τιμές των υπόλοιπων ρύπων, όπως των οξειδίων του αζώτου (NOx), που αποτελούν το κύριο μειονέκτημα των ντίζελ. Ο καθυστερημένος ψεκασμός καυσίμου μειώνει τους εν λόγω ρύπους εν τη γενέσει τους, μέχρι, όμως, ενός συγκεριμένου ορίου, αφού από κάποια στιγμή και μετά αυξάνεται δραστικά τόσο η έκλυση υδρογονανθρακών (HC) όσο και η κατανάλωση. Η ακρίβεια σε όλη τη διαδικασία είναι μια εξαιρετικά λεπτή υπόθεση, μιας και απόκλιση μόλις 1° της γωνίας στροφαλοφόρου μπορεί να επηρεάσει την εκπομπή NOx και HC μέχρι και κατά 15%! H μεγάλη πίεση ψεκασμού και η ιδανική γεωμετρία των οπών των μπεκ θεωρούνται επίσης εκ των ων ουκ άνευ για την καλύτερη ομογενοποίηση του μίγματος και τον περιορισμό εκπομπής υδρογονανθρακών και σωματιδίων.
Πού καταλήγουμε, λοιπόν; Μα, φυσικά στο common rail, το οποίο είναι τo μοναδικό σύστημα τροφοδοσίας που είναι ανεξάρτητο από τις στροφές λειτουργίας και το φορτίο του κινητήρα. Η ανάπτυξη πίεσης και ο ψεκασμός του καυσίμου είναι αποσυνδεδεμένα, τόσο χρονικά όσο και τοπικά, αφού η απαιτούμενη πίεση έκχυσης καυσίμου παράγεται από αντλία υψηλής πίεσης, που παίρνει κίνηση ανεξάρτητα από τον ψεκασμό. Για τον τελευταίο χρησιμοποιούνται ηλεκτρομαγνητικά ελεγχόμενα μπεκ, που, με βάση τη λειτουργία του εν λόγω συστήματος, προσφέρουν τεράστια πλεονεκτήματα στην ακρίβεια της δοσολογίας αλλά και στη διαμόρφωση πολλαπλών ή μερικών ψεκασμών. Κι αυτό ακριβώς είναι το κλειδί στον έλεγχο των εκπομπών ρύπων ενός κινητήρα ντίζελ, κάτι που δικαιολογεί απόλυτα τη μαζική στροφή των κατασκευαστών προς την υιοθέτηση του common rail ως του πλέον σύγχρονου συστήματος τροφοδοσίας.
Σημαντικοί παράγοντες είναι επίσης η θερμοκρασία καύσης και η συγκέντρωση οξυγόνου (με το οποίο το άζωτο αντιδρά, σχηματίζοντας οξείδια του αζώτου), που καταπολεμούνται με ένα σχετικά απλό τρόπο, την ανακύκλωση των καυσαερίων. Η επαναπροώθησή τους στο θάλαμο καύσης γίνεται, αφού πρώτα ψυχθούν σε εναλλάκτη θερμότητας και, στην ιδανική περίπτωση, συνεισφέρουν στη μείωση της εκπομπής ΝΟx, που σχετίζονται με τη θερμοκρασία καύσης, έως και κατά 60%.
Πέρα από την «πρόληψη», που, όπως εξηγήσαμε, συντελείται στο θάλαμο καύσης του κινητήρα, υπάρχει το δεύτερο στάδιο, αυτό της... καταστολής των ρύπων που αναπόφευκτα παράγονται. Για τον περιορισμό των CO, HC και σωματιδίων δεν τίθεται θέμα. Οι οξειδωτικοί καταλύτες και τα φίλτρα σωματιδίων αποτελούν δοκιμασμένες και αποτελεσματικές τεχνολογίες. Το πρόβλημα εντοπίζεται στον περιορισμό των εκπομπών οξειδίων του αζώτου και τούτο γιατί οι κοινοί καταλυτικοί μετατροπείς (των βενζινοκινητήρων) λειτουργούν, μόνο στην περίπτωση καύσης στοιχειομετρικού (λ=1) ή πλούσιου (λ>1) μίγματος. Αντίθετα, οι κινητήρες ντίζελ λειτουργούν σε συνθήκες φτωχού μίγματος, γεγονός που αποτελεί τα τελευταία χρόνια το γόρδιο δεσμό για τους τεχνικούς της αυτοκινητοβιομηχανίας. Μια λύση είναι ο καταλύτης, που απορροφά -σαν σφουγγάρι- και δεσμεύει προσωρινά τα οξείδια του αζώτου, μέχρι τη στιγμή που θα «αυτοκαθαριστεί», όταν ο κινητήρας περνά για μερικά δευτερόλεπτα σε συνθήκες πλούσιου μίγματος, λειτουργώντας πρακτικά ως ένας κοινός καταλυτικός μετατροπέας.
Η νεότερη και αποτελεσματικότερη μέθοδος είναι εκείνη του συστήματος Bluetech, που λανσάρουν από κοινού στις ΗΠΑ Mercedes, Audi και VW και σύντομα αναμένεται να φτάσει και στη γηραιά ήπειρο, με τις κατάλληλες, βέβαια, ρυθμίσεις για τις ευρωπαϊκές συνθήκες κίνησης. Εν σειρά μετά τον οξειδωτικό καταλύτη και το φίλτρο σωματιδίων, τοποθετείται ο νέος καταλύτης SCR (Selective Catalytic Reduction), ο οποίος, όπως μαρτυρά το όνομά του, επιλεκτικά διασπά τα οξείδια του αζώτου σε αθώο άζωτο και ακίνδυνο νερό. Για να το επιτύχει αυτό, απαιτείται ο συνεχής ψεκασμός ενός υδάτινου αμμωνιούχου διαλύματος (το οποίο οι τρεις κατασκευαστές αποκαλούν ΑdBlue) στο καυσαέριο, πριν αυτό εισέλθει στον καταλύτη. Βάσει της ροής στο σύστημα εξαγωγής, που διαβάζεται με τη βοήθεια ενός αισθητήρα NΟx, καθορίζεται η ποσότητα διαλύματος που αναμιγνύεται με το καυσαέριο, για να αντιδράσει εντός του καταλύτη, διασπώντας μέχρι και 80% των εκπομπών NΟx. Το AdBlue είναι άοσμο και βιολογικά διασπώμενο και αποθηκεύεται σε ένα πρόσθετο ρεζερβουάρ, το οποίο, λόγω της μικρής κατανάλωσης (0,1 λίτρα/100 χλμ.), ανεφοδιάζεται στα προβλεπόμενα σέρβις του αυτοκινήτου.
Tο αποτελέσματα; Η Μercedes C220 Bluetech, που παρουσιάστηκε στην Έκθεση της Γενεύης, είναι το πρώτο αυτοκίνητο που πληροί τις προδιαγραφές εκπομπής ρύπων Euro 6. Πρακτικά, δηλαδή, αυτό δε σημαίνει τίποτα άλλο από το ότι είναι το καθαρότερο από οποιοδήποτε βενζινοκίνητο Euro 4 αυτοκίνητο! Για του λόγου το αληθές, τα όρια εκπομπών για αυτοκίνητα με κινητήρες ντίζελ Euro 6 (θα τεθούν σε ισχύ από το Σεπτέμβριο του 2014) είναι 0,5 g/km CO, 0,17 g/km HC+NOx, 0,08 g/km NΟx και 0,005 g/km PM (σωματίδια), ενώ τα ισχύοντα για τα Euro 4 βενζινοκίνητα (από τον Ιανουάριο του 2005) είναι 1,0 g/km CO, 0,20 g/km HC και 0,08 g/km NΟx.
Βέβαια, απαραίτητη προϋπόθεση για όλα αυτά είναι η διάθεση «καθαρού» καύσιμου ντίζελ περιεκτικότητας 10ppm σε θείο. Οπότε, φανταστικέ υπουργέ μου, μην προβάλλετε ως δικαιολογία ότι δεν είστε πεπεισμένος για την καθαρότητα των αυτοκινήτων ντίζελ. Πείτε απλώς την αλήθεια, ότι δεν είστε σε θέση να ελέγξετε την ποιότητα των καυσίμων που διατίθενται στα ελληνικά πρατήρια. Αλλά και γι’ αυτό υπάρχει απάντηση, αφού στη Γερμανία το «καθαρό» ντίζελ 10ppm καθιερώθηκε εν μία νυκτί, όταν η γερμανική κυβέρνηση το απάλλαξε από τους φόρους! Μήπως, τελικά, δε θέλετε;_ Ν. Κ.