I dette blogindlæg vil vi se på fordele og ulemper ved dieselmotorer og udviklingen af ​​​​emissionsreducerende teknologier (DPF, EGR, SCR) for at undersøge dieselmotorers levedygtighed.

Fordele og ulemper ved diesel

Sammenlignet med benzinmotorer udleder dieselmotorer generelt mindre kuldioxid, har højere termisk effektivitet og er mere holdbare. Dieselmotorer genererer dog en masse partikler, kendt som fint støv, og nitrogenoxider såsom nitrogenmonoxid og nitrogendioxid. Disse stoffer er en væsentlig årsag til forskellige luftvejssygdomme såsom bronkitis og lungebetændelse, samt fotokemisk smog og sur regn. Derfor udvikles der konstant teknologier til at reducere de forurenende stoffer, der udledes af dieselmotorer.

Karakteristika for dieselmotorer og emissionsreducerende teknologier

En repræsentativ teknologi til behandling af partikler er dieselpartikelfiltersystemet (DPF). Dette system opsamler partikler genereret fra udstødningsgassen med et filter og genopretter filterets funktion ved at forbrænde det ophobede materiale på et bestemt tidspunkt. For at forbrænde det opsamlede partikelmateriale skal brændstof tilføres motorcylinderen, så det kan strømme til opsamlingsfilteret.
Når der tilføres brændstof, blandes det med udstødningsgassen og forbrændes i filteret. DPF-systemet er nemt at fremstille, fordi det ikke kræver nogen særlige forbedringer af motoren, kun tilførsel af ekstra brændstof, men det har dårlig brændstofeffektivitet. Derudover kræves der separat teknologi, da det er vanskeligt at reducere nitrogenoxider. En teknologi til at reducere nitrogenoxider er udstødningsgasrecirkulationssystemet (EGR).
Dette system recirkulerer udstødningsgassen tilbage i motoren og forbrænder den derefter sammen med brændstof for at sænke forbrændingstemperaturen. Årsagen til at recirkulere udstødningsgassen tilbage i motoren for at sænke forbrændingstemperaturen er, at udledningen af ​​nitrogenoxid reduceres, når brændstoffet forbrændes ved lavere temperaturer. Sænkning af forbrændingstemperaturen resulterer dog i høje emissioner af partikler, så EGR-systemet bruges sammen med DPF-systemet. EGR-systemet har den ulempe, at det forårsager ophobning af urenheder i motoren, hvilket kan reducere ydelsen.
For nylig er SCR-systemet (selektiv katalytisk reduktion), som er mere effektivt til at reducere nitrogenoxider end EGR-systemet, blevet udviklet og erstatter EGR-systemet. SCR-systemet recirkulerer ikke udstødningsgas, så forbrændingstemperaturen i motoren er højere end i EGR-systemet. Dette resulterer i mindre partikler, men flere nitrogenoxider. SCR-systemet bruger ammoniak til at reducere nitrogenoxider. Ammoniak er dog eksplosivt, kan korrodere metaller og har en karakteristisk skarp lugt ved stuetemperatur, som kan forårsage ubehag. Derfor er brugen begrænset, og forsigtighed er påkrævet ved håndtering.

Hvordan SCR-systemet fungerer og dets fordele

For at løse disse problemer bruger SCR-systemet en separat urinstoftank, der leverer urinstof opløst i vand, og en trykluftinjektor, der leverer luft for at inducere følgende kemiske reaktion i SCR-enheden. Ureaen nedbrydes til ammoniak og isocyansyre gennem termisk nedbrydning, og isocyansyren hydrolyseres for at producere kuldioxid og ammoniak.
Nitrogenmonoxiden reagerer med ilt i luften og omdannes til nitrogen og vand. Nitrogendioxiden reagerer med ammoniak og omdannes også til nitrogen og vand. SCR-enhedens indre, hvor den kemiske reaktion finder sted, er lavet af en metalkatalysator såsom platin eller vanadium, som adsorberer reaktanterne.
I SCR-metoden kan reduktionseffektiviteten forbedres ved at lade udstødningsgassen forblive på overfladen af ​​disse katalysatorer i lang tid. Med andre ord skal rumhastigheden sænkes for at give tilstrækkelig tid til, at den kemiske reaktion kan finde sted. Her er rumhastigheden mængden af ​​​​tilført udstødningsgas pr. tidsenhed divideret med volumenet af katalysatoren i SCR-enheden.

Udfordringer og fremtidsudsigter ved SCR-metoden

SCR-systemets anvendelse udvides gradvist på grund af dets høje reduktionseffektivitet, men der er stadig problemer, der skal løses. Ammoniakslip, hvor ammoniak udledes sammen med udstødningsgassen, kan forekomme, og hvis urinstof nedbrydes ved lave temperaturer, kan der dannes fast amin eller melamin, som kan klæbe til indersiden af ​​rør og apparatoverflader. Derudover kan ophobning af disse faste stoffer reducere systemeffektiviteten og øge vedligeholdelsesomkostningerne. For at forhindre dette er det nødvendigt at opretholde systemtemperaturen på et passende niveau og udføre regelmæssige inspektioner og rengøring.
Teknologier til reduktion af emissioner fra dieselmotorer fortsætter med at udvikle sig i takt med strengere miljøregler. Hver af DPF-, EGR- og SCR-teknologierne har sine egne fordele og ulemper, så det er vigtigt at finde den optimale kombination for at minimere emissioner. Selvom dieselmotorers rolle sandsynligvis vil falde på grund af stigningen i el- og hybridbiler, spiller de stadig en vigtig rolle i store køretøjer og erhvervskøretøjer. Der vil fortsat blive arbejdet på at forbedre dieselmotorers effektivitet og reducere miljøforurening i harmoni med miljøvenlige teknologier.