30. září 2004
Jednoznačným hitem druhé poloviny letošního roku v konstrukci nákladních a užitkových vozidel jsou motory. Rychle se totiž blíží doba, kdy vstoupí v platnost emisní norma Euro 4 zpřísňující podstatným způsobem obsah jednotlivých složek zplodin vznětových motorů.
Hovoříme-li o emisích spalovacích motorů, které jsou veskrze škodlivé, máme na mysli především oxidy dusíku NOx a pevné částice, saze. Doposud platná norma Euro 3 předepisuje maximální objem NOx 5 g/kWh a maximální objem pevných částic 0,1 g/kWh. Nová norma, která bude platit pro všechny výrobce nových motorů od 1. října roku 2006, snížuje povolení emise NOx na 3,5 g/kWh, a pevných částic dokonce na 0,02 g/kWh. To je poměrně značné omezení – o 30, respektive 80 procent. O další dva až tři roky později (2008/2009) přijde na řadu norma Euro 5, která velmi pravděpodobně ponechá emise pevných částic na úrovni předcházející úpravy, ale dále sníží strop pro oxidy dusíku – na 2 g/kWh.
Dvě základní řešení
Pro dosažení přicházejících emisních norem jsou podle výrobců motorů možné dvě technická řešení. První pracuje s recirkulací výfukových plynů a nese označení EGR, druhé je založeno na přidávání technického roztoku do výfukových plynů v oblasti za sběrným výfukovým potrubím a označuje se jako SCR (selektivní katalytická reakce). Obě řešení mají samozřejmě svá pro i proti a také své silné zastánce a odpůrce. EGR neboli recirkulace výfukových plynů je blízká především mnichovskému výrobci užitkových vozidel MAN, ale pracuje s ní také švédská Scania. SCR je v nabídce ostatních významných výrobců. Prim mezi nimi hrají především Volvo a Mercedes-Benz, za nimi následují Renault Trucks, Iveco a DAF. Posledně jmenovaný výrobce však byl jedním z prvních, který řešení SCR publikoval ve svých tiskovinách již před dvěma lety. Zdá se tedy, že technologii SCR vyznává silnější základna výrobců, neboť jejich značky představují zhruba 80 procent evropského trhu.
Recirkulace výfukových plynů
Technologie EGR je oproti druhému řešení nepatrně méně technicky náročná, zvláště pro výrobce, kteří podobnou konstrukci recirkulace výfukových plynů používají již delší dobu. Část výfukových plynů se ze sběrného potrubí odvádí přes EGR chladič a EGR ventil zpět do sacího traktu. Znovu prochází spalovacím procesem a tím ztrácí významnou část oxidů dusíku a poměrnou část pevných částic. K jejich rozhodujícímu úbytku na normou předepsanou hranici nakonec dochází ve vřazeném katalyzátoru (s tímto řešením počítají oba významní zastánci technologie EGR). Výhodou je pohotovost řešení, prakticky stejná hmotnost vozidla, nezávislost na distribuci dalších technických kapalin a hlavně jednoduchost, a to jak obsluhy, tak výroby. Za jednu z největších výhod z hlediska životního prostředí a dodržování stanovených norem je třeba považovat to, že jde o konstrukční řešení neovlivnitelné řidičem či provozovatelem vozidla. Jednoduše řečeno, motor vybavený technologií EGR bude pracovat za všech okolností tak, jak je zkonstruován. Jistou nevýhodou je naopak to, že technologie EGR je vhodná pro dosažení normy Euro 4, ale již ne následující Euro 5.
Močovina pro motory
Technologie SCR pracuje s přidáváním technické kapaliny. Ke správné činnosti potřebuje motor v této konfiguraci přidávat 32procentní roztok močoviny. Chemikálie se skládá z močoviny a vody, odpovídá standardům po-dle mezinárodní normy DIN 70070 a v automobilovém průmyslu nese název AdBlue. Chemické složení AdBlue: (NH2)2CO (močovina – urea) + H2O (voda). Horké výfukové plyny a voda jsou zapotřebí k chemické reakci, která rozloží močovinu na čpavek (amonium) a kysličník uhličitý: (NH2)2CO + H2O ⇒ 2NH3 + CO2. Dále dochází k redukci oxidů dusíku čpavkem za přítomnosti kyslíku: NOX + NH3 + O2 ⇒ (katalytická reakce) ⇒ N2 + H2O. Na konci chemické reakce jsou tedy dusík a voda, respektive vodní pára.
AdBlue se přidává do výfukových plynů ze zvláštní nádrže dávkovačem, který musí být podřízen systému řízení motoru. Dále musí být použit speciální katalyzátor. Jelikož roztok 32procentní močoviny začíná mrznout již při –11 °C, musí být speciální nádrž náležitě upravena, například vyhřívána. Za velkou výhodu považují výrobci (Volvo Trucks, Renault Trucks, Mercedes-Benz, DAF a Iveco) především uplatnění technologie i při dosažení následujících emisních norem Euro 5, již dnes stanovené legislativní pobídky při využívání vozidel s motory Euro 4/5 (nižší poplatky za využívání dálnic například v Německu) a údajně nižší spotřebu paliva oproti stávajícím motorům Euro 3. Na straně nevýhod stojí zvýšená vlastní hmotnost vozidla (zhruba o 100 kilogramů)
v důsledku vřazení nádrže AdBlue a dalších komponent, doposud ne-vyřešená distribuce AdBlue v rámci sítí palivových čerpacích stanic, cena AdBlue (ovlivní náklady na provoz vozidla), relativní složitost konstrukce a prozatímní legislativní nemožnost kontroly řidiče či provozovatele vozidla, zda systém používá či nikoli.
Obchodní příležitost
K dosažení hodnot podle normy Euro 4 bude pravděpodobně nutné AdBlue přidávat v množství odpovídajícím zhruba třem až čtyřem procentům paliva. U normy Euro 5 to bude zhruba pět až sedm procent. Jedná se tedy zjevně o velmi zajímavý obchod pro společnosti, které budou AdBlue vyrábět a distribuovat, například AMI Agrolinz Melamin International GmbH, BASF AG, Fertiberia S. A., Grande Paroisse, SKW Stickstoffwerke Piesteritz
GmbH a Yara International ASA. Uvedené společnosti jsou schopné vyrábět AdBlue v šesti evropských zemích. Francouzský Total a rakouská OMV již pracují na zavedení prodejních míst AdBlue ve svých sítích. Obě ropné společnosti a výrobci AdBlue v současné době formulují rozsáhlé produktové balíčky a také balíčky služeb pro provozovatele veřejných a firemních čerpacích stanic. To vše znamená, že tyto veřejné čerpací stanice, provozované evropskými přepravními společnostmi, budou vybaveny plnicími systémy technologie SCR. Patří sem široká řada zařízení, od kombinovaných čerpacích stojanů pro naftu/AdBlue se samostatnými měřicími mechanismy se společným účtováním pro oba produkty (podobná zařízení jsou již v provozu v Berlíně, Stuttgartu a Vompu v Tyrolsku) až po malé čerpací stanice určené pro firemní prostory a balíčky produktů pro celý autopark, tvořené nádržemi a kanystry. Je zřejmé, že jde o obrovský balík peněz, o nějž se výrobci a distributoři právě teď perou. Při propojenosti společností v majetkových účastech a současné úrovni globalizace není divu, že před nedávnem zainteresovaní výrobci vozidel motorových paliv a ostatních technických tekutin vydali společné prohlášení o výhodách technologie SCR.
Konkrétní nabídka
Směrem k zákazníkům (provozovatelům, řidičům či majitelům) prozatím byli o nových technologiích nejsdílnější u značek MAN, Mercedes-Benz a Scania. Podívejme se na jejich nabídku blíže. Bavorský MAN připravil a po čtyřech letech intenzivní práce představil zcela nový desetiapůllitrový šestiválcový vznětový motor D 20 CR, který je vybaven, ostatně jako i další motory MAN určené pro řadu TGA, systémem vstřikování paliva typu Common Rail druhé generace pracující s tlakem 1600 barů. Na začátku letošního roku deklaroval připravenost motoru na konfiguraci podle norem Euro 4, kterou v létě proměnil ve skutečnost. Od října letošního roku bude
v nabídce MAN sériově vyráběný motor D 20 CR Euro 4 vybavený technologií EGR a originálním katalyzátorem PM-KATR® pro záchyt pevných částic. Verze Euro 4 se týká motorů s výkony 228 kW/390 k a 316 kW/430 k. Ohledně Euro 5 zastává MAN stanovisko, že bude pravděpodobně nezbytné vybavit vozidla systémem SCR, mělo by však dojít k určitým legislativním dohodám a diagnostika vozidla by se měla doplnit o zařízení OBD (On
Board Diagnosis), aby bylo možné zaručit, že motor pracuje v každém okamžiku se správnými emisemi. Šlo by o jakousi formu emisního tachografu.
Další německý výrobce, Mercedes-Benz, vyrukoval letos rovnou s nákladními vozidly označenými jako BlueTec 4 a BlueTec 5 v závislosti na skutečnosti, kterou z norem jejich motory splňují. Varianty motorů s maximálním výkonem 350 kW/476 k budou k dispozici od ledna 2005. Mercedes-Benz nabízí vozidla vybavená nádržemi pro AdBlue o kapacitě až 145 litrů, což by při dané spotřebě mělo stačit až na 10 tisíc kilometrů provozu. Je nutné si připomenout, že stuttgartský výrobce je natolik silný, že trendy nesleduje, ale vytváří. A proto když jeho zástupci tvrdí, že se již dnes vyplatí pořídit vozidlo s motorem BlueTec 5, které je sice dražší než varianta BlueTec 4, ale ušetří při určitém proběhu kilometrů více (v souvislosti se sníženými poplatky na dálnicích), bude na tom asi něco pravdy. Na druhou stranu však je třeba vidět i za tím konkurenční boj. Není přece nic neobvyklého na tom, že se konkurence přebíjí jakýmikoliv argu-menty.
Řešení pro budoucnost
Švédská Scania vyhlásila na jaře při příležitosti předvedení nového silničního tahače třídy R, že od září bude mít v sériové nabídce jako první motor specifikace Euro 4, a to s technologií EGR. Jak firma řekla, tak také učinila, a novináři měli záhy možnost se s vozidlem vybaveným novým motorem Euro 4 o výkonu 309 kW/420 k seznámit a svézt. Samotný motor se stal i českou premiérou na největší automobilové výstavě v České republice, brněnském Autotecu 2004. Pro první motory Euro 4 počítají u Scanie s technologií EGR, ale v případě vidlicového motoru V8 již bude nezbytné vřadit i technologii SCR. Kromě jiného vychází takové řešení z vidlicového uspořádání válců (platí i pro Mercedes-Benz). SCR bude ve Scanii cestou také pro první motory Euro 5. V budoucnu by však rádi plně přešli zpět k technologii EGR společně s vyššími vstřikovacími tlaky paliva a použitím turbodmychadel s variabilní geometrií lopatek. Hlavním mottem konstrukce Scania je: likvidovat emise oxidů dusíku a pevných částic přímo v jejich zdroji! Další vývoj spalovacího procesu vede přes možnosti homogenního pomalého spalování ve válci, označovaného jako HCCI technologie. Podkladem pro takové řešení je též další generace vstřikovacích systémů Common Rail s vyššími pracovními tlaky a větším počtem předvstřiků dosahovaných již nikoliv mechanickými, ale piezoelektrickými vstřikovači.
U technologie SCR experti Scanie (obdobně jako u MAN) varují před současnou nemožností kontroly řidiče, zda využívá spalovací systém správným způsobem. Pokud totiž AdBlue dojde nebo je jeho přísun zastaven, motor běží s téměř nezměněnými výkonovými parametry dál, ale jeho emise jsou zcela jiné. Nejenže pak nevyhovují normám Euro 4 nebo 5, ale nesplňují dokonce ani nižší normy. Experti Scanie proto doporučují zavést
do vozidel systém, který bude na základě monitoringu emisí sám ovládat výkon motoru. Například při nefunkčním vstřikování AdBlue odstaví až 70 procent točivého momentu.
Z jednoduchého nástinu nabídky několika z hlavních výrobců nákladních a užitkových vozidel vyplývá, že motory ve variantě Euro 4, popřípadě Euro 5 jsou opravdu otázkou letošního podzimu.
Milan Olšanský
