Tekniken som kan rädda miljödieseln

2015-10-08 05:00  

Dieselingenjörernas utmaning är nu att visa att det går att göra miljödieslar utan fusk. För att lyckas måste man använda olika reningstekniker som balanseras mot varandra för att hålla nere NO<sub>x</sub>, partiklar och bränsleförbrukning. Och hindra att bilen blir slö.

Lastbilstillverkare som Scania och Volvo har gått före i den här processen. Efter en skandal (liknande dagens VW-gate) med anklagelser för ”cycle beating” i slutet av 1990-talet skärptes regelverket, och möjligheten att fuska och hitta kryphål togs bort för de tunga fordonen. Sedan dess har lastbilarna klarat allt hårdare utsläppskrav, samtidigt som man håller nere förbrukningen.

För personbilarna har situationen varit annorlunda. Det europeiska regelverket Euro 6 har innehållit möjligheter till ”flexibilitet”, i praktiken tillåtet fusk, som ekonomiskt pressade tillverkare känt sig tvungna att utnyttja. Där har också skillnaden mellan certifierade utsläppsvärden och de värden som har kunnat mätas i verkligheten uppstått. Det gäller såväl kväveoxider som koldioxid.

Det amerikanska EPA 10 har liknande gränsvärden som Euro 6 men mindre flexibilitet. Däremot finns där en möjlighet till självcertifiering för tillverkarna, där man kan genomföra testerna själv och garantera att bilen håller rätt värden i testet. Det gjorde även Volkswagens bilar, och först när de testades av en utomstående organisation kunde fusket avslöjas.

Nu måste motoringenjörerna upp till bevis. Regelverket och kontrollerna kommer att stramas upp även på personbilssidan. I USA väntar efterkontroller och övervakade test och i Europa väntar hårdare testregler. Från 2017 måste nya bilar verkligen klara det de ger sig ut för.

Här är motoringenjörernas verktygslåda:

Ett högt insprutningstryck och en tidig bränsleinsprutning (i motorcykeln) ger en bättre förbränning med högre temperatur i motorn. Det minskar mängden partiklar i avgaserna, motorn blir piggare och snålare, men NOx ökar. Gör man insprutningen senare i cykeln minskar NOx, men partiklar och förbrukning ökar. Ingenjörerna försöker hålla nere både NOx, partiklar och bränsleförbrukning samtidigt genom att spruta in bränslet i flera korta pulser i stället för allt på en gång

Mer luft i förbränningsrummet (typ turboladdning) ger ungefär samma effekt. Temperaturen ökar, partiklar och förbrukning minskar, motorn blir piggare, men släpper ut mer NOx.

EGR, Exhaust Gas Recirculation, används för att reducera NOx. Avgaser leds tillbaka till förbränningsrummet för att sänka temperaturen och minska andelen syrgas. Båda parametrarna har en direkt påverkan på NOx. EGR fungerar bäst vid låg till medelhög belastning på motorn. Ökar man andelen avgaser i förbränningsrummet blir motorn också tröttare, törstigare och släpper ut mer partiklar.

SCR, Selective Catalytic Reduction, är det effektivaste sättet att ta bort NOx ur avgaserna. SCR sprutar in urea i katalysatorn, där det reducerar NOx till kvävgas och vattenånga. SCR kan ta bort så mycket som 95 procent av NOx ur avgaserna, men katalysatorn måste vara varm, över 180 °C, för att fungera ordentligt.

Det innebär att den tillverkare som bara vill klara körcykeln i Euro 6 (med låg och medelhög belastning på motorn) inte har så stor glädje av SCR. Systemet kräver också en extra tank för urea, eller Ad Blue som ämnet även kallas, och det måste fyllas på. Den stora fördelen med SCR är att man flyttar ut NOx-problemet ur förbränningsrummet och motorn där kan optimeras för att vara pigg och snål.

Lean NOx Traps, eller LNT, är den andra tekniken som används för att ta bort NOx ur avgaserna. LNT kallas NOx-fälla. Det fungerar lite som en tvättsvamp som suger åt sig vatten, men måste kramas ur med jämna mellanrum för att fortsätta fungera. När motorn går normalt binder katalysatorn NOx tills den är mättad. Det kan röra sig om några minuter under normal körning.

Sedan måste katalysatorn tömmas. Det kan ske genom att man kör på en fetare blandning som släpper igenom oförbrända kolväten som reducerar NOx, eller att man sprutar in diesel direkt i katalysatorn.

Ett särskilt partikelfilter behövs för att ta bort sot och andra partiklar ur avgaserna. Även om förbränningsrummet är kalibrerat för att minska partiklarna återstår skadliga nanopartiklar som tas bort först i detta filter.

För att vara effektivt behöver filtret vara av en U-typ som regenereras med kvävgas eller bränns av när det börjar bli fullt.

Hybridisering nämns ofta som ett sätt att minska bränsleförbrukningen och därmed koldioxidutsläppen. Kan man kombinera detta med att förbränningsmotorn får arbeta i det lastområde där den släpper ut minst partiklar och sot skulle man få en ren och ultrasnål diesel.

Problemet här är att dieselmotorn har bäst verkningsgrad i det arbetsområde där den släpper ut mest kväveoxid, så man måste välja om man vill optimera hybriden för snålhet eller renhet.

Gilla Ny Teknik på Facebook

Vad kostar Euro 6-rening och hybridisering?

En komplett Euro 6-rening av en dieselbil kostar mellan 11 900 respektive 16 150 kronor per bil, beroende på motorstorlek. Siffrorna är ursprungligen framtagna av ICCT, International Council on Clean Transportation, i en rapport från 2012, ”Estimated Cost of Emission Reduction Technologies for Light-Duty Vehicles” och uppdaterade i september 2015.

I studien har forskarna räknat med att en tillverkare behöver använda både rening med EGR (Exhaust Gas Recirculation) tillsammans med antingen SCR (Selective Catalytic Reduction) eller LNT (Lean Nox Trap). Enligt ICCT:s beräkningar kostar ett EGR-system 1 207 kr för motorer under 2,0 liter, 1 360 kr för större motorer. LND kostar 2 720 kr i motorer under 2,0 liter, 4 327 kr i större motorer. SCR för motorer under 2,0 liter kostar 3 553 kr, för större motorer 4 199 kr.

Dessutom tillkommer kostnader för turbosystem 2 050 kr, högtrycksinsprutning 3 900 kr, partikelfilter 4 260 kr, samt en kostnad på 430 kr för systemutveckling. Motsvarande kostnad för större motorer beräknas till 1 768 (turbo), 3 390 (insprutning), 2 790 (filter) och 430 kr för systemutveckling.

Ett hybridsystem till en tvåliters diesel kostar mellan 25 000 och 50 000 kronor. Då får man en elmotor på 50 kW kontinuerlig drift, 100 kW toppeffekt och ett batteri för en parallellhybrid. Ungefär hälften av kostnaderna ligger på motor och kraftelektronik och andra hälften på batteri.

När det gäller kostnader för hybridisering har Ny Teknik tagit hjälp av Mats Alaküla, professor i industriell elektroteknik och automation på Lunds tekniska högskola.

Eddie Pröckl

Mer om: Volkswagen

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt

Läs mer