Syyt päästönormien kehittämiselle
Euroopan unionin sääntelemät ajoneuvojen päästönormiluokat määrittelevät suurimmat sallitut ajoneuvon tuottamat, terveydelle haitalliset päästömäärät. Luokitukset ovat ajoneuvolajikohtaisia ja koskevat tyyppihyväksyntävaiheessa mitattavia päästöjä.
Päästönormien luokittelu alkoi Euro 1 normista, joka astui voimaan jo vuonna 1992. Sen jälkeen normistoa on uusittu ja tiukennettu muutamien vuosien välein, aina sen hetkisten päästöjen pienennystavoitteiden ja päätösten mukaisesti. Päästönormien tiukentuminen on pakottanut autoteollisuuden kehittämään päästötasoiltaan yhä puhtaampia moottoreita.
Puhtaammat polttoaineet ja palamisprosessin tehostaminen eivät kuitenkaan ole olleet riittäviä toimenpiteitä. Normien tiukentuessa myös pakokaasujen jälkikäsittelyjärjestelmien kehitykseen on jouduttu panostamaan yhä enemmän.
Syyt päästönormien synnylle ja kehittymiselle juontavat varsinkin suurten kaupunkien ilman epäpuhtauksien aiheuttamista terveyshaitoista. Maailman terveysjärjestö WHO määritteli dieselmoottoreiden pakokaasupäästöt karsinogeenisiksi eli syöpää aiheuttaviksi jo vuonna 2015.
Euroopan ympäristövirasto EEA arvioi vuonna 2014, että EU alueella pienhiukkaspäästöt aiheuttavat 399 000 ennenaikaista kuolemaa vuosittain. Vaikka Suomessa ilmanlaatu on yleisesti ottaen hyvä ja hengitämme suhteellisen puhdasta ilmaa, on Suomessakin laskettu ilmansaasteiden aiheuttavan vuosittain 1600 – 2000 ennenaikaista kuolemaa. Näistä haitoista aiheutuvat kustannukset yhteiskunnalle ovat valtavia.
Tässä valossa on täysin ymmärrettävää, että haitallisiin päästöihin on puututtava ja niiden määrää saatava pienennettyä.
2000 luvun ajoneuvokanta kattaa Euro 3, Euro 4, Euro 5 sekä Euro 6 päästönormeilla luokitellut autot. Näissä kaikissa on jokin typenoksidin tai pienhiukkasten määrää vähentävä järjestelmä, jonka avulla auto on saatu täyttämään tyyppihyväksynnän vaatimukset.
Päästöjen jälkikäsittelyjärjestelmän tarkoitus ja tarpeellisuus
Ajoneuvojen pakokaasupäästöjen jälkikäsittelyjärjestelmän tarkoitus on poistaa pakokaasusta ympäristölle ja ihmisille haitallisia osia kuten typenoksideja (NOx) ja pienhiukkasia. Moottoritekniikan kehittämisessä on ollut tarkoituksena tehostaa palamistapahtumaa, parantaa hyötysuhdetta ja pienentää kulutusta ja sitä kautta päästöjä. Palamisen tehostamiseksi polttoaineen ruiskutuspaineita on nostettu ja polttoaineilmaseosta optimoitu mahdollisimman laihaksi.
Palamistapahtuman tehostamisesta on seurannut kaksi ilmeistä asiaa, ensiksikin laiha seos on nostanut palamisen lämpötilaa, jonka seurauksena moottorin typenoksidipäästöt lisääntyvät ja toiseksi, palamistapahtumassa syntyvien käännöshiukkasten koko pieneni huomattavasti.
Vanhemmat dieselmoottorit tuottivat paljon mustaa savua. Savussa olevat hiukkaset olivat kuitenkin kooltaan niin suuria, että ne laskeutuivat nopeasti alas ja joutuessaan hengitysteihin, tarttuivat hengityselinten limakalvoille ja poistuivat yskäisemällä tai niistämällä.
Nykyaikaisen Euro 6 dieselmoottorin pakoputkesta ei tule näkyvää savua. Päästöjen jälkikäsittelyjärjestelmä poistaa ulostulevasta kaasusta lähes kaikki pienhiukkaset. Tämä on tärkeää sen takia, että pienhiukkaset ovat niin pieniä, että hengitysteihin joutuessaan ne kulkeutuvat syvemmälle keuhkoihin ja voivat imeytyä verenkiertoon. Hiukkaset sisältävät myrkyllisiä palamisjäänteitä ja elimistöön joutuessaan aiheuttavat haittaa ja vaaraa ihmisen terveydelle.
Päästöjen jälkikäsittelyjärjestelmien tarkoitus on poistaa ulospäästettävästä pakokaasusta typenoksidit sekä haitalliset pienhiukkaset.
Typenoksidit, SCR katalysaattori ja AdBlue
Typenoksidit ovat typpimonoksidi (NO) ja typpioksidi (NO2). Ammattikielessä niistä käytetään nimitystä typenoksidit ja kaavaa NOx. Typenoksideja syntyy, kun ilmassa oleva typpi reagoi hapen kanssa korkeassa lämpötilassa. Yksittäisten kaupunkien ilmassa typenoksidien yleisin lähde on liikenteen päästöt mutta valtakunnallisesti tai laajemmin, energiantuotannon polttoprosessit ja teollisuus
Haitalliset typenoksidit saadaan poistettua pakokaasun joukosta SCR katalysaattorin ja AdBlue urealiuoksen avulla.
SCR Selective Catalytic Reduction on pakokaasujen jälkikäsittelyjärjestelmän osa, jonka avulla savukaasujen typenoksidipäästöjä (NOx) vähennetään selektiivisen katalyyttisen pelkistämisen avulla ruiskuttamalla AdBlue lisäainetta katalysaattoriin, kuuman pakokaasun joukkoon. AdBlue on Pakoputkiston sisälle ruiskutettava ureavesiliuos, joka kuumuudessa hajoaa ammoniakiksi ja hiilidioksidiksi. Ammoniakki reagoi kemiallisesti typenoksidien kanssa SCR-katalysaattorissa pelkistäen typenoksidit typpikaasuksi ja vedeksi.
DPF hiukkassuodatin
Hiukkassuodatin (Diesel Particulate Filter) on dieselauton pakokaasunpoistojärjestelmään asennettu suodatin, jonka tarkoituksena on kerätä talteen palamistapahtumassa syntyneet pienhiukkaset ja estää niiden pääsy ilmakehään. Käytössä alkaen Euro 5 päästönormin mukaiset dieselautot vuodesta 2009.
Suodattimella on rajallinen kyky varastoida nokipartikkeleita sisällään, kun loukkuun alkaa kertyä tarpeeksi nokea, loukku alkaa toimia vastuksena virtaavalle kaasulle ja pakokaasun vastapaine kasvaa. Ajoneuvon omaan järjestelmään on kehitetty toiminto, jolla järjestelmä itse puhdistaa loukkua. Tätä toimintoa sanotaan regeneroinniksi.
Regenerointi tarkoittaa hiukkassuodattimen itsepuhdistusta, jossa suodattimeen kertynyttä, pienhiukkasista koostuvaa nokea poltetaan tuhkaksi. Passiivista puhdistusta tapahtuu ajonaikaisesti, kun palamislämpötila nousee riittävän korkeaksi. Aktiivisella puhdistuksella tarkoitetaan auton ohjainlaitteen käynnistämää jälkipolttoa, joka käynnistyy itsenäisesti sopivissa ajo-olosuhteissa. Pakkopuhdistus tarkoittaa järjestelmätesterillä auton OBD-liitännän kautta käynnistettyä puhdistusohjelmaa.
Kun loukkuun regeneroinnista huolimatta kertyy tarpeeksi nokea ja tuhkaa, ei regenerointi enää auta. Tukkeutunut tai lähes tukossa oleva hiukkassuodatin heikentää ajoneuvon suorituskykyä ja lisää polttoaineenkulutusta, koska pakokaasujen poisvirtaus ei enää ole optimaalista. Moottori on kuin ilmapumppu. Ei ole merkitystä kuristetaanko imu- vai pakopuolta, vaikutus on sama.
Tukkeutuva suodatin aiheuttaa lisääntyneen vastuksen lisäksi pakokaasun lämpötilan nousua pakosarjassa ja voi aiheuttaa liiallista lämpötilan nousua myös turboahtimessa, joka voi johtaa ahtimen vaurioitumiseen.
Hiukkassuodattimen puhdistaminen ja tyhjentäminen
Hiukkassuodattimen tukkeutuminen pitkäaikaisessa käytössä on täysin normaalia ja väistämätöntä. Vaikka olosuhteet olisivat kuinka hyvät tahansa, se tukkeutuu ajan saatossa. Nimensä mukaisesti se on hiukkasloukku johon hiukkaset kertyvät.
Tukkeutuneen suodattimen sisuskalujen poisto ei ole laillista, eikä usein taloudellisesti edes edullisin vaihtoehto. Myöskään suodattimen uusiminen ei ole välttämätöntä, jos suodatin on mekaanisesti ehjä.
Suodattimen puhdistamiseen ja tyhjentämiseen on markkinoilla tarjolla useita dpf puhdistus menetelmiä, osa kemiallisia aineita, joita käytetään sekoitettuna polttoaineeseen ja osa aineita, jotka käytetään suoraan hiukkassuodattimeen täytettynä. Aineiden tehosta voidaan olla montaa mieltä, joka tapauksessa yleisesti ei voida sanoa, että ne toimivat tai etteivät ne toimi.
Jos suodatin halutaan puhdistaa niin, että lopputuloksesta voidaan olla varmoja, on se irrotettava autosta ja puhdistettava irrallaan tehtävään tarkoitetulla laitteella tai menetelmällä.
Hiukkassuodattimen peseminen DPF puhdistuslaitteella
DPF puhdistamiseen tarkoitettuja pesulaitteita on saatavana erilaisilla puhdistusmenetelmillä toteutettuina.
Mikä niistä on paras riippuu siitä paljonko puhdistuksia tullaan suorittamaan, ovatko suodattimet putkeen integroituja vai patruunatyyppisiä sekä minkä kokoisia ne ovat. Puhdistetaanko henkilö- ja pakettiautojen suodattimia vai myös kuorma-autojen, linja-autojen ja työkoneiden suodattimia.
Huomioon on otettava myös laitteiston vaatima tila ja sijoittelu korjaamolla sekä varmasti myös hankintahinta.
Esimerkkejä puhdistuslaitteista
Polttavat ja puhaltavat järjestelmät
Näissä järjestelmissä poltetaan suodattimessa oleva noki tuhkaksi ja sen jälkeen paineilmalla puhalletaan tuhka ulos suodattimesta. Laitteistoissa on suljettu tila, jossa suodatin puhalletaan ja tehokas suodatinjärjestelmä, joka estää suodattimesta poistettujen pienhiukkasten pääsyn huoneilmaan. Parhaiten näitä järjestelmiä voidaan hyödyntää patruunamallisten Euro 6 suodatinten puhdistamiseen
Pelkästään puhaltavat järjestelmät
Toimintaperiaate on saman kaltainen, kuin ylläkuvatussa paitsi, ettei suodattimessa olevaa tarttunutta nokea polteta tuhkaksi. Soveltuvat käytännössä ainoastaan patruunamallisten Euro 6 suodatinten puhdistamiseen.
Suodatinpatruuna kiinnitetään laitteen suljettuun kammioon ja laitteelle syötetään suodattimen halkaisija ja asema kammiossa. Laitteen ohut paineilmasuulake kiertää suodattimen kehää puhaltaen tuhkaa ulos suodattimesta. Näissäkin laitteissa on oltava tehokas suodatusjärjestelmä, joka estää pienhiukkasten leviämisen huoneilmaan.
Liuottavat ja pesevät järjestelmät
Paineistetulla nesteellä pesevät järjestelmät ovat varmasti monipuolisin ja kustannustehokkain ratkaisu. Ne soveltuvat sekä putkeen integroitujen, että patruunatyyppisten hiukkassuodattimien pesuun. Pesuneste sitoo pienhiukkaset, eivätkä ne pääse hengitysilmaan.
Laitteita on saatavana useissa kokoluokissa ja pienimmät, henkilöautoille ja pakettiautoille sopivat mallit ovat kompaktin kokoisia ja ne ovat hankintakustannukseltaan suhteellisen edullisia.
Pienimmissä koneissa suodatin aluksi esiliuotetaan DPF pesuaineella ja liuotinaine poistetaan suodattimesta ennen sen kiinnittämistä dpf pesuriin. Putkeen integroitu hiukkassuodatin kiinnitetään kiristysliinoilla koneeseen niin, että sen tulopuolen putki johdetaan laitteen roiskekammioon ja pesu suoritetaan paineistetulla nesteellä putken poistopuolelta kohti tulopuolta. Ennen pesua on tukittava kaikki poistettujen antureiden läpiviennit.
Patruunatyyppisessä suodattimessa toimitaan muuten samalla tavalla mutta suodatin kiinnitetään letkuliitännöillä varustettujen päätyadapterien väliin.
Isommat pesukammioilla varustetut laitteet on tarkoitettu myös raskaan kaluston suurten suodattimien pesuun. Näissä koneissa on yleensä suljettu, omalla suodatusjärjestelmällään ja lämmityksellä varustettu pesuainekierto ja integroitu paineilmasäiliö, josta tulevan paineilman painetta voidaan säätää.
Raskaampien suodattimien käsittelyä varten pesukammion sisällä on myös kauko-ohjaimella toimiva sähkövinssi, jonka avulla suodatin saadaan sopivaan asentoon pesua varten.
Mitä kannattaa huomioida pesutyön yhteydessä?
Jos mahdollista, lue OBD järjestelmän kautta hiukkassuodattimen kunnosta kertovat parametrit tarkistaaksesi onko hiukkassuodatin tukossa ja tallenna ne muistiin. Esimerkiksi pakokaasun vastapaineen arvo ja, jos auton järjestelmästä saadaan, myös kilometrimäärä seuraavaan vaihtoon. Kun työ on suoritettu, lue arvot uudestaan ja vertaan niitä aiempiin arvoihin. Näin saat dokumentoitua puhdistuksen vaikutuksen auton järjestelmään.
Jos pesulaitteessa on suodattimen vastapaineen mittaus ja tulostusmahdollisuus, mittaa paine ennen ja jälkeen pesun. Tulos varmasti kiinnostaa asiakasta.
Tarkista suodattimen mekaaninen kunto, korroosio, ratkeamat, reiät, varmistaaksesi, että se kestää paineistetun puhdistuksen.
Tarkista silmämääräisesti myös suodatinosan kunto, jos siinä näkyy vaurioita, keskustele asiakkaan kanssa aloitetaanko pesu vai ei.
Tuki kaikki antureiden läpiviennit niin, että ne pitävät puhdistuksen ajan. Jos tulppa irtoaa suljetulla kammiolla varustetussa koneessa, vahinko ei ole suuri, ellei lentävä tulppa vaurioita pesukammiota mutta pöytämallisissa koneissa tulpan pettäminen voi aiheuttaa vähimmilläänkin melkoisen sotkun korjaamotiloissa.
Patruunatyyppisissä suodattimissa varmista, että päätylaipat tiivistyvät patruuna reunoihin kunnolla.
