ebm-papst EC-motor i pumpsystem som reducerar kväveoxidutsläppen från dieselmotorer

ebm-papst EC-motor har en viktig funktion i en modulär pumplösning som ger miljövänligare dieselmotorer.

För mycket kväveoxider i miljön kan medföra hälsorisker och från och med september 2014 måste alla nya dieselfordon som säljs i Europa vara klassade efter Euro6-standarden. Målsättningen med den nya standarden är bland annat att kraftigt minska utsläppen av kväveoxider. Att teknikutvecklingen mot allt mer miljövänliga motorer kommit långt visar bland annat Volvo som med sina lastbilar med Euro 6-motorer har halverat partikelutsläppen och minskat kväveoxidutsläppen med nästan 80 procent. Andra stora lastbilstillverkare har uppnått liknande resultat efter intensivt forsknings- och utvecklingsarbete. Resultaten har främst uppnåtts genom användning av tekniken Selektiv katalytisk reduktion, SCR, som idag är det viktigaste och effektivaste tekniken för att reducera kväveoxidutsläppen. Tekniken används också i personbilar men i diskussionen om mer miljövänliga motorer är det ändå de tunga fordonen med stora dieselmotorer som hamnat i fokus.

Principen för SCR är att en vätska som innehåller urea (ett urinämne som säljs under produktnamnet AdBlue) sprutas in i avgasströmmen. AdBlue fungerar på så sätt att vätskan sprutas in i motorns avgassystem uppströms SCR-katalysatorn. Där bryts urean vid de aktuella temperaturerna ned till ammoniak (NH3) som i SCR-katalysatorn reducerar en tillräcklig mängd av kväveoxiderna i avgaserna till ofarligt vatten och kväve. För insprutningen av urean krävs en högeffektiv pump som i sin tur kräver en mycket effektiv motor. Det är en sådan motor med EC-teknik som ebm-papst bidragit med i utvecklingen av SCR-systemet. ”Detta kommer att bli standard i kommersiella fordon”, säger Peter Metzger som är försäljningsansvarig vid ebm-papst enhet Automotive i St.Georgen. Anledningen är de tuffa reningskrav som ställs på lastbilar med en totalvikt på över 3,5 ton. Jämfört med Euro 5 har gränsvärdet för vad som är tillåtet när det gäller kväveoxidutsläppen sänkts med hela 80 % och Peter Metzger är övertygad om att utsläppskraven kommer att bli ännu tuffare i framtiden.

Höga krav på exakthet
För att reducera utsläppen av kväveoxid har man inom bland annat processindustrin använt sig av en teknik med tillsatser av ammoniak. Ammoniak är dock en gas med betydande hälsorisker och den har en karaktäristisk och obehaglig stickande lukt. Det är också en farlig gas som bara kan transporteras under speciella förhållanden i trycktankar och den är därför olämplig för användning i fordon. Detta är bakgrunden till utvecklingen av SCR-tekniken och användningen av urea som kan betecknas som ett ”kemiskt trick” för att få en effektiv rengöringsprocess. Processen förbrukar ungefär sex procent AdBlue jämfört med den mängd diesel som förbrukas. Om en lastbil förbrukar 25 liter diesel på en sträcka av 10 mil innebär det att en 60-liters tank med AdBlue räcker cirka 400 mil.

Företaget Bosch har gått i täten vid utvecklingen SCR-tekniken genom att ta fram en särskild pumpmodul och en doseringsenhet för urean. Kraven på tekniken är höga och ett exempel är att en urealösning går över till fast form vid några minusgrader. Därför krävs det en värmare som mycket snabbt efter att motorn startats tinar urean. En annan teknisk utmaning har varit att att den mängd AdBlue som sprutas in i avgassystemet måste anpassas exakt till mängden kväveoxid i avgaserna. Detta sker genom ett styrsystem och en sensor som med en cykel på 1 Hertz reglerar tidpunkten för doseringen av tillsatsmedlet AdBlue. Den doseringsenhet som Bosch utvecklat garanterar att flödet blir det rätta. Vid tomgång kan det bara så lite som 36 gram per timme och vid full last och i trafik upp till 7,2 kilo per timme. Kraven på pumpen med ebm-papst EC-motor är extremt höga och det var också därför Bosch inledde ett samarbeta med ebm-papst. Man sökte helt enkelt en partner sim kunde ta en aktiv roll i utvecklingsarbetet.

Modulär pumplösning med integrerad EC-motor
Resultatet av samarbetet mellan Bosch och ebm-papst tekniker och utvecklingsavdelningar blev en modulär pumplösning med integrerad EC-motor. Den modulära konstruktionen gör det möjligt att anpassa lösningen till gällande utsläppskrav genom att pumpen med EC-motorn, de hydrauliska komponenterna och styrelektroniken kan bytas ut individuellt. Experterna hos ebm-papst bidrog med en speciallösning som gjorde det möjligt för Bosch att möta den svåra tekniska utmaning som utvecklingen av ett SCR-system innebär. ebm-papst EC-motorer är kompakta och kända för sina goda egenskaper, men ebm-papst lyckades ändå optimera en motor specifikt för Bosch behov. I detta arbete ingick bland annat att alla ingående komponenter anpassades för den speciella miljö som tanken i en dieselmotor utgör och de tuffa och varierande temperaturförhållandena i ett katalysatorsystem. Ett krav på EC-motorn var också att den ska klara många tusen driftstimmar vilket i en lastbil innebär att den ska kunna köras problemfritt i mer än en miljon kilometer.

Den motorlösning ebm-papst utvecklat är kombinerad med den elektroniska kommuteringen och kan varieras i längd. En version, med 13 mm längd, är anpassad för de flödeskrav på urealtillsatsen som ställs i tyngre fordon. Sedan finns en motor på 8 mm som passar för privatbilar. Båda alternativen kan drivas med bilarnas 12/24-volts elsystem. De höga kraven som bilindustrin ställer på olika serietillverkade komponenter uppfylls med god marginal av Bosch och ebm-papst kombinationslösning och Peter Metzger ser positivt på framtiden. ”Effektiva SCR-system kommer att bli en konkurrensfaktor för fordonsindustrin de närmaste åren. Miljökraven kommer att bli allt tuffare runt om i världen och många länder som idag inte har några utsläppskrav kommer inom en snar framtid att införa sådana regler”.