För att vissa dieselfordon ska uppfylla emissionsnormerna är det som behöver läggas till något som de flesta inte kan komma på. På grund av utsläppsproblem måste kväveoxider hanteras. Det finns två sätt att lösa utsläppsproblemet. Det ena är förebyggande, vilket innebär att stävja förekomsten av problem i ett tidigt skede av deras utveckling. Ett tillvägagångssätt är styrning, som innebär effektiv avslutning-efter att ett problem uppstår. Dessa två metoder kallas förbearbetning respektive efterbearbetning. För-behandling åtgärdar grundorsaken, medan efter-behandling behandlar symptomen. Utsläppen från dieselmotorer består huvudsakligen av kväveoxider (NOx) och partiklar (PM) (inklusive sot (DS)), följt av HC. Jämfört med bensinmotorer har dieselmotorer mycket mindre CO och HC, men mycket mer PM.
De europeiska utsläppsnormerna för dieselmotorer är följande: I början av 1990-talet utvecklades många tekniker snabbt med hjälp av elektronisk styrning (till exempel Denso från Japan initierade högtrycks common rail). Genom förbättringar av förbränningskammaren, regler för bränsleinsprutning, insug och avgas etc., var det möjligt att slutföra reningen inuti maskinen. Men oavsett om det var i Europa eller Kina, slutfördes i princip en vändpunkt i det fjärde steget av utsläppsnormer. Att enbart förlita sig på förbehandling för att uppfylla nuvarande standarder är inte längre möjligt. CO fungerar som bevis på fullständig förbränning eller inte.
Standarderna förblev oförändrade i de efterföljande stegen, vilket i grunden indikerar att det är en ganska svår uppgift att fortsätta att optimera förbränningen för att hantera utsläppen. Som tidigare nämnts är de mest avgörande utsläppen från dieselmotorer NOx och PM. Behandlingen av partiklar bygger huvudsakligen på partikelfilter (DPF), medan NOx huvudsakligen behandlas genom katalytisk reduktion. NOx är också ett relativt avgörande utsläpp för bensinmotorer. NOx-utsläppen från bensinmotorer och dieselmotorer skiljer sig inte mycket. Styrningen av dieselmotorer är förstås svårare, men de är i princip i samma storleksordning. Det var inte förrän i det tredje steget av de europeiska utsläppsnormerna som NOx-utsläppen officiellt listades som en separat post.
De viktigaste förutsättningarna för bildandet av NOx är hög temperatur och rikt syre. Avgastemperaturen för en bensinmotor är något 100 till 200 grader högre än för en dieselmotor, men den är i princip densamma när den passerar genom en sektion av rörledningen till efterbehandlingssektionen.- Den efterföljande behandlingen för att kontrollera NOx utförs huvudsakligen genom en trevägskatalysator. Bland de tre ädelmetallerna kan rodium och Rh katalysera reduktionen av NOx till kvävgas med ett reduktionsmedel vid en relativt låg temperatur. Reduktionsmedlet kan vara antingen H2 eller CO.
Denna typ av reduktionsreaktion är dock starkt beroende av syrekoncentrationen i miljön. När väl syrekoncentrationen överstiger en viss gräns är denna REDOX-reaktion svår att genomföra effektivt. Detta är förutsättningen. Oavsett om det är en bensinmotor eller en dieselmotor kan förbränningsprocessen i grunden delas in i eftersläpningsperioden (tändningsförberedelser), den snabba tändningsperioden (snabb frigöring av energi), och efterförbränningsperioden (bränsle som inte har förbränts helt under den snabba tändningsperioden fortsätter att frigöra energi). Men före efterbränningsperioden för en dieselmotor tror man allmänt att det finns en långsam-bränningsperiod. Under denna period är förbränningen fortfarande snabb och trycket inuti cylindern fortsätter att stiga. Men kolven har passerat den övre dödpunkten och börjat röra sig nedåt, och cylindervolymen fortsätter att öka. Förbränningen måste vara tillräckligt snabb för att tryckökningen ska motverka effekten av cylindervolymexpansionen. Därför är tryckökningshastigheten totalt sett långsammare än under den snabba-bränningsperioden.
Under efterförbränningsperioden, på grund av närvaron av avgaser och mellanprodukter som genereras under den snabba förbränningen och långsamma förbränningsperioderna, har syrekoncentrationen redan börjat sjunka. Om syrekoncentrationen är otillräcklig kommer det att orsaka en kraftig försämring av förbränningen av det kvarvarande bränslet, vilket resulterar i ofullständig förbränning, minskad ekonomisk effektivitet, ökade partikelutsläpp och andra effekter. Detta fenomen med dieselmotorer är ganska allvarligt. Effekten av överladdning kommer att ge många fördelar här (i själva verket är turboladdare nästan standard för dieselmotorer nuförtiden), så dieselmotorer behöver syreberikad förbränning-. Syreberikad-förbränning är dock anledningen till att NOx-kontroll i dieselmotorer är svårare. Med tanke på det tidigare nämnda beroendet av tre-katalysatorer av syrekoncentration, är det orealistiskt för dieselmotorer att använda tre-katalysatorer för bensinmotorer.
Naturligtvis finns det också en motsägelse i att reglera förbränningen i cylindern, det vill säga svårigheten att förena NOx och PM, där den ena stiger och den andra faller. Metoden att behandla NOx med urea kallas SCR (Selective Catalytic Reduction), som har en extremt stark katalytisk selektivitet. De reduktionsmedel som används i SCR kan vara olika ammoniak-baserade ämnen, såsom ammoniakgas (NH3), ammoniakvatten (NH4OH), urea (NH2) (2CO) och till och med lite HC. Vid användning av ammoniak bör arbetstemperaturen ligga inom intervallet 250 till 500 grader C. De relevanta reaktionerna är följande: Om temperaturen är för låg kan reaktionen inte fortsätta effektivt; om den är för hög kommer den att skada katalysatorn och få reduktionsmedlet att oxidera direkt, vilket resulterar i mer förbrukning av reduktionsmedlet och bildning av ny NOx.
Om ammoniakvatten används som reduktionsmedel är effekten enastående. Det kan minska NOx-utsläppen med mer än 95 %. Hela maskinen kräver dock ett mycket komplext styrsystem och lukten av ammoniakvatten är extremt svår att acceptera. Så generellt sett är det bekvämare att använda urea. När vattenlösningen av urea är över 200 grader kommer NH3 att produceras. På så sätt kan NOx effektivt behandlas genom injektions- och kontrollsystemet.
ECU:n beräknar NOx-utsläppskoncentrationen baserat på dieselmotorns rotationshastighet och bränsleinsprutningsvolym, uppskattar NOx-omvandlingshastigheten genom ureateorin och temperaturen på SCR-katalysatorn, och beräknar den nödvändiga mängden NH3. Slutligen erhålls den aktuella erforderliga ureainjektionsvolymen genom förhållandet mellan NH3 och urea.
Effektiviteten är ganska stor. Omräkningskursen som krävs av Euro IV är endast 50 %.
När det gäller utsläpp är kombinationen av för-behandlings- och efterbehandlingstekniken- också ganska speciell, och en kompromiss måste göras mellan prestanda och kostnad.
