Зачем дизельным двигателям система Bluetec

Разработчики не гнушаются ничем, чтобы сделать свои автомобили еще более экологичными: химичат с солнечными батареями, электрическими и гибридными приводами и колдуют над водородными технологиями. Многие из этих разработок просочились на сборочную линию, а некоторые остались доживать свой век, получив воплощение исключительно в прототипах. И, кстати говоря, технология Bluetec, которую концерн Mercedes-Benz использует на своих дизельных автомобилях, хотя и не является прорывной, все же неплохо очищает выхлопные газы.

Грех сомневаться в эффективности этой системы. Судите сами, благодаря ей, без изменений в конструкцию двигателей, соответствующих стандартам Евро-3, удалось достичь уровня выбросов, который по содержанию оксидов азота с большим запасом вписывается в стандарты Евро-5 и даже Евро-6, при минимальных перенастройках топливной аппаратуры. Как же функционирует это технологическое чудо?

Многие современные автомобили имеют трехходовые катализаторы. Они устроены достаточно просто, доступны в производстве, отличаются долговечностью и, к слову, отлично справляются со своей задачей. В таких катализаторах платина и палладий “борются” с CO (угарным газом) и CH (углеводородами), а родий ”борется» с NO (оксидами азота). Если опустить подробности, в результате работы “противогаза” происходит окисление или восстановление этих токсичных компонентов до диоксида углерода CO2, азота N2 и воды. И хотя разработчики научились очень эффективно бороться со злонамеренной “троицей”, при очистке выхлопных газов дизельных двигателей у химиков возникли кое-какие сложности.

Особенности смешивания в дизельном двигателе таковы, что при его работе выделяются не только перечисленные вредные компоненты, но и огромное количество сажи, которая, кстати, способствует росту раковых клеток. И это еще не все! Особенность дизеля заключается в том, что если уменьшить долю сажи в выхлопе, то содержание NOx, наоборот, начнет резко увеличиваться. И наоборот. При этом уклон в ту или иную сторону зависит не только от совершенства процесса смешивания, но и от режима работы.

Таким образом, для комплексной очистки дизельных выхлопов требуется комплексная система, в состав которой входят несколько компонентов. Таких систем, к слову, было выпущено довольно много — с ними в свое время экспериментировали Toyota, Citroen и Mitsubishi. Среди них есть несколько очень интересных примеров, но, увы, в большинстве случаев они по своей сложности напоминают гидролизные установки нефтеперерабатывающего завода. Они не только громоздкие и тяжелые, но и настолько дорогущие, что их использование в массовом производстве ставит под вопрос рентабельность.

Но вот от сажи удалось достаточно быстро избавиться и при этом существенно сэкономить. Инженеры-химики разработали специальные противосажевые фильтры, который сегодня можно увидеть на большом количестве современных дизелей. CO и CH на этих двигателях эффективно уничтожаются с помощью обычных катализаторов окисления. Но как насчет NOx? В некоторых режимах работы дизеля его количество может так увеличиться, что станет практически невозможно подстроить его под нормы Евро-4, а тем более Евро-6.

Решение нашли специалисты Mercedes со своей технологией Bluetec. Благодаря данной системе очистки выхлопных газов, которая оказалась самой простой и наиболее эффективной среди себе подобных, позволила приспособить дизельные двигатели под перспективные суперстрогие стандарты токсичности по всем показателям, включая оксиды азота. Однако не каждый знает, что под знаком Bluetec на автомобилях Mercedes и Chrysler используют не один, а три подтипа системы, которые имеют кардинальные различия. 

Вначале DaimlerChrysler запустил серию автомобилей с системой, которая включала впрыск искусственной мочевины AdBlue в выхлопное отверстие. В течение нескольких месяцев тестировщики катали автомобили по дорогам Европы и Америки, прежде чем поняли, что система жизнеспособна и может быть использована на серийных автомобилях. В начале 2005 года серийные дизельные грузовики концерна оснащались такими системами. Затем технологию позаимствовали автобусы. А не так давно к ним присоединились и легковые автомобили, например, внедорожник Mercedes-Benz GL или Mercedes E 320 CDI Bluetec.

Грузовая версия Bluetec является самой простой и работает таким образом: специальный активный реагент AdBlue, представляющий собой водный раствор мочевины (вода + аммиак), подается в выхлопное отверстие и смешивается с выхлопными газами.

Затем эта дикая смесь поступает в специальный катализатор SCR (Selective Catalytic Reduction). Здесь аммиак из AdBlue вступает во взаимодействие с оксидами азота под воздействием катализирующих химических веществ при температуре около 250-300°C. В результате NOx “разлагается” на безвредный азот и воду. Конечно, здесь догорают и другие вредные компоненты. 

Вариация Bluetec, которую устанавливают на внедорожник Vision GL 320 Bluetec, куда более сложная. Почти сразу после выпускного коллектора выхлопные газы попадают в катализатор окисления, который объединен с сажевым фильтром. К слову, в этом комбинированном “очистителе” нет ничего особенного — большинство современных дизельных двигателей оснащены как раз таким. В нем платина и палладий “борются” с CO и CH, а фильтр улавливает и окисляет твердые частицы углерода, то есть сажу.

Затем полуочищенный выхлоп поступает в смесительную камеру и смешивается с реагентом AdBlue. В катализаторе SCR осуществляется заключительная стадия очистки.

Расход искусственной мочевины не так велик, как кажется — каких-то 0,1 литра на 100 километров. Поэтому 20-литрового бака с AdBlue вполне достаточно для пробега более 20 тысяч километров. Это означает, что запас может пополняться каждый раз во время прохождения планового технического обслуживания. Аналогичная ситуация и с грузовиками, но, конечно, на километр требуется гораздо больше жидкости.

У Bluetec есть и минусы. И дело не только в цене — система крайне “капризна” в плане качества топлива и способна нормально функционировать исключительно на дизельном топливе с минимальным содержанием серы. Кроме того, такая система доставляет много забот в ходе технического обслуживания. Есть и еще один весомый минус — раствор AdBlue замерзает уже при 11,5°C.

Поэтому использовать сверхчистые дизели, работающие с реагентом AdBlue, можно только в тех регионах, где минимальная температура не опускается ниже -5-8°C, в европейских странах с относительно мягким климатом и южных штатах Америки.

Зная об этих недостатках, концерн Mercedes в свое время решил заняться разработкой системы без использования мочевины. Так появился еще один вариант, который, кстати, уже используется на седанах Mercedes E320 CDI Bluetec и универсалах. Здесь разработчики пошли другим путем — они слегка изменили характер впрыска во всех режимах с помощью электроники. И решили пропустить выхлопные газы через четырехступенчатую систему очистки, но без жидкого реагента.

Эта система состоит из каталитического нейтрализатора окисления платины, противосажевого фильтра и двух SCR-катализаторов, которые “борются” только с оксидами азота. Автомобили с такой системой очисткой можно купить только в США и позволяют подогнать состав оксидов азота в выхлопе под самые строгие калифорнийские стандарты. Кстати, нормы по концентрации оксидов азота NOx, принятые в государстве, примерно соответствуют уровню Евро-5.

Будущее технологии BlueTEC видится светлым. Но до сих пор лидером по производству таких автомобилей является концерн Mercedes-Benz. К слову, Volkswagen когда-то входил в состав консорциума, но позже концерн по каким-то причинам решил отказаться следовать актуальным тенденциям. Хотя продажи автомобилей с технологией BlueTEC только стартовали, нет никакой гарантии, что другие производители не сделают нечто подобное в будущем.

Оригинальная статья на сайте ДРАЙВ: https://www.drive.ru/technic/4efb331400f11713001e3775.html