Розробники йдуть на будь-які хитрощі, щоб підвищити екологічність своїх автомобілів. Граються з сонячними панелями, електричними та гібридними приводами, возяться з водневими технологіями. Багато з цих розробок просочилися на конвеєр, а деякі залишилися доживати свій вік, втілившись лише в прототипах. І, до речі, технологія Bluetec, яку Mercedes-Benz використовує на своїх дизельних автомобілях, хоч і не є революційною, але якісно очищає вихлопні гази.
Гріх сумніватися в ефективності цієї системи. Судіть самі, завдяки його застосуванню інженерам, не змінюючи конструкцію двигунів, що відповідають нормам Євро-3, вдалося досягти рівня викидів, який за вмістом оксидів азоту вписується в Євро-5 і навіть Євро- 6 стандартів з великим запасом, з мінімальними перенастроюваннями паливної апаратури. Отже, як же працює це технологічне диво?
Багато сучасних автомобілів мають триходові каталізатори. Вони відносно прості, не надто дорогі у виробництві, досить довговічні і, треба сказати, дуже добре справляються зі своїм завданням. У таких каталізаторах платина і паладій «борються» з CO (окис вуглецю) і CH (вуглеводні), а родій «бореться» з NO (оксиди азоту). Якщо не вдаватися в подробиці, результатом роботи «протигаза» є окислення або відновлення цих токсичних компонентів до вуглекислого газу CO2, азоту N2 і води. І якщо розробники навчилися дуже ефективно боротися зі зловмисною «трійцею», хіміки зіткнулися з деякими проблемами при очищенні вихлопу дизельних двигунів.
Все б нічого, але особливості змішування в дизельному двигуні такі, що при його роботі виділяються не тільки перераховані шкідливі компоненти, але і велика кількість нагару, який, до речі, є «провокатором» зростання ракових клітин. І це ще не все! Особливість дизельних двигунів полягає в тому, що якщо зменшити частку сажі у вихлопі, вміст NOx, навпаки, почне різко збільшуватися. І навпаки. Причому ухил в ту чи іншу сторону залежить не тільки від досконалості процесу змішування, але і від режиму роботи.
Ось і виходить, що для комплексного очищення вихлопних газів дизеля потрібна набагато складніша система, яка складається з кількох компонентів. І, треба сказати, таких систем було випущено досить багато – з ними експериментували Toyota, Citroen, Mitsubishi. Серед них є дуже цікаві екземпляри, але, на жаль, за своєю складністю в більшості випадків вони нагадують гідролізні установки нафтопереробного заводу. Вони не тільки громіздкі та важкі, але й настільки дорогі, що рентабельність ставить під сумнів їх використання в масовому виробництві.
Хоча, слід зауважити, знайти рішення від нагару вдалося відносно швидко і, головне, дешево. Інженери-хіміки створили спеціальний накопичувальний сажовий фільтр, який сьогодні можна побачити на великій кількості сучасних дизельних двигунів. CO і CH на цих двигунах ефективно подолаються за допомогою звичайних каталізаторів окислення. Але як щодо NOx? При певних режимах роботи дизеля його кількість може настільки збільшитися, що підігнати його під норми Євро-4, а тим більше Євро-6 стає дуже проблематично.
Відповідь дали фахівці Mercedes з їх технологією Bluetec. Саме ця система очищення вихлопу, яка виявилася найпростішою та найуспішнішою серед подібних, дозволила підлаштувати дизельні двигуни під багатообіцяючі надсуворі стандарти токсичності за всіма показниками, включаючи оксиди азоту. Однак не всі знають, що під знаком Bluetec на автомобілях Mercedes і Chrysler використовується не один, а три підвиди системи, які дуже сильно відрізняються. Але все по порядку.
Спочатку DaimlerChrysler випустив серію автомобілів із системою впорскування штучної сечовини AdBlue у вихлопний отвір. Концерн випустив прототипи з технологією сечовини Bluetec на дороги в 2002 році. Кілька місяців випробувачі їздили на автомобілях по дорогах Європи та Америки, перш ніж вони зрозуміли, що система діє і може використовуватися на серійних автомобілях. Вже на початку 2005 року серійні дизельні вантажівки концерну були оснащені такими системами. Потім технологія потихеньку перекочувала в автобуси. А не так давно до них приєдналися легкові автомобілі, наприклад, Mercedes-Benz GL SUV або Mercedes E 320 CDI Bluetec.
Вантажна версія Bluetec є найпростішою і працює наступним чином: спеціальний активний реагент AdBlue, що представляє собою водний розчин сечовини (вода + аміак), подається у випускний отвір і змішується з вихлопними газами. Потім ця дика суміш потрапляє в спеціальний каталізатор SCR (Selective Catalytic Reduction). Тут аміак з AdBlue хімічно реагує з оксидами азоту під впливом каталізуючих хімікатів при температурі близько 250-300°C. В результаті NOx «розбирається» на нешкідливий азот і воду. Звичайно, тут спалюються і інші шкідливі компоненти.
Опція, встановлена на позашляховик Vision GL 320 Bluetec, є більш складною. Ця версія працює так: практично відразу після випускного колектора вихлопні гази потрапляють в каталізатор окислення, який поєднується з сажовим фільтром. До речі, нічим особливим цей комбінований «очищувач» не відрізняється – саме ним оснащується більшість сучасних дизельних двигунів. У ньому платина і паладій «борються» з CO і CH, а фільтр затримує і потім окислює тверді частинки вуглецю, тобто сажу.
Потім напівочищений вихлоп надходить у змішувальну камеру і змішується з реагентом AdBlue. Остання стадія очищення проходить в каталізаторі SCR так само, як і на вантажівці модифікації системи. І тільки після такої багатоступеневої очистки відпрацьовані гази виходять.
Витрата штучної сечовини не такий великий, як може здатися спочатку – всього близько 0,1 літра на 100 кілометрів. Тому 20-літрового бака з AdBlue цілком достатньо для пробігу понад 20 тисяч кілометрів. Це означає, що запас можна поповнювати щоразу, коли виконується планове технічне обслуговування. Схожа ситуація і з вантажівками, але, звичайно, рідини на кілометр потрібно трохи більше.
Звичайно, у «рідинки» Bluetec є і мінуси. І справа не тільки в ціні – система вкрай «вибаглива» до якості палива і здатна нормально працювати тільки на дизельному паливі з мінімальним вмістом сірки. Крім того, така система викликає зайву суєту під час обслуговування. Є ще одна складність – розчин AdBlue замерзає вже при 11,5°C.
Тому надчисті дизелі, що працюють з реагентом AdBlue, актуальні в регіонах, де мінімальна температура не опускається нижче -5-8°C. Тобто у відносно теплих європейських країнах і південних штатах Америки. Наприклад, у Каліфорнії, яка стурбована екологічними проблемами.
Знаючи про ці недоліки, Mercedes свого часу був спантеличений розробкою системи без використання сечовини. Так народилася ще одна опція, яка, до речі, вже використовується на седанах і універсалах Mercedes E320 CDI Bluetec. Тут розробники пішли іншим шляхом – дещо змінили характер уприскування у всіх режимах за допомогою електроніки. І вирішив піддати вихлопні гази чотириступінчастому очищенню, без використання рідкого реагенту.
Ця система складається з платинового окислювального каталізатора, сажового фільтра і двох SCR-каталізаторів, які «борються» тільки з оксидами азоту. Автомобілі з такою чотириступінчастою очисткою продаються виключно в США і дозволяють підігнати склад оксидів азоту у вихлопі під найсуворіші каліфорнійські стандарти. До речі, прийняті в державі норми концентрації оксидів азоту NOx приблизно відповідають рівню Євро-5.
Майбутнє технології BlueTec зараз не викликає сумнівів. Але поки що лідером у виробництві таких автомобілів є Mercedes-Benz. До речі, Volkswagen колись був частиною консорціуму, але пізніше концерн чомусь вирішив відмовитися від своїх колег. Тим не менш, продажі автомобілів з Bluetec тільки починаються, і немає гарантії, що інші виробники не зроблять щось подібне в майбутньому.
Це переклад. Оригінал можна прочитати тут: https://www.drive.ru/technic/4efb331400f11713001e3775.html
Published December 23, 2021 • 11m to read
