Зачем дизельным двигателям система Bluetec

Виталий Кабышев,
30 ноября 2007.

В будущем существование ДВС, особенно дизельных, без сложных многоступенчатых систем нейтрализации отработавших газов представить трудно. Двигателисты с их играми в качество смесеобразования, похоже, подходят к своему «технологическому пределу», поэтому дальнейшее снижение токсичности выхлопа за химиками.

К каким только ухищрениям не прибегают разработчики, дабы увеличить экологичность своих автомобилей. Мудрят с солнечными батареями, электрическими и гибридными приводами, шаманят с водородными технологиями. Из этих разработок многие просочились на конвейер, а некоторые так и остались доживать свой век, будучи воплощёнными только в опытных образцах. А, между прочим, технология Bluetec, которую Mercedes-Benz применяет на своих дизельных автомобилях, хоть и не является революционной, но зато чистит отработавшие газы как надо.

Эффективность этой системы ставить под сомнение грех. Посудите сами, благодаря её применению инженерам без изменения конструктива двигателей, соответствующих нормам Евро-3, удалось с минимальными перенастройками топливной аппаратуры достичь уровня выбросов, которые по содержанию окислов азота с большим запасом укладываются в нормы Евро-5 и даже Евро-6. Так как же устроено это чудо техники?

Корпус каталитического нейтрализатора выполнен из двойных стенок с жаропрочной оболочкой между ними. Внутри корпуса находятся керамические или металлические «соты», покрытые тонким слоем химически активного вещества — катализатором. В результате работы катализирующего вещества токсичные соединения CO, CH и NOx окисляются или восстанавливаются до углекислого газа СО2, азота N2 и воды Н2О.

На многих современных машинах нынче трудятся трёхкомпонентные нейтрализаторы. Они относительно просты, не слишком дороги в производстве, обладают достаточной долговечностью и, надо сказать, весьма неплохо справляются со своей задачей. В таких катализаторах платина и палладий «воюют» с СО (угарный газ) и СН (углеводороды), а родий «борется» с NO (окислы азота). Если особо не вдаваться в подробности, то результатом работы «противогаза» является окисление или восстановление этих токсичных компонентов до углекислого газа СО2, азота N2 и воды. И если на бензиновых двигателях со зловредной «троицей» научились бороться весьма эффективно, то при очистке выхлопа дизельных моторов химики столкнулись с кое-какими проблемами.

На многие модели автомобилей ставятся двух- или даже трёхкомпонентные нейтрализаторы. Они, как правило, состоят из нескольких секций с различными каталитическими веществами — платиной, родием, палладием.

Всё бы ничего, да только особенности смесеобразования в дизеле таковы, что при его работе выделяются не только перечисленные вредоносные компоненты, но и, плюс ко всему, большое количество сажи, которая, кстати, является «провокатором» роста раковых клеток. И это ещё не всё! Особенность дизельных «движков» такова, что если уменьшить долю сажи в выхлопе, содержание NOx, напротив, начнёт резко возрастать. И наоборот. Причём перевес в ту или иную сторону зависит не только от совершенства процесса смесеобразования, но и от режима работы.

«Соты» каталитического нейтрализатора.

Вот и получается, что для комплексной очистки дизельного выхлопа нужна куда более сложная система, состоящая из нескольких компонентов. И таких систем, надо сказать, было выпущено довольно много — с ними экспериментировали и Toyota, и Citroen, и Mitsubishi. Среди них есть весьма интересные экземпляры, но, к сожалению, по своей сложности они в большинстве случаев напоминают гидролизные установки нефтеперегонного завода. Они не только громоздки и тяжелы, но ещё и дороги до такой степени, что их использование в массовом производстве ставит под вопрос рентабельность.

Дизельные красавцы Аrtego, Actros и Axor выпускаются в различных вариантах и могут соответствовать как нормам Евро-4, так и нормам Евро-5.

Хотя, следует заметить, на сажу управу удалось найти относительно быстро и, главное, дёшево. Химики-инженеры создали специальные накопительные противосажевые фильтры, которые можно видеть сегодня на большом количестве современных дизелей. С СО и СН на этих моторах эффективно борются при помощи обычных окислительных катализаторов. А куда же девать NOx? Ведь его количество при отдельных режимах работы дизеля может настолько увеличиться, что вписать его в нормы Евро-4 и, тем более, Евро-6 становится весьма проблематично.

13-метровый «междугородник» Mercedes-Benz Tourismo, который вышел в прошлом году, соответствует нормам Евро-4.

Ответ дали специалисты компании Mercedes со своей технологией Bluetec. Именно эта система очистки выхлопа, которая среди себе подобных оказалась наиболее простой и удачной, позволила «вписать» дизельные двигатели в перспективные сверхжёсткие нормы токсичности по всем статьям, в том числе и относительно окислов азота. Однако не все знают, что под «вывеской» Bluetec на автомобилях Mercedes и Chrysler применяется не один, а три подвида системы, отличающиеся весьма сильно. Впрочем, давайте обо всём по порядку.

Схема работы системы очистки выхлопа Bluetec на грузовиках Actros.

Первой в серию DaimlerChrysler вывел автомобили с системой, которая предполагала впрыск в выпускной тракт искусственной мочевины AdВlue. Опытные образцы с мочевинной технологией Bluetec концерн выпустил на дороги в 2002 году. На протяжении нескольких месяцев испытатели гоняли машины по дорогам Европы и Америки, прежде чем поняли, что система дееспособна и может применяться на серийных автомобилях. Уже в начале 2005 года серийные дизельные грузовики концерна оснащались такими системами. Потом технология потихоньку перекочевала на автобусы. А не так давно к ним присоединились и легковушки, например, внедорожник Mercedes-Benz GL или Mercedes E 320 CDI Bluetec.

А это не что иное, как дозирующее устройство, которое контролирует подачу мочевины AdBlue в выхлопную трубу грузового Actros.

Грузовой вариант Bluetec наиболее простой и работает следующим образом: специальный активный реагент AdВlue, который представляет собой водный раствор мочевины (вода + аммиак), при помощи специального дозатора подаётся в выпускной тракт и перемешивается с выхлопными газами.

Mercedes для заправки ёмкостей автомобиля мочевиной оснастил собственные центры обслуживания и некоторые заправочные станции специальными колонками.

Далее эта «адская» смесь попадает в специальный нейтрализатор SCR (Selective Catalytic Reduction) избирательного действия. Здесь аммиак из AdBlue под влиянием катализирующих веществ при температуре около 250–300°С вступает в химическую реакцию с окислами азота. В результате чего NOx «разбирается» на безобидные азот и воду. Естественно, здесь дожигаются и остальные вредные компоненты.

А вот вариант, устанавливаемый на внедорожник Vision GL 320 Bluetec, более навороченный. Работает эта версия так: практически сразу после выпускного коллектора отработавшие газы попадают в окислительный катализатор, который совмещён с противосажевым фильтром. Кстати, ничего особенного этот совмещённый «очиститель» собой не представляет — большинство современных дизельных моторов оснащается именно такими. В нём платина и палладий «борются» с СО и СН, а фильтр задерживает, а потом окисляет твёрдые частицы углерода, то есть сажи.

Составные части системы нейтрализации с применением мочевины, устанавливаемые на легковые автомобили.

Так многоступенчатая система очистки выхлопа скомпонована на внедорожнике Mercedes-Benz Vision GL 320 Bluetec.

Затем полуочищенный выхлоп попадает в смесительную камеру выпускного тракта и смешивается с реагентом AdBlue. Заключительная стадия очистки проходит в избирательном катализаторе SCR точно так же, как на «грузовой» модификации системы. И только после такой многоступенчатой очистки выхлопные газы «отпускают на волю».

Vision GL 320 Bluetec (справа) показали во время Детройтского автосалона в 2006 году. Дизельная V-образная «шестёрка» CDI развивает 211 лошадей и 540 ньютон-метров крутящего момента. При этом уровень загрязняющих веществ мотора соответствует нормам Евро-4. Трёхтонная махина с этим «движком» расходует в смешанном режиме 9,4 литра дизельного топлива на сто километров.

Расход искусственной мочевины не так велик, как может показаться сначала — всего около 0,1 литра на 100 километров. Следовательно, 20-литрового бака с AdBlue, вполне хватает на пробег более 20 тысяч километров. А это значит, что запас можно пополнять каждый раз при выполнении планового ТО. С грузовиками ситуация аналогичная, только жидкости на километр пути, конечно же, уходит несколько больше.

Прототип с длинным названием Bluetec Jeep Grand Cherokee Engineering Concept с трёхлитровым дизелем CRD был представлен Крайслером на Детройтском автошоу в прошлом году. Насчёт серийного производства таких автомобилей американская компания пока помалкивает.

Есть, разумеется, у «жидкостной» Bluetec и недостатки. И речь не только о цене — система крайне прихотлива к качеству топлива и способна нормально работать только на солярке с минимальным содержанием серы. Кроме того, такая система доставляет лишние хлопоты при обслуживании. Есть и ещё одна трудность — раствор AdВlue замерзает уже при минус 11,5°С.

На Mercedes GL 320 Bluetec, а также Bluetec Jeep Grand Cherokee Engineering Concept и других легковушках с мочевинной технологией бак с реагентом ушёл в подполье.

Поэтому сверхчистые дизели, работающие с реагентом AdBlue, актуальны в регионах, где минимальная температура не опускается ниже минус 5–8°С. То есть в относительно тёплых европейских странах или южных штатах Америки. К примеру, в озабоченной проблемами экологии Калифорнии.

Mercedes-Benz Vision C 220 Bluetec немцы представили миру весной 2007 года, буквально за неделю до Женевского автосалона. Мотор этого седана «коптит» настолько чисто, что удовлетворяет требованиям Евро-6, которые вступят в силу только в 2015 году.

Зная об этих недостатках, Mercedes в своё время озадачился разработкой системы без использования мочевины. Так родился ещё один вариант, который, кстати, уже применяется на седанах и универсалах Mercedes E 320 CDI Bluetec. Здесь разработчики пошли по иному пути — при помощи электроники они несколько изменили характер впрыска на всех режимах. И решили подвергнуть выхлопные газы четырёхступенчатой очистке, без применения жидкого реагента.

А так устроена четырёхступенчатая система очистки газов без использования мочевины (Mercedes E 320 CDI Bluetec).

Система эта состоит из платинового окислительного каталитического нейтрализатора, противосажевого фильтра и двух SCR-катализаторов, которые «сражаются» исключительно с окислами азота. С такой четырёхступенчатой очисткой автомобили продаются исключительно на территории США и позволяют дотянуть состав окислов азота в выхлопе до строжайших калифорнийских стандартов. Кстати, принятые в штате Шварценеггера нормы по концентрации окислов азота NOx примерно соответствуют уровню Евро-5.

А это, собственно, рентген Mercedes E 320 CDI Bluetec с системой, в которой применена последовательная четырёхступенчатая очистка выхлопа без использования мочевины. Судьба этого Мерса весьма забавна, ведь изначально автомобиль запретили продавать на территории Калифорнии из-за несоответствия экологическим нормам. Однако, немного поработав над ошибками, немцы всё-таки прорвались на автомобильный рынок южного штата.

В будущем технологии Bluetec сейчас сомнений уже нет. Но пока что лидером по выпуску таких машин является Mercedes-Benz. Кстати, в консорциум Bluetec некогда входил ещё и Volkswagen, но позже концерн почему-то решил отказаться идти в ногу со своими коллегами. Тем не менее продажи машин с Bluetec только начинаются, и не факт, что остальные производители в перспективе не будут делать что-то подобное. Правда, к России всё это пока, как обычно, не относится — с нашим-то качеством солярки…

В этом году во Франкфурте Mercedes представил S-400 Bluetec Hybrid. Интересна разработка тем, что в ней воедино соединены две экотехнологии: гибридный привод и многоступенчатая система очистки выхлопа с применением реагента AdBlue. Старания инженеров привели к тому, что автомобиль с запасом укладывается в нормы Евро-6. Скажем по секрету, инженеры из Штутгарта к 2009 году готовятся выпустить в серию ML 450 Hybrid и E300 Bluetec Hybrid.

Кстати, Scania и MAN готовят мерседесовской технологии довольно сильную альтернативу. Они пообещали представить V-образную дизельную «восьмёрку» с технологией EGR, которая будет соответствовать Евро-5 уже в 2008 году. «Шестигоршковые» дизели с «пятым Евро» у них уже есть. Правда, надо заметить, что Scania и MAN делают упор не на SCR-технологии (как в Bluetec), а на более точное управление фазированным впрыском и каталитическую систему очистки с рециркуляцией (возвратом обратно в камеру сгорания) отработавших газов.

Источник: drive.ru