Mercedes BlueTec
Экологические требования к двигателям поэтапно повышаются. Дизели уже не могут обойтись без систем нейтрализации выхлопных газов. BlueTec от компании «Даймлер» – один из самых передовых вариантов такой системы.
История
Для «подгонки» под прежние экостандарты разработчики дизельных моторов повышали качество смесеобразования. Теперь этот путь достиг своего технологического предела. Системы электронного управления впрыском (КоммонРэйл) также модернизировать некуда. Поэтому дальнейшее снижение токсичности выхлопных газов взяли на себя не мотористы, а химики.
Разработок в начале 2000-х было много, у всех ведущих автопроизводителей. Однако, в большинстве случаев, система получалась слишком сложной и дорогой. Не для массового производства. Одним из прорывных решений в данном направлении стала технология BlueTec Mercedes. Её компания «Даймлер» впервые представила в 2006 году. На легковых машинах «Мерседес» классов Е и GL.
С 2010 года технология применяется также на микроавтобусах и фургонах «Мерседес Спринтер». Всего же она была успешно внедрена на 14 моделей автомобилей компании.
Принцип работы
Главный элемент системы – каталитический нейтрализатор (SCR). У него двойные стенки; между ними – жаропрочная оболочка. Внутри – сеточки из металла или керамики, с нанесённым на них слоем химреагента. Он окисляет токсичные газы, содержащиеся в выхлопе (С0, N0x, СН). Эта химическая реакция преобразует их в N2 – азот, С02 – углекислый газ и Н20 – воду.
Реагент, используемый в Mercedes BlueTec – это раствор AdВlue. Он на 67,5% состоит из воды и на 32,5% – из технической мочевины. Это не то же самое, что мочевина карбамид, которую используют как удобрение. Основным её компонентом является аммиак. AdВlue заливается в отдельный бачок и подаётся в выпускной тракт мелкими дозами.
Необычно выглядят две заливных горловины под лючком: для дизтоплива и для реагента.
Не менее необычны и действия автомобиля, если AdВlue закончится. Тогда глушить мотор нельзя, иначе он больше не заведётся. Но это маловероятно. Расход синтетической мочевины не превышает 100 гр. на 100 км пути. То есть, 20-литрового бака AdBlue хватает более чем на 20 тысяч километров.
Однако система Блютек на Мерседесе – это не только SCR, а модульная концепция. Она включает в себя ещё и сажевый фильтр, и систему N0x –абсорберов (DeN0x ). Поэтапно происходит такая комплексная очистка выхлопных газов:
- окислительные фильтры снижают содержание СO и НС в выхлопе;
- абсорберы DeN0x удаляют оксиды азота;
- сажа изымается специальным фильтром, и её частицы сжигаются;
- каталитический нейтрализатор SСR превращает «уцелевшие» оксиды азота в азот, углекислый газ, воду.
Разумеется, есть у этой передовой системы и некоторые недостатки. Дело не только в её стоимости. Она «любит» солярку только хорошего качества, очищенную от серы. Пока что не предназначена Мерседес Блютек и для регионов с суровым климатом. Реагент АдБлю замерзает уже при морозе более 12 градусов. Поэтому ведутся разработки новой системы Bluetec. В ней выброс будет также очищаться в четыре этапа. Но без водного раствора мочевины.
Зачем дизельным двигателям система Bluetec
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 , удалось с минимальными перенастройками топливной аппаратуры достичь уровня выбросов, которые по содержанию окислов азота с большим запасом укладываются в нормы и даже . Так как же устроено это чудо техники?
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 проблемами.
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.
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.
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 и, тем более, становится весьма проблематично.
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.
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.
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.
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 °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.
Bluetec система для дизельного двигателя — что такое Bluetec
Конструкторы прибегают к всевозможным ухищрениям, чтобы сделать свои автомобили более экологичными. Автомобиль был разработан с использованием солнечных батарей, электрических и гибридных силовых установок и водородной технологии. Многие из этих решений просочились на производственную линию, а некоторые так и остались доживать свой век, будучи внедренными лишь в прототипы. Кстати, технология Bluetec, которую Mercedes-Benz использует в своих дизельных автомобилях, хоть и не является революционной, но достаточно хорошо очищает выхлопные газы.
Грех сомневаться в эффективности этой системы. Судите сами, благодаря его использованию инженерам удалось достичь уровня выбросов, который за счет оксидов азота остается в пределах стандартов Евро-5 и даже Евро-6 с минимальными изменениями в топливной аппаратуре. Как же устроено это чудо инженерной мысли?
Bluetec система для дизельного двигателя — что такое Bluetec
Корпус каталитического нейтрализатора изготовлен из двойных стенок, между которыми находится жаропрочная оболочка. Внутри тела находятся керамические или металлические «соты», покрытые тонким слоем химически активного вещества — катализатора. В результате действия каталитического агента токсичные соединения CO, CH и NOx окисляются или восстанавливаются до углекислого газа CO2, азота N2 и воды H2O.
Трехкомпонентные системы нейтрализации
Сегодня трехкомпонентные системы нейтрализации используются во многих современных автомобилях. Они относительно просты, не слишком дороги в производстве, обладают достаточной прочностью и, надо сказать, неплохо справляются со своей задачей. В этих катализаторах платина и палладий «борются» с CO (угарным газом) и CH (углеводородами), а родий «борется» с NO (оксидами азота). Если не вдаваться в подробности, то в «противогазе» эти токсичные компоненты окисляются или восстанавливаются до углекислого газа CO2, азота N2 и воды. Если с вредоносным «трио» на бензиновых двигателях химики научились бороться довольно успешно, то при очистке выхлопа дизельных двигателей они столкнулись с некоторыми проблемами.
Катализатор с системой Bluetec
Многие модели автомобилей оснащены двух- или даже трехкомпонентными нейтрализаторами. Обычно они состоят из нескольких секций с различными катализаторами — платиной, родием, палладием.
Все бы ничего, но особенность образования дизельной смеси такова, что при ее работе выделяются не только упомянутые вредные компоненты, но и, кстати, большое количество сажи, которая является «провокатором» роста раковых клеток. И это еще не все! Особенностью дизельных двигателей является то, что при уменьшении доли сажи в выхлопных газах, наоборот, содержание NOx начинает резко возрастать. И наоборот. Отметим, что преимущество в ту или иную сторону зависит не только от совершенства процесса смешивания, но и от режима работы.
«Соты» катализатора
Bluetec для дополнительной очистки дизельных выхлопов
Таким образом, получается, что для комплексной доочистки дизельных выхлопов требуется более сложная система, состоящая из нескольких компонентов. Надо сказать, что таких систем было разработано довольно много — Toyota, Citroen и Mitsubishi экспериментировали с ними. Среди них есть очень интересные примеры, но, к сожалению, в большинстве случаев по своей сложности они напоминают гидролизные установки нефтеперерабатывающих заводов. Они не только громоздки и тяжелы, но и дороги настолько, что их использование в массовом производстве ставит под сомнение их экономическую эффективность.
Стандарты Евро-4 и Евро-5 с системой Bluetec
Дизельные красавцы Artego, Actros и Axor доступны в различных версиях и могут соответствовать стандартам Евро-4 и Евро-5.
Хотя, надо отдать должное, им удалось найти решение проблемы сажи относительно быстро и, что самое главное, дешево. Инженеры-химики разработали специальные накопительные сажевые фильтры, которые сейчас можно встретить в большом количестве современных дизельных двигателей. С CO и HC в этих двигателях эффективно справляются обычные катализаторы окисления. Но как насчет NOx? Ведь его количество при определенных режимах работы дизельного двигателя может увеличиваться настолько, что становится проблематичным соблюдение стандартов Евро-4 или тем более Евро-6.
Mercedes-Benz Tourismo с системой Bluetec на Евро-4
13-метровый Mercedes-Benz Tourismo, выпущенный в прошлом году, соответствует стандартам Евро-4.
Ответ пришел от Mercedes с его технологией Bluetec. Именно эта система доочистки выхлопных газов, самая простая и успешная в своем роде, позволила дизельным двигателям вписаться в перспективу самых жестких стандартов по всем статьям, включая оксиды азота. Однако не все знают, что под «знаменем» Bluetec в автомобилях Mercedes и Chrysler используется не один, а три подвида системы, которые существенно отличаются друг от друга. Но сначала.
Система очистки выхлопных газов Bluetec в модели Actros.
Компания DaimlerChrysler первой внедрила эту систему, которая основана на впрыске искусственной мочевины AdBlue в выхлопную систему. Корпорация выпустила прототипы технологии мочевины Bluetec на дороги в 2002 году. Потребовалось несколько месяцев дорожных испытаний в Европе и Америке, прежде чем система оправдала себя и могла быть запущена в производство. К началу 2005 года дизельные грузовики компании уже были оснащены этой системой. Затем эта технология была спокойно перенесена на междугородние и международные автобусы. А совсем недавно эта технология была распространена на легковые автомобили, такие как внедорожник Mercedes-Benz GL и Mercedes E 320 CDI Bluetec.
Bluetec на дизельм двигателе AdBlue
А это не что иное, как дозирующее устройство, контролирующее подачу мочевины AdBlue в выхлопную трубу грузовика Actros.
Описание системы Bluetec — как работает
Грузовая версия Bluetec является самой простой и работает следующим образом: специальный активный агент AdBlue, который представляет собой водный раствор мочевины (вода + аммиак), впрыскивается в выхлопную трубу через специальное дозирующее устройство и смешивается с выхлопными газами.
Описание системы Bluetec — как работает
Mercedes оснастил собственные сервисные центры и некоторые станции технического обслуживания специальными дозаторами для заправки баков мочевиной.
Затем эта «адская» смесь поступает в специальный нейтрализатор SCR (Selective Catalytic Reduction). Здесь аммиак из AdBlue под воздействием каталитических веществ при температуре около 250-300°C вступает в химическую реакцию с оксидами азота. В результате NOx «расщепляется» на безвредный азот и воду. Разумеется, остальные вредные компоненты также подвергаются дожиганию.
Bluetec для легкого автомобиля
А вариант, устанавливаемый на внедорожник Vision GL 320 Bluetec, еще более умен. Эта версия работает следующим образом: практически сразу после выпускного коллектора выхлопные газы поступают в окислительный каталитический нейтрализатор, который совмещен с сажевым фильтром. Кстати, в этом комбинированном «очистителе» нет ничего особенного — большинство современных дизельных двигателей оснащены им. Платина и палладий «борются» с CO и CH, в то время как фильтр улавливает и затем окисляет твердые частицы углерода, т.е. сажу.
Bluetec для легкового автомобиля
Элементы системы нейтрализации на основе мочевины, устанавливаемые на легковые автомобили.
многоступенчатая система доочистки выхлопных газов
Так выглядит многоступенчатая система доочистки выхлопных газов, установленная на внедорожнике Mercedes-Benz Vision GL 320 Bluetec.
Затем частично очищенный выхлопной газ поступает в смесительную камеру выхлопной системы и смешивается с AdBlue. Последняя стадия очистки происходит в селективном каталитическом нейтрализаторе SCR, как и в «грузовом» варианте системы. Только после этого многоступенчатого процесса очистки выхлопные газы «выпускаются».
История создания системы Bluetec
История создания системы Bluetec
Модель Vision GL 320 Bluetec (справа) была показана на Детройтском автосалоне 2006 года. Дизельный V6 CDI развивает 211 л.с. и 540 Нм крутящего момента. При этом уровень загрязнения окружающей среды соответствует нормам Евро-4. Трехтонный махаон с таким «двигателем» расходует 9,4 литра дизельного топлива на сто километров в смешанном режиме.
Расход искусственной мочевины не так велик, как может показаться на первый взгляд — всего около 0,1 литра на 100 километров. Это означает, что 20-литрового бака AdBlue хватит более чем на 20 000 километров пробега. Это означает, что вы можете пополнять бак при каждом регулярном обслуживании. Для грузовых автомобилей ситуация аналогична, но количество жидкости на километр пробега несколько выше.
Bluetec на Jeep Grand Cherokee
Давно названный прототип Bluetec Jeep Grand Cherokee Engineering Concept с трехлитровым дизельным двигателем CRD был представлен Chrysler на автосалоне в Детройте в прошлом году. Американский конгломерат умалчивает о серийном производстве таких автомобилей.
Проблемы и минусы системы Bluetec
Конечно, у Bluetec есть и отрицательные стороны. И дело не только в цене — система очень требовательна к качеству топлива и может нормально работать только на топливе с минимальным содержанием серы. Кроме того, система громоздка в обслуживании. Другая проблема заключается в том, что раствор AdBlue замерзает уже при температуре минус 11,5°C.
Проблемы и минусы системы Bluetec
В Mercedes GL 320 Bluetec, а также в Jeep Grand Cherokee Engineering Concept с Bluetec и других автомобилях с технологией мочевины бак для реагентов ушел под землю.
Поэтому ультрачистые дизели с AdBlue актуальны в регионах, где минимальная температура не опускается ниже минус 5-8 градусов Цельсия. То есть в относительно теплых европейских странах или южных штатах Америки. Например, в экологически неблагополучной Калифорнии.
Mercedes-Benz Vision C 220 Bluetec
Немцы представили миру Mercedes-Benz Vision C 220 Bluetec весной 2007 года, буквально за неделю до Женевского автосалона. Двигатель этого седана «дымит» настолько чисто, что соответствует требованиям Евро-6, которые вступят в силу только в 2015 году.
Осознавая эти недостатки, Мерседес приступил к разработке системы без мочевины того времени. Поэтому был создан еще один вариант, который, кстати, уже используется в седанах и универсалах Mercedes E 320 CDI Bluetec. Здесь разработчики пошли другим путем — с помощью электроники они слегка изменили схему впрыска во всех режимах. Они также решили подвергнуть выхлопной газ четырехступенчатой очистке без использования жидкого реагента.
Четырехступенчатая система очистки выхлопа Bluetec
Именно так построена четырехступенчатая система доочистки без мочевины (Mercedes E 320 CDI Bluetec).
Он состоит из платинового окислительного каталитического нейтрализатора, сажевого фильтра и двух каталитических нейтрализаторов SCR, которые «борются» исключительно с оксидами азота. Автомобили, оснащенные такой четырехступенчатой системой очистки выхлопных газов, продаются исключительно в США и соответствуют самым строгим стандартам по составу оксидов азота в выхлопных газах в Калифорнии. Кстати, стандарты NOx, принятые в штате Калифорния, примерно соответствуют уровню Евро-5.
Как выглядит система Bluetec на автомобиле в виде схемы
Как устроена системы Bluetec очистки выхлопа автомобиля
А это на самом деле X-Ray Mercedes E 320 CDI Bluetec с системой последовательной четырехступенчатой очистки выхлопных газов без мочевины. Судьба этого Mercedes довольно забавна, поскольку изначально автомобиль был запрещен к продаже в Калифорнии за несоответствие экологическим стандартам. Однако после небольшой работы над ошибками немцы ворвались на автомобильный рынок южного штата целиком.
Теперь нет никаких сомнений в будущем технологии Bluetec. Но пока лидером в производстве таких автомобилей является Mercedes-Benz. Кстати, в консорциум Bluetec раньше входил и Volkswagen, но потом по какой-то причине конгломерат решил не отставать от своих коллег. Тем не менее, продажи автомобилей Bluetec только начинаются, и нет уверенности, что другие производители не сделают нечто подобное в будущем. Все это, однако, как обычно, не относится к России — с нашим дизельным качеством…..
Как устроена системы Bluetec очистки выхлопа автомобиля
В этом году во Франкфурте Mercedes представил модель S-400 Bluetec Hybrid. Эта разработка интересна тем, что в ней сочетаются две экологические технологии: гибридная система привода и многоступенчатая система очистки выхлопных газов с использованием AdBlue. Усилия инженеров привели к тому, что автомобиль с отрывом соответствует стандартам Евро-6. Откроем секрет, штутгартские инженеры готовятся выпустить ML 450 Hybrid и E300 Bluetec Hybrid к 2009 году.
Scania и MAN, кстати, готовят технологии Mercedes довольно сильную альтернативу. Они объявили о выпуске дизеля V8 с технологией EGR, который будет соответствовать стандарту Евро-5 уже в 2008 году. «Они уже имеют «шестипроходные» дизели стандарта Евро 5. Однако следует отметить, что Scania и MAN не используют технологию SCR (как Bluetec), но имеют более точный контроль фаз впрыска и каталитическую систему доочистки с рециркуляцией выхлопных газов.»
Если мочевина ударила в голову: что такое SCR, BlueTEC, AdBlue или DeNOxtronic и зачем это надо?
Ещё не так давно непонятная заливная горловина на некоторых «немцах» вызывала удивление, а объяснение про мочевину – сдержанное хихиканье. Прошли годы, и упоминание системы SCR вызывает не глупые смешки, а благородный гнев владельцев машин с этой самой системой. Думали, ничего хуже EGR и сажевого фильтра придумать уже нельзя, а оказалось, что можно. Так что такое – эта самая мочевина? Для чего она нужна и что делать, если что-то в этой системе перестаёт работать?
Покой нам только снится
Всё началось с того, что на современных автомобилях с дизельными моторами слишком много систем, задачами которых стала борьба за экологию. Не думайте, что я противник «зелёных», но если эти системы начинают воевать друг против друга, то что-то в них есть что-то определённо порочное. А воюют они насмерть.
Вот, например, система рециркуляции EGR. Для чего она нужна? В первую очередь – для снижения температуры отработавших газов. Тут вроде бы всё просто: чем выше температура, тем больше в газах оксидов азота NO. А они – штука действительно вредная. И EGR, снижая температуру, довольно успешно с ними борется.
Но тем временем интенсивность партикуляции (появления твёрдых частиц в газах) тоже зависит от температуры. Только в обратную сторону: чем температура выше, тем ниже содержание твёрдых частиц (читай – сажи). Но ведь есть EGR… И вот тут эта система наоборот приносит вред: снижая температуру, она помогает расти количеству сажи. Обидно. Что делать?
Выход, конечно же, нашли: стали ставить сажевые фильтры. Они терпеливо собирают в себе то, что натворила EGR – несгоревшую сажу. Вроде бы всё прекрасно, но нет.
Со временем сажевый фильтр забивается. Его как-то надо прочистить. А как? Правильно, пойти логическим путём – сжечь всё, что в него забилось. Наступить, так сказать, на горло системе EGR и запредельно поднять температуру отработавших газов. Для этого есть режим регенерации сажевого фильтра. Реализуется он по-разному, но смысл всегда одинаковый: в выпуск подаётся дополнительная порция солярки, которая там сгорает и выжигает почти всю гадость, которая скопилась в сажевом фильтре. Правда, для этого необходимы некоторые условия: машина должна на более-менее постоянной и достаточно высокой скорости ехать какое-то определённое время. Так что обычно регенерация включается на трассе. Ну а если автомобиль эксплуатируется исключительно в городе, приходится запускать принудительную регенерацию. В этом случае машина просто стоит на месте и дымит, как Москва после безобразий Наполеона. Сажа выгорает, после чего фильтр работает дальше. Прекрасно? Прекрасно, но… да-да, для этого процесса нужна очень высокая температура! А это – оксиды азота и плевок в душу системе EGR. Круг замкнулся, системы экологии опять продолжают свой великий и вечный бой, в котором победителей нет. В конце концов в этом бою умрут все.
Аммиак и все-все-все
«Умирать – так всем!» решили инженеры и придумали систему selective catalytic reduction, которую сокращенно называют SCR, а производители – как-нибудь по-своему (например, BlueTEC, AdBlue или DeNOxtronic). Для чего она нужна? Если вкратце – всё за тем же: для нейтрализации вредных соединений азота. Если поподробнее, то попробуем обойтись без погружения в дебри менделеевщины и объяснить всё на восьми пальцах инженера по технике безопасности токарного цеха.
Итак, кроме бака с соляркой в дизельной машине есть ещё один бак, куда заливается реагент – раствор мочевины в воде. Стандартная концентрация – 32,5% мочевины. Это та самая, простите за выражение, смердящая жижа. Запах у неё действительно неприятный. Оттуда этот реагент под давлением попадает в систему выпуска – в отработавшие газы. Дальше начинается химия: в отработавших газах мочевина разлагается на аммиак и изоциановую кислоту. Изоциановая кислота в свою очередь распадается на опять же аммиак (никакой ошибки нет, аммиак образуется на обеих стадиях распада) и углекислый газ. И вот как раз аммиак нейтрализует оксиды азота. В конце реакции получаются совершенно безвредные вещества: углекислый газ, азот и водяной пар. Это ли не мечта Греты Тунберг?
Основное преимущество использование мочевины – это сохранение достаточно высокой температуры сгорания топливной смеси. То есть партикуляры (сажа по-научному) в её присутствии в большом количестве всё-таки сгорают и не оседают на фильтре. Прекрасно? Почти. Но плачь, Грета, плачь: тут тоже не всё идеально.
Самая большая проблема при использовании мочевины – это её нетерпимость к русским холодам. Уже при -11 градусах Цельсия она замерзает в своём баке. А если замерзает, то и не работает. Скажу по секрету, что отчасти это не так уж плохо, потому что сама по себе эта мочевина здорово воняет и отличается завидной токсичностью.
Второй недостаток – это необходимость эту мочевину покупать и даже возить с собой канистру про запас. Владельцы Кайенов и Гелендвагенов, моющие свои автомобили на мойках самообслуживания, здорово негодуют и печалятся, потому что без мочевины загорается «джеки чан», мотор вываливается в ошибку и иногда просто сообщает, что его пуск невозможен.
Третий недостаток – это относительно сложная конструкция. Дополнительные датчики, форсунка и прочее, что может сломаться – всё это потенциальный риск. А если говорить честнее, то не потенциальный, а вполне даже реальный: иногда всё это ломается. И тогда приходит время что-то в этой системе ремонтировать.
Всё и сразу
Итак, есть несколько проблем: мочевина замерзает, душит жаба её постоянно покупать, выходят из строя компоненты системы. Что со всем этим делать? О, тут народная фантазия просто бурлит. Правда, не всегда в нужном русле.
Разумеется, наиболее правильное решение – это покупать мочевину и следить за работой системы. На самом деле, она не так уж плоха, и что касается снижения выброса оксидов азота, то работает SCR очень эффективно. Но правильно – это иногда дорого. Поэтому на помощь приходит смекалка.
Первым делом люди решили, что систему можно обмануть, залив вместо мочевины воду. Какая ей разница, чего жрать? Жидкое – и ладно. Но система оказалась умнее. И это понятно: датчики оксидов азота перед и после катализатора следят за эффективностью работы мочевины. Если что-то идёт не так, по их команде насос качает всё больше жидкости, пока концентрация NO на выходе не упадёт до нормы. Само собой, воду можно качать бесконечно долго, но ситуация с оксидами азота не улучшится. Система от этого впадает в ступор и выпадает в ошибку. Мотор в аварийном режиме, машина не едет, владелец в расстройстве. Что придумать ещё?
Оk, попробуем по-другому: разбавим мочевину водой. Может, хотя бы расход снизим. Фокус не проходит по той же причине: SCR видит, что работает неэффективно, и добавляет разбавленный реагент до тех пор, пока не начнёт работать как положено. Фиаско.
Хорошо, идём ва-банк: покупаем мочевину в гранулах (её продают как удобрение в виде карбамида) и делаем раствор сами. Пользуемся своей машиной, а если повезёт, то ещё и продать её можно – себестоимость копеечная, почему бы и отбить затраты? Теоретически раствор сделать можно (только воду надо брать деминерализованную, хотя найти такую сложно). Вот только гранулы удобрений для этих целей не подойдут: гранулы обрабатывают таким составом, который полностью отфильтровать не получается. Да и сам состав немного не тот, который нужен для мочевины SCR: в нём слишком много биурета – амида аллофановой кислоты. Можно, конечно, упереться рогом в землю и найти подходящие ингредиенты, но овчинка выделки стоить не будет. Проще будет купить готовую мочевину.
Иногда пытаются обмануть машину, убедив температурный датчик в баке мочевины в том, что она замёрзла. Иногда помогает, но чаще в попытках разморозить мочевину перегорает система её подогрева. Так себе выход из положения.
Есть ещё один радикальный способ: забить на систему и просто ничего не заливать. Ездить машина будет, но медленно. Процентов на 60-70 от того, как она может. В общем, тоже не выход.
Особенно обидно, что все эти эксперименты с водой почти всегда приводят к смерти каких-то элементов SCR. Умирает подогрев, перегорает насос, забивается форсунка. В случае с использованием воды из-под крана и самопальной мочевины можно загубить и катализатор.
Остаётся одно решение: удалить всю систему полностью. Повторю ещё раз: этот выход всё-таки не самый лучший, и будет правильнее поддерживать рабочее состояние SCR. Но уже если совсем прижало, то почему бы и нет. Правда, тут нужно обратить внимание на две вещи: во-первых, удалять мочевину лучше вместе с глушением EGR, а возможно – и с сажевыми фильтрами, во-вторых, придётся программно влезать в диагностику этой системы. Теперь немного подробнее.
Недостаток EGR – очень быстрое загаживание сажей впускного коллектора. Чтобы избежать этого процесса в дальнейшем, лучше всего будет заглушить каналы отработавших газов. Заглушки не дадут саже попадать обратно во впуск. А чтобы забыть о проблеме наверняка, можно заодно удалить и сажевый фильтр. А вот катализатор можно не трогать (если он пока ещё целый).
С программными изменениями ситуация сложнее. Конечно, можно отключить систему диагностики полностью. Часто так и делают: это проще и быстрее всего. Но при этом перестают работать защитные алгоритмы, что само по себе очень плохо, но хуже, что при неполадках в других системах мотора никаких ошибок диагностика не покажет. А это – самая поганая ситуация для диагноста, которому придётся разбираться с машиной. С учётом убитых алгоритмов защиты мотора вероятность попадания в сервис и последующих танцев с бубном (и сканером) вокруг машины очень высока. Поэтому после физического удаления сажевых фильтров, EGR и SCR нужно удалить только их системы диагностики. Для этого приходится покупать A2L-файлы (инженерные карты прошивки, в которых описаны все основные калибровки и константы бинарного файла прошивки) и вносить в них соответствующие изменения. В итоге прошивка не видит только физически удалённые компоненты, а все остальные работают в штатном режиме.
Разумеется, такая работа – удовольствие не самое дешёвое, поэтому обычно ищут что-то подешевле. Да, иногда что-то сделать получается, но только в порядке исключения. Так что полноценное удаление мочевины – это всё-таки дорого.
Ну а лучший способ жить с мочевиной в хороших отношениях – это не пытаться на ней экономить. Система справляется со своими задачами по повышению экологичности выхлопа и почти не портит жизнь другим системам автомобиля (чего не скажешь о EGR), хотя её подводит некоторая сложность исполнения. Так что лучше оставьте всё как есть и обслуживайте систему в хороших сервисах.