Применение мочевины в дизельном двигателе

Современные экологические нормы устанавливают строгие ограничения на значения выбросов загрязняющих веществ в выхлопных газах дизельного двигателя. Это заставляет инженеров искать новые решения, для соответствя стандартам. Одним из них было использование мочевины для дизельного топлива в системе очистки выхлопных газов SCR (Selective Catalytic Reduction). Двигатели Daimler, в которых используется эта технология, называются Bluetec.

Что такое система SCR

Экологический протокол Euro 6 действует в 28 странах ЕС с 2015 года. Согласно новому стандарту, производители автомобилей, производящие дизельные двигатели, предъявляют строгие требования, поскольку дизельные двигатели наносят огромный ущерб окружающей среде и здоровью человека, выбрасывая в атмосферу сажу и оксиды азота.

Если использование трехкомпонентного каталитического нейтрализатора достаточно для очистки выхлопных газов бензинового двигателя, более сложное устройство нейтрализации токсичных соединений в выхлопных газах необходимо для дизельного двигателя. Эффективность очистки выхлопных газов дизельных двигателей от CO (монооксида углерода), CH (углеводородов) и частиц сажи увеличивается при высоких температурах сгорания, тогда как NOx, напротив, снижается. Решением этой проблемы стало введение в выхлопную систему катализатора SCR, который использует мочевину для дизеля в качестве основы для разложения токсичных соединений оксида азота (NOx).

С целью снижения вредных выбросов инженеры разработали специальную систему очистки дизелей — Bluetec. Комплекс состоит из трех законченных систем, каждая из которых фильтрует токсичные соединения и расщепляет вредные химические соединения:

• Катализатор — нейтрализует CO и CH.
• Сажевый фильтр — задерживает частицы сажи.
• Каталитический нейтрализатор SCR — снижает выбросы NOx с помощью мочевины.

Первая система очистки была использована на Mercedes-Benz для грузовых и легковых автомобилей. Сегодня многие производители переводят свои автомобили на новую систему очистки и используют мочевину в дизельных двигателях, чтобы соответствовать строгим требованиям экологического контроля.

Техническая мочевина AdBlue

Конечный продукт метаболизма млекопитающих — мочевина, известен с XIX века. Диомид угольной кислоты синтезируется из неорганических соединений и широко используется в сельском хозяйстве. В автомобильной промышленности раствор технической жидкости Adblue в качестве активного реагента при очистке токсичных выхлопных газов от оксидов азота.

Adblue состоит из 40% мочевины и 60% дистиллированной воды. Композиция впрыскивается в систему SCR в патрубок через который проходят выхлопные газы. Происходит реакция разложения, при которой оксид азота распадается на безвредные молекулы азота и воды.

Технический мочевина для дизеля — Adblue не имеет ничего общего с мочевиной карбамидом, который используется в агропромышленном секторе и в фармакологии.

Эдблю в дизельном двигателе

Жидкостная система нейтрализации токсичных выхлопов или нейтрализатор SCR — это замкнутая система, через которую протекает дизельный выхлоп, не содержащий сажи. Жидкость Adblue наливается в автономный резервуар и вводится в выхлопной патрубок в отмеренной дозе перед поступлением в нейтрализатор.

Смешанный газ поступает в блок нейтрализации SCR, где происходит химическая реакция разложения оксида азота за счет аммиака в мочевине. В сочетании с оксидом азота молекулы аммиака расщепляют его на компоненты, безвредные для человека и окружающей среды.

После полного цикла очистки в атмосферу выбрасывается минимальное количество загрязняющих веществ, параметр выбросов соответствует протоколам Евро-5 и Евро-6.

Принцип работы системы очистки дизельного выхлопа

Полная система очистки выхлопных газов дизельного двигателя состоит из каталитического нейтрализатора, сажевого фильтра и системы SCR. Принцип действия очистки поэтапно:

1. Выхлопные газы попадают в каталитический нейтрализатор и сажевый фильтр. Сажа фильтруется, частицы топлива выгорают, а окись углерода и углеводороды удаляются.
2. Форсунка используется для впрыска определенного количества AdBlue в соединение между сажевым фильтром и нейтрализатором SCR. Молекулы мочевины распадаются на аммиак и изоциановую кислоту.
3. Аммиак соединяется с оксидом азота, наиболее вредным компонентом отработанного дизельного топлива. Молекулы расщепляются, что приводит к образованию воды и азота. Безвредные выхлопные газы выбрасываются в атмосферу.

Состав мочевины для дизеля

Несмотря на кажущуюся простоту жидкости для дизельного двигателя, самостоятельно приготовить мочевину используя органическое удобрение невозможно. Формула молекулы мочевины (NH2) 2CO, физически представляет собой белый кристалл без запаха, растворимый в воде и полярных растворителях (жидкий аммиак, метанол, хлороформ и т. д.).

Для европейского рынка жидкость производится под контролем VDA (Немецкая ассоциация автомобильной промышленности), которая выдает лицензии компаниям-производителям, некоторые из которых поставляют жидкость для внутреннего рынка.

В России контрафакция под брендом AdBlue составляет более 50%. Итак, покупая мочевину для дизельного двигателя российского производства, необходимо руководствоваться маркировкой «Соответствие ISO 22241-2-2009».

Плюсы и минусы

Преимущества использования мочевины очевидны — только с этим реагентом система очистки выхлопных газов дизельного двигателя SCR может полноценно функционировать и соответствовать требованиям Стандарт Евро 6.

Помимо защиты окружающей среды, к преимуществам очистки мочевины можно отнести следующие моменты:

• ее расход для легковых автомобилей составляет всего 100 г на 1000 км;
• система SCR интегрирована в современные дизельные автомобили;
• в некоторых странах налог на использование транспортного средства снижается, если установлена система очистки мочевиной, а риск наложения штрафа отсутствует.

К сожалению, у системы есть и недостатки:

• точка замерзания мочевины около -11 ° C;
• необходимость регулярной дозаправки;
• стоимость автомобиля увеличивается;
• большое количество поддельной жидкости Adblue;
• повышенные требования к качеству топлива;
• дорогостоящий ремонт компонентов системы.

Интегрированная система очистки мочевиной, встроенная в дизельные автомобили, остается единственным способом снижения токсичных выбросов. Трудности в эксплуатации, высокая стоимость реагентов для грузовиков, некачественная жидкость и дизельное топливо означают, что многие водители предпочитают отключать систему и устанавливать эмуляторы.

Однако важно понимать, что мочевина остается единственным реагентом для дизеля, который предотвращает выброс оксида азота в окружающую среду, который может привести к развитию рака.

Мочевина для дизеля: зачем нужна, состав и работа системы SCR в двигателе

По мере ужесточения требований к чистоте выхлопа дизельных двигателей конструкторы столкнулись с противоречиями в работе трёх основных систем снижения вредных выбросов. Нейтрализация окислов азота требует уменьшения температуры на выпуске, с чем справляется рециркуляция выхлопных газов EGR, а очистка от окиси углерода и сажи при помощи катализаторов и сажевых фильтров наоборот, повышает температуру.

Как итог, борьба за экологию дизеля зашла в определённый тупик.

Предназначение системы SCR

Аббревиатура SCR означает селективную каталитическую работу по разложению окислов азота уже после их образования, в отличие от мер по предотвращению их появления, то есть без нежелательного снижения температуры.

Таким способом удаётся весьма радикально уничтожить ядовитые соединения азота с кислородом, используя довольно простое вещество – мочевину, а также специальный каталитический нейтрализатор с соответствующими органами управления и контроля.

Что такое мочевина в двигателе

В системе принято применять не чистую мочевину, а так называемый раствор AdBlue, в составе которого карбамид занимает примерно треть по удельной массе. Остальное – хорошо очищенная от посторонних минеральных примесей вода.

Состав заливается в отдельный бак, откуда и расходуется путём дозированного впрыска во выпускной тракт.

Предназначение

При попадании раствора мочевины в выхлопные газы двигателя происходит несколько реакций:

• выхлопные газы обладают достаточно высокой температурой для разложения карбамида на аммиак и углекислый газ;
• промежуточные продукты реакции, возникающие из-за нестабильной температуры выхлопа, также в конечном счёте образуют аммиак;
• при прохождении через SCR-катализатор аммиак реагирует с окислами азота, в результате чего образуется чистый азот и водяной пар;
• углекислота, водяной пар и азот могут выбрасываться в атмосферу, поскольку являются обычными её составляющими.

Результатом всего происходящего будет значительная нейтрализация вредных окислов азота, с которыми очень трудно бороться в высокофорсированных дизельных моторах с турбонаддувом. Любые другие способы снижают экономичность, удельную мощность, и обходятся ещё дороже.

Состав

Система достаточно сложна и состоит из целого ряда компонентов:

• бак, в котором хранится запас мочевины, пополняемый при заправке автомобиля, горловина выведена наружу с применением мер, максимально исключающих заливание туда дизтоплива;
• блок управления системой впрыска AdBlue;
• насос, создающий давление раствора на клапане впрыска в выхлопную трубу перед катализатором SCR;
• датчики содержания окислов азота до и после катализатора;
• обратная магистраль слива излишков от дозатора с клапаном;
• датчики температуры в баке и магистрали впрыска;
• датчик температуры выхлопных газов;
• датчик уровня мочевины в баке;
• фильтры подаваемого в дозатор раствора;
• датчики и клапаны регулировки температуры циркулирующей жидкости;
• катализатор SCR.

В состав входят два контура регулирования – по количеству впрыскиваемого раствора и его температуре. Компоненты системы могут подогреваться жидкостью из системы охлаждения двигателя, за чем следят соответствующие датчики и блок управления. Нельзя допускать широкого изменения температуры мочевины, тем более её замерзания.

Количество подаваемого раствора определяется блоком управления, куда поступает информация о режиме работы двигателя, в частности о температуре отработанных газов.

Нужное количество измеряется клапанами дозатора при фиксированном давлении насоса, остальное циркулирует по обратной магистрали, одновременно подогревая бак. Возможно применение и электроподогрева магистралей.

Каталитический нейтрализатор представляет собой сотовую конструкцию с нанесёнными на керамику благородными металлами, на поверхности которых и происходят каталитические реакции.

Сам материал катализатора при этом не расходуется. При продувании через него выхлопных газов с активными веществами на выходе получаются допустимые по нормам Евро-5 и Евро-6 компоненты.

Помимо управления процессом, блок ведёт и непрерывный контроль за техническим состоянием системы. При выявлении неисправностей высвечивается соответствующий индикатор на приборной панели, сигнализирующий об отключении системы.

Последствия могут быть разными, от значительного ограничения отдачи двигателя до полной невозможности его пуска.

Плюсы и минусы системы

К достоинствам впрыска мочевины относятся:

• относительная простота решения проблемы экологичности дизелей повышенной эффективности;
• незначительный дополнительный расход мочевины, не идущий ни в какое сравнение с экономическим эффектом от снижения расхода дизельного топлива, полученного безбоязненным повышением термического режима процессов в цилиндрах;
• совместимость с катализаторами снижения СО, сажевыми фильтрами и системой EGR;
• возможность повышения мощности двигателей с одновременным улучшением экономичности.

Но в практической эксплуатации подобных перспективных технологий начали выявляться недостатки, раздражающие потребителей, особенно водителей-профессионалов:

• качественный раствор AdBlue не везде доступен по приемлемой цене;
• возникают дополнительные сложности зимой, поскольку эта жидкость в типичной концентрации замерзает при снижении температуры после 10 градусов мороза;
• возможно появление паров аммиака, вызывающих раздражение дыхательных путей, да и при попадании на кожу раствор проявляет свою едкость;
• на рынке имеется много поддельных канистр с AdBlue, применение которых вызывает отказы техники, в том числе и с дорогостоящими последствиями;
• дополнительная система впрыска усложняет автомобиль и снижает его надёжность;
• возможно проникновение паров аммиака в глушитель, а оттуда и в атмосферу, что помимо неприятного запаха может повлечь нарушение установленных экологических норм, в стандарте Евро-6 количество аммиака в выхлопе уже жёстко регламентировано;
• при снижении эффективности катализатора начинает неприемлемо расти расход мочевины.

Всё это часто приводит к нелегальному отключению владельцами системы с применением переделанных прошивок ЭБУ двигателя или эмуляции её нормальной работы всевозможными «обманками».

Как выбрать AdBlue

Попадание в бак для мочевины посторонних веществ или дизельного топлива категорически недопустимо и может привести к дорогостоящему ремонту. Кроме того, заливать можно только раствор определённого состава, который производится по лицензии немецкого патентообладателя. Другим способом качество не гарантируется.

Производители контрафакта часто обходят правовые ограничения, не употребляя на канистрах обозначение AdBlue и указывая в рекламе, что их продукт выполняет те же функции, но имеет при этом намного меньшую цену.

После заправки подобными веществами случались отказы узлов системы впрыска, а также дорогих катализаторов. Даже если физически поломок не будет, то система скорее всего по информации своих датчиков заметит несоответствие и перейдёт в аварийный режим.

Поэтому все заявления о 100% аналоге стоит проигнорировать. Тем более не стоит надеяться на самостоятельное изготовление раствора из одноимённого сельскохозяйственного удобрения.

Конечно, изготовители контрафакта могут отражать на этикетках и зарегистрированный торговый знак AdBlue, и ссылку на производителя, имеющего лицензию от правообладателя (их перечень можно найти в сети). Тут уже всё зависит от честности торговой организации и наличия сертификатов соответствия.

Лицензия выдаётся немецкой организацией VDA. Канистры должны быть герметичны и опломбированы, а срок хранения не превышать одного года. Разницы между грузовым и легковым использованием нет, как и между марками автомобилей.