Сістэма Mercedes-Benz BlueTec: як яна ачышчае выхлапныя газы дызеля

Аўтавытворцы даўно імкнуцца да больш чыстых, экалагічных аўтамабіляў — эксперыментуючы з сонечнымі панэлямі, электрычнымі і гібрыднымі сілавымі ўстаноўкамі, а таксама вадароднымі тэхналогіямі. Некаторыя з гэтых распрацовак дайшлі да масавай вытворчасці; іншыя так і не выйшлі за межы стадыі прататыпа. Адна тэхналогія, якая ўсё ж трапіла на канвеер — і сапраўды зрабіла вынік — гэта Mercedes-Benz BlueTec. Хоць гэта і не рэвалюцыйны скачок, BlueTec з’яўляецца вельмі эфектыўнай сістэмай ачысткі выхлапных газаў для дызельных рухавікоў, якая дапамагла дызельным аўтамабілям адпавядаць адным з самых строгіх у свеце нормаў выкідаў.

Чаму дызельным рухавікам патрэбная спецыялізаваная сістэма ачысткі выхлапу

Большасць сучасных бензінавых аўтамабіляў абапіраюцца на трохкампанентны каталітычны нейтралізатар — адносна простае, недарагое і трывалае рашэнне. Усярэдзіне платына і палладый нейтралізуюць CO (вокіс вугляроду) і CH (вуглевадароды), у той час як родый змагаецца з NOx (аксідамі азоту). Шляхам акіслення і аднаўлення гэтыя таксічныя кампаненты ператвараюцца ў вуглякіслы газ (CO₂), азот (N₂) і вадзяную пару.

Дызельныя рухавікі, аднак, ствараюць прынцыпова іншую праблему. Іх працэс згарання вырабляе не толькі CO, CH і NOx, але і значную колькасць часціц сажы — дробных вугляродных часціц, якія, як вядома, спрыяюць росту ракавых клетак. Што робіць дызельны выхлап асабліва складаным для ачысткі — гэта ключавы кампраміс:

• Паменшыць сажу → узровень NOx рэзка павышаецца
• Паменшыць NOx → узровень сажы павялічваецца
• Гэты баланс змяняецца ў залежнасці ад рэжыму працы рухавіка, а не толькі ад паліўнай сумесі

Гэта азначае, што барацьба з дызельнымі выкідамі патрабуе шматступеньчатай сістэмы ачысткі — нечага значна больш складанага, чым адзіны трохкампанентны каталізатар.

Раннія спробы апрацоўкі дызельнага выхлапу

Некалькі буйных вытворцаў — у тым ліку Toyota, Citroën і Mitsubishi — эксперыментавалі з інтэграванымі сістэмамі ачысткі дызельнага выхлапу. Некаторыя з гэтых рашэнняў былі тэхнічна ўражлівымі, але большасць пакутавала ад аднаго і таго ж набору праблем:

• Празмерны памер і вага
• Высокія выдаткі на вытворчасць
• Складанасць, параўнальная з абсталяваннем прамысловага нафтаперапрацоўчага завода
• Сумнеўная жыццяздольнасць для масавых легкавых аўтамабіляў

Інжынерам удалося вырашыць праблему сажы адносна хутка і танна — з дапамогай дызельных сажавых фільтраў (DPF), якія цяпер з’яўляюцца стандартам для большасці сучасных дызельных рухавікоў. У спалучэнні з традыцыйнымі акісляльнымі каталізатарамі для апрацоўкі CO і CH гэта вырашыла два з трох асноўных забруджвальнікаў. Але NOx заставаўся ўпартай праблемай, асабліва ва ўмовах язды пры высокай нагрузцы, дзе ўзроўні могуць рэзка перавышаць абмежаванні Euro-4 ці Euro-6.

Што такое Mercedes-Benz BlueTec?

BlueTec — гэта ўласная тэхналогія Mercedes-Benz па дадатковай апрацоўцы дызельнага выхлапу. Яна была распрацавана, каб прывесці дызельныя рухавікі — у тым ліку тыя, што першапачаткова былі пабудаваны паводле стандартаў Euro-3 — у поўную адпаведнасць з абмежаваннямі па аксідах азоту Euro-5 і нават Euro-6, з мінімальнымі зменамі самога рухавіка. Гэта выдатнае інжынернае дасягненне.

Чаго многія людзі не разумеюць, дык гэта таго, што BlueTec — гэта не адзіная сістэма: яна ахоплівае тры асобныя падтыпы, кожны з якіх распрацаваны для рознага тыпу аўтамабіляў ці рынку. Усе тры выкарыстоўваліся ў аўтамабілях Mercedes-Benz і Chrysler.

BlueTec тыпу 1: упырскванне мачавіны для грузавікоў і аўтобусаў

DaimlerChrysler упершыню прадставіў тэхналогію BlueTec на аснове мачавіны ў 2002 годзе, запусціўшы прататыпы аўтамабіляў на еўрапейскіх і амерыканскіх дарогах для некалькіх месяцаў выпрабаванняў ва ўмовах рэальнай эксплуатацыі. Да пачатку 2005 года серыйныя дызельныя грузавікі былі абсталяваны гэтай сістэмай. Затым ішлі аўтобусы, і ў выніку тэхналогія перайшла на легкавыя аўтамабілі, такія як пазадарожнік Mercedes-Benz GL і Mercedes E 320 CDI BlueTec.

Гэтая версія BlueTec працуе праз наступны працэс:

1. Упырскванне AdBlue — вадкі рэагент пад назвай AdBlue (водны раствор мачавіны — вада плюс аміяк) упырскваецца непасрэдна ў паток выхлапу
2. Рэакцыя ў каталізатары SCR — сумесь выхлапу і AdBlue паступае ў каталізатар селектыўнага каталітычнага аднаўлення (SCR), дзе аміяк рэагуе з аксідамі азоту прыкладна пры 250–300°C
3. Бясшкодныя пабочныя прадукты — NOx распадаецца на бясшкодны азот (N₂) і вадзяную пару; пакінутыя шкодныя кампаненты таксама акісляюцца

BlueTec тыпу 2: удасканаленая шматступеньчатая сістэма для Vision GL 320

Версія, устаноўленая на пазадарожніку Vision GL 320 BlueTec, больш складаная, дадаючы папярэднюю фільтрацыю перад ступенню SCR. Яе працэс ачысткі працуе ў чатыры этапы:

1. Акісляльны каталізатар + сажавы фільтр — выхлапныя газы праходзяць праз камбінаваны блок адразу пасля выпускнога калектара; платына і палладый нейтралізуюць CO і CH, у той час як фільтр улоўлівае і акісляе часціцы сажы
2. Камера змешвання — напаўачышчаны выхлап змешваецца з рэагентам AdBlue
3. Каталізатар SCR — NOx аднаўляецца да азоту і вады, як у версіі для грузавікоў
4. Выпуск чыстага выхлапу — толькі пасля гэтага шматступеньчатага працэсу газы выходзяць з выхлапной трубы

Спажыванне AdBlue і абслугоўванне

Адной з практычных пераваг сістэмы BlueTec на мачавіне з’яўляецца напэўна нізкае спажыванне AdBlue. Для легкавых аўтамабіляў выкарыстанне AdBlue складае прыкладна 0,1 літра на 100 км, што азначае, што стандартны бак на 20 літраў забяспечвае пакрыццё больш за 20 000 км — дастаткова, каб дапаўняць яго пры кожным запланаваным тэхнічным абслугоўванні. Грузавікі спажываюць прапарцыйна больш, але прынцып той самы.

Абмежаванні сістэмы BlueTec на аснове AdBlue

Нягледзячы на яе эфектыўнасць, версія BlueTec з упырскваннем мачавіны мае некалькі прыкметных недахопаў:

• Адчувальнасць да якасці паліва — сістэма патрабуе дызельнага паліва з звышнізкім утрыманнем серы і дрэнна працуе з палівам ніжэйшай якасці
• Дадатковая складанасць абслугоўвання — дапаўненне і кіраванне рэзервуарам AdBlue дадае яшчэ адну задачу па абслугоўванні
• Тэмпература замярзання — раствор AdBlue замярзае пры −11,5°C, што робіць сістэму непрактычнай у халодным клімаце

Па гэтых прычынах сістэмы BlueTec на аснове AdBlue лепш за ўсё падыходзяць для больш цёплага клімату, дзе тэмпература застаецца вышэй за −5…−8°C — такіх як паўднёваеўрапейскія краіны і штаты ЗША накшталт Каліфорніі, дзе нормы выкідаў з’яўляюцца аднымі з самых строгіх у свеце.

BlueTec тыпу 3: рашэнне без мачавіны для халоднага клімату

Каб вырашыць праблему замярзання, інжынеры Mercedes распрацавалі трэці варыянт BlueTec, які цалкам ліквідуе неабходнасць у AdBlue. Гэтая версія выкарыстоўваецца на седане і ўнівер­сале Mercedes E320 CDI BlueTec, якія прадаюцца выключна ў Злучаных Штатах.

Замест упырсквання вадкага рэагента гэтая сістэма абапіраецца на электронна рэгуляванае ўпырскванне паліва ва ўсіх рэжымах працы ў спалучэнні з чатырохступеньчатым працэсам ачысткі выхлапу:

1. Платынавы акісляльны каталізатар — апрацоўвае выкіды CO і вуглевадародаў
2. Дызельны сажавы фільтр — улоўлівае і выпальвае сажу
3. Каталізатар SCR №1 — пачынае аднаўленне NOx
4. Каталізатар SCR №2 — завяршае аднаўленне NOx для адпаведнасці нормам выкідаў Каліфорніі (прыблізна эквівалентным Euro-5)

Будучыня BlueTec і тэхналогій дызельных выкідаў

На момант свайго прадстаўлення BlueTec цвёрда замацаваў за Mercedes-Benz статус лідара ў галіне чыстай дызельнай тэхналогіі для легкавых аўтамабіляў. Volkswagen на кароткі час уваходзіў у склад кансорцыума па распрацоўцы, перш чым выйсці з яго па нераскрытых прычынах. Ці распрацуюць іншыя вытворцы параўнальныя сістэмы — пакуль застаецца невядомым, але BlueTec задаў планку таго, чаго рэальна можа дасягнуць апрацоўка дызельнага выхлапу ў маштабе.

Што BlueTec даказаў перш за ўсё, дык гэта тое, што дызельныя рухавікі могуць быць сапраўды чыстымі — не праз перапрацоўку рухавіка, а праз інтэлектуальную шматступеньчатую дадатковую апрацоўку. Гэта спадчына, вартая прызнання.

Гэта пераклад. Арыгінал вы можаце прачытаць тут: https://www.drive.ru/technic/4efb331400f11713001e3775.html