خودروسازان مدتهاست به دنبال خودروهایی پاکتر و سبزتر هستند — و در این راه با پنلهای خورشیدی، پیشرانههای برقی و هیبریدی، و فناوریهای هیدروژنی آزمایش کردهاند. برخی از این پیشرفتها به تولید انبوه رسیدند؛ برخی دیگر هرگز از مرحله نمونه اولیه فراتر نرفتند. یکی از فناوریهایی که به خط تولید رسید — و تفاوت واقعی ایجاد کرد — Mercedes-Benz BlueTec است. هرچند BlueTec جهشی انقلابی نیست، اما یک سیستم تصفیه گاز خروجی بسیار کارآمد برای موتورهای دیزلی است که به خودروهای دیزلی کمک کرده تا برخی از سختگیرانهترین استانداردهای انتشار آلاینده در جهان را برآورده کنند.
چرا موتورهای دیزلی به سیستم تصفیه اختصاصی گاز خروجی نیاز دارند
اکثر خودروهای بنزینی مدرن از مبدل کاتالیتیک سهراهه استفاده میکنند — راهحلی نسبتاً ساده، مقرونبهصرفه و بادوام. در داخل این سیستم، پلاتین و پالادیوم CO (مونوکسید کربن) و CH (هیدروکربنها) را خنثی میکنند، در حالی که رودیوم با NOx (اکسیدهای نیتروژن) مقابله میکند. از طریق اکسیداسیون و احیا، این اجزای سمی به دیاکسید کربن (CO₂)، نیتروژن (N₂) و بخار آب تبدیل میشوند.
با این حال، موتورهای دیزلی چالشی اساساً متفاوت ایجاد میکنند. فرآیند احتراق آنها نهتنها CO، CH و NOx تولید میکند، بلکه مقادیر قابل توجهی از ذرات دوده — ذرات ریز کربن که به رشد سلولهای سرطانی کمک میکنند — نیز تولید میشود. آنچه تصفیه گاز خروجی دیزل را بهویژه دشوار میکند یک معامله کلیدی است:
- کاهش دوده ← سطح NOx به شدت افزایش مییابد
- کاهش NOx ← سطح دوده افزایش مییابد
- این تعادل بسته به حالت کارکرد موتور تغییر میکند، نه فقط ترکیب سوخت
این بدان معناست که مقابله با آلایندههای دیزل به یک سیستم تصفیه چندمرحلهای نیاز دارد — که بسیار پیچیدهتر از یک کاتالیست سهراهه ساده است.
تلاشهای اولیه برای تصفیه گاز خروجی دیزل
چندین سازنده بزرگ — از جمله تویوتا، سیتروئن و میتسوبیشی — با سیستمهای یکپارچه تصفیه گاز خروجی دیزل آزمایش کردند. برخی از این راهحلها از نظر فنی چشمگیر بودند، اما بیشتر آنها از همان مجموعه مشکلات رنج میبردند:
- حجم و وزن بیش از حد
- هزینههای تولید بالا
- پیچیدگی قابل مقایسه با تجهیزات پالایشگاه صنعتی نفت
- قابلیت استفاده مشکوک برای خودروهای مسافربری تولید انبوه
مهندسان موفق شدند مشکل دوده را نسبتاً سریع و ارزان حل کنند — از طریق فیلترهای ذرات دیزل (DPF)، که اکنون در اکثر موتورهای دیزلی مدرن استاندارد هستند. در ترکیب با کاتالیستهای اکسیداسیون معمولی برای رسیدگی به CO و CH، این دو آلاینده از سه آلاینده اصلی برطرف شدند. اما NOx یک مشکل سرسخت باقی ماند، بهویژه در شرایط رانندگی با بار بالا که سطوح آن میتواند بسیار فراتر از محدودیتهای یورو-۴ یا یورو-۶ افزایش یابد.
Mercedes-Benz BlueTec چیست؟
BlueTec فناوری اختصاصی پس از تصفیه گاز خروجی دیزل مرسدس-بنز است. این سیستم برای آوردن موتورهای دیزلی — از جمله آنهایی که در ابتدا بر اساس استانداردهای یورو-۳ ساخته شدهاند — به تطابق کامل با محدودیتهای اکسید نیتروژن یورو-۵ و حتی یورو-۶ طراحی شده است، با حداقل تغییر در خود موتور. این یک دستاورد مهندسی قابل توجه است.
آنچه بسیاری از مردم متوجه نمیشوند این است که BlueTec یک سیستم واحد نیست — بلکه شامل سه زیرگروه متمایز است، که هر کدام برای نوع خودرو یا بازار متفاوتی طراحی شده است. هر سه در خودروهای مرسدس-بنز و کرایسلر استفاده شدند.
BlueTec نوع ۱: تزریق اوره برای کامیونها و اتوبوسها
DaimlerChrysler اولین بار فناوری BlueTec مبتنی بر اوره را در سال ۲۰۰۲ معرفی کرد و خودروهای نمونه اولیه را برای چندین ماه آزمایش واقعی در جادههای اروپا و آمریکا به کار گرفت. در اوایل سال ۲۰۰۵، کامیونهای دیزلی سریسازیشده به این سیستم مجهز شدند. اتوبوسها هم به دنبال آن آمدند، و در نهایت این فناوری به خودروهای مسافربری مانند مرسدس-بنز GL SUV و Mercedes E 320 CDI BlueTec منتقل شد.
این نسخه از BlueTec از طریق فرآیند زیر کار میکند:
- تزریق AdBlue — یک معرف مایع به نام AdBlue (محلول آبی اوره — آب به علاوه آمونیاک) مستقیماً به جریان گاز خروجی تزریق میشود
- واکنش کاتالیست SCR — مخلوط گاز خروجی-AdBlue وارد یک کاتالیست احیای کاتالیتیکی انتخابی (SCR) میشود، جایی که آمونیاک در دمای حدود ۲۵۰ تا ۳۰۰ درجه سانتیگراد با اکسیدهای نیتروژن واکنش میدهد
- محصولات جانبی بیضرر — NOx به نیتروژن (N₂) و بخار آب بیضرر تجزیه میشود؛ اجزای مضر باقیمانده نیز اکسید میشوند
BlueTec نوع ۲: سیستم چندمرحلهای پیشرفته برای Vision GL 320
نسخه نصبشده بر Vision GL 320 BlueTec SUV پیچیدهتر است و فیلتراسیون بالادستی را پیش از مرحله SCR اضافه میکند. فرآیند تصفیه آن در چهار مرحله انجام میشود:
- کاتالیست اکسیداسیون + فیلتر ذرات — گازهای خروجی بلافاصله پس از منیفولد خروجی از یک واحد ترکیبی عبور میکنند؛ پلاتین و پالادیوم CO و CH را خنثی میکنند، در حالی که فیلتر ذرات دوده را گرفته و میسوزاند
- اتاق اختلاط — گاز خروجی نیمهتصفیهشده با معرف AdBlue مخلوط میشود
- کاتالیست SCR — NOx به نیتروژن و آب احیا میشود، مانند نسخه کامیون
- آزادسازی گاز خروجی پاک — تنها پس از این فرآیند چندمرحلهای، گازها از لوله اگزوز خارج میشوند
مصرف و نگهداری AdBlue
یکی از مزایای عملی سیستم اوره BlueTec، مصرف شگفتانگیز پایین AdBlue است. برای خودروهای مسافربری، مصرف AdBlue تقریباً ۰.۱ لیتر در هر ۱۰۰ کیلومتر است، به این معنی که یک مخزن استاندارد ۲۰ لیتری پوشش بیش از ۲۰٬۰۰۰ کیلومتر را فراهم میکند — کافی برای پر کردن در هر بازه سرویس دورهای. کامیونها به نسبت بیشتر مصرف میکنند، اما اصل کار یکسان است.
محدودیتهای سیستم BlueTec مبتنی بر AdBlue
علیرغم کارایی آن، نسخه تزریق اوره BlueTec با چندین نقص قابل توجه همراه است:
- حساسیت به کیفیت سوخت — سیستم به سوخت دیزلی با گوگرد بسیار پایین نیاز دارد و با سوخت درجه پایینتر عملکرد ضعیفی دارد
- پیچیدگی نگهداری اضافهشده — پر کردن مجدد و مدیریت مخزن AdBlue یک وظیفه نگهداری دیگر اضافه میکند
- نقطه انجماد — محلول AdBlue در دمای منفی ۱۱.۵ درجه سانتیگراد منجمد میشود، که سیستم را در آبوهوای سرد ناکارآمد میکند
به همین دلایل، سیستمهای BlueTec مبتنی بر AdBlue برای آبوهوای گرمتر که دما بالای منفی ۵ تا منفی ۸ درجه سانتیگراد باقی میماند مناسبتر هستند — مانند کشورهای جنوب اروپا و ایالتهایی مانند کالیفرنیا در ایالات متحده آمریکا، که مقررات آلایندگی آنها از سختگیرانهترین مقررات جهان است.
BlueTec نوع ۳: راهحلی بدون اوره برای آبوهوای سرد
برای رفع محدودیت انجماد، مهندسان مرسدس یک نوع سوم از BlueTec توسعه دادند که نیاز به AdBlue را به طور کامل حذف میکند. این نسخه در سدان و استیشن Mercedes E320 CDI BlueTec استفاده میشود که به طور انحصاری در ایالات متحده آمریکا به فروش میرسد.
به جای تزریق معرف مایع، این سیستم به تنظیم الکترونیکی تزریق سوخت در تمام حالتهای کارکرد متکی است، همراه با یک فرآیند تصفیه چهارمرحلهای گاز خروجی:
- کاتالیست اکسیداسیون پلاتینی — با آلایندههای CO و هیدروکربن مقابله میکند
- فیلتر ذرات دیزل — دوده را میگیرد و میسوزاند
- کاتالیست SCR شماره ۱ — احیای NOx را آغاز میکند
- کاتالیست SCR شماره ۲ — احیای NOx را برای تطابق با استانداردهای آلایندگی کالیفرنیا تکمیل میکند (تقریباً معادل یورو-۵)
آینده BlueTec و فناوری کنترل آلایندههای دیزل
در زمان معرفی، BlueTec جایگاه مرسدس-بنز را به عنوان پیشرو در فناوری دیزل پاک برای خودروهای مسافربری به طور قطع تثبیت کرد. فولکسواگن برای مدت کوتاهی بخشی از یک کنسرسیوم توسعه بود، اما به دلایلی که اعلام نشده، از آن خارج شد. اینکه آیا سایر سازندگان سیستمهای قابل مقایسه توسعه خواهند داد یا نه، هنوز مشخص نیست — اما BlueTec معیار آنچه پردازش گاز خروجی دیزل میتواند به طور واقعی در مقیاس بزرگ به دست آورد را تعیین کرد.
آنچه BlueTec بیش از هر چیز ثابت کرد این است که موتورهای دیزلی میتوانند واقعاً پاک باشند — نه از طریق طراحی مجدد موتور، بلکه از طریق پردازش هوشمند چندمرحلهای پس از احتراق. این میراثی است که ارزش تأیید دارد.
این یک ترجمه است. میتوانید نسخه اصلی را اینجا بخوانید: https://www.drive.ru/technic/4efb331400f11713001e3775.html
منتشر شده دسامبر 23, 2021 • 6 دقیقه برای مطالعه
