Mercedes-Benz BlueTec kerfið: Hvernig það hreinsar útblástur dísilvéla

Bílaframleiðendur hafa lengi sóst eftir hreinni og umhverfisvænni ökutækjum — gert tilraunir með sólarrafhlöður, rafmagns- og tvinndrifrásir og vetnistækni. Sum þessara framþróunarverkefna komust í fjöldaframleiðslu; önnur komust aldrei lengra en á frumgerðarstigið. Ein tækni sem komst þó á færibandið — og skipti raunverulegu máli — er Mercedes-Benz BlueTec. Þótt hún sé ekki bylting er BlueTec afar áhrifaríkt útblásturshreinsikerfi fyrir dísilvélar sem hefur hjálpað dísilbílum að uppfylla nokkrar af ströngustu útblásturskröfum heims.

Hvers vegna dísilvélar þurfa sérhæft útblásturshreinsikerfi

Flestir nútímabílar með bensínvél treysta á þríþættan hvarfakút — tiltölulega einfalda, ódýra og endingargóða lausn. Inni í honum hlutleysa platína og palladín CO (kolmónoxíð) og CH (kolvetni), á meðan ródín tekst á við NOx (köfnunarefnisoxíð). Með oxun og afoxun er þessum eitruðu efnum breytt í koltvísýring (CO₂), köfnunarefni (N₂) og vatnsgufu.

Dísilvélar fela hins vegar í sér grundvallarlega ólíka áskorun. Bruni þeirra framleiðir ekki aðeins CO, CH og NOx, heldur einnig umtalsvert magn af sótögnum — fínum kolefnisögnum sem vitað er að örva vöxt krabbameinsfrumna. Það sem gerir útblástur dísilvéla sérstaklega erfiðan að hreinsa er lykilmálamiðlun:

• Minnka sót → NOx-gildi hækka verulega
• Minnka NOx → sótgildi aukast
• Þetta jafnvægi breytist eftir vinnsluham vélarinnar, ekki bara eftir eldsneytisblöndunni

Þetta þýðir að til að taka á útblæstri dísilvéla þarf fjölþrepa hreinsikerfi — eitthvað mun flóknara en einn þríþættur hvarfakútur.

Fyrstu tilraunir til hreinsunar á dísilútblæstri

Nokkrir stórir framleiðendur — þar á meðal Toyota, Citroën og Mitsubishi — gerðu tilraunir með samþætt hreinsikerfi fyrir dísilútblástur. Sumar þessara lausna voru tæknilega áhrifamiklar, en flestar áttu við sömu vandamálin að stríða:

• Of mikil stærð og þyngd
• Hár framleiðslukostnaður
• Flækjustig sambærilegt við búnað í iðnaðar­olíuhreinsunarstöðvum
• Vafasöm hagkvæmni fyrir fjöldaframleidda fólksbíla

Verkfræðingum tókst að leysa sótvandann tiltölulega fljótt og ódýrt — með sótögnasíum fyrir dísil (DPF), sem nú eru staðalbúnaður í flestum nútíma dísilvélum. Ásamt hefðbundnum oxunarhvarfakútum sem ráða við CO og CH, leysti þetta tvo af þremur helstu mengunarvöldum. En NOx var áfram þrálátt vandamál, einkum við mikið álag þar sem gildin geta rokið langt yfir Euro-4 eða Euro-6 mörkin.

Hvað er Mercedes-Benz BlueTec?

BlueTec er séreignartækni Mercedes-Benz til eftirmeðhöndlunar á dísilútblæstri. Hún var hönnuð til að færa dísilvélar — þar á meðal þær sem upphaflega voru smíðaðar samkvæmt Euro-3 staðli — í fullt samræmi við NOx-mörk Euro-5 og jafnvel Euro-6, með lágmarksbreytingum á vélinni sjálfri. Það er eftirtektarvert verkfræðilegt afrek.

Það sem margir átta sig ekki á er að BlueTec er ekki eitt kerfi — það nær yfir þrjár ólíkar undirgerðir, hver hönnuð fyrir mismunandi tegund ökutækja eða markað. Allar þrjár voru notaðar í ökutækjum frá Mercedes-Benz og Chrysler.

BlueTec gerð 1: Þvagefnisinnsprautun fyrir vörubíla og rútur

DaimlerChrysler kynnti fyrst þvagefnistengda BlueTec tækni árið 2002 og ók frumgerðum á evrópskum og amerískum vegum í nokkra mánuði til prófunar við raunaðstæður. Snemma árs 2005 voru fjöldaframleiddir dísilvörubílar búnir kerfinu. Rútur fylgdu í kjölfarið og á endanum færðist tæknin yfir í fólksbíla á borð við Mercedes-Benz GL jepplinginn og Mercedes E 320 CDI BlueTec.

Þessi útgáfa af BlueTec virkar með eftirfarandi ferli:

1. AdBlue innsprautun — Fljótandi hvarfefni sem kallast AdBlue (vatnslausn af þvagefni — vatn auk ammóníaks) er sprautað beint inn í útblástursstrauminn
2. Hvarf í SCR-hvarfakút — Blanda útblásturs og AdBlue fer inn í valvíst afoxunarhvarfakút (SCR), þar sem ammóníak hvarfast við köfnunarefnisoxíð við um það bil 250–300°C
3. Skaðlausar afurðir — NOx er brotið niður í skaðlaust köfnunarefni (N₂) og vatnsgufu; önnur skaðleg efni eru einnig oxuð

BlueTec gerð 2: Fullkomið fjölþrepa kerfi fyrir Vision GL 320

Útgáfan sem sett var upp í Vision GL 320 BlueTec jepplingnum er háþróaðri og bætir við síun fyrir SCR-þrepið. Hreinsiferli hennar virkar í fjórum skrefum:

1. Oxunarhvarfakútur + sótögnasía — Útblástursloft fer í gegnum samsetta einingu strax eftir útblásturgreinina; platína og palladín hlutleysa CO og CH, á meðan sían fangar og oxar sótagnir
2. Blöndunarhólf — Hálfhreinsaður útblásturinn er blandaður við AdBlue hvarfefni
3. SCR-hvarfakútur — NOx er afoxað í köfnunarefni og vatn, eins og í vörubílaútgáfunni
4. Hreinn útblástur losaður — Aðeins eftir þetta fjölþrepa ferli fara loftin út um pústið

AdBlue notkun og viðhald

Einn af hagnýtu kostum BlueTec þvagefniskerfisins er furðu lítil AdBlue notkun. Fyrir fólksbíla er AdBlue notkun um það bil 0,1 lítri á hverja 100 km, sem þýðir að venjulegur 20 lítra tankur dugar fyrir yfir 20.000 km — nóg til að fylla á við hverja áætlaða þjónustuskoðun. Vörubílar nota hlutfallslega meira, en meginreglan er sú sama.

Takmarkanir AdBlue-byggða BlueTec kerfisins

Þrátt fyrir virkni sína fylgja þvagefnisinnsprautunarútgáfu BlueTec nokkrir áberandi ókostir:

• Næmi fyrir eldsneytisgæðum — Kerfið krefst dísilolíu með afar lágu brennisteinsinnihaldi og virkar illa með lakara eldsneyti
• Aukin viðhaldsflækja — Áfylling og umsjón AdBlue geymisins bætir við enn einu viðhaldsverkefni
• Frostmark — AdBlue lausn frýs við −11,5°C, sem gerir kerfið óhentugt í köldu loftslagi

Af þessum ástæðum henta AdBlue-byggð BlueTec kerfi best í hlýrra loftslagi þar sem hitastig helst yfir −5 til −8°C — svo sem í Suður-Evrópulöndum og bandarískum ríkjum á borð við Kaliforníu, þar sem útblásturreglur eru með þeim ströngustu í heimi.

BlueTec gerð 3: Þvagefnislaus lausn fyrir kalt loftslag

Til að taka á frostvandanum þróuðu verkfræðingar Mercedes þriðju útgáfu BlueTec sem útrýmir þörfinni fyrir AdBlue alfarið. Þessi útgáfa er notuð í Mercedes E320 CDI BlueTec fólksbíla- og langbaksgerðum, sem seldar voru eingöngu í Bandaríkjunum.

Í stað innsprautunar fljótandi hvarfefnis treystir þetta kerfi á rafrænt stýrða eldsneytisinnsprautun í öllum vinnsluhömum, ásamt fjögurra þrepa útblásturshreinsiferli:

1. Platínu-oxunarhvarfakútur — Ræður við CO og kolvetnaútblástur
2. Sótögnasía fyrir dísil — Fangar og brennir burt sót
3. SCR-hvarfakútur #1 — Hefur afoxun NOx
4. SCR-hvarfakútur #2 — Lýkur afoxun NOx til að uppfylla útblásturskröfur Kaliforníu (nokkurn veginn jafngildar Euro-5)

Framtíð BlueTec og útblásturstækni dísilvéla

Þegar BlueTec kom fyrst fram festi það Mercedes-Benz rækilega í sessi sem leiðtoga í hreinni dísiltækni fyrir fólksbíla. Volkswagen var um stutt skeið hluti af þróunarsamstarfi áður en það dró sig út af óupplýstum ástæðum. Hvort aðrir framleiðendur muni þróa sambærileg kerfi á eftir að koma í ljós — en BlueTec setti viðmiðið fyrir það sem hreinsun dísilútblásturs gæti raunhæft afrekað í stórum stíl.

Það sem BlueTec sannaði umfram allt er að hægt er að gera dísilvélar raunverulega hreinar — ekki með endurhönnun vélarinnar, heldur með snjallri fjölþrepa eftirmeðhöndlun. Það er arfleifð sem vert er að viðurkenna.

Þetta er þýðing. Þú getur lesið frumtextann hér: https://www.drive.ru/technic/4efb331400f11713001e3775.html