Mercedes-Benz BlueTec sistēma: kā tā attīra dīzeļmotoru izplūdes emisijas

Automobiļu ražotāji jau sen cenšas radīt tīrākus, videi draudzīgākus transportlīdzekļus — eksperimentējot ar saules paneļiem, elektriskajiem un hibrīda piedziņas sistēmām, kā arī ūdeņraža tehnoloģijām. Daži no šiem izstrādājumiem sasniedza sērijveida ražošanu, citi nekad netika tālāk par prototipu stadiju. Viena tehnoloģija, kas tiešām nonāca līdz montāžas līnijai un radīja reālas pārmaiņas, ir Mercedes-Benz BlueTec. Lai gan tā nav revolucionārs lēciens, BlueTec ir ļoti efektīva izplūdes gāzu attīrīšanas sistēma dīzeļmotoriem, kas palīdzējusi dīzeļautomobiļiem izpildīt dažus no pasaules stingrākajiem emisiju standartiem.

Kāpēc dīzeļmotoriem nepieciešama specializēta izplūdes gāzu attīrīšanas sistēma

Vairums mūsdienu benzīna automobiļu paļaujas uz trīsvirzienu katalizatoru — salīdzinoši vienkāršu, pieejamu un izturīgu risinājumu. Tā iekšienē platīns un pallādijs neitralizē CO (oglekļa monoksīdu) un CH (ogļūdeņražus), savukārt rodijs apstrādā NOx (slāpekļa oksīdus). Oksidācijas un redukcijas procesā šie toksiskie komponenti tiek pārveidoti par oglekļa dioksīdu (CO₂), slāpekli (N₂) un ūdens tvaikiem.

Tomēr dīzeļmotori rada būtiski atšķirīgu izaicinājumu. To sadegšanas process rada ne tikai CO, CH un NOx, bet arī ievērojamu daudzumu sodrēju daļiņu — smalku oglekļa daļiņu, kas veicina vēža šūnu augšanu. Tas, kas padara dīzeļizplūdes gāzu attīrīšanu īpaši sarežģītu, ir galvenais kompromiss:

• Sodrēju samazināšana → NOx līmenis strauji pieaug
• NOx samazināšana → sodrēju līmenis palielinās
• Šis līdzsvars mainās atkarībā no motora darbības režīma, ne tikai degvielas maisījuma

Tas nozīmē, ka dīzeļmotoru emisiju problēmas risināšanai nepieciešama daudzpakāpju attīrīšanas sistēma — kas ir daudz sarežģītāka nekā viens trīsvirzienu katalizators.

Agrīnie mēģinājumi dīzeļizplūdes gāzu apstrādē

Vairāki lieli ražotāji — tostarp Toyota, Citroën un Mitsubishi — eksperimentēja ar integrētām dīzeļizplūdes gāzu attīrīšanas sistēmām. Daži no šiem risinājumiem bija tehniski iespaidīgi, taču vairumam bija vienas un tās pašas problēmas:

• Pārmērīgs izmērs un svars
• Augstas ražošanas izmaksas
• Sarežģītība, kas salīdzināma ar rūpniecisko naftas pārstrādes iekārtu
• Apšaubāma piemērotība plašam tirgum paredzētiem vieglajiem automobiļiem

Inženieri sodrēju problēmu atrisināja salīdzinoši ātri un lēti — ar dīzeļdaļiņu filtru (DPF) palīdzību, kas tagad ir standarts lielākajā daļā mūsdienu dīzeļmotoru. Kombinācijā ar parastajiem oksidācijas katalizatoriem CO un CH apstrādei, tas risināja divas no trim galvenajām piesārņotāju problēmām. Taču NOx palika sarežģīta problēma, jo īpaši lielas slodzes braukšanas apstākļos, kad līmeņi var krasi pārsniegt Euro-4 vai Euro-6 robežvērtības.

Kas ir Mercedes-Benz BlueTec?

BlueTec ir Mercedes-Benz patentētā dīzeļmotoru izplūdes pēcapstrādes tehnoloģija. Tā izstrādāta, lai dīzeļmotori — tostarp tie, kas sākotnēji būvēti atbilstoši Euro-3 standartiem — pilnībā atbilstu Euro-5 un pat Euro-6 slāpekļa oksīdu robežvērtībām, ar minimālām izmaiņām pašā motorā. Tas ir ievērojams inženierijas sasniegums.

Daudzi cilvēki neapzinās, ka BlueTec nav viena sistēma — tā ietver trīs atšķirīgus apakštipus, katrs izstrādāts cita veida transportlīdzekļiem vai tirgum. Visi trīs tika izmantoti Mercedes-Benz un Chrysler transportlīdzekļos.

BlueTec 1. tips: urīnvielas injekcija kravas automobiļiem un autobusiem

DaimlerChrysler pirmo reizi ieviesa urīnvielas bāzēto BlueTec tehnoloģiju 2002. gadā, vairākus mēnešus veicot reālo apstākļu testus ar prototipu transportlīdzekļiem Eiropas un Amerikas ceļos. 2005. gada sākumā sērijveida dīzeļkravas automobiļi tika aprīkoti ar šo sistēmu. Autobusi sekoja, un galu galā tehnoloģija tika pārnesta uz vieglajiem automobiļiem, piemēram, Mercedes-Benz GL SUV un Mercedes E 320 CDI BlueTec.

Šī BlueTec versija darbojas šādā procesā:

1. AdBlue injekcija — Šķidrais reaģents AdBlue (urīnvielas ūdens šķīdums — ūdens un amonjaks) tiek tieši ievadīts izplūdes plūsmā
2. SCR katalizatora reakcija — Izplūdes-AdBlue maisījums nonāk Selektīvās katalītiskās reducēšanas (SCR) katalizatorā, kur amonjaks reaģē ar slāpekļa oksīdiem aptuveni 250–300°C temperatūrā
3. Nekaitīgi blakusprodukti — NOx tiek sadalīts nekaitīgā slāpeklī (N₂) un ūdens tvaikā; atlikušie kaitīgie komponenti arī tiek oksidēti

BlueTec 2. tips: uzlabota daudzpakāpju sistēma Vision GL 320 modelim

Vision GL 320 BlueTec SUV uzstādītā versija ir sarežģītāka — pirms SCR posma tā pievieno augšupējo filtrēšanu. Tās attīrīšanas process darbojas četros soļos:

1. Oksidācijas katalizators + daļiņu filtrs — Izplūdes gāzes iziet cauri kombinētai vienībai tūlīt aiz izplūdes kolektora; platīns un pallādijs neitralizē CO un CH, savukārt filtrs uztver un oksidē sodrēju daļiņas
2. Sajaukšanas kamera — Daļēji attīrītās izplūdes gāzes tiek sajauktas ar AdBlue reaģentu
3. SCR katalizators — NOx tiek reducēts līdz slāpeklim un ūdens tvaikiem, tāpat kā kravas automobiļu versijā
4. Attīrīto izplūdes gāzu izlaišana — Tikai pēc šī daudzpakāpju procesa gāzes iziet caur izplūdes cauruli

AdBlue patēriņš un apkope

Viena no BlueTec urīnvielas sistēmas praktiskajām priekšrocībām ir pārsteidzoši zems AdBlue patēriņš. Vieglajiem automobiļiem AdBlue patēriņš ir aptuveni 0,1 litri uz 100 km, kas nozīmē, ka standarta 20 litru tvertne nodrošina vairāk nekā 20 000 km — pietiekami, lai uzpildītu pie katra plānotā apkopes intervāla. Kravas automobiļi patērē proporcionāli vairāk, taču princips ir tāds pats.

AdBlue bāzētās BlueTec sistēmas ierobežojumi

Neskatoties uz efektivitāti, urīnvielas injekcijas BlueTec versijai ir vairāki ievērojami trūkumi:

• Jutīgums pret degvielas kvalitāti — Sistēma prasa īpaši zema sēra satura dīzeļdegvielu un darbojas sliktāk ar zemākas kvalitātes degvielu
• Papildu apkopes sarežģītība — AdBlue rezervuāra uzpildīšana un pārvaldība pievieno vēl vienu apkopes uzdevumu
• Sasalšanas temperatūra — AdBlue šķīdums sasalst pie −11,5°C, padarot sistēmu nepraktisko aukstā klimatā

Šo iemeslu dēļ AdBlue bāzētās BlueTec sistēmas vislabāk piemērotas siltākam klimatam, kur temperatūra paliek virs −5 līdz −8°C — piemēram, Dienvideiropas valstīs un ASV štatā Kalifornijā, kur emisiju noteikumi ir vieni no pasaules stingrākajiem.

BlueTec 3. tips: risinājums bez urīnvielas aukstam klimatam

Lai novērstu sasalšanas ierobežojumu, Mercedes inženieri izstrādāja trešo BlueTec variantu, kas pilnībā novērš nepieciešamību pēc AdBlue. Šī versija tiek izmantota Mercedes E320 CDI BlueTec sedana un universāla modeļos, ko pārdod tikai Amerikas Savienotajās Valstīs.

Šķidrā reaģenta injekcijas vietā šī sistēma paļaujas uz elektroniski regulētu degvielas injekciju visos darbības režīmos, kombinācijā ar četrpakāpju izplūdes gāzu attīrīšanas procesu:

1. Platīna oksidācijas katalizators — Apstrādā CO un ogļūdeņražu emisijas
2. Dīzeļdaļiņu filtrs — Uztver un sadedzina sodrējus
3. SCR katalizators Nr. 1 — Sāk NOx reducēšanu
4. SCR katalizators Nr. 2 — Pabeidz NOx reducēšanu, lai izpildītu Kalifornijas emisiju standartus (aptuveni līdzvērtīgi Euro-5)

BlueTec un dīzeļmotoru emisiju tehnoloģijas nākotne

Ieviešanas laikā BlueTec stingri nodibināja Mercedes-Benz kā vadošo uzņēmumu tīras dīzeltehnoloģijas jomā vieglajiem automobiļiem. Volkswagen īslaicīgi bija izstrādes konsorcija dalībnieks, pirms izstājās neizpaužamu iemeslu dēļ. Vai citi ražotāji izstrādās salīdzināmas sistēmas, vēl nav zināms — taču BlueTec noteica etalonu tam, ko dīzeļizplūdes gāzu apstrāde reālistiski var sasniegt lielos apjomos.

Galvenais, ko BlueTec pierādīja, ir tas, ka dīzeļmotori var būt patiesi tīri — ne caur motora pārkonstruēšanu, bet caur intelektīgu daudzpakāpju pēcapstrādi. Tas ir mantojums, ko ir vērts atzīt.

Šis ir tulkojums. Oriģinālu var lasīt šeit: https://www.drive.ru/technic/4efb331400f11713001e3775.html