Система Mercedes-Benz BlueTec: как она очищает выхлопные газы дизельных двигателей

Автопроизводители давно стремятся к созданию более чистых и экологичных автомобилей — экспериментируя с солнечными панелями, электрическими и гибридными силовыми установками, а также водородными технологиями. Некоторые из этих разработок дошли до серийного производства; другие так и не вышли за рамки прототипов. Одна технология, которая всё же добралась до конвейера и действительно изменила ситуацию, — это Mercedes-Benz BlueTec. Не будучи революционным прорывом, BlueTec представляет собой высокоэффективную систему очистки выхлопных газов для дизельных двигателей, которая помогла дизельным автомобилям соответствовать одним из самых строгих экологических норм в мире.

Почему дизельным двигателям нужна специализированная система очистки выхлопных газов

Большинство современных бензиновых автомобилей оснащены трёхкомпонентным каталитическим нейтрализатором — относительно простым, доступным и долговечным решением. Внутри него платина и палладий нейтрализуют CO (угарный газ) и CH (углеводороды), а родий справляется с NOx (оксидами азота). Посредством окисления и восстановления эти токсичные компоненты преобразуются в углекислый газ (CO₂), азот (N₂) и водяной пар.

Дизельные двигатели, однако, представляют принципиально иную задачу. В процессе сгорания они производят не только CO, CH и NOx, но и значительное количество частиц сажи — мелких углеродных частиц, способствующих росту раковых клеток. Особую сложность очистки дизельных выхлопов обусловливает ключевой компромисс:

• Снижение сажи → резкий рост NOx
• Снижение NOx → увеличение уровня сажи
• Этот баланс меняется в зависимости от режима работы двигателя, а не только от состава топливной смеси

Это означает, что борьба с дизельными выбросами требует многоступенчатой системы очистки — значительно более сложной, чем единственный трёхкомпонентный катализатор.

Ранние попытки нейтрализации дизельных выхлопов

Ряд крупных производителей — в том числе Toyota, Citroën и Mitsubishi — экспериментировали с интегрированными системами очистки дизельных выхлопов. Некоторые из этих решений были технически впечатляющими, однако большинство страдали одним и тем же набором проблем:

• Чрезмерные габариты и масса
• Высокая стоимость производства
• Сложность, сопоставимая с оборудованием промышленных нефтеперерабатывающих заводов
• Сомнительная пригодность для массовых легковых автомобилей

Инженерам удалось относительно быстро и недорого решить проблему сажи — с помощью сажевых фильтров (DPF), ныне ставших стандартом для большинства современных дизельных двигателей. В сочетании с обычными окислительными катализаторами для нейтрализации CO и CH это позволило справиться с двумя из трёх основных загрязнителей. Однако NOx оставался серьёзной проблемой — особенно в режимах высокой нагрузки, когда его уровень может значительно превышать нормы Евро-4 или Евро-6.

Что такое Mercedes-Benz BlueTec?

BlueTec — это фирменная технология дополнительной очистки дизельных выхлопов компании Mercedes-Benz. Она была разработана для приведения дизельных двигателей — в том числе изначально созданных по стандарту Евро-3 — в полное соответствие с нормами NOx по Евро-5 и даже Евро-6, при минимальных изменениях самого двигателя. Это выдающееся инженерное достижение.

Многие не осознают, что BlueTec — не единственная система — она включает три отдельных подтипа, каждый из которых предназначен для определённого типа транспортного средства или рынка. Все три использовались на автомобилях Mercedes-Benz и Chrysler.

BlueTec тип 1: впрыск мочевины для грузовиков и автобусов

DaimlerChrysler впервые представил BlueTec на основе мочевины в 2002 году, проводя испытания прототипов на дорогах Европы и Америки на протяжении нескольких месяцев в реальных условиях. В начале 2005 года системой были оснащены серийные дизельные грузовики. Следом последовали автобусы, а впоследствии технология перешла на легковые автомобили — в частности, Mercedes-Benz GL и Mercedes E 320 CDI BlueTec.

Данная версия BlueTec работает следующим образом:

1. Впрыск AdBlue — жидкий реагент AdBlue (водный раствор мочевины — вода плюс аммиак) впрыскивается непосредственно в поток выхлопных газов
2. Реакция в SCR-катализаторе — смесь выхлопных газов с AdBlue поступает в катализатор селективного каталитического восстановления (SCR), где аммиак вступает в реакцию с оксидами азота при температуре около 250–300°C
3. Безвредные побочные продукты — NOx разлагается до безвредных азота (N₂) и водяного пара; оставшиеся вредные компоненты также окисляются

BlueTec тип 2: усовершенствованная многоступенчатая система для Vision GL 320

Версия, установленная на внедорожнике Vision GL 320 BlueTec, отличается большей сложностью: перед ступенью SCR предусмотрена предварительная фильтрация. Процесс очистки включает четыре этапа:

1. Окислительный катализатор + сажевый фильтр — выхлопные газы проходят через совмещённый блок непосредственно после выпускного коллектора; платина и палладий нейтрализуют CO и CH, а фильтр улавливает и окисляет частицы сажи
2. Смесительная камера — частично очищенные выхлопные газы смешиваются с реагентом AdBlue
3. SCR-катализатор — NOx восстанавливается до азота и воды, как и в грузовой версии
4. Выброс очищенных газов — газы покидают выхлопную трубу только после завершения этого многоступенчатого процесса

Расход AdBlue и техническое обслуживание

Одним из практических преимуществ системы BlueTec на основе мочевины является неожиданно низкий расход AdBlue. Для легковых автомобилей он составляет приблизительно 0,1 л на 100 км, то есть стандартного бака объёмом 20 литров хватает более чем на 20 000 км — достаточно для пополнения при каждом плановом техническом обслуживании. Грузовики расходуют пропорционально больше, однако принцип тот же.

Ограничения системы BlueTec на основе AdBlue

Несмотря на высокую эффективность, версия BlueTec с впрыском мочевины имеет ряд существенных недостатков:

• Чувствительность к качеству топлива — система требует дизельного топлива с ультранизким содержанием серы и плохо работает с топливом более низкого качества
• Усложнение технического обслуживания — необходимость дозаправки резервуара AdBlue добавляет дополнительную задачу при техобслуживании
• Температура замерзания — раствор AdBlue замерзает при −11,5°C, что делает систему непрактичной в холодном климате

По этим причинам системы BlueTec на основе AdBlue лучше всего подходят для тёплого климата, где температура не опускается ниже −5…−8°C, — например, в странах Южной Европы и штате Калифорния (США), где действуют одни из самых строгих экологических норм в мире.

BlueTec тип 3: решение без мочевины для холодного климата

Для устранения проблемы замерзания инженеры Mercedes разработали третий вариант BlueTec, полностью исключающий использование AdBlue. Эта версия применяется на седане и универсале Mercedes E320 CDI BlueTec, которые продаются исключительно в США.

Вместо впрыска жидкого реагента в этой системе используется электронно регулируемый впрыск топлива во всех режимах работы в сочетании с четырёхступенчатым процессом очистки выхлопных газов:

1. Платиновый окислительный катализатор — нейтрализует CO и выбросы углеводородов
2. Сажевый фильтр — улавливает и сжигает сажу
3. SCR-катализатор №1 — начинает восстановление NOx
4. SCR-катализатор №2 — завершает восстановление NOx до соответствия калифорнийским экологическим нормам (приблизительно эквивалентным Евро-5)

Будущее BlueTec и технологий снижения дизельных выбросов

На момент своего появления BlueTec уверенно закрепил за Mercedes-Benz звание лидера в области экологичного дизеля для легковых автомобилей. Volkswagen некоторое время участвовал в консорциуме разработчиков, однако вышел из него по нераскрытым причинам. Создадут ли другие производители сопоставимые системы — покажет время, однако BlueTec задал эталон того, чего можно реально добиться от систем очистки дизельных выхлопов в промышленных масштабах.

Главное, что доказал BlueTec, — это то, что дизельные двигатели могут быть действительно чистыми — не за счёт переработки конструкции двигателя, а благодаря интеллектуальной многоступенчатой последующей обработке выхлопных газов. Это достижение заслуживает признания.

Это перевод. Оригинал можно прочитать здесь: https://www.drive.ru/technic/4efb331400f11713001e3775.html