Proč vznětové motory potřebují systém Bluetec — DRIVE

Existenci spalovacích motorů, zejména vznětových motorů, si do budoucna lze jen těžko představit bez složitých vícestupňových systémů dodatečného zpracování výfukových plynů. Zdá se, že se konstruktéři motorů svými hrátkami v kvalitě tvorby směsi blíží svému „technologickému limitu“, takže další snižování toxicity výfukových plynů je na chemicích.

K jakým trikům se vývojáři uchylují, aby zvýšili ekologičnost svých vozů? Hrají si se solárními panely, elektrickými a hybridními pohony a s vodíkovými technologiemi. Mnoho z těchto vývojů uniklo na montážní linku a některé zůstaly žít svůj život, protože byly ztělesněny pouze v prototypech. A mimochodem, technologie Bluetec, kterou Mercedes-Benz používá u svých dieselových vozů, byť není revoluční, čistí výfukové plyny, jak má.

Je hříchem zpochybňovat účinnost tohoto systému. Posuďte sami, díky jeho použití se inženýrům, beze změny konstrukce motorů vyhovujících normám, podařilo s minimální rekonfigurací palivového zařízení dosáhnout úrovně emisí, které jsou z hlediska obsahu oxidů dusíku na dobré úrovni. v rámci norem a dokonce. Jak tedy tento zázrak technologie funguje?

Skříň katalyzátoru je vyrobena z dvojitých stěn s tepelně odolným pláštěm mezi nimi. Uvnitř krytu jsou keramické nebo kovové „voštinové plástve“ potažené tenkou vrstvou chemicky aktivní látky – katalyzátoru. Výsledkem práce katalytické látky jsou toxické sloučeniny CO, CH a NO_x oxidovat nebo redukovat na oxid uhličitý CO₂dusík N₂ a voda N₂O.

Mnoho moderních automobilů nyní používá třísložkové neutralizátory. Jsou poměrně jednoduché, nepříliš nákladné na výrobu, mají dostatečnou odolnost a musím říct, že svou práci plní docela dobře. V takových katalyzátorech platina a palladium „bojují“ s CO (oxid uhelnatý) a CH (uhlovodíky) a rhodium „bojuje“ s NO (oxidy dusíku). Aniž bychom zacházeli do přílišných podrobností, výsledkem „plynové masky“ je oxidace nebo redukce těchto toxických složek na oxid uhličitý CO.₂dusík N₂ a voda. A pokud se naučili bojovat se škodlivou „trojicí“ velmi efektivně pomocí benzínových motorů, pak při čištění výfuku dieselových motorů narazili chemici na problémy.

Mnoho modelů automobilů je vybaveno dvou- nebo dokonce třísložkovými neutralizátory. Obvykle se skládají z více sekcí s různými katalytickými látkami – platina, rhodium, palladium.

Všechno by bylo v pořádku, ale zvláštnosti tvorby směsi ve vznětovém motoru jsou takové, že během jeho provozu se uvolňují nejen uvedené škodlivé složky, ale také velké množství sazí, které jsou mimochodem „provokatér“ růstu rakovinných buněk. A to není vše! Zvláštností naftových motorů je, že pokud snížíte podíl sazí ve výfukových plynech, obsah NO_x, naopak začne prudce přibývat. A naopak. Navíc výhoda v jednom nebo druhém směru závisí nejen na dokonalosti procesu tvorby směsi, ale také na provozním režimu.

Ukazuje se tedy, že pro komplexní čištění výfukových plynů nafty je potřeba mnohem složitější systém skládající se z několika komponent. A nutno říci, že takových systémů bylo vyrobeno poměrně hodně – experimentovaly s nimi Toyota, Citroen a Mitsubishi. Jsou mezi nimi velmi zajímavé exempláře, ale bohužel ve své složitosti ve většině případů připomínají hydrolyzační zařízení ropné rafinérie. Nejen, že jsou objemné a těžké, ale jsou také drahé do takové míry, že jejich použití v hromadné výrobě vyvolává otázky o ziskovosti.

Naftové krásky Artego, Actros a Axor jsou k dispozici v různých verzích a dokážou vyhovět jak normám, tak předpisům.

I když, nutno podotknout, autoritu na saze jsme dokázali najít poměrně rychle a hlavně levně. Chemičtí inženýři vytvořili speciální akumulační filtry pevných částic, které dnes můžeme vidět na velkém množství moderních naftových motorů. CO a CH u těchto motorů jsou účinně potírány pomocí konvenčních oxidačních katalyzátorů. Co dělat s NE_x? Jeho množství se totiž v určitých provozních režimech nafty může zvýšit natolik, že je velmi problematické jej zařadit do norem.

Loni vydaný meziměstský vůz Mercedes-Benz Tourismo normy splňuje.

Odpověď poskytli specialisté Mercedesu se svou technologií Bluetec. Právě tento systém čištění výfukových plynů, který se ukázal jako nejjednodušší a nejúspěšnější svého druhu, umožnil „napasovat“ dieselové motory do slibných ultrapřísných norem toxicity ve všech ohledech, včetně těch, které se týkají oxidů dusíku. Ne každý však ví, že pod „znakem“ Bluetec na vozech Mercedes a Chrysler se nepoužívá jeden, ale tři podtypy systému, které se velmi liší. Pojďme si však o všem popovídat popořadě.

Schéma fungování systému čištění výfuků Bluetec na nákladních vozidlech Actros.

DaimlerChrysler jako první představil vozy se systémem, který zahrnoval vstřikování umělé močoviny AdBlue do výfukového traktu. Koncern vydal prototypy s technologií močoviny Bluetec na silnice v roce 2002. Testeři několik měsíců jezdili s auty po silnicích Evropy a Ameriky, než zjistili, že systém je funkční a lze jej použít na sériových autech. Již počátkem roku 2005 byly takovými systémy vybaveny koncernové sériové dieselové vozy. Poté se technologie pomalu přesunula do autobusů. A není to tak dávno, co se k nim přidaly osobní vozy, například Mercedes-Benz GL SUV nebo Mercedes E 320 CDI Bluetec.

A nejde o nic jiného než o dávkovací zařízení, které řídí průtok močoviny AdBlue do výfukového potrubí nákladního vozu Actros.

Nákladní verze Bluetec je nejjednodušší a funguje následovně: speciální aktivní činidlo AdBlue, což je vodný roztok močoviny (voda + čpavek), se přivádí do výfukového traktu pomocí speciálního dávkovače a mísí se s výfukovými plyny.

Mercedes vybavil vlastní servisní střediska a některé čerpací stanice speciálními výdejními stojany pro doplňování močoviny do nádrží vozidel.

Poté tato „pekelná“ směs vstupuje do speciálního neutralizátoru SCR (Selective Catalytic Reduction) se selektivním působením. Čpavek z AdBlue zde vlivem katalytických látek při teplotě asi °C vstupuje do chemické reakce s oxidy dusíku. V důsledku toho NE_x „rozloží“ na neškodný dusík a vodu. Přirozeně se zde vypalují i ​​další škodlivé složky.

Verze nainstalovaná na Vision GL 320 Bluetec SUV je však sofistikovanější. Tato verze funguje takto: téměř okamžitě za výfukovým potrubím vstupují výfukové plyny do oxidačního katalyzátoru, který je kombinován s filtrem pevných částic. Mimochodem, tento kombinovaný „čistič“ není nic zvláštního – většina moderních dieselových motorů je vybavena právě takovým. V něm platina a palladium „bojují“ s CO a CH a filtr zachycuje a následně oxiduje částice uhlíku, tedy saze.

Komponenty neutralizačního systému využívajícího močovinu, instalované na osobních vozech.

Takto je na Mercedes-Benz Vision GL 320 Bluetec SUV instalován vícestupňový systém čištění výfukových plynů.

Částečně vyčištěný výfukový plyn vstupuje do směšovací komory výfukového traktu a je smíchán s činidlem AdBlue. Konečná fáze čištění probíhá v selektivním katalyzátoru SCR stejným způsobem jako u „cargo“ modifikace systému. A teprve po takovém vícestupňovém čištění jsou výfukové plyny „vypuštěny do volné přírody“.

Vision GL 320 Bluetec (vpravo) byl představen během autosalonu v Detroitu v roce 2006. Naftová šestka CDI vyvine 211 koní a 540 Newtonmetrů točivého momentu. Úroveň škodlivin v motoru přitom odpovídá normám. Třítunový kolos s tímto „motorem“ spotřebuje ve smíšeném režimu 9,4 litru nafty na sto kilometrů.

Spotřeba umělé močoviny není tak vysoká, jak by se zprvu mohlo zdát – jen asi 0,1 litru na 100 kilometrů. Nádrž AdBlue tak vystačí na ujetí více než 20 tisíc kilometrů. To znamená, že zásoby lze doplnit při každé plánované údržbě. U kamionů je situace podobná, jen na kilometr jízdy se spotřebuje samozřejmě o něco více kapaliny.

Prototyp s dlouhým názvem Bluetec Jeep Grand Cherokee Engineering Concept s třílitrovým naftovým motorem CRD představil Chrysler loni na autosalonu v Detroitu. Americká společnost zatím o masové výrobě takových vozů mlčí.

„Tekutý“ Bluetec má samozřejmě také nevýhody. A nejde jen o cenu – systém je extrémně náročný na kvalitu paliva a může normálně fungovat pouze na motorovou naftu s minimálním obsahem síry. Navíc takový systém způsobuje zbytečné potíže při údržbě. Je tu ještě jedna potíž – roztok AdBlue zamrzá již při minus 11,5°C.

U Mercedesu GL 320 Bluetec, stejně jako Bluetec Jeep Grand Cherokee Engineering Concept a dalších vozů s technologií močoviny se nádrž na činidlo dostala pod zem.

Proto jsou ultračisté vznětové motory pracující s činidlem AdBlue relevantní v oblastech, kde minimální teplota neklesá pod minus °C. Tedy v relativně teplých evropských zemích nebo jižních státech Ameriky. Například v Kalifornii, která se obává problémů životního prostředí.

Němci představili Mercedes-Benz Vision C 220 Bluetec světu na jaře 2007, doslova týden před autosalonem v Ženevě. Motor tohoto sedanu „kouří“ tak čistě, že splňuje požadavky, které vstoupí v platnost až v roce 2015.

Mercedes věděl o těchto nedostatcích a byl svého času zmaten vývojem systému bez použití močoviny. Tak se zrodila další možnost, která se mimochodem používá již na sedanech a kombících Mercedes E 320 CDI Bluetec. Zde se vývojáři vydali jinou cestou – pomocí elektroniky mírně změnili charakter vstřikování ve všech režimech. A rozhodli se podrobit výfukové plyny čtyřstupňovému čištění, bez použití kapalného činidla.

A takto je navržen čtyřstupňový systém čištění plynu bez použití močoviny (Mercedes E 320 CDI Bluetec).

Tento systém se skládá z platinového oxidačního katalyzátoru, filtru pevných částic a dvou filtrů, které „bojují“ výhradně s oxidy dusíku. S takovým čtyřstupňovým čištěním se auta prodávají výhradně ve Spojených státech a umožňují složení oxidů dusíku ve výfukových plynech dosáhnout nejpřísnějších kalifornských norem. Mimochodem, normy přijaté ve Schwarzeneggerových štábech pro koncentraci oxidů dusíku NO_x přibližně odpovídají úrovni.

A toto je ve skutečnosti rentgen Mercedesu E 320 CDI Bluetec se systémem, který využívá sekvenční čtyřstupňové čištění výfuku bez použití močoviny. Osud tohoto Mercu je velmi úsměvný, protože původně měl vůz zakázán prodej v Kalifornii kvůli nedodržení ekologických norem. Když však Němci trochu zapracovali na svých chybách, prorazili na automobilový trh jižního státu.

O budoucnosti technologie Bluetec již není pochyb. Ale zatím lídrem ve výrobě takových vozů je Mercedes-Benz. Mimochodem, do konsorcia Bluetec kdysi patřil i Volkswagen, později se ale koncern rozhodl odmítnout držet krok s kolegy. Přesto jsou prodeje vozů s Bluetec teprve na začátku a není pravdou, že v budoucnu nebudou dělat totéž ostatní výrobci. Pravda, to vše jako obvykle zatím neplatí pro Rusko – s kvalitou nafty.

Mercedes představil Bluetec Hybrid letos ve Frankfurtu. Vývoj je zajímavý tím, že kombinuje dvě ekologické technologie: hybridní pohon a vícestupňový systém čištění výfuků pomocí AdBlue. Úsilí inženýrů vedlo k tomu, že vůz splňuje normy s rezervou. Řekněme vám tajemství, inženýři ze Stuttgartu se připravují na uvedení řady ML 2009 Hybrid a E450 Bluetec Hybrid do roku 300.

Mimochodem, Scania a MAN chystají dost silnou alternativu k technice Mercedesu. Slíbili, že představí dieselový V2008 s technologií EGR, který bude kompatibilní v roce XNUMX. Už mají „šestinákové“ dieselové motory s „pátým eurem“. Pravda, nutno podotknout, že Scania a MAN se nezaměřují na (jako u Bluetecu), ale na přesnější řízení fázového vstřikování a katalytický čisticí systém s recirkulací výfukových plynů (návrat zpět do spalovacího prostoru).