Застосування сечовини у дизельному двигуні

Сучасні екологічні норми встановлюють суворі обмеження значення викидів забруднюючих речовин у вихлопних газах дизельного двигуна. Це змушує інженерів шукати нові рішення для відповідності стандартам. Одним із них було використання сечовини для дизельного палива в системі очищення вихлопних газів SCR (Selective Catalytic Reduction). Двигуни Daimler, у яких використовується ця технологія, називаються Bluetec.

Що таке система SCR

Екологічний протокол Euro 6 діє у 28 країнах ЄС з 2015 року. Згідно з новим стандартом, виробники автомобілів, що виробляють дизельні двигуни, висувають суворі вимоги, оскільки дизельні двигуни завдають величезної шкоди навколишньому середовищу та здоров'ю людини, викидаючи в атмосферу сажу та оксиди азоту.

Якщо використання трикомпонентного каталітичного нейтралізатора достатньо для очищення вихлопних газів бензинового двигуна, складніший пристрій нейтралізації токсичних сполук у вихлопних газах необхідний для дизельного двигуна. Ефективність очищення вихлопних газів дизельних двигунів від CO (монооксиду вуглецю), CH (вуглеводнів) та частинок сажі збільшується при високих температурах згоряння, тоді як NOx, навпаки, знижується. Вирішенням цієї проблеми стало введення у вихлопну систему каталізатора SCR, який використовує сечовину для дизеля як основу для розкладання токсичних сполук оксиду азоту (NOx).

З метою зниження шкідливих викидів інженери розробили спеціальну систему очищення дизелів – Bluetec. Комплекс складається з трьох закінчених систем, кожна з яких фільтрує токсичні сполуки та розщеплює шкідливі хімічні сполуки:

• Каталізатор - нейтралізує CO та CH.
• Саджовий фільтр - затримує частинки сажі.
• Каталітичний нейтралізатор SCR знижує викиди NOx за допомогою сечовини.

Перша система очищення була використана на Mercedes-Benz для вантажних та легкових автомобілів. Сьогодні багато виробників переводять свої автомобілі на нову систему очищення та використовують сечовину у дизельних двигунах, щоб відповідати суворим вимогам екологічного контролю.

Технічна сечовина AdBlue

Кінцевий продукт метаболізму ссавців – сечовина, відомий із ХІХ століття. Діомід вугільної кислоти синтезується з неорганічних сполук і широко використовується у сільському господарстві. В автомобільній промисловості розчин технічної рідини Adblue як активний реагент при очищенні токсичних вихлопних газів від оксидів азоту.

Adblue складається з 40% сечовини та 60% дистильованої води. Композиція впорскується в систему SCR в патрубок, через який проходять вихлопні гази. Відбувається реакція розкладання, коли він оксид азоту розпадається на нешкідливі молекули азоту та води.

Технічний сечовина для дизеля Adblue не має нічого спільного з сечовиною карбамідом, який використовується в агропромисловому секторі та у фармакології.

Едблю у дизельному двигуні

Рідина нейтралізації токсичних вихлопів або нейтралізатор SCR — це замкнута система, через яку протікає дизельний вихлоп, що не містить сажі. Рідина Adblue наливається в автономний резервуар і вводиться у вихлопний патрубок у відміреній дозі перед надходженням до нейтралізатора.

Змішаний газ надходить до блоку нейтралізації SCR, де відбувається хімічна реакція розкладання оксиду азоту за рахунок аміаку в сечовині. У поєднанні з оксидом азоту молекули аміаку розщеплюють його на компоненти, нешкідливі для людини та навколишнього середовища.

Після повного циклу очищення в атмосферу викидається мінімальна кількість забруднюючих речовин, параметр викидів відповідає протоколам Євро-5 та Євро-6.

Принцип роботи системи очищення дизельного вихлопу

Повна система очищення вихлопних газів дизельного двигуна складається з каталітичного нейтралізатора, фільтра сажі і системи SCR. Принцип дії очищення поетапно:

1. Вихлопні гази потрапляють у каталітичний нейтралізатор та сажовий фільтр. Сажа фільтрується, частки палива вигоряють, а окис вуглецю та вуглеводні видаляються.
2. Форсунка використовується для впорскування певної кількості AdBlue у з'єднання між фільтром сажі і нейтралізатором SCR. Молекули сечовини розпадаються на аміак та ізоціанову кислоту.
3. Аміак сполучається з оксидом азоту, найбільш шкідливим компонентом відпрацьованого дизельного палива. Молекули розщеплюються, що призводить до утворення води та азоту. Нешкідливі вихлопні гази викидаються в атмосферу.

Склад сечовини для дизеля.

Незважаючи на простоту рідини для дизельного двигуна, самостійно приготувати сечовину використовуючи органічне добриво неможливо. Формула молекули сечовини (NH2) 2CO, фізично являє собою білий кристал без запаху, розчинний у воді та полярних розчинниках (рідкий аміак, метанол, хлороформ тощо).

Для європейського ринку рідина виробляється під контролем VDA (Німецька асоціація автомобільної промисловості), яка видає ліцензії компаніям-виробникам, деякі з яких постачають рідину для внутрішнього ринку.

У Росії контрафакція під брендом AdBlue становить понад 50%. Отже, купуючи сечовину для дизельного двигуна російського виробництва, необхідно керуватися маркуванням "Відповідність ISO 22241-2-2009".

Плюси та мінуси

Переваги використання сечовини є очевидними — лише з цим реагентом система очищення вихлопних газів дизельного двигуна SCR може повноцінно функціонувати та відповідати вимогам Стандарт Євро 6.

Крім захисту довкілля, до переваг очищення сечовини можна віднести такі моменти:

• її витрата для легкових автомобілів становить лише 100 м на 1000 км;
• система SCR інтегрована у сучасні дизельні автомобілі;
• у деяких країнах податок на використання транспортного засобу знижується, якщо встановлено систему очищення сечовиною, а ризик накладення штрафу відсутній.

На жаль, у системи є й недоліки:

• точка замерзання сечовини близько -11°C;
• необхідність регулярної дозаправки;
• вартість автомобіля збільшується;
• велика кількість підробленої рідини Adblue;
• підвищені вимоги до якості палива;
• дорогий ремонт компонентів системи.

Інтегрована система очищення сечовиною, вбудована у дизельні автомобілі, залишається єдиним способом зниження токсичних викидів. Труднощі в експлуатації, висока вартість реагентів для вантажівок, неякісна рідина та дизельне паливо означають, що багато водіїв вважають за краще відключати систему та встановлювати емулятори.

Однак важливо розуміти, що сечовина залишається єдиним реагентом для дизеля, який запобігає викиду оксиду азоту в навколишнє середовище, що може призвести до розвитку раку.