Что такое мочевина для дизеля и для чего она нужна
Современные экологические нормы накладывают жесткие ограничения на эмиссию вредных веществ в отработавших газах дизельного двигателя. Это заставляет инженеров искать все новые решения, позволяющие соответствовать стандартам. Одним из них стало применение мочевины для дизеля в системе очистки выхлопных газов SCR (Selective Catalytic Reduction). Двигатели компании Daimler, использующие данную технологию носят название Bluetec.
Что такое мочевина для дизеля
Попытки убрать один из компонентов выхлопных газов приводят к росту содержания другого. Если попытаться избавиться от сажи в дизельных выхлопах, начнет зашкаливать вредный оксид азота и наоборот. Конструкторы разработали фильтры для борьбы с сажей, которые начали устанавливать в топливную систему дизельных двигателей. Для нейтрализации вредного оксида азота пришлось придумать принципиально новую систему, предусматривающую использование мочевины.
Мочевина для дизеля, реализуемая в автомобильных салонах, это жидкость состоящая из воды и химического соединения, которое разлагается на амиак и углекислый газ. Полученный из этой смеси амиак можно использовать для нейтрализации опасных выхлопов. Этот процесс происходит в специальном SCR-катализаторе.
Расход мочевины зависит от объема двигателя, поэтому грузовики расходуют намного больше состава, чем легковушки. Но, вопреки негативным ожиданиям автомобилистов, использование и обслуживание такой системы очистки выхлопных газов стоит сравнительно недорого, особенно для легковых автомобилей.
Как работает мочевина в двигателе 
Выбросы дизельного силового агрегата содержат 2 основных вредных компонента: сажу и оксид азота. Для борьбы с сажей, являющейся опасным канцерогеном, был изобретен противосажевый фильтр, задерживающий проникновение сажи в атмосферу. Что касается оксида азота, то проблема выбросов этого вещества в атмосферу была решена с помощью жидкостной системы SCR (Selective Catalytic Reduction — «избирательное каталитическое восстановление»). SCR-система была разработана компанией FPT Industrial, входящей в холдинг Fiat. Сейчас изобретение итальянской компании используются всеми европейскими производителями дизельных автомобилей.
Работа системы SRC основана на простейшей химической реакции. Отработавшие выхлопные газы в камере сгорания взаимодействуют с водным раствором мочевины, поступающим из бачка нейтрализатора посредством впрыска инжектором.
Под воздействием высокой температуры мочевина разлагается на изоциановую кислоту и аммиак. При химической реакции оксида азота и аммиака образуются водяной пар и безвредный азот. Остальные химические соединения просто сгорают в камере сгорания. В результате вредность выхлопа дизельного автомобиля резко снижается, так как нейтрализуется опасное соединение оксид азота.
Первоначально жидкостная система нейтрализации использовалась в силовых агрегатах грузовых автомобилей, однако постепенно нашла свое применение и на легковых дизельных авто. Использование SRC, противосажевого фильтра и катализатора позволяет добиться экологичности выхлопа на уровне Евро-5 и Евро-6.
Для чего нужна мочевина для дизеля
Инженеры постоянно находятся в поисках ответа на вопрос — как снизить количество вредных выбросов? Сокращение объемов двигателей вряд ли положительно скажется на ситуации – люди слишком сильно зависят от автомобильных перевозок, благодаря которым осуществляется доставка необходимых нам грузов по земле. Грузоподъемность грузовиков снизится, что приведет к необходимости совершать несколько рейсов вместо одного. Альтернативный путь, который можно и нужно использовать – нейтрализация выбросов двигателей внутреннего сгорания.
Использование SCR-катализатора и мочевины – один из способов существенно снизить выбросы дизельного двигателя. При этом сам компонент абсолютно безвреден для человека и окружающей среды. Система самостоятельно рассчитывает необходимое количество компонента исходя из данных об интенсивности использования двигателя в настоящий момент. Чем больше нагрузка, тем больше мочевины впрыскивается в SCR-катализатор. Таким образом, использование мочевины помогает снизить объемы вредных выбросов.
Плюсы и минусы системы
Снижение вредности выхлопа дизельного мотора в атмосферу — не единственное преимущество системы SRC. Также использование SRC обладает следующими достоинствами:
Однако использование мочевины имеет и свои недостатки, во многом делающие ее применение в дизельных автомобилях непрактичным. К ним относятся:
Именно невозможность использования AdBlue при стандартных для отечественной зимы температурах делают ее непрактичной в российских условиях, даже несмотря на то, что бачок с мочевиной оборудуется специальным нагревом для предотвращения замерзания жидкости.
В то же время дизельные автомобили, приобретенные в Европе, оснащаются этой системой по умолчанию, сейчас они свободно продаются и на российском рынке. Также оснащение своего «железного коня» такой системой необходимо при поездке в Европу — в ином случае можно «попасть» на немаленький экологический штраф. Поэтому немалому числу отечественных владельцев дизельных автомобилей все-таки приходится обслуживать систему SRC, если таковой оборудован их автомобиль, и покупать мочевину.
Использование мочевины для очистки выхлопа
Ужесточение экологических норм и стандартов подтолкнуло автопроизводителей к созданию еще более совершенных систем, которые сегодня активно используются на дизельных ДВС. Такие решения позволили добиться снижения количества оксида азота.
Одной из наиболее распространенных схем очистки является технология Bluetec. В такой системе применен целый комплекс очищающих выхлоп элементов:
Данное решение разработано и активно используется немецким автогигантом Mercedes-Benz на различных моделях коммерческих и легковых дизельных авто. Грузовики, оснащенные Bluetec, имеют отдельный бак, в который заливается активный реагент под названием AdВlue. Указанный реагент представляет собой раствор мочевины с водой (вода и аммиак). Специальное дозирующее устройство осуществляет автоматический впрыск раствора мочевины в выпускную систему дизельного авто, где происходит перемешивание отработавших газов и раствора мочевины для дизеля.
После смешивания мочевины с выхлопом указанная смесь попадает в нейтрализатор SCR (англ. selective catalytic reduction). Такой нейтрализатор отличается тем, что работает по избирательному принципу. Аммиак, который находится в составе мочевины для дизеля, вступает в реакцию с окислами азота под воздействием катализирующего слоя в нейтрализаторе и высокой температуры до 300 градусов по Цельсию. Результатом становится разложение окислов азота на азот и воду. Также в нейтрализаторе догорают и другие токсичные соединения. Похожая схема применяется и на легковых авто с указанной системой очистки.
Как выбрать
При выборе мочевины для дизельного агрегата необходимо учитывать несколько факторов.
Поэтому при выборе AdBlue для дизельных силовых агрегатов следует особенное пристальное внимание уделять наименованию производителя и наличию у него сертификата соответствия качества.
Мочевина для дизеля: зачем нужна, состав и работа системы SCR в двигателе
По мере ужесточения требований к чистоте выхлопа дизельных двигателей конструкторы столкнулись с противоречиями в работе трёх основных систем снижения вредных выбросов. Нейтрализация окислов азота требует уменьшения температуры на выпуске, с чем справляется рециркуляция выхлопных газов EGR, а очистка от окиси углерода и сажи при помощи катализаторов и сажевых фильтров наоборот, повышает температуру.
Как итог, борьба за экологию дизеля зашла в определённый тупик.
Предназначение системы SCR
Аббревиатура SCR означает селективную каталитическую работу по разложению окислов азота уже после их образования, в отличие от мер по предотвращению их появления, то есть без нежелательного снижения температуры.
Таким способом удаётся весьма радикально уничтожить ядовитые соединения азота с кислородом, используя довольно простое вещество – мочевину, а также специальный каталитический нейтрализатор с соответствующими органами управления и контроля.
Что такое мочевина в двигателе
В системе принято применять не чистую мочевину, а так называемый раствор AdBlue, в составе которого карбамид занимает примерно треть по удельной массе. Остальное – хорошо очищенная от посторонних минеральных примесей вода.
Состав заливается в отдельный бак, откуда и расходуется путём дозированного впрыска во выпускной тракт.
Предназначение
При попадании раствора мочевины в выхлопные газы двигателя происходит несколько реакций:
Результатом всего происходящего будет значительная нейтрализация вредных окислов азота, с которыми очень трудно бороться в высокофорсированных дизельных моторах с турбонаддувом. Любые другие способы снижают экономичность, удельную мощность, и обходятся ещё дороже.
Состав
Система достаточно сложна и состоит из целого ряда компонентов:
В состав входят два контура регулирования – по количеству впрыскиваемого раствора и его температуре. Компоненты системы могут подогреваться жидкостью из системы охлаждения двигателя, за чем следят соответствующие датчики и блок управления. Нельзя допускать широкого изменения температуры мочевины, тем более её замерзания.
Количество подаваемого раствора определяется блоком управления, куда поступает информация о режиме работы двигателя, в частности о температуре отработанных газов.
Нужное количество измеряется клапанами дозатора при фиксированном давлении насоса, остальное циркулирует по обратной магистрали, одновременно подогревая бак. Возможно применение и электроподогрева магистралей.
Каталитический нейтрализатор представляет собой сотовую конструкцию с нанесёнными на керамику благородными металлами, на поверхности которых и происходят каталитические реакции.
Сам материал катализатора при этом не расходуется. При продувании через него выхлопных газов с активными веществами на выходе получаются допустимые по нормам Евро-5 и Евро-6 компоненты.
Помимо управления процессом, блок ведёт и непрерывный контроль за техническим состоянием системы. При выявлении неисправностей высвечивается соответствующий индикатор на приборной панели, сигнализирующий об отключении системы.
Последствия могут быть разными, от значительного ограничения отдачи двигателя до полной невозможности его пуска.
Плюсы и минусы системы
К достоинствам впрыска мочевины относятся:
Но в практической эксплуатации подобных перспективных технологий начали выявляться недостатки, раздражающие потребителей, особенно водителей-профессионалов:
Всё это часто приводит к нелегальному отключению владельцами системы с применением переделанных прошивок ЭБУ двигателя или эмуляции её нормальной работы всевозможными «обманками».
Как выбрать AdBlue
Попадание в бак для мочевины посторонних веществ или дизельного топлива категорически недопустимо и может привести к дорогостоящему ремонту. Кроме того, заливать можно только раствор определённого состава, который производится по лицензии немецкого патентообладателя. Другим способом качество не гарантируется.
Производители контрафакта часто обходят правовые ограничения, не употребляя на канистрах обозначение AdBlue и указывая в рекламе, что их продукт выполняет те же функции, но имеет при этом намного меньшую цену.
После заправки подобными веществами случались отказы узлов системы впрыска, а также дорогих катализаторов. Даже если физически поломок не будет, то система скорее всего по информации своих датчиков заметит несоответствие и перейдёт в аварийный режим.
Поэтому все заявления о 100% аналоге стоит проигнорировать. Тем более не стоит надеяться на самостоятельное изготовление раствора из одноимённого сельскохозяйственного удобрения.
Конечно, изготовители контрафакта могут отражать на этикетках и зарегистрированный торговый знак AdBlue, и ссылку на производителя, имеющего лицензию от правообладателя (их перечень можно найти в сети). Тут уже всё зависит от честности торговой организации и наличия сертификатов соответствия.
Лицензия выдаётся немецкой организацией VDA. Канистры должны быть герметичны и опломбированы, а срок хранения не превышать одного года. Разницы между грузовым и легковым использованием нет, как и между марками автомобилей.
Сажевый фильтр и впрыск мочевины: зачем нужны, почему выходят из строя и как решаются проблемы
Эти системы призваны вписать двигатели в жесткие экологические требования, но они вовсе не вечные, особенно если режимы эксплуатации далеки до идеальных. Как работает «экология», как влияет на двигатель и его системы? И почему все так стремятся от нее избавиться?
Сажевый фильтр
Что это такое и как работает? Задача DPF-фильтра – улавливать мельчайшие частицы, которые содержатся в выхлопных газах современных двигателей и могут проникать вглубь наших дыхательных путей (именно этим они более опасны больших хлопьев старых моторов – те до наших легких не доходят). Изначально это касалось только дизельных моторов, но последние годы такими фильтрами оснащают и бензиновые двигатели. По мере накопления задержанных частиц фильтр забивается и требует прожига (регенерации).
Системы контроля у разных производителей могут отличаться в деталях, но принцип один. При достижении определенного уровня сопротивления фильтра автоматически включается режим регенерации. Система задействует мощные электрические потребители, включает послевпрыск – все это позволяет увеличить нагрузку на двигатель, повысить температуру выхлопных газов, которые и прожигают фильтр. На некоторых двигателях PSA используется впрыск специальной присадки (йолиса), позволяющей проводить регенерацию при меньших температурах. В чем-то эта «надстройка» системы похожа на впрыск мочевины, возможно, поэтому некоторые их и путают или принимают одну за другую.
Для включения автоматического режима должны быть соблюдены определенные условия: двигатель должен быть прогрет, на протяжении какого-то времени постоянно работать на средних или высоких оборотах, например, когда автомобиль в течение получаса движется по трассе. Если же имеются лишь короткие городские поездки, условий для регенерации не возникает, а фильтр продолжает забиваться. В этом случае система выводит на панель сообщение о необходимости регенерации.
При обращении в сервис может использоваться режим принудительного прожига. В зависимости от подхода производителя он может производиться на месте или в движении, но в любом случае двигатель прогревается и выводится на большие обороты, используется специальный режим работы как самого мотора, так и ряда систем, что в итоге обеспечивает условия для прожига.
Почему возникают проблемы и чем они чреваты? Отсутствие возможности регенерации в автоматическом режиме (короткие поездки), игнорирование сообщений о необходимости принудительного прожига приводят к тому, что фильтр забивается настолько, что в дальнейшем его восстановление невозможно. Ускоряют процесс проблемы с EGR или системой наддува, что приводит к увеличенному сажеобразованию. Также на срок службы фильтра, а без форс-мажорных обстоятельств он оценивается в 200-250 тыс. км, влияет моторное масло: для моделей с DPF-фильтром оно должно соответствовать определенной спецификации, но часто владельцы не заморачиваются…
При забитом фильтре система чаще включает режим рециркуляции, что приводит к увеличению расхода топлива, а постоянное включение послевпрыска чревато тем, что масло разжижается топливом со всеми вытекающими из этого последствиями. Также возникает газовый подпор, который влияет на работу двигателя (потеря тяги, отзывчивости на «газ») и провоцирует сокращение ресурса турбины. Другими словами, помимо ухудшения эксплуатационных качеств двигателя продолжительная езда с неисправным сажевым фильтром грозит привести к проблемам с другими узлами. Поэтому вопрос надо как-то решать.
Как «лечится»? Первое: важно установить не только сам факт того, что источник проблем именно сажевый фильтр, но по возможности определить причину выхода его из строя. Как говорят специалисты, часто «непроходимости» фильтра способствуют проблемы с другими системами автомобиля. Считайте это тревожным звоночком, который лучше не игнорировать.
Что же касается самого фильтра, то цивилизованное решение – замена на новый. Проблема в цене: в зависимости от марки и модели автомобиля даже «лицензия» может стоить 500-1000$, «оригинал» – в разы дороже. Б/у детали встречаются, но ведь и у них свой остаточный ресурс. Есть вариант «мойки» фильтра, но он целесообразен только в некоторых случаях и не гарантирует, что проблема не повторится в будущем, особенно если не устранены причины ускоренного засорения фильтра. Поэтому, как правило, владельцы предпочитают от него вообще избавиться.
В последнем случае важно, чтобы физическое и программное удаление было проведено грамотно, иначе будут появляться ошибки, но даже при их отсутствии есть риск некорректной работы двигателя и его систем – все это приводит к ухудшению эксплуатационных качеств и вероятному возникновению проблем с тем же наддувом.
Впрыск мочевины
Что это такое и как работает? С переходом на последние экологические стандарты в дизельных двигателях появилась система селективной каталитической нейтрализации (Selective catalytic reduction – SCR). Реагент AdBlue (32,5-процентный раствор карбамида в деминерализованной воде) в точно выверенных порциях впрыскивается в поток выхлопных газов и нейтрализует вредные оксиды азота: в результате возникающих химических процессов они разлагаются на азот и воду, которые уже не представляют вреда для здоровья.
AdBlue заливается в специальный бак (заправочная горловина обычно выведена под общий лючок, хотя может располагаться под капотом или в багажном отделении), расход реагента составляет порядка 5-6% расходуемого дизтоплива, то есть заправка требуется каждые несколько тысяч километров (зависит от емкости бака). При отсутствии жидкости или появлении проблем с ее подачей двигатель переходит в аварийный режим: не развивает полную мощность, расход топлива обычно увеличивается, на панель приборов выводится сообщение о проблеме функционирования SCR.
Почему возникают проблемы и чем они чреваты? Прежде всего, система очень требовательна к чистоте AdBlue, условиям хранения, транспортировки и заправки. Например, раствор не должен соприкасаться с другими материалами и веществами – в противном случае могут образоваться соли, из-за которых повреждается катализатор. Важно хранить реагент в заводской таре, не использовать для хранения или при заправке старые канистры или лейки, которые используются и для других целей.
Несмотря на простой состав реагента, существует риск использования некачественного AdBlue, при изготовлении которого применялся карбамид с примесями, и это тоже чревато проблемами при длительном использовании такого раствора.
Проблемы, с которыми сталкиваются владельцы машин с SCR, связаны как раз с неисправностями системы подогрева, с выходом из строя насоса, клапана обратной перекачки либо с низкой проходимостью AdBlue. В любом случае это приводит к нарушению функционирования системы, некорректному впрыску реагента или вообще к невозможности его осуществить. Как правило, в этом случае двигатель опять же переходит в специальный режим работы, хотя физически система на его работу не влияет – это лишь программное решение, призванное соблюдать требования экологического стандарта.
Как «лечится»? По-хорошему диагностика позволяет определить, по какой причине SCR не функционирует так, как должно, проблемный узел меняется либо производится ремонт, и все приходит в норму. Но высокая стоимость восстановления работоспособности системы, а чаще даже просто желание владельца или исполнителя решить вопрос кардинальным способом (нет системы – нет проблемы!) приводит к тому, что блок управления двигателем перепрограммируют или устанавливают эмулятор работы системы. При этом физически, как правило, SCR остается целиком или с минимальным демонтажем (но важно понимать, что длительное бездействие системы увеличит стоимость ее восстановления в дальнейшем, если владелец решит ее снова «включить»: как минимум потребуется ее промывка). Если все сделано грамотно, отключение системы на работу двигателя не влияет. Ну а моральный аспект удаления «экологии» – тема для отдельного разговора.
Зачем добавлять мочевину в дизельное топливо?
Жидкость, для высвобождения выхлопных газов дизельных двигателей (DEF), называемый AdBlue представляет собой водный раствор мочевины, сделанный с 32,5% высокочистой мочевины (карбамида) и 67,5% деионизированной воды. Используемый в последних моделях новых дизельных двигателей автомобилей, играет роль, так называемого дожигателя выбросов топлива.
Оксид азота( NOx) является естественным побочным продуктом выхлопной системы и одной из основных причин загрязнения воздуха. Использование карбамида в дизельных выхлопных системах автомобилей, обусловлено благодаря способности данного химического вещества, преобразовывать большинство компонентов NOx, в безвредные азот и воду. Это использование мочевины, в дизельных транспортных средствах, обычно достигается путем введения тонкой струи мочевины в выхлопной катализатор, тем самым эффективно нейтрализовать значительный процент содержание вредных выбросов. Вводить в поток выхлопных газов с помощью дозирующей системы.
Как применять и сколько добавлять
Для чего ее заливать?
Глобальная озабоченность по поводу растущего негативного воздействия выбросов NOx в окружающей среде, заставили многие страны ввести строгий контроль уровня высвобождаемого оксида азота и принять меры, касающиеся производства новых дизельных автомобилей.
Немецкая ассоциация автомобильной промышленности (VDA) обеспечивает стандарты качества в соответствии с ISO 22241 спецификаций. Так несколько ведущих производителей автомобилей включают впрыск мочевины в качестве стандартной функции в своих новых моделях дизельных двигателей. В настоящее время производители автомобилей утверждают, что была зафиксирована конверсия выбросов на 80% и более, при использовании мочевины в автомобилях с дизельным двигателем.
Эти сокращения, безусловно, окажут положительное воздействие на окружающую среду, но к тому, же это может значительно увеличить стоимость обслуживания дизельного автомобиля.
Где купить
Хранение
Раствор мочевины нетоксичен и безопасен в обращении. Однако, может привести к коррозии некоторых металлов и должны храниться, и транспортироваться осторожно. Рекомендуется хранить в прохладном, сухом и хорошо проветриваемом месте, вне прямого солнечного света. Как было сказано выше, жидкость нетоксична, но большие её концентрации могут привести к катастрофическим последствиям окисления водоемов.
