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 дизелях
Как правило, в автомобилях с дизельным двигателем используется сочетание нескольких систем для очистки. Сажевый фильтр, как можно догадаться по его названию, отфильтровывает онкологически опасную сажу. Что касается жидкостной системы очистки с применением мочевины, то она работает в тандеме со специальным устройством – SCR нейтрализатором. На стенки последнего наносятся специальные химические соединения, запускающие нужные химические реакции.
Для мочевины на дизельном автомобиле устанавливается специальный бак и впрыскивающее устройство, которое размещается перед SCR нейтрализатором. В выхлопной системе мочевина и выхлопные газы смешиваются и оказываются SCR нейтрализаторе.
В результате происходит ряд химических реакций, которые протекают в SCR под воздействием высокой температуры. Сначала мочевина (CH4N2O) взаимодействует с водой (H20) и разлагается до аммиака (NH3) и углекислого газа (CО2).
- CH4N2O + H20 → 2NH3+CO2
Углекислый газ просто выбрасывается в атмосферу, а вот полученный в результате первой реакции амиак реагирует с оксидами азота и превращает их в более безопасные соединения, а именно азот и воду.
- 4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O
- 2NO2 + 4NH3 + O2 → 3N2 + 6H2O
- NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H20
Рекомендуем: Все разнообразие предпусковых подогревателей двигателя
После такой многоступенчатой системы очистки, вместо опасных веществ, способных в долгосрочной перспективе вызывать серьезные болезни, на выходе имеем азот, воду и инертные газы – компоненты, не представляющие существенного вреда для человека, живых существ и природы.
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.
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.
Плюсы и минусы системы
Снижение вредности выхлопа дизельного мотора в атмосферу — не единственное преимущество системы SRC. Также использование SRC обладает следующими достоинствами:
- ощутимо повышается мощность движка;
- наблюдается незначительное снижение уровня потребляемого топлива;
- невысокий расход жидкости — легковой автомобиль пройдет на одной канистре 5-10 тыс. км.
Однако использование мочевины имеет и свои недостатки, во многом делающие ее применение в дизельных автомобилях непрактичным. К ним относятся:
- усложнение системы, что ведет в более частым поломкам;
- дополнительные расходы на обслуживание (канистра AdBlue обойдется в сумму от 500 рублей);
- замерзание при температуре ниже -11 °C.
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.
Для чего используется мочевина
Поскольку европейские страны ведут активную борьбу против экологически опасных автомобилей, предъявляются новые требования и правила автопроизводства.
Следствием таких мер стало появление технологии под названием SCR и мочевины AdBlue. При этом не все понимают, что такое Adblue в автомобилях и зачем оно необходимо.
Изначально решением проблемы пытались заняться путём внесения изменений в систему подачи дизельного топлива и газораспределения. Инженеры старались сделать всё возможное для снижения количества вредных соединений в выхлопных газах. Но если менее жёсткие требования это удовлетворяло, то в дальнейшем ситуация существенно изменилась. Подобными методами уже не получалось довести выхлоп до безопасных норм.
Именно тогда появился метод так называемой селективной каталитической нейтрализации. Для этого в автомобили устанавливают специальное оборудование. Оно необходимо для впрыска мочевины в системы выхлопа на транспортных средствах, что позволяет значительно снижать токсичность выхлопного газа, нейтрализуя его.
Теперь следует более детально разобраться в том, для чего же в дизельном автомобиле нужна мочевина или карбамид. Её принято называть Adblue. Это специальный реагент, который используется на дизельных машинах, изготовленных в соответствии со стандартами Евро 4, 5 и выше. Мочевина является неотъемлемой частью системы очистки SCR.
Фактически это водный раствор мочевины, которая выполняет ключевые задачи в вопросе каталитической нейтрализации выхлопа. Тем самым машина выделяет экологически более безопасный газ. Параллельно мочевина способна продлевать срок службы двигателя, и повышать эффективность его работы.
Практически все новые грузовые автомобили, а также некоторые легковые авто оснащены системой SCR. Этот преобразователь позволяет увеличить характеристики двигателя, обеспечить лучшую защиту от нагара. При этом мочевина располагается в отдельном баке, который находится около двигателя.
Современная система очистки выхлопа для дизельных силовых установок состоит из:
- сажевого фильтра;
- окислительного катализатора;
- жидкостной системы нейтрализации оксида азота.
Важно понимать, что мочевина не является самостоятельным средством по увеличению экологичности выхлопа и снижению токсичности, а входит в состав общей SCR системы.
Автомобили, на которых устанавливается такая система, оснащаются отдельными бачками для заправки мочевиной. Этот реагент получил распространённое название Adblue, что как бы подчёркивает экологичность и стремление защитить окружающую среду.
Фактически раствор представлен в виде аммиака и воды в определённых пропорциях. Но у нас часто вещество называют мочевиной. Специальный дозатор автоматически забирает из бачка жидкость, впрыскивает раствор в систему выхлопа дизельного транспортного средства, и позволяет снижать токсичность. Впрыск осуществляется на участок, где происходит смешивание отработанного газа и раствора мочевины.
Когда компоненты смешиваются между собой, полученная смесь проходит через SCR нейтрализатор. Он расшифровывается как Selective Catalytic Reduction или просто селективный катализатор (нейтрализатор).
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:
- сажевый фильтр;
- окислительный катализатор;
- жидкостная система для нейтрализации оксида азота;
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.
Что такое мочевина
Конечный продукт метаболизма млекопитающих – мочевина, известен с 19 века. Диомид угольной кислоты синтезируют с неорганических соединений и широко используют в сельском хозяйстве. В автомобильной промышленности применяют раствор технической жидкости Adblue как активный реагент при очищении токсичных выхлопов оксида азота.
Жидкость Adblue
Жидкость Adblue состоит на 40% из мочевины и на 60% – из дистиллированной воды. Состав впрыскивается в систему селективной очистки SCR в патрубок, по которому проходят отработавшие газы. Происходит реакция распада, при которой оксид азота распадается на безвредные молекулы азота и воды.
Техническая мочевина для дизеля жидкость Adblue не имеет ничего общего с мочевиной карбамидом, который используется в агропромышленном секторе и фармакологии.
Эко-коктейль: дизель + мочевина
Все началось в 1988-м году с принятием первых норм токсичности серии «Euro» (ради справедливости отметим, что к тому времени уже действовали некоторые предписания и правила в США и Европе по регулированию уровня выхлопных газов). Нормы токсичности «Euro» постоянно пересматривались и становились все более «зелеными» в плане количества загрязняющих веществ в выхлопе, и все более сложными, дорогими для их исполнения производителями автомобилей. Последними и самыми жесткими нормами токсичности стали «Euro 5» и «Euro 6», которые приняли одновременно к сентябрю 2009-го года, но «Euro 6» начинали действовать лишь в сентябре 2014-го года с периодом внедрения 1 год, т.е. до сентября 2015 года. Главное изменение «Euro 5» и «Euro 6», помимо снижения прочих вредных веществ в выхлопных газах, состояло в контроле оксида азота NOx.
Данное видео датировано 2013-м годом – уже тогда существовали технологии очистки выхлопных газов с помощью SCR-катализатора. Которая, кстати, еще раньше появилась в мире грузовых автомобилей: там «мочевинные дизели» дебютировали у некоторых производителей еще во время введения норм токсичности «Euro 5»
Считается, что оксиды азота NOx могут приводить к повреждению слизистой оболочки дыхательных путей человека, вызвать рак, виноваты в смогах и кислотных дождях. Словом, оксиды азота стали «новой мишенью». С учетом того, что в 2000-х годах особую популярность в Европе набрали дизельные двигатели – проблема рисковала стать массовой.
Тогда оксиды азота решили превращать в безвредный азот (N2) и воду (H20). Но как это сделать? С помощью химической мочевины CH4N2O и ряда реакций. Так, изначально при добавлении воды разлагается сама химическая мочевина:
CH4N2O + H20 → 2NH3+CO2
Фактически получаем аммиак NH3 и углекислый газ CО2. Последний уже попросту улетучивается в выхлопную трубу, а вот первый – аммиак – вступает в дальнейшие химические реакции. Уже с оксидами азота:
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O
2NO2 + 4NH3 + O2 → 3N2 + 6H2O
NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H20
Однако чтобы воплотить такую реакцию в реальность нужно место для нее – это и есть дополнительный SCR-катализатор, который устанавливается в выхлопной системе автомобиля. Кроме того, химическую мочевину нужно где-то брать, ее нужно возить с собой. А значит, требуется бак для мочевины, который обычно устанавливается в задней части автомобиля: около бензобака или в днище багажного отсека. Плюс мелкие доработки: различные датчики, другая программа управления мотором, контрольные лампы на панели приборов, пр.
