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:

• 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.

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.

Как выбрать

При выборе мочевины для дизельного агрегата необходимо учитывать несколько факторов.

1. Изготовить раствор самостоятельно практически невозможно. Сама мочевина (карбамид) продается отдельно и используется в качестве азотного удобрения и в других сферах. Однако получить деминерализованную воду в домашних условиях, а также добиться необходимого соотношения очень тяжело. Поэтому не стоит рисковать и пытаться изготовить жидкость AdBlue самостоятельно, в ином случае можно нанести серьезный вред двигателю автомобиля.
2. До 50 % продаваемого на внутреннем рынке продукта является фальсификатом, непригодным для использования в двигателях дизельных автомобилей.

Поэтому при выборе AdBlue для дизельных силовых агрегатов следует особенное пристальное внимание уделять наименованию производителя и наличию у него сертификата соответствия качества.

1. При покупке мочевины необходимо приобретать конкретно жидкость AdBlue от лицензированных производителей. То есть продукт должен обладать торговым знаком AdBlue® и соответствовать европейскому стандарту ISO 22241-1. Только такой продукт не нанесет вреда двигателю, чего нельзя сказать о несертифицированной продукции, продающейся под наименованиями «мочевина для дизельного двигателя» и т. д.
2. Можно приобретать мочевину, продающуюся под торговыми марками автопроизводителей, в том числе использовать ее для заливки в автомобиль иной марки. На самом деле такая продукция абсолютно идентична и различается лишь своим названием — сами автопроизводители не занимаются выпуском продукта, предоставляя заводам-изготовителям право использовать свою торговую марку. AdBlue VW вполне подойдет для использования в моторах Mercedes и т. д.
3. Никакой разницы между мочевиной для легковых и грузовых автомобилей нет — эти продукты полностью идентичны.
4. Также нет разницы в характеристиках российского и импортного AdBlue. Однако при покупке отечественного продукта необходимо убедиться в том, что он соответствует по стандарту качества ГОСТ Р ИСО 22241.

В российских условиях многие владельцы автомобилей, оборудованных катализаторами SRC, вынуждены отключать систему очистки либо использовать ее эмулятор. Основной причиной таких действий отечественных владельцев дизельных автомобилей является невозможность эффективного использования системы зимой — при температуре ниже -11 °C жидкость элементарно замерзает. Поэтому целесообразность использование катализаторов SRC и жидкости AdBlue в российских условиях на данный момент остается под большим вопросом.

Применение мочевины в дизельном двигателе

Современные экологические нормы устанавливают строгие ограничения на значения выбросов загрязняющих веществ в выхлопных газах дизельного двигателя. Это заставляет инженеров искать новые решения, для соответствя стандартам. Одним из них было использование мочевины для дизельного топлива в системе очистки выхлопных газов SCR (Selective Catalytic Reduction). Двигатели Daimler, в которых используется эта технология, называются Bluetec.

Что такое система SCR

Экологический протокол Euro 6 действует в 28 странах ЕС с 2015 года. Согласно новому стандарту, производители автомобилей, производящие дизельные двигатели, предъявляют строгие требования, поскольку дизельные двигатели наносят огромный ущерб окружающей среде и здоровью человека, выбрасывая в атмосферу сажу и оксиды азота.

Если использование трехкомпонентного каталитического нейтрализатора достаточно для очистки выхлопных газов бензинового двигателя, более сложное устройство нейтрализации токсичных соединений в выхлопных газах необходимо для дизельного двигателя. Эффективность очистки выхлопных газов дизельных двигателей от CO (монооксида углерода), CH (углеводородов) и частиц сажи увеличивается при высоких температурах сгорания, тогда как NOx, напротив, снижается. Решением этой проблемы стало введение в выхлопную систему катализатора SCR, который использует мочевину для дизеля в качестве основы для разложения токсичных соединений оксида азота (NOx).

С целью снижения вредных выбросов инженеры разработали специальную систему очистки дизелей — Bluetec. Комплекс состоит из трех законченных систем, каждая из которых фильтрует токсичные соединения и расщепляет вредные химические соединения:

• Катализатор — нейтрализует CO и CH.
• Сажевый фильтр — задерживает частицы сажи.
• Каталитический нейтрализатор SCR — снижает выбросы NOx с помощью мочевины.

Первая система очистки была использована на Mercedes-Benz для грузовых и легковых автомобилей. Сегодня многие производители переводят свои автомобили на новую систему очистки и используют мочевину в дизельных двигателях, чтобы соответствовать строгим требованиям экологического контроля.

Техническая мочевина AdBlue

Конечный продукт метаболизма млекопитающих — мочевина, известен с XIX века. Диомид угольной кислоты синтезируется из неорганических соединений и широко используется в сельском хозяйстве. В автомобильной промышленности раствор технической жидкости Adblue в качестве активного реагента при очистке токсичных выхлопных газов от оксидов азота.

Adblue состоит из 40% мочевины и 60% дистиллированной воды. Композиция впрыскивается в систему SCR в патрубок через который проходят выхлопные газы. Происходит реакция разложения, при которой оксид азота распадается на безвредные молекулы азота и воды.

Технический мочевина для дизеля — Adblue не имеет ничего общего с мочевиной карбамидом, который используется в агропромышленном секторе и в фармакологии.

Эдблю в дизельном двигателе

Жидкостная система нейтрализации токсичных выхлопов или нейтрализатор SCR — это замкнутая система, через которую протекает дизельный выхлоп, не содержащий сажи. Жидкость Adblue наливается в автономный резервуар и вводится в выхлопной патрубок в отмеренной дозе перед поступлением в нейтрализатор.

Смешанный газ поступает в блок нейтрализации SCR, где происходит химическая реакция разложения оксида азота за счет аммиака в мочевине. В сочетании с оксидом азота молекулы аммиака расщепляют его на компоненты, безвредные для человека и окружающей среды.

После полного цикла очистки в атмосферу выбрасывается минимальное количество загрязняющих веществ, параметр выбросов соответствует протоколам Евро-5 и Евро-6.

Принцип работы системы очистки дизельного выхлопа

Полная система очистки выхлопных газов дизельного двигателя состоит из каталитического нейтрализатора, сажевого фильтра и системы SCR. Принцип действия очистки поэтапно:

1. Выхлопные газы попадают в каталитический нейтрализатор и сажевый фильтр. Сажа фильтруется, частицы топлива выгорают, а окись углерода и углеводороды удаляются.
2. Форсунка используется для впрыска определенного количества AdBlue в соединение между сажевым фильтром и нейтрализатором SCR. Молекулы мочевины распадаются на аммиак и изоциановую кислоту.
3. Аммиак соединяется с оксидом азота, наиболее вредным компонентом отработанного дизельного топлива. Молекулы расщепляются, что приводит к образованию воды и азота. Безвредные выхлопные газы выбрасываются в атмосферу.

Состав мочевины для дизеля

Несмотря на кажущуюся простоту жидкости для дизельного двигателя, самостоятельно приготовить мочевину используя органическое удобрение невозможно. Формула молекулы мочевины (NH2) 2CO, физически представляет собой белый кристалл без запаха, растворимый в воде и полярных растворителях (жидкий аммиак, метанол, хлороформ и т. д.).

Для европейского рынка жидкость производится под контролем VDA (Немецкая ассоциация автомобильной промышленности), которая выдает лицензии компаниям-производителям, некоторые из которых поставляют жидкость для внутреннего рынка.

В России контрафакция под брендом AdBlue составляет более 50%. Итак, покупая мочевину для дизельного двигателя российского производства, необходимо руководствоваться маркировкой «Соответствие ISO 22241-2-2009».

Плюсы и минусы

Преимущества использования мочевины очевидны — только с этим реагентом система очистки выхлопных газов дизельного двигателя SCR может полноценно функционировать и соответствовать требованиям Стандарт Евро 6.

Помимо защиты окружающей среды, к преимуществам очистки мочевины можно отнести следующие моменты:

• ее расход для легковых автомобилей составляет всего 100 г на 1000 км;
• система SCR интегрирована в современные дизельные автомобили;
• в некоторых странах налог на использование транспортного средства снижается, если установлена система очистки мочевиной, а риск наложения штрафа отсутствует.

К сожалению, у системы есть и недостатки:

• точка замерзания мочевины около -11 ° C;
• необходимость регулярной дозаправки;
• стоимость автомобиля увеличивается;
• большое количество поддельной жидкости Adblue;
• повышенные требования к качеству топлива;
• дорогостоящий ремонт компонентов системы.

Интегрированная система очистки мочевиной, встроенная в дизельные автомобили, остается единственным способом снижения токсичных выбросов. Трудности в эксплуатации, высокая стоимость реагентов для грузовиков, некачественная жидкость и дизельное топливо означают, что многие водители предпочитают отключать систему и устанавливать эмуляторы.

Однако важно понимать, что мочевина остается единственным реагентом для дизеля, который предотвращает выброс оксида азота в окружающую среду, который может привести к развитию рака.