Технология BlueTec для дизельных двигателей

Значительную популярность сегодня приобрела система впрыска высокого давления для дизельных двигателей «Common-Rail». Эта технология позволяет повысить эффективность работы дизельного двигателя за счет большей гибкости в перенастройке подачи топлива при смене режима нагрузки на двигатель и более полного сгорания топлива. Появление этой инновационной системы впрыска привело к изобретению новых технологий, позволяющих снизить количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу вместе с дизельным выхлопом, среди которых особенно выделяется сажа - непременный компонент потока газов дизельных двигателей.

Система Common Rail как основа для применения BlueTec и аналогичных технологий

В традиционном варианте системы впрыска дизельного топлива каждая секция насоса высокого давления подает топливо в отдельный топливопровод, замкнутый на одну форсунку. Даже несмотря на изрядную толщину стенок топливопроводов при подаче в них жидкости под давлением в 1500—2000 атмосфер они незначительно, но «раздуваются». В результате попадающая в цилиндр порция топлива отличается от расчетной. Лишнее топливо, сгорая, увеличивает расход горючего, повышает дымность и снижает полноту сгорания топливно-воздушной смеси.

В 2009 году Audi A3 TDI clean diesel, оснащенная аналогичной Blue TEC системой снижения уровня вредных веществ получила премию Green Car of the Year

Хорошее инженерное решение этой проблемы разработали одновременно сразу несколько автопроизводителей. В новой системе топливный насос высокого давления подает горючее в общий трубопровод — топливную рампу, которая, помимо прочего, играет роль ресивера, то есть стабилизатора давления в контуре. В рампе постоянно присутствует постоянный объем топлива, находящегося не под пульсирующим давлением, а под постоянным. К тому же развитие интеллектуальных технологий позволило оснастить форсунки электронными системами открытия (в традиционных дизелях регулировка циклов впрыска происходит гидромеханическим способом при  повышении давления в трубопроводе). Электронный блок, управляющий работой форсунок, учитывает информацию о положении педали акселератора, давлении в рампе, температурном режиме двигателя, его нагрузке и т.д. На основе этих данных рассчитывается размер порции топлива и момент его подачи.

В Калифорнии можно приобрести автомобиль с дизельным двигателем, только если он построен по технологии Blue TEC. Другие дизельные моторы не соответствуют требованиям по уровню вредных веществ

Еще одно новшество, появившееся благодаря развитию автомобильной электроники – двухэтапная подача топлива в камеру сгорания. Сначала впрыскивается «разгонная» (около миллиграмма) порция. При сгорании она дополнительно к эффекту сжатия повышает температуру в камере, и основная доза, впрыскиваемая следом, сгорает более плавно, также плавно наращивая давление в цилиндре. В результате двигатель работает мягче и менее шумно, а расход топлива сокращается примерно на 20% при одновременном возрастании крутящего момента на малых оборотах на 25%. Что немаловажно - уменьшается содержание в выхлопе сажи.

Принцип действия BlueTec и аналогичных систем

Среди новых разработок, призванных улучшить экологические характеристики дизелей одновременно с оптимизацией их экономики наиболее перспективной считается система BlueTec, разработанная специалистами концерна Daimler AG. Основная ее составляющая – инновационная методика каталитической нейтрализации выхлопных газов.

Каталитические нейтрализаторы современных автомобилей работают за счет керамических или металлических «сот», покрытых слоем химически активных веществ — катализаторов. Катализаторы окисляют или восстанавливают токсичные соединения CO, CH и NOx до углекислого газа, простого азота и воды.

Однако особенности дизельного топлива, а также процессов образования и сгорания топливно-воздушной смеси в дизеле таковы, что выхлоп содержит не только вредные химические компоненты, но большое количество сажи. Причем если начать уменьшать долю сажи, возрастает содержание NOx, и наоборот. Таким образом, для комплексной очистки дизельного выхлопа нужна многокомпонентная химико-механическая система, усложняющая конструкцию автомобиля и, как следствие, снижающая рентабельность производства.

Технология BlueTec построена на сочетании традиционных и новых решений. Сначала отработавшие газы проходят имеющийся на большинстве дизельных автомашин сажевый фильтр и катализатор, «истребляющий» соединения углерода. Далее в выпускной тракт впрыскивается активный реагент AdВlue на основе мочевины (раствора аммиака в воде). Получившаяся смесь попадает в специальный нейтрализатор избирательного действия (SCR), в котором аммиак из AdBlue под влиянием катализа при температуре 250–300°С вступает в химическую реакцию с окислами азота, «разбирая» их на азот и воду. Здесь же «дожигаются» остальные вредные компоненты.

Плюсы и минусы BlueTec

При очевидных плюсах BlueTec имеет не менее очевидные минусы. Хранение запаса компонента AdВlue требует отдельной емкости. Сама система осложняется за счет присутствия дополнительных узлов и магистралей. К тому же система еще более прихотлива к качеству топлива и может работать только на дизеле с минимальным содержанием серы. Еще одна весьма актуальная для России проблема - раствор AdВlue замерзает при минус 11,5 град.С.

VW Passat TDI оснащенный системой SCR поставил рекорд дальности безостановочной поездки на одном полном баке топлива в 2012 году. Рекорд в 1626 миль до сих пор не побит

Поэтому инженеры BlueTec сейчас активно работают над совершенствованием систем без использования мочевины. Сегодня проходят опробование и доработку комплексы из сажевого фильтра, платинового каталитического нейтрализатора и двух SCR-катализаторов, «заряженных» исключительно на борьбу с оксидами азота. В настоящее время система позволяет обеспечить содержание NOx в выхлопе дизелей примерно на уровне Евро-5.