Мочевина в дизельных двигателях: зачем, состав, расход, цена, отключение

Большинство современных автомобилистов, определяя самый практичный автомобиль, обращают внимание не только на мощность силового агрегата и комфорт, который предлагается в интерьере. Для многих огромное значение играет экономичность транспорта. Однако, создавая машины с уменьшенным расходом топлива, производители больше руководствуются экологическими нормами (немее объемный ДВС выбрасывает меньше вредных веществ).

Ужесточения экостандартов заставило инженеров разрабатывать новые топливные системы, модифицировать существующие силовые агрегаты и оснащать их дополнительным оборудованием. Всем известно: если уменьшить объем двигателя, он потеряет мощность. По этой причине в современных малолитражных ДВС все чаще встречаются турбонаддувы, компрессоры, всевозможные системы впрыска и т.д. Благодаря этому даже 1.0-литровый агрегат вполне способен составить конкуренцию 3.0-литровому мотору раритетного спорткара.

Если сравнивать бензиновый и дизельный двигатели (о разнице в таких моторах рассказывается в другом обзоре), то модификации с идентичным объемом, работающие на тяжелом топливе, однозначно будут расходовать меньше горючего. Это объясняется тем, что любой дизель по умолчанию оснащается системой непосредственного впрыска. Подробней об устройстве этой разновидности моторов рассказывается здесь.

Однако с дизелями не все так просто. При сгорании дизтоплива выделяется больше вредных веществ, из-за чего транспорт, оснащенный подобным мотором, сильнее загрязняет окружающую среду по сравнению с бензиновым аналогом. Чтобы автомобиль был более безопасным в этом отношении, в устройство выхлопной системы входит сажевый фильтр и катализатор. Эти элементы удаляют и нейтрализуют углеводороды, оксиды углерода, сажи, диоксида серы и других вредных веществ.

С годами экологические стандарты, особенно для дизельных моторов, ужесточались. На данный момент во многих странах действует запрет на эксплуатацию транспортных средств, которые не соответствуют параметрам Евро-4, а иногда и выше. Чтобы дизельный мотор не утратил своей актуальности, инженеры оснастили агрегаты (начиная с модификаций экостандарта евро4) дополнительной системой очистки отработанных газов. Она называется SCR.

Совместно с ней используется мочевина для дизтоплива. Рассмотрим, зачем в машине нужен этот раствор, какой принцип работы подобной системы очистки, а также какие у нее достоинства и недостатки.

Что такое мочевина для дизельного двигателя

Само слово мочевина означает вещество, в состав которого входят соли мочевой кислоты – конечный продукт обмена веществ млекопитающих. Его активно используют в сельском хозяйстве, но в автопромышленности в чистом виде не используется.

Для дизелей применяется специальный раствор, на 40 процентов состоящий из водного раствора мочевины и на 60 – из дистиллированной воды. Это вещество представляет собой химический нейтрализатор, который вступает в реакцию с отработанными газами и преобразует вредные оксиды углерода, углеводороды и окиси азота в инертный (безвредный) газ. Реакция преобразует вредный выхлоп в углекислый газ, азот и воду. Эта жидкость для использования в системе очистки выхлопных газов также имеет название AdBlue.

Чаще всего подобная система используется в коммерческом транспорте. Грузовик будет иметь дополнительный бак, горловина которого расположен возле заливного отверстия топливного бака. Фура заправляется не только дизтопливом, но в отдельный резервуар также нужно заливать и мочевинный раствор (уже готовая жидкость, которая продается в канистрах). Расход вещества зависит от типа топливной системы и того, насколько эффективно работает мотор.

Обычно современная машина (кстати, такую систему нейтрализации также получает большое количество легковых моделей, в которых используется тяжелое топливо) способна отработать от двух до шести процентов мочевины от общего количества потребляемого горючего. Благодаря тому, что впрыск контролируется высокоточной электроникой, а работа самой системы нивелируется датчиками NO, добавлять реагент в бак нужно намного реже, чем заправлять сам автомобиль. Обычно заправка требуется приблизительно через 8 тысяч километров (зависит от объема резервуара).

Жидкость для работы выхлопной системы нельзя смешивать с дизтопливом, так как сама по себе она не горючая. Также большое количество воды и химических веществ быстро выведет из строя топливный насос высокого давления (его работа описана здесь) и другие важные компоненты топливной системы.

Для чего нужна в дизельном двигателе

В современных автомобилях для нейтрализации продуктов горения топлива используются катализаторы. Их соты изготавливаются из металла или керамического материала. Самые распространенные модификации внутри покрываются тремя разновидностями металлов: родием, палладием и платиной. Каждый из этих металлов вступает в реакцию с выхлопными газами и в условиях высокой температуры нейтрализует углеводороды и угарный газ.

На выходе получается смесь из углекислого газа, азота и воды. Однако в дизеле выхлоп также содержит большое количество сажи и оксида азота. Причем если модернизировать выхлопную систему под удаление одного вредного вещества, это имеет побочный эффект – пропорционально увеличивается содержание другого компонента. Этот процесс наблюдается на разных режимах работы силового агрегата.

Чтобы удалить из выхлопа сажу, используется уловитель или сажевый фильтр. Поток проходит через мелкие ячейки детали и сажа оседает на их ребрах. Со временем эта сетка засоряется, и двигатель активирует сжигание налета, тем самым продлевая рабочий ресурс фильтра.

Несмотря на наличие дополнительных элементов в выхлопной системе автомобиля полностью не происходит нейтрализация всех вредных веществ. Из-за этого вредность мотора авто не снижается. Чтобы повысить экологичность транспорта, была разработана еще одна дополнительная система очистки или нейтрализации выхлопных газов дизеля.

SCR-нейтрализация создана как раз с той целью, чтобы бороться с окисью азота. Она по умолчанию устанавливается во всех автомобилях с дизельным мотором, которые соответствуют стандарту Евро4 и выше. Помимо чистого выхлопа благодаря применению мочевины система выпуска меньше страдает от образования нагара.

Как работает система

Наличие системы нейтрализации позволяет адаптировать старый ДВС под современные экостандарты. Применение SCR возможно в некоторых автомобилях в качестве дополнительного оборудования, но для этого выпускную систему авто нужно модернизировать. Сама система работает в три этапа.

Этапы очистки отработанных газов

Когда топливо сгорает в цилиндре, на такте выпуска газораспределительный механизм открывает выпускные клапаны. Поршень выталкивает продукты сгорания в выпускной коллектор. Далее газовый поток поступает в сажевый фильтр, в котором задерживается сажа. Это первый этап очистки выхлопа.

Уже очищенный от сажи поток выходит из фильтра и направляется в катализатор (некоторые модели сажевиков совместимы с катализатором в одном корпусе), где будет происходить нейтрализация выхлопного газа. На этом этапе, пока горячий газ не поступит в нейтрализатор, в трубу распыляется раствор мочевины.

1. ДВС; 2. Блок управления; 3. Бачок с реагентом; 4.DPF-фильтр; 5. Частично очищенный выхлоп; 6. Впрыск мочевины; 7. SCR-катализатор.

Так как поток еще сильно горячий, жидкость сразу испаряется, и из вещества выделяется аммиак. Действие высокой температуры также образует изоциановую кислоту. В этот момент аммиак вступает в реакцию с оксидом азота. Этот процесс нейтрализует данный вредный газ и образует азот и воду.

Третий этап проходит в самом катализаторе. В нем нейтрализуются другие токсичные вещества. Далее поток идет на глушитель и удаляется в окружающую среду.

В зависимости от типа двигателя и выхлопной системы нейтрализация будет проходить по схожему принципу, но сама установка может выглядеть по-другому.

Состав жидкости

У некоторых автомобилистов возникает вопрос: если мочевина – продукт жизнедеятельности животного мира, можно ли изготовить подобную жидкость самостоятельно? В теории можно, однако производители не рекомендуют этого делать. Созданный в домашних условиях мочевинный раствор не будет соответствовать требованиям качества для использования в машинах.

И на то есть несколько причин:

1. В качестве альтернативы для создания раствора может рассматриваться карбамид, который часто входит в состав многих минеральных удобрений. Но нельзя отправляться в ближайший сельскохозяйственный магазин, чтобы его приобрести. Причина в том, что гранулы удобрения обрабатываются специальным веществом, предотвращающим слеживание сыпучего вещества. Этот химический реагент вреден для элементов системы очистки продуктов горения. Если приготовить раствор на основании этого минудобрения, установка очень быстро выйдет из строя. Ни одна фильтрующая система не способна отфильтровать это вредное вещество.
2. Производство минерального удобрения связано с использованием биурета (в конечной массе этого реагента может находиться около 1.6 процента). Наличие этого вещества значительно сокращает срок службы каталитического нейтрализатора. По этой причине при изготовлении жидкости AdBlue в конечном счете в ее составе может находиться лишь незначительная доля биурета (не более 0.3 процента от общего объема).
3. Сам раствор создается на основе деминерализованной воды (минеральные соли забивают соты катализатора, что быстрее выводит его из строя). Хотя цена этой жидкости невысока, если к ее стоимости приплюсовать цену минерального удобрения и время, потраченное на изготовление раствора, себестоимость готового продукта не сильно будет отличаться от промышленного аналога. Плюс реагент, приготовленный в домашних условиях вредный для автомобиля.

Еще один распространенный вопрос, касающийся применения мочевины для дизелей – можно ли ее разбавлять водой ради экономии? Это никто не запретит делать, но экономии таким образом невозможно добиться. Причина в том, что система очистки выхлопа оснащается двумя сенсорами, настроенными на определение концентрации NO в продуктах горения.

Один датчик ставится перед катализатором, а другой – на его выходе. Первый определяет количество диоксида азота в выхлопных газах и активирует систему нейтрализации. Второй датчик определяет, насколько эффективно проходит данный процесс. Если в выхлопе концентрация вредного вещества превышает допустимую норму (32.5 процента), то он подает сигнал на то, что количества мочевины недостаточно, и система увеличивает объем жидкости. В результате разбавленного раствора будет уходить больше, а в выхлопной системе будет скапливаться больше воды (о том, как с ней бороться, рассказывается отдельно).

Сама по себе мочевина выглядит как кристаллы соли, у которых нет запаха. Их можно растворить в полярном растворителе, например, в аммиаке, метаноле, хлороформе и т.д. Самый безопасный метод для здоровья человека это растворение в дистиллированной воде (минералы, входящие в состав обычной воды, будут образовывать отложения на сотах катализатора).

Так как при изготовлении раствора используются химические реагенты, разработка мочевины производится под надзором или с одобрения Ассоциации автомобильной промышленности (VDA).

Преимущества и недостатки

Самое главное преимущество использования мочевины в дизельных моторах – более полное удаление токсичных веществ, которые выделяются при сгорании дизтоплива. Эта жидкость позволяет транспортному средству соответствовать экологическому стандарту вплоть до Евро6 (на это влияет характеристика самого агрегата и его техническое состояние).

Ни один технический компонент двигателя не меняется, поэтому все плюсы применения мочевины связаны только с вредностью выбросов и вытекающими из этого последствиями. Например, пересекая европейскую границу, владельцу транспортного средства не нужно будет платить большой налог или штраф, если система в той стране перестанет работать.

Заправка жидкости не частая. В среднем расход составляет около 100мл. на 100 километров пробега. Однако это показатель для легкового автомобиля. 20-литровой канистры обычно хватает на 20 тысяч км. Что касается грузовика, то средний расход мочевины в нем составляет около 1.5 литра на 100км. Это зависит от объема мотора.

Заливаться вещество может либо непосредственно в резервуар, расположенный в подкапотном пространстве, либо в специальную горловину, находящуюся возле заливного отверстия топливного бака.

Несмотря на явные плюсы инновационной системы, у нее есть большое количество недостатков. Рассмотрим их, чтобы облегчить определение, использовать данную нейтрализацию или нет:

• При выходе из строя компонента системы его ремонт будет стоить дорого;
• Для эффективной нейтрализации необходимо использовать качественное топливо (низкосернистая солярка);
• Самый большой минус связан не с самой системой, а с большим количеством подделок жидкости на рынке СНГ (почти половина реализуемого товара контрафактный);
• Наличие системы нейтрализации делает транспортное средство более дорогостоящим;
• Помимо заправки соляркой нужно следить за запасом AdBlue;
• Эксплуатация мочевины усложняется тем, что на сильном морозе (-11 градусов) она замерзает. По этой причине во многих модификациях используется подогрев жидкости;
• Жидкость химически активная, поэтому при попадании на руки она может вызывать ожоги или раздражение. Если незащищенная рука контактировала с веществом, что часто бывает при заправке из большой канистры, жидкость нужно тщательно отмыть;
• На территории СНГ очень мало заправочных станций, на которых при необходимости можно восполнить дополнительное количество качественной мочевины. По этой причине нужно покупать жидкость с запасом и возить ее с собой, если планируется длительная поездка;
• В состав жидкости входит аммиак, который при испарении вредит дыхательным путям человека.

Учитывая такое количество минусов, многие автомобилисты принимают решение отключить данную систему.

Как отключить

Способов деактивировать нейтрализацию выхлопных газов дизеля существует несколько:

1. Заморозить систему. Прежде чем применять этот способ, нужно убедиться, что SCR не имеет ошибок в электронике. Конструкцию магистрали изменяют таким образом, чтобы электроника расценила это, будто мочевина замерзла. В этом случае блок управления не активирует насос до тех пор, пока система не «размерзнется». Этот метод подходит для таких устройств, в которых не предусмотрен подогрев реагента.
2. Программное отключение. В этом случае перепрошивается блок управления или вносятся некоторые коррективы в работу электронной системы.
3. Установка эмулятора. В этом случае SCR отключается от электроцепи, а чтобы блок управления не фиксировал ошибку, вместо нее подключается специальный цифровой эмулятор, который посылает сигнал, будто система работает исправно. При этом мощность двигателя не меняется.

Прежде чем приступать к отключению нейтрализации, важно проконсультироваться со специалистом, потому что в каждом отдельном случае могут быть свои нюансы. Однако, по мнению автора данного обзора, зачем покупать дорогущий автомобиль, чтобы в нем что-то отключать, а потом платить деньги за дорогостоящий ремонт из-за подобного вмешательства?

Дополнительно предлагаем небольшой видеообзор о работе одной из разновидностей системы SCR:

Система SCR, как работает AdBlue

Вопросы и ответы:

Для чего нужна мочевина для дизеля? Это вещество, которое добавляется для устранения вредных газов, находящихся в выхлопе дизельного двигателя. Эта система требуется для соответствия экостандарту Евро4 – Евро6.

Как работает мочевина на дизеле? В процессе нагрева и химической реакции аммиак мочевины вступает в реакцию с оксидом азота (самый вредный газ в сгоревшей солярке), в результате чего образуется азот и вода.