Zastosowanie mocznika w silniku Diesla

Współczesne przepisy środowiskowe wyznaczają ścisłe limity wartości emisji zanieczyszczeń w spalinach silnika wysokoprężnego. Zmusza to inżynierów do poszukiwania nowych rozwiązań spełniających standardy. Jednym z nich było zastosowanie mocznika do oleju napędowego w układzie oczyszczania spalin SCR (Selective Catalytic Reduction). Silniki Daimlera wykorzystujące tę technologię noszą nazwę Bluetec.

Czym jest system SCR

Protokół środowiskowy Euro 6 obowiązuje w 28 krajach UE od 2015 roku. Zgodnie z nową normą producenci samochodów z silnikiem Diesla mają rygorystyczne wymagania, ponieważ silniki wysokoprężne powodują ogromne szkody dla środowiska i zdrowia ludzkiego, emitując do atmosfery sadzę i tlenki azotu.

O ile do oczyszczenia spalin silnika benzynowego wystarczy zastosowanie trójdrożnego katalizatora, o tyle w przypadku silnika wysokoprężnego niezbędne jest bardziej wyrafinowane urządzenie do neutralizacji toksycznych związków w spalinach. Skuteczność oczyszczania CO (tlenku węgla), CH (węglowodorów) i sadzy ze spalin z silników Diesla wzrasta przy wysokich temperaturach spalania, natomiast NOx, przeciwnie, maleje. Rozwiązaniem tego problemu było wprowadzenie do układu wydechowego katalizatora SCR, który wykorzystuje mocznik oleju napędowego jako podstawę do rozkładu toksycznych związków tlenku azotu (NOx).

Aby zredukować szkodliwe emisje, inżynierowie opracowali specjalny system czyszczenia oleju napędowego – Bluetec. Kompleks składa się z trzech kompletnych systemów, z których każdy filtruje związki toksyczne i rozkłada szkodliwe związki chemiczne:

• Katalizator - neutralizuje CO i CH.
• Filtr cząstek stałych - wyłapuje cząsteczki sadzy.
• Katalizator SCR - Zmniejsza emisje NOx z mocznikiem.

Pierwszy system czyszczenia został zastosowany w ciężarówkach i samochodach marki Mercedes-Benz. Obecnie wielu producentów przestawia swoje pojazdy na nowy system czyszczenia i stosuje mocznik w silnikach wysokoprężnych, aby spełnić rygorystyczne wymagania w zakresie kontroli środowiska.

Mocznik techniczny AdBlue

Produkt końcowy metabolizmu ssaków, mocznik, jest znany od XIX wieku. Diomek kwasu węglowego jest syntetyzowany ze związków nieorganicznych i jest szeroko stosowany w rolnictwie. W branży motoryzacyjnej rozwiązanie płynu technicznego Adblue jako substancji czynnej w oczyszczaniu toksycznych spalin z tlenków azotu.

Adblue to 40% mocznika i 60% wody destylowanej. Kompozycja jest wtryskiwana do układu SCR przez dyszę, przez którą przechodzą spaliny. Następuje reakcja rozkładu, w której tlenek azotu rozpada się na nieszkodliwe cząsteczki azotu i wody.

Mocznik techniczny do oleju napędowego - Adblue nie ma nic wspólnego z mocznikiem mocznikiem, który jest wykorzystywany w sektorze rolno-przemysłowym i farmakologii.

Edblue w silniku wysokoprężnym

Układ oczyszczania spalin płynnych lub konwerter SCR to zamknięty układ, przez który przepływają wolne od sadzy spaliny z silników Diesla. Płyn Adblue wlewany jest do samodzielnego zbiornika i wtryskiwany do rury wydechowej w odmierzonej dawce przed wejściem do konwertera.

Zmieszany gaz trafia do jednostki neutralizacji SCR, gdzie zachodzi reakcja chemiczna rozkładu tlenku azotu kosztem amoniaku w moczniku. W połączeniu z tlenkiem azotu cząsteczki amoniaku rozkładają go na składniki nieszkodliwe dla ludzi i środowiska.

Po pełnym cyklu czyszczenia do atmosfery emitowana jest minimalna ilość zanieczyszczeń, parametr emisji zgodny z protokołami Euro-5 i Euro-6.

Zasada działania układu oczyszczania spalin diesla

Kompletny układ oczyszczania spalin silnika wysokoprężnego składa się z katalizatora, filtra cząstek stałych i układu SCR. Zasada działania czyszczenia etapami:

1. Spaliny dostają się do katalizatora i filtra cząstek stałych. Sadza jest filtrowana, cząstki paliwa są spalane, a tlenek węgla i węglowodory są usuwane.
2. Wtryskiwacz służy do wstrzyknięcia pewnej ilości AdBlue do połączenia między filtrem cząstek stałych silnika Diesla a katalizatorem SCR. Cząsteczki mocznika rozkładają się na amoniak i kwas izocyjanowy.
3. Amoniak łączy się z tlenkiem azotu, najbardziej szkodliwym składnikiem zużytego oleju napędowego. Cząsteczki ulegają rozszczepieniu, co prowadzi do powstania wody i azotu. Do atmosfery uwalniane są nieszkodliwe spaliny.

Skład mocznika do oleju napędowego

Pomimo pozornej prostoty płynu do silników wysokoprężnych, samodzielne przygotowanie mocznika przy użyciu nawozu organicznego jest niemożliwe. Formuła cząsteczki mocznika (NH2) 2CO, to fizycznie bezwonny biały kryształ, rozpuszczalny w wodzie i rozpuszczalnikach polarnych (ciekły amoniak, metanol, chloroform itp.).

Na rynek europejski płyn produkowany jest pod nadzorem VDA (Niemieckiego Związku Przemysłu Samochodowego), który wydaje licencje firmom produkcyjnym, z których część dostarcza płyny na rynek krajowy.

W Rosji podrabianie pod marką AdBlue wynosi ponad 50%. Tak więc kupując mocznik do rosyjskiego silnika wysokoprężnego, należy kierować się oznaczeniem „Zgodność z normą ISO 22241-2-2009”.

Plusy i minusy

Zalety stosowania mocznika są oczywiste - tylko z tym odczynnikiem system oczyszczania spalin silnika wysokoprężnego SCR może w pełni funkcjonować i spełniać wymagania normy Euro 6.

Oprócz ochrony środowiska korzyści z oczyszczania mocznika obejmują następujące punkty:

• jego zużycie dla samochodów wynosi tylko 100 g na 1000 km;
• system SCR jest zintegrowany z nowoczesnymi pojazdami z silnikiem diesla;
• w niektórych krajach podatek od użytkowania pojazdu jest obniżony, jeśli zainstalowany jest system czyszczenia mocznikiem i nie ma ryzyka grzywny.

Niestety system ma również wady:

• temperatura zamarzania mocznika wynosi około -11°C;
• potrzeba regularnego tankowania;
• wzrasta koszt samochodu;
• duża ilość fałszywego płynu Adblue;
• zwiększone wymagania dotyczące jakości paliwa;
• kosztowne naprawy elementów systemu.

Zintegrowany system płukania mocznika wbudowany w pojazdy z silnikami wysokoprężnymi pozostaje jedynym sposobem na zmniejszenie emisji toksycznych. Utrudnienia w eksploatacji, wysoki koszt odczynników do samochodów ciężarowych, złej jakości płyn i olej napędowy powodują, że wielu kierowców decyduje się na wyłączenie systemu i instalowanie emulatorów.

Jednak ważne jest, aby zrozumieć, że mocznik pozostaje jedyną substancją chemiczną oleju napędowego, która zapobiega uwalnianiu tlenku azotu do środowiska, co może prowadzić do raka.