Борьба за экологию 

При всех своих преимуществах современные транспортные моторы имеют один серьезный недостаток, винить за который их все же нельзя. Нельзя потому, что в мире ничто не безупречно. При производстве энергии наличие вредных для экологии последствий пока неустранимо. Поскольку наиболее распространенным источником механической энергии Земли является ДВС, то именно с моторами надо прежде что-то делать, чтобы вред из-за их необычной распространенности не перевесил пользу.

Конфликтная ситуация очевидна. Ну а где конфликт, там и война. Тихая, необъявленная, но боевые действия с целью обеспечения моторам высоких показателей экологичности ведутся уже не первый десяток лет, и пока никак нельзя сказать, что в этой битве побеждают люди. Моторов все больше, экологические требования все более жесткие. А вот способов их удовлетворить не так уж много.

Справедливости ради следует отметить, что у человечества все-таки есть тайное оружие, способное кардинально решить задачу обеспечения высоких показателей экологичности моторам. Еще в 60-х годах прошлого столетия профессор Ленинградского НИИ авиационного приборостроения В.М. Кушуль предложил конструкцию двигателя, практически не создающую вредных выбросов. Топливный заряд в этом моторе сгорает на 99%, что позволяет говорить о нем как о бездымной конструкции. Но по целому ряду причин, в том числе и по некоторой неординарности устройства этого двигателя, пока такой вариант решения проблемы особого распространения не получил. Вполне возможно потому, что автомир просто ждет, когда конструкцию Кушуля можно будет начать называть изобретением Кармела Скудери, отличившегося тем, что реализовал советскую разработку 60-х в 2001 году в Америке, и представил ее инженерам SAE под именем Split-Cycle Combustion (SCC). Так или иначе, но конструкторы-мотористы во всем мире продолжают искать возможности решить актуальную задачу своим путем. И надо сказать, что порой эти попытки приобретают достаточно интересное выражение.

В 2001 году двигатель Кушуля волшебным образом превращается в изобретение американца Кармело Скудери.

Сажа как повод позаботиться

Из последних событий на этом фронте особенно выделяется предложение целого ряда известных фирм обеспечить высокую экологическую безопасность прежде всего современным дизельным двигателям. Дело в том, что при известном преимуществе с точки зрения теплового КПД, дизель все же небезупречен с точки зрения вредных выбросов. Причем особенно непривлекательными в ряде показателей по этому параметру у дизельных моторов высокое содержание оксидов азота и такой уход производства механической энергии, как сажа в выхлопе. Да-да, именно самая обычная сажа, в виде несгоревших остатков углеводорода, которые при выходе из дизеля приобретают опасный для человека вид. Дело ведь в том, что из организма человека мелкие частицы пыли, менее 5 микрон, не выводятся. Такого и меньше размера частицы углеводорода и образуют сажевый отход от работы дизельного двигателя. И хотя оксид азота, другая проблема дизеля, гораздо опаснее последствий своего воздействия на живые организмы, он способствует росту риска онкозаболеваний, первостепенной задачей, которую решили решать мотористы, стала все-таки задача по устранению сажи из выбросов дизелей. Решение, судя по всему, далось не так-то просто. Но рассудив, что если уж при такой организации сгорания, обеспечивающей снижение сажи в выхлопе, в нем неуклонно растет доля онкоопасных оксидов азота, лучше уж пусть мотор производит больше сажи, побороть которую будет проще, чем столь опасный продукт окисления азота.

В ходе решения проблемы устранения образующих сажу в выхлопе дизельного двигателя жестких частиц конструкторы решили не ходить простым путем. Конечно же, задачу можно было решить простой установкой заменяющегося сажевого фильтра, аналогично принципу, по которому используется всем известный воздушный фильтр. Однако обнаружив, что сажевый фильтр такого принципа действия достаточно быстро забивается из-за неравномерности осаждения твердых частиц в нем, обеспокоенный экологией автопром решил, что тривиальная победа над просто неравномерностью засорения заменяемого сажевого фильтра не слишком поразит поклонников дизельных двигателей. Поэтому было принято решение о массовом внедрении гораздо более экстравагантных и экзотических конструкций. И вот, в полном соответствии с массовым представлением о ДВС как о чрезвычайно высокотехнологичной продукции, на рынке, как грибы после дождя, начали появляться самые разные, но непременно поражающие воображение, системы и устройства очистки вредных выбросов дизеля от сажи.

Одним из первых в этом направлении высказался всем известный лидер – компания Mercedes-Benz со своей системой очистки Bluetec, основанной на применении мочевины как средство устранения вредных последствий от работы одноименных дизельных автомобилей.

Расход мочевины (реагент ADBlue, раствор воды и аммиака), необходимой для работы системы очистки по этому принципу, составляет около 100 мл на 100 км, следовательно, не должен никого испугать перспективой высоких дополнительных затрат. Тем более что в Калифорнии, например, ради чистого воздуха люди идут еще и не такие расходы. Что касается остального мира, то ей повезло меньше. Система с волшебной мочевиной не всем может помочь. Потому что реагент ADBlue оказался не столь устойчив к отрицательным температурам и замерзает уже при минус 11 °C.

ADBlue – зарегистрированная торговая марка продукта AUS 32 (водный раствор мочевины, 32%). Авторские права принадлежат Ассоциации автомобильной промышленности Германии (VDA). Применяется в качестве дополнительной рабочей жидкости в дизельных двигателях с технологией SCR – Селективной Каталитической Нейтрализации.

Конечно, учитывая это обстоятельство, Mercedes-Benz не остановилась на предложении рынка системы Bluetec исключительно. Однако дальнейшее развитие систем очистки выхлопа дизельного мотора уже не являлось таким неординарным и вполне совпадало с тем, что делают на поле этой деятельности конкуренты Mercedes, которые никогда не дремлют. .А конкуренты, следует сказать, и не спали. И пока Mercedes осваивал систему с мочевиной, рынку были предложены альтернативные варианты систем с мочевиной. сажевым фильтром. И вот на сегодняшний день рынок уже имеет представление о двух типах систем такого рода: системах сажевого фильтра с использованием топливных присадок FAP и без использования топливных присадок DPF.

FAP DPF`а не лучше

По своему строению системы FAP и DPF различаются кардинально. В основе FAP лежит принцип работы в некоторой степени даже похож на Bluetec. Для очистки выхлопа дизельного двигателя система FAP также использует впрыскивание жидкого реагента в выпускной коллектор двигателя. Правда, вот совсем не с той целью, с которой этот процесс реализован в Bluetec. Вместо химической реакции в случае FAP к выпускному тракту подается специальный гелевый раствор дизельного топлива со связанными в желеобразных капсулах микрогранулами церия. После впрыска этой консистенции осуществляется в момент, когда выпускные клапаны двигателя открыты и через них выходит поток раскаленных отработавших газов. В ходе подачи раствора желеобразные капсулы микрогранул улетучиваются, и в результате в сажевый FAP-фильтр попадают частицы церия, которые в присутствии углерода и кислорода создают локальные очаги горения, где температура достигает 1000°С. Естественно, что при такой организации процесса сажа качественно выгорает в наиболее милосердном режиме для керамики фильтра. К преимуществам этого вида систем сажевого фильтра можно отнести избирательность действия процесса. Ведь локальное повышение температуры происходит именно в тех местах, где сажи оседает больше. Ну а второй несомненный плюс – индифферентность фильтра к месту установки во впускном тракте. Температура очистки при использовании FAP-фильтра будет достигнута в любых условиях, даже если сам фильтр находится достаточно далеко от выпускных клапанов, выдающих раскаленный выхлоп.

Для осуществления бесперебойного режима работы сажи фильтра DPF, в системе управления участвуют множество датчиков, которых нет в бензиновом двигателе.

1. Панель приборов. 3. Датчик расхода воздуха. .Сажевой фильтр (DPF). давления на саже фильтре 11. Датчик температуры после саже фильтра.

Конечно, голубой мечтой каждого сажевого конструктора фильтра для очистки выхлопа дизельных моторов была и остается система, допускающая возможность ее эффективного использования без необходимости затрат на дополнительные расходные материалы, церий содержит желе или даже аммиак с водой. Именно идя навстречу такой мечте, конструкторы предложили DPF-системы очистки сажи. Действительно, зачем мучиться с расходниками и подавать какой-то церий, если достаточно только разместить керамический сажевой фильтр вблизи выпускных клапанов, и высокая температура выхлопных газов работающего с высокой степенью интенсивности мотора сама собой очистит отложение сажи из фильтра, выжигая ранее осевшую в этом фильтре. Все гениальное просто – рассудили в этом случае конструкторы. И предложили на рынок эти системы, как продукт незаурядной инженерно-маркетинговой смекалки.

Работает DPF-система очистки выхлопа дизельного двигателя от сажи достаточно легко. Датчик давления в выпускном коллекторе предоставляет БУ двигателю данные об уровне загрязнения фильтра. БУ рассчитывает объемный поток ОГ, измеряемый расходомером воздуха и датчиком температуры ОГ к саже фильтру. Отдельно установленный на впускном коллекторе перед турбиной другой датчик температуры предоставляет данные о температуре выхлопных газов непосредственно на выходе из цилиндров. На основании получаемых от этих датчиков данных, БУ двигателя рассчитывает момент дополнительного впрыска топлива, цель осуществления которого – исключительно подъем температуры в районе сажевого фильтра с тем, чтобы это повышение обеспечило накопившуюся в фильтре выгорание сажи. Система может рассчитать нужный момент достаточно точно. Ведь кроме перечисленных датчиков учитываются данные от датчика кислорода, устанавливаемого перед нейтрализатором. Нагрев сажевого фильтра и его регенерация благодаря этому протекают в оптимальном режиме.

Устройство сажевого фильтра DPF является матричной структурой из керамики (карбида кремния), заключенной в металлический корпус. Все ячейки матрицы имеют параллельно расположенные каналы попеременно открытые и закрытые с одной стороны (впускные и выпускные), разделенные между собой фильтрующими стенками, на которые наносится покрытие из оксидов циркония и алюминия. Данные фильтрующие стенки выполняют функцию подложки катализатора, который способствует протеканию химических реакций, но при этом не образует новых соединений и сам не меняется. Так как фильтр имеет ячеистую структуру с закрытыми поочередно каналами, отработанные газы проходят через ячеистые стенки и частицы сажи во впускных клапанах. Дизельный фильтр DPF – фильтр закрытого типа. При прохождении через него выхлопных газов происходит содержание сажи частиц малого размера 0,11 мкм. Большинство современных дизельных автомобилей имеют сажевой фильтр, объединенный с окислительным катализатором, который располагается в передней части фильтра. Он выполняет функции сажевого фильтра и катализатора одновременно.

Как видно, система DPF-очистки благодаря этому нехитрому и, наверное, недорогому комплексу мероприятий вполне способна уберечь владельца дизельного авто от лишних затрат на расходники, практически обеспечивая эффект применения заменяемых обычных фильтров. Однако, при этом следует помнить, что для получения нужного эффекта все системы автомобиля должны работать безупречно. Выход из строя хотя бы одного из датчиков вполне способен привести к тому, что затратной станет вся система в целом.

Есть еще одна неприятная изюминка. В условиях насыщения DPF-фильтра на 105-125% система просто не запускается из-за опасности возникновения пожара, обусловленного ушибом сажи фильтра. Но нет никаких проблем, если помнить об опасности такого положения дел весь период эксплуатации. Дизельный мотор с DPF-фильтром, рассчитанным на 120 тыс. км, вполне сможет честно отработать весь заложенный ресурс, если топливо будет качественным, а владелец не станет отказывать себе в удовольствии периодически проезжать не менее 40 км на высокой скорости при включенной пониженной передаче. Делать это удобнее ночью, когда плотный трафик не помешает длительной работе двигателя на высоких оборотах, что обеспечивает оптимальные условия для выгорания сажи из фильтра. Если же по каким-то причинам фильтр все-таки был забит настолько, что двигатель не развивает мощности и даже не может удержать расчетное количество оборотов холостого хода, то это еще не значит, что нужно срочно менять сажий фильтр, цена на который начинается от 1000 долларов. Многое, конечно, зависит от пробега и условий эксплуатации авто. Однако если с этим все нормально, то в помощь сторонникам защиты экологии высокотехнологичными методами может помочь сравнительно простая процедура – промывка сажевого фильтра.

Расплавленный фильтр Такое случается, если забитый фильтр выжигается ездой на полном газе и в ходе этого водитель резко бросает газ.

Нездоровые последствия заботы о здоровье

О способности сажевого DPF-фильтра к мытью доступными даже домохозяйственными средствами среди столкнувшихся с необходимостью замены этого узла буквально ходят легенды. успехов, по мнению экспериментаторов, можно ожидать, если воспользоваться эффективным у других жизненных ситуациях посудомоечным средством. Есть мысль, проверить которую, наверное, еще не удалось никому, что такой подход к решению проблемы может помочь. фильтром. В этом случае попробовать можно много: начиная от растворителя и заканчивая самогоном, вдруг повезет. что в фильтре накапливается углеродный осадок, который под действием высоких температур и колебаний давления уплотняется в узких и многократно петляющих ходах фильтра, то хотя бы по желанию окончательно не повредить плотно забитый фильтр, обратиться все же лучше к профессиональным средствам чистки. средств для сантехники эта автохимия рассчитана прежде всего на то, чтобы поначалу качественно разрыхлить сажу, закоксовавшую ходы фильтра, а уже потом эффективно удалить полученную рыхлую массу, используя принцип работы самого фильтра.

Учитывая рост находящихся в эксплуатации автомобилей с дизельными моторами, оснащенными DPF-фильтрами, рынок предлагает целый ряд средств химической очистки забившегося сажевого фильтра. Нет сомнений, что в большинстве своем все эти жидкости в той или иной степени способны справиться с возложенной на них задачей. Однако определить более эффективное действующее средство все же можно, если пристальное внимание обратить именно на технологию чистки, рекомендованную производителем средства. С этой точки зрения привлекательно выглядит Xenum DPF FLUSH (STEP 1 и STEP 2).

Производитель этого набора для чистки фильтра предусматривает такую комплектацию, которая позволяет осуществить чистку без снятия фильтра, используя технологические отверстия мест посадки датчиков. 2, подаваемые в выпускную систему, эффективно разрыхляют сажевой осадок, обеспечивая штатной системе возможность справиться с чрезмерным количеством сажи. Никакой экзотики, но в этом и кроется секрет эффективности средства. В настоящее время выхлопная система двигателя окончательно удалит продукты горения сажи из фильтра, что явно должно быть видно по густому дыму из выхлопной трубы. После завершения операции автомобиль готов к дальнейшей эксплуатации.

Профилактика умнее лечения

Конечно же, этот способ очистки саже фильтра более хлопотный, чем часто практикуемое кардинальное удаление его из выпускной системы автомобиля с параллельным эмулированием работы датчиков для обеспечения возможности работы мотора. Но все-таки стоит помнить, что согласившись на такой ход, владелец автомобиля невольно превращается в убийцу окружающих его людей и сильно рискует сам своим здоровьем. Стоит ли идти на такие жертвы или просто периодически пользоваться средствами автохимии, позволяющими решить проблему без этих жертв – каждый решает сам для себя. И в ряду выбора удалить фильтр, заменить его новым или периодически обращаться к чистке каждый выберет наиболее оптимальное и разумное решение. Тем более что тот же Xenum, помимо средства исправления запущенных случаев, предлагает также и средство профилактики, позволяющее предупредить критическое заполнение сажевого фильтра.

Профилактическое средство Xenum IN & OUT CLEANER, действующее по разработанной и запатентованной этой компанией технологии NEXGEN, решает задачу предупреждения экстремального засорения сажевого фильтра методом, напоминающим технологию FAP-фильтра. Эта добавка в топливо включает в себя частицы редкоземельных металлов, которые, осаждаясь в местах наибольшего скопления сажи в фильтре, вызывают высокотемпературную локальную реакцию, обеспечивающую выгорание излишков углерода. Решение Xenum в данном случае интересно тем, что компания заявляет об отсутствии необходимости использования желатиновых капсул в качестве средства доставки активаторов реакции в места скопления сажи. Да и действует эта топливная присадка более расширенно, очищая впускную систему. Технология интересна тем, что разработчиком демонстрируются подходы, позволяющие, по его словам, превзойти методы известных производителей.

Эпилог

На войне все средства хороши. Сегодня автопроизводители решают задачу сбыта своей продукции как военачальник, который по указанию ему заботиться о здоровье своих солдат заставляет этих же солдат бежать за наступающими танками в противогазах, проданных им по подобной цене. Но ведь так бегать никакого здоровья не хватит!

Нервотрепка из-за непредсказуемости поведения сажевых фильтров ничем не лучше закопченного воздуха от без них работающих двигателей автомобилей. То и другое все равно неприемлемо в отношениях между производителями автомобилей и пользователями этой техники. И тем более ценно в этой ситуации то, что на выручку приходят разработчики технологий, решающих проблему на приемлемом для рынка уровне издержек.

Вероятно, так будет происходить и дальше. Во всяком случае, пока гранды автомобилестроения будут относиться к таким примерам удачного решения проблемы, как двигатель Кушуля, с такой же долей внимания, с которой они сегодня относятся к реальным проблемам потребителей своей продукции. Если проблема экологии столь важна, то решать ее нужно конструктивно, а не за счет создания проблем потребителя и значительного удорожания эксплуатации. Потребитель не должен оплачивать экологическую безопасность изначально безопасной, как заявляют, для него техникой. Но даже если его вынуждают это делать, всегда найдется выход. Правда, со всеми вытекающими отсюда последствиями для репутации производителя техники. На войне, как на войне…