Технологии

Боротьба за екологію 

За всіх своїх переваг сучасні транспортні мотори мають один серйозний недолік, звинувачувати за який їх все ж таки не можна. Не можна тому, що у світі ніщо не бездоганне. При виробництві енергії наявність шкідливих для екології наслідків поки неусувна. Оскільки найпоширенішим джерелом механічної енергії Землі є ДВС, то, саме з моторами треба насамперед щось робити, щоб шкода через їх незвичайну поширеність не переважила користь.

Конфліктна ситуація очевидна. Ну, а де конфлікт, там і війна. Тиха, неоголошена, але бойові дії з метою забезпечення моторам високих показників екологічності ведуться вже не перший десяток років, і поки що ніяк не можна сказати, що в цій битві перемагають люди. Моторів дедалі більше, екологічні вимоги дедалі жорсткіші. А ось способів їх задовольнити не так уже й багато.

Заради справедливості слід зазначити, що у людства все-таки є таємна зброя, здатна кардинально вирішити завдання забезпечення високих показників екологічності моторам. Ще у 60-х роках минулого століття професор Ленінградського НДІ авіаційного приладобудування В.М. Кушуль запропонував конструкцію двигуна, що практично не створює шкідливих викидів. Паливний заряд у цьому моторі згоряє на 99%, що дозволяє говорити про нього, як про бездимну конструкцію. Але з цілої низки причин, у тому числі і через деяку неординарність влаштування цього двигуна, поки такий варіант вирішення проблеми особливого поширення не отримав. Цілком можливо тому, що автосвіт просто чекає, коли конструкцію Кушуля можна буде почати називати винаходом Кармела Скудері, який відзначився тим, що реалізував радянську розробку 60-х в 2001 році в Америці, і представив її інженерам SAE під ім’ям Split-Cycle Combustion ( SCC). Так чи інакше, але конструктори-мотористи у всьому світі продовжують шукати нагоди вирішити актуальне завдання своїм шляхом. І треба сказати, що часом ці спроби набувають досить цікавого виразу.

У 2001-му році двигун Кушуля чарівним чином перетворюється на винахід американця Кармело Скудері.

Сажа як привід потурбуватися

З останніх подій на цьому фронті особливо виділяється пропозиція цілого ряду відомих фірм забезпечити високу екологічну безпеку насамперед сучасним дизельним двигунам. Справа в тому, що при відомій перевазі з точки зору теплового ККД, дизель все ж таки небездоганний з точки зору шкідливих викидів. При чому особливо непривабливими у ряді показників за цим параметром у дизельних моторів є високий вміст оксидів азоту і такий відхід виробництва механічної енергії, як сажа у вихлопі. Так-так, саме звичайнісінька сажа, у вигляді незгорілих залишків вуглеводню, які при виході з дизеля набувають небезпечного для людини вигляду. Адже справа в тому, що з організму людини дрібні частинки пилу, менше 5 мікрон, не виводяться. Такого і менше розміру частинки вуглеводню і утворюють сажовий відхід від роботи дизельного двигуна. І хоча оксид азоту, інша проблема дизеля, набагато небезпечніша за наслідками своєї дії на живі організми, він сприяє зростанню ризику онкозахворювань, першорядним завданням, яке вирішили вирішувати мотористи, стало все-таки завдання з усунення сажі з викидів дизелів. Рішення, зважаючи на все, далося не так вже й просто. Але розсудивши, що якщо вже при такій організації згоряння, яка забезпечує зниження сажі у вихлопі, в ньому неухильно зростає частка онконебезпечних оксидів азоту, краще вже нехай мотор виробляє більше сажі, побороти яку буде простіше, ніж настільки небезпечний продукт окислення азоту.

У ході вирішення проблеми усунення утворюючих сажу у вихлопі дизельного двигуна твердих частинок конструктори вирішили не ходити простим шляхом. Звичайно ж, завдання можна було вирішити простою установкою сажевого фільтра, що замінюється, аналогічно принципу, за яким використовується всім відомий повітряний фільтр. Однак виявивши, що фільтр сажі такого принципу дії досить швидко забивається через нерівномірність осадження твердих частинок в ньому, стурбований екологією автопром вирішив, що тривіальна перемога над просто нерівномірністю засмічення сажевого фільтра, що замінюється, не надто вразить прихильників дизельних двигунів. А тому було ухвалено рішення про масове впровадження набагато більш екстравагантних та екзотичних конструкцій. І ось, у повній відповідності до масового уявлення про ДВЗ як про надзвичайно високотехнологічну продукцію, на ринку, як гриби після дощу, почали з’являтися найрізноманітніші, але неодмінно вражаючі уяву, системи та пристрої очищення шкідливих викидів дизеля від сажі.

Одним із перших у цьому напрямі висловився всім відомий лідер – компанія Mercedes-Benz зі своєю системою очищення Bluetec, заснованої на застосуванні сечовини як засіб усунення шкідливих наслідків від роботи однойменних дизельних автомобілів.

Витрата сечовини (реагент ADBlue, розчин води та аміаку), необхідної для роботи системи очищення за цим принципом, становить близько 100 мл на 100 км, а отже, не повинен нікого налякати перспективою високих додаткових витрат. Тим більше, що в Каліфорнії, наприклад, заради чистого повітря люди йдуть ще й не такі витрати. Що ж до решти світу, то їй пощастило менше. Система з чарівною сечовиною не всім може допомогти. Тому що реагент ADBlue виявився не таким стійким до негативних температур і замерзає вже при мінус 11 °C.

ADBlue – зареєстрована торгова марка продукту AUS 32 (водний розчин сечовини, 32%). Авторські права належать Асоціації автомобільної промисловості Німеччини (VDA). Застосовується як додаткова робоча рідина в дизельних двигунах з технологією SCR – Селективної Каталітичної Нейтралізації.

Звичайно, враховуючи цю обставину, Mercedes-Benz не зупинилася на пропонуванні ринку системи Bluetec виключно. Однак подальший розвиток систем очищення вихлопу дизельного мотора вже не був таким неординарним і цілком збігався з тим, що роблять на полі цієї діяльності конкуренти Mercedes, які ніколи не дрімають. А конкуренти, слід сказати, і не спали. І поки Mercedes освоював систему із сечовиною, ринку було запропоновано альтернативні варіанти систем із сажевим фільтром. І ось на сьогоднішній день ринок вже має уявлення про два типи систем такого роду: системи фільтра сажі з використанням паливних присадок FAP і без використання паливних присадок DPF.

FAP DPF`а не краще

За своєю будовою системи FAP і DPF різняться кардинально. В основі FAP лежить принцип роботи деякою мірою навіть схожий на Bluetec. Для очищення вихлопу дизельного двигуна система FAP також використовує впорскування рідкого реагенту у випускний колектор двигуна. Правда ось зовсім не з тією метою, з якою цей процес реалізований у Bluetec. Замість хімічної реакції у випадку FAP до випускного тракту подається спеціальний гелевий розчин дизельного палива зі зв’язаними в желеподібних капсулах мікрогранулами церію. Післявприскування цієї консистенції здійснюється в момент, коли випускні клапани мотора відкриті і через них виходить потік розпечених відпрацьованих газів. В ході подачі розчину желеподібні капсули мікрогранул випаровуються, і в результаті в сажовий FAP-фільтр потрапляють частинки церію, які в присутності вуглецю і кисню створюють локальні вогнища горіння, де температура досягає 1000°С. Природно, що при такій організації процесу сажа якісно вигоряє в режимі, що найбільш милосердний для кераміки фільтра. До переваг цього виду систем сажевого фільтра мабуть можна віднести вибірковість дії процесу. Адже локальне підвищення температури відбувається саме у тих місцях, де сажі осідає більше. Ну а другий безперечний плюс – індиферентність фільтра до місця встановлення у впускному тракті. Температура очищення при використанні FAP-фільтра буде досягнута за будь-яких умов, навіть якщо сам фільтр знаходиться досить далеко від випускних клапанів, що видають розпечений вихлоп.

Для здійснення безперебійного режиму роботи фільтра сажі DPF, в системі управління беруть участь безліч датчиків, яких немає в бензиновому двигуні.

1. Панель приладів. 2. Електронний блок керування. 3. Датчик витрати повітря. 4. Дизельний двигун. 5. Датчик температури перед турбокомпресором. 6. Турбокомпресор. 7. Датчик температури перед фільтром сажі. 8. Датчик кисню (лямбда). 9. Сажовий фільтр (DPF). 10. Датчик перепаду тиску на фільтрі сажі. 11. Датчик температури після фільтра сажі.

Звичайно, блакитною мрією кожного конструктора сажевого фільтра для очищення вихлопу дизельних моторів була і залишається система, що допускає можливість її ефективного використання без необхідності витрат на додаткові витратні матеріали, церій містить желе або навіть аміак з водою. Саме йдучи назустріч такій мрії, конструктори запропонували DPF-системи очищення сажі. Дійсно, навіщо мучитися з розхідниками і подавати якийсь церій, якщо достатньо тільки розмістити керамічний фільтр сажі поблизу випускних клапанів, і висока температура вихлопних газів працюючого з високим ступенем інтенсивності мотора сама собою очистить відкладення сажі з фільтра, випалюючи раніше осівшу в цьому фільтрі сажу. Все геніальне просто – розсудили в цьому випадку конструктори. І запропонували на ринок ці системи, як продукт непересічної інженерно-маркетингової кмітливості.

Працює DPF-система очищення вихлопу дизельного двигуна від сажі досить легко. Датчик тиску у випускному колекторі надає БУ двигуна дані про рівень забруднення фільтра. БУ розраховує об’ємний потік ОГ, який вимірюється витратоміром повітря та датчиком температури ОГ до фільтра сажі. Окремо встановлений на впускному колекторі перед турбіною інший датчик температури надає дані про температуру вихлопних газів безпосередньо на виході з циліндрів. На підставі одержуваних від цих датчиків даних, БУ двигуна розраховує момент додаткового впорскування палива, мета здійснення якого – виключно підйом температури в районі сажевого фільтра з тим, щоб це підвищення забезпечило вигоряння сажі, що накопичилася у фільтрі. Система може розрахувати необхідний момент досить точно. Адже крім перелічених датчиків також враховуються дані від датчика кисню, встановлюваного перед нейтралізатором. Нагрів сажового фільтра та його регенерація завдяки цьому протікають в оптимальному режимі.

Будова сажового фільтра DPF є матричною структурою з кераміки (карбіду кремнію), укладеною в металевий корпус. Усі комірки матриці є паралельно розташовані канали поперемінно відкриті і закриті з одного боку (впускні і випускні), розділені між собою фільтруючими стінками, на які наноситься покриття з оксидів цирконію і алюмінію. Дані стінки, що фільтрують, виконують функцію підкладки каталізатора, який сприяє протіканню хімічних реакцій, але при цьому не утворює нових сполук і сам не змінюється. Так як фільтр має пористу структуру з закритими почергово каналами, відпрацьовані гази проходять через пористі стінки і частинки сажі у впускних клапанах. Дизельний фільтр DPF – фільтр закритого типу. При проходженні через нього вихлопних газів відбувається утримання частинок сажі малого розміру 0,11 мкм. Більшість сучасних дизельних автомобілів мають фільтр сажі, об’єднаний з окислювальним каталізатором, який розташовується в передній частині фільтра. Він виконує функції сажового фільтра та каталізатора одночасно.

Як це видно, система DPF-очищення завдяки цьому нехитрому і, напевно, недорогому комплексу заходів цілком здатна вберегти власника дизельного авто від зайвих витрат на розхідники, практично забезпечуючи ефект застосування звичайних фільтрів, що заміняються. Однак, при цьому потрібно пам’ятати, що для отримання потрібного ефекту всі системи автомобіля повинні працювати бездоганно. Вихід із ладу хоча б одного з датчиків цілком здатний призвести до того, що витратною стане вся система загалом.

Є ще одна неприємна особливість. В умовах насичення DPF-фільтра на 105-125% система просто не запускається через небезпеку виникнення пожежі, зумовленої забитістю фільтра сажі. Але немає жодних проблем, якщо пам’ятати про небезпеку такого стану справ весь період експлуатації. Дизельний мотор з DPF-фільтром, розрахованим на 120 тис. км, цілком зможе чесно відпрацювати весь закладений ресурс, якщо паливо буде якісним, а власник не стане відмовляти собі в задоволенні періодично проїжджати не менше 40 км на високій швидкості при включеній зниженій передачі . Робити це зручніше вночі, коли щільний трафік не завадить тривалій роботі двигуна на високих оборотах, що забезпечує оптимальні умови для вигоряння сажі з фільтра. Якщо ж з якихось причин фільтр все-таки був забитий настільки, що двигун не розвиває потужності і навіть не може втримати розрахункову кількість обертів холостого ходу, то це ще не означає, що потрібно терміново міняти фільтр сажі, ціна на який починається від 1000 доларів. Багато, звичайно, залежить від пробігу та умов експлуатації авто. Однак якщо з цим все нормально, то на допомогу прихильникам захисту екології високотехнологічними методами може допомогти порівняно проста процедура – промивання сажевого фільтра.

Сажовий фільтр, що розплавився. Таке трапляється, якщо забитий фільтр випалюється їздою на повному газі і в ході цього водій різко кидає газ. У фільтр потрапляє дуже багато кисню, і температура неконтрольовано зростає.

Нездорові наслідки турботи про здоров’я

Про здатність сажевого DPF-фільтра до миття доступними навіть домогосподарськими засобами серед тих, хто зіткнувся з необхідністю заміни цього вузла, буквально ходять легенди. Кажуть, що фільтр можна відмити навіть простою водою, під тиском направленою у фільтр у протихід напряму потоків вихлопних газів. Особливих успіхів, на думку експериментаторів, можна очікувати, якщо скористатися ефективним в інших життєвих ситуаціях посудомийним засобом. Є думка, перевірити яку, напевно, ще не вдалося нікому, що такий підхід до вирішення проблеми може допомогти. Що ж, експеримент, звичайно, справа благородна, чому б і не спробувати, заздалегідь запасаючись новим, з голочки, фільтром. У цьому випадку спробувати можна багато: починаючи від розчинника і закінчуючи самогоном, раптом пощастить. Однак якщо пам’ятати про те, що у фільтрі накопичується вуглецевий осад, який під дією високих температур і коливань тиску ущільнюється у вузьких і багаторазово петляючих ходах фільтра, то хоча б з бажання остаточно не занапастити щільно забитий фільтр, звернутися все ж таки краще до професійних засобів чищення . Адже на відміну від засобів для сантехніки ця автохімія розрахована перш за все на те, щоб спочатку якісно розпушити сажу, що закоксувала ходи фільтра, а вже потім ефективно видалити отриману пухку масу, використовуючи принцип роботи самого фільтра.

Враховуючи зростання автомобілів, що знаходяться в експлуатації, з дизельними моторами, оснащеними DPF-фільтрами, ринок пропонує цілу низку засобів хімічного очищення сажевого фільтра, що забився. Немає сумнівів, що здебільшого всі ці рідини тією чи іншою мірою здатні впоратися з покладеним на них завданням. Однак визначити ефективніше діючий засіб все ж таки можна, якщо пильну увагу звернути саме на технологію чищення, рекомендовану виробником засобу. З цієї точки зору привабливо виглядає засіб Xenum DPF FLUSH (STEP 1 та STEP 2).

Виробник цього набору для чищення фільтра передбачає таку комплектацію, яка дозволяє здійснити чищення без зняття фільтра, використовуючи технологічні отвори місць посадки датчиків. При цьому саме очищення здійснюється в кілька етапів, між якими використовується штатна робота двигуна та системи регенерації фільтра. Засоби STEP 1 і STEP 2, що подаються в випускну систему, ефективно розпушують сажовий осад, забезпечуючи штатній системі можливість впоратися з надмірною кількістю сажі. Жодної екзотики, але в цьому і криється секрет ефективності засобу. По завершенню всіх операцій виробник засобу рекомендує те саме, що і виробник автомобіля: не менше 20 хв руху автомобіля при роботі двигуна з оборотами понад 2500 об/хв. У цей час вихлопна система двигуна остаточно видалить продукти горіння сажі з фільтра, що явно має бути видно по густому диму з вихлопної труби. Після завершення операції автомобіль готовий до подальшої експлуатації.

Профілактика розумніша за лікування

Звичайно ж, цей спосіб очищення фільтра сажі більш клопіткий, ніж часто практиковане кардинальне видалення його з випускної системи автомобіля з паралельним емулюванням роботи датчиків для забезпечення можливості роботи мотора. Але все-таки варто пам’ятати, що погодившись на такий хід, власник автомобіля мимоволі перетворюється на вбивцю людей, що оточують його, і сильно ризикує сам своїм здоров’ям. Чи варто йти на такі жертви, чи просто періодично користуватися засобами автохімії, що дозволяють вирішити проблему без цих жертв – кожен вирішує сам для себе. І в ряду вибору видалити фільтр, замінити його на новий або періодично звертатися до чищення кожен вибере найбільш оптимальне та розумне рішення. Тим більше, що той же Xenum, крім засобу виправлення запущених випадків, пропонує також і засіб профілактики, що дозволяє попередити критичне заповнення сажевого фільтра.

Профілактичний засіб Xenum IN & OUT CLEANER, що діє за розробленою та запатентованою цією компанією технології NEXGEN, вирішує завдання попередження екстремального засмічення фільтра сажею методом, що нагадує технологію FAP-фільтра. Ця добавка в паливо містить у собі частинки рідкісноземельних металів, які, осаджучись в місцях найбільшого скупчення сажі у фільтрі, викликають високотемпературну локальну реакцію, що забезпечує вигоряння надлишків вуглеців. Рішення Xenum в даному випадку цікаве тим, що компанія заявляє про відсутність необхідності використання желатинових капсул як засіб доставки активаторів реакції до місць скупчення сажі. Та й діє ця паливна присадка більш розширено, очищаючи також впускну систему. Технологія цікава тим, що розробником демонструються підходи, що дозволяють, за його словами, перевершити методи відомих виробників.

Епілог

На війні всі засоби хороші. Сьогодні автовиробники вирішують завдання збуту своєї продукції як воєначальник, який через вказівку йому піклуватися про здоров’я своїх солдатів змушує цих самих солдатів бігти за танками які чадять, що наступають, у протигазах, проданих їм за подібною ціною. Але ж так бігати ніякого здоров’я не вистачить!

Нервотрепка через непередбачуваність поведінки фільтрів сажі нічим не краще закопченого повітря від без них працюючих двигунів автомобілів. Те й інше однаково неприйнятне у відносинах між виробниками автомобілів та користувачами цієї техніки. І тим більше цінне в цій ситуації те, що на виручку приходять розробники технологій, які вирішують проблему на прийнятному для ринку рівні витрат.

Ймовірно, так відбуватиметься і надалі. У будь-якому разі, поки гранди автомобілебудування ставитимуться до таких прикладів вдалого вирішення проблеми, як двигун Кушуля, з такою ж часткою уваги, з якою вони сьогодні ставляться до реальних проблем споживачів своєї продукції. Якщо проблема екології настільки важлива, то вирішувати її потрібно конструктивно, а не за рахунок створення проблем споживача та вагомого подорожчання експлуатації. Споживач не повинен оплачувати екологічну безпеку від самого початку безпечною, як заявляють, для нього технікою. Але навіть якщо його змушують це робити, завжди знайдеться вихід. Щоправда, з усіма наслідками, що звідси випливають для репутації виробника техніки. На війні як на війні…

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *