Mocznik do oleju napędowego: do czego jest potrzebny i jak działa

Jedną z nieprzyjemnych cech silników wysokoprężnych jest wysoki poziom emisji szkodliwych substancji do atmosfery, w szczególności tlenków azotu. Ponieważ przepisy dotyczące ochrony środowiska stały się bardziej rygorystyczne, inżynierowie musieli wymyślić nowe sposoby neutralizacji tych związków. Po systemach oczyszczania powstała technologia selektywnej redukcji katalitycznej (SCR) tlenków azotu, która wymagała zastosowania roztworu mocznika. Innymi słowy, AdBlue. Zrozummy, co to jest i dlaczego potrzebuje go nowoczesny samochód.

Dlaczego potrzebny jest odczynnik AdBlue (mocznik)

Czym jest mocznik do oleju napędowego? Jest on często określany jako AdBlue, chociaż jest to po prostu zarejestrowany znak towarowy odnoszący się do roztworu mocznika w wodzie zdemineralizowanej. AdBlue jest stosowany wyłącznie w technologii SCR w celu zmniejszenia emisji tlenków azotu w spalinach z silników wysokoprężnych – jako jeden ze składników reakcji redukcji nieszkodliwego azotu z jego tlenków.

Płynny odczynnik jest wprowadzany do układu wydechowego pojazdu, gdzie reagując z gazami spalinowymi (EG), pomaga przekształcić tlenki azotu w nieszkodliwe substancje, takie jak para wodna i azot. Obecnie, bez tej technologii, samochody z silnikami wysokoprężnymi nie są w stanie spełnić norm środowiskowych powyżej protokołu Euro-5.

Marka AdBlue, do której prawa należą do Niemieckiego Stowarzyszenia Przemysłu Motoryzacyjnego (VDA), produkuje wodny roztwór mocznika. Z jednej strony skład mocznika do oleju napędowego jest prosty: 32,5% oczyszczonego mocznika (prawidłowa nazwa chemiczna to diamid kwasu węglowego) i 67,5% zdemineralizowanej wody.

Technologia produkcji roztworu jest jednak złożona i nie jest dostępna dla każdego producenta. Proces wymaga skrupulatnego oczyszczenia płynu z obcych zanieczyszczeń. A nazwę AdBlue można uzyskać na kanistrze dopiero po sprawdzeniu zgodności z charakterystyką zgodnie z dokumentami VDA i międzynarodową normą ISO 22241 (w Niemczech – DIN 70070, w Rosji – GOST R ISO).

Jednym z pierwszych, który zastosował roztwór mocznika w silnikach wysokoprężnych pojazdów seryjnych (najpierw w ciężarówkach i autobusach, a następnie w samochodach osobowych) na początku XXI wieku był Daimler AG, który wprowadził zastrzeżony system oczyszczania spalin silników wysokoprężnych BlueTec.

W Rosji w 2022 r. było tylko czterech producentów AdBlue, wytwarzających legalny i wysokiej jakości produkt. Odczynnika AdBlue nie należy mylić ze zwykłym mocznikiem, stosowanym jako nawóz, dodatek do żywności dla zwierząt lub w farmakologii.

Projekt i podstawowe zasady działania systemu SCR

W nowoczesnych samochodach w celu maksymalnej redukcji szkodliwych emisji (węglowodorów, siarki, sadzy, tlenków azotu i innych) w układzie wydechowym stosuje się cały kompleks rozwiązań inżynieryjnych.

Ich wspólna nazwa to elementy katalityczne. Należą do nich katalizatory układu wydechowego, a także filtry cząstek stałych stosowane wyłącznie w samochodach z silnikiem wysokoprężnym.

A co z mocznikiem do diesla: do czego służy? Technologia neutralizacji spalin SCR oparta na wykorzystaniu mocznika ma za zadanie uczynić spaliny jeszcze bardziej przyjaznymi dla środowiska poprzez dodatkowe oczyszczanie gazów.

System neutralizacji SCR składa się z niewielu komponentów. Wymaga on jednak nie tylko regularnego tankowania i kontroli poziomu mocznika w specjalnym zbiorniku, ale także okresowej konserwacji.

Poniższy przykład konstrukcji i działania systemu jest w pełni prawdziwy dla systemu BlueTec firmy Daimler AG. Systemy innych producentów mogą różnić się szczegółami, ale generalnie działają na tej samej zasadzie.

Płyn AdBlue wlewany jest do specjalnego zbiornika, którego pojemność w samochodach waha się od 5 do 35 litrów. Z reguły zbiornik jest wyposażony w grzałkę, która zapobiega zamarzaniu roztworu mocznika na mrozie (jego krystalizacja następuje w temperaturze minus 11 stopni Celsjusza).

Króciec wlewu zbiornika AdBlue w samochodach znajduje się w różnych miejscach: pod klapą zbiornika gazu, w bagażniku lub pod maską. Mocznik przepływa przez rury doprowadzające do układu wydechowego przed katalizatorem.

Za pomocą dyszy i mieszalnika (miksera) odczynnik pod ciśnieniem od 4,5 do 8,5 bara jest rozpylany w katalizatorze o złożonej konstrukcji (katalizatorze-konwerterze SCR), gdzie w kilku etapach następuje dezaktywacja tlenków azotu do stanu bezpiecznych substancji – pary wodnej i wolnego azotu.

Procesem kieruje elektronika – sterująca blokiem SCR, która kierując się odczytami czujnika kontrolującego tlenki azotu NOx, dozuje roztwór.

Zużycie mocznika do oleju napędowego jest indywidualne dla różnych typów samochodów. W samochodach osobowych jedno tankowanie wystarcza na przejechanie do 20 000 kilometrów, a planowe przeglądy i w razie potrzeby uzupełnianie AdBlue przeprowadza się raz na 10 000 kilometrów.

Jako procent zużycia oleju napędowego, zużycie AdBlue jest następujące: od 4% zużycia paliwa w przypadku samochodów osobowych i do 6% w przypadku ciężkich samochodów ciężarowych. Ogólnie rzecz biorąc, jest to znośne, chociaż koszt 5-litrowego kanistra AdBlue jest porównywalny z ceną podobnej objętości, powiedzmy, płynu chłodzącego.

Zalety i wady mocznika dla oleju napędowego

Zalety takich systemów można sformułować w kilku punktach, które są w pełni ważne dla krajów o surowych przepisach i ograniczeniach środowiskowych.

Zalety stosowania mocznika w silnikach wysokoprężnych:

• Misja środowiskowa – możliwość redukcji emisji spalin do Euro-6 i bardziej rygorystycznych norm.
• Obniżenie podatku od użytkowania pojazdów i zminimalizowanie kar za nieprzestrzeganie norm środowiskowych w krajach, w których ta praktyka ma zastosowanie (stąd płynność na rynku wtórnym).
• Odbieranie korzyści podczas jazdy po płatnych autostradach, a także przy wjeździe do wielu miejscowości (istotne dla właścicieli pojazdów użytkowych).
• Stosunkowo proste podłączenie modułów SCR, co nieznacznie zwiększa koszt samochodów z silnikiem Diesla.
• Kompatybilność z katalizatorami, systemem ERG i systemem filtracji cząstek stałych.
• Zwiększona moc silnika i zmniejszone zużycie paliwa.

Istnieją również obiektywne wady, które często poważnie komplikują eksploatację samochodu. Zwłaszcza w zimnym rosyjskim klimacie.

Wady stosowania mocznika:

• Wysoka temperatura zamarzania. Przy silnych mrozach mocznik może krystalizować się w układzie, zakłócając w ten sposób pracę silnika. Gdy dopływ AdBlue zostaje zatrzymany (nawet jeśli właśnie skończył się w zbiorniku), silniki wysokoprężne przechodzą w tryb awaryjny, ograniczając moc lub w ogóle się nie uruchamiając. Nawiasem mówiąc, po odszranianiu właściwości robocze AdBlue utrzymują się przez pewien czas.
• Konieczność posiadania zapasu mocznika w bagażniku lub garażu. Przechowywanie mocznika to odpowiedzialne zajęcie. Ważne jest nie tylko przestrzeganie ścisłego reżimu temperaturowego w ściśle określonym zakresie. Odczynnik jest aktywny, może wchodzić w interakcje z żeliwem, miedzią, aluminium i wieloma innymi metalami. AdBlue jest przeciwwskazany do kontaktu z paliwami i smarami, rozpuszczalnikami i innymi chemikaliami samochodowymi. A okres trwałości – nie więcej niż rok.
• Znaczny koszt naprawy i konserwacji elementów systemu.
• W Rosji istnieje wiele podróbek odczynnika AdBlue, wśród których trudno jest zidentyfikować oryginalny i bezpieczny produkt. Od jakości odczynnika często zależy nie tylko żywotność całego systemu czyszczenia, ale także zdrowie samego silnika.
• Wysokie wymagania dotyczące jakości oleju napędowego. Być może główne przeciwwskazanie dla systemów neutralizacji SCR w Rosji.

Podsumowanie wyników

• Mocznik w oleju napędowym jest stosowany w celu poprawy jego wydajności środowiskowej, a odczynnik na jego bazie nazywa się AdBlue.
• Zasadą działania AdBlue jest interakcja z tlenkami azotu w spalinach z uwolnieniem nieszkodliwego azotu i pary wodnej.
• Główną zaletą systemów neutralizacji SCR pozostaje możliwość podniesienia klasy ekologicznej samochodu do normy Euro-6.
• W Rosji systemy oparte na składzie AdBlue nie zakorzeniły się ze względu na wrażliwość mocznika na zimno, niską jakość oleju napędowego i samego odczynnika, a także wysokie koszty utrzymania takich pojazdów.