СИСТЕМА SCR: ОПИСАНИЕ, ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ.
СИСТЕМА SCR: ОПИСАНИЕ, ПРИНЦИПЫ И СХЕМА РАБОТЫ.
Система SCR предназначена для снижения уровня оксидов азота, содержащихся в отработавших газах (ОГ). Сокращение SCR означает Selective Catalytic Reduction (избирательное каталитическое восстановление). В данной технологии химическая реакция восстановления (нейтрализации) ОГ происходит избирательно. Это означает, что в составе ОГ целенаправленно снижается содержание только оксидов азота.
Оксиды азота — это собирательное понятие для химических соединений азота и кислорода (например, NO, NO2 …). Они образуются под воздействием высокого давления и температуры во время сгорания топливной смеси в двигателе. Оксиды азота ответственны, в том числе, за ущерб, наносимый лесам «кислотными дождями», и образование смога.
Система SCR состоит из:
- 1 Бак мочевины
- 2 Управляющий модуль * (включает в себя блок управления, насос и фильтр)
- 3 Трубопровод мочевины
- 4 Подогрев бака мочевины
- 5 Форсунка впрыска мочевины **
- 6 Датчики температуры ОГ
- 7 Датчик 2NOx ***
- 8 Восстановительный катализатор ****
- 9 Дроссельная заслонка трубопровода подогрева
- 10 Пароотводящая трубка *****
- 11 Температурный датчик мочевины
Примечания:
* Насос мочевины представляет собой мембранный насос, привод которого осуществляется бесщёточным двигателем постоянного тока. Он интегрирован в корпус управляющего модуля и управляется блоком управления.
Задачи насоса мочевины различаются в зависимости от положения клапана обратной перекачки.
● При включённом двигателе и выполнении условий, необходимых для работы системы нейтрализации SCR, насос подаёт мочевину из бака к форсунке мочевины под давлением около 5 бар.
● При выключении дизельного двигателя он перекачивает мочевину из трубопровода подачи мочевины от форсунки обратно в бак.
Расчёт количества впрыскиваемой мочевины:
Требуемое для впрыска количество мочевины рассчитывается блоком управления и зависит от следующих факторов:
● доли оксидов азота в массовом потоке ОГ.
Доля оксидов азота, поступающая в восстановительный катализатор, рассчитывается блоком управления. Массовый поток ОГ соответствует массовому расходу воздуха во впускном канале, который определяется расходомером воздуха, и массе впрыснутого топлива.
** Форсунка дозирует подачу мочевины в поток отработавших газов. Управление форсункой осуществляет блок управления с помощью сигнала с широтнооимпульсной модуляцией.
В форсунке мочевина находится под давлением, создаваемым насосом. В положении покоя игла форсунки перекрывает выходное отверстие за счёт усилия пружины. Для впрыска мочевины блок управления посылает управляющий сигнал на электромагнитную катушку форсунки. При этом возникает магнитное поле, которое вытягивает якорь форсунки и иглу форсунки. Форсунка открывается, и происходит впрыск мочевины. Если управляющий сигнал на электромагнитную катушку больше не поступает, магнитное поле исчезает, и игла форсунки перекрывает отверстие под действием пружины.
*** Датчик 2 NOx вкручен в трубу выпуска ОГ непосредственно за восстановительным катализатором. С его помощью определяется доля оксидов азота в ОГ, которая анализируется блоком управления датчика 2 NOx.
**** Конструкция восстановительного катализатора представляет собой сотообразный керамический элемент, покрытие которого состоит из цеолита меди. Оно предназначено для восстановления оксидов азота.
***** Система вентиляции предназначена для выравнивания давления в баке.
При заправке мочевины необходимо следить за тем, чтобы в баке оставался достаточный свободный объём для расширения мочевины.
Принцип действия системы нейтрализации SCR
При нагреве примерно до 200°C катализатор восстановления (8) достигает рабочей температуры. Блок управления (2) получает данные о температуре отработавших газов от датчика температуры (6) установленного перед катализатором восстановления (8). Раствор мочевины ADBLUE забирается насосом (2) из бака (1) и под давлением примерно 5 бар прокачивается через обогреваемый трубопровод (3) к форсунке мочевины (5).
Форсунка (5) по команде блока управления (2) впрыскивает мочевину в дозируемом количестве в трубопровод системы ОГ перед восстановительным катализатором (3), где она подхватывается потоком ОГ и равномерно распределяется микшером в ОГ. По пути к восстановительному катализатору (8), так называемом гидролизном участке, мочевина распадается на аммиак (NH3) и углекислый газ (CO2). В восстановительном катализаторе аммиак (NH3) вступает в реакцию с оксидами азота (NOx), образуя азот (N2) и воду (H2O). Коэффициент полезного действия системы SCR определяется датчиком 2NOx (7).
Для того чтобы блок управления двигателем дал команду на впрыск мочевины, должны быть выполнены следующие условия:
● Восстановительный катализатор достиг рабочей температуры примерно 200°C.
● Если температура окружающей среды низкая
— обеспечено достаточное количество жидкой мочевины для впрыска.
Впрыск мочевины блоком управления двигателя прерывается при следующих условиях:
● При малом объёмном потоке ОГ, например на холостом ходу.
● Когда температура ОГ снижается слишком сильно и рабочая температура восстановительного катализатора не достигается.
Схема работы системы SCR:
После запуска двигателя автомобиля блок управления получает разрешающие сигналы от температурных датчиков:
* температура мочевины нормальная (если замерзла включается ее подогрев)
* температура ОГ достигла 200 о С
Блок управления включает насос мочевины и по достижению необходимого давления открывает форсунку.
Затем блок управления получает сигнал от датчика 2NOx и в зависимости от содержания оксидов азота увеличивает или уменьшает подачу мочевины.
После выключения зажигания насос выкачивает всю мочевину из системы обратно в бак.
Замечания по эксплуатации сиcтемы SCR
Последние несколько лет мы тесно сотрудничали с инженерами и механиками фирм, эксплуатирующих и ремонтирующих автомобили оснащенные системой SCR. Мы анализировали причины поломок системы, а также причины отказа в гарантийном обслуживании автомобилей. Разбирали каждый случай и пришли к следующим выводам:
Если не учитывать поломки связанные с естественными причинами (брак, износ), то чаще всего система выходит из строя после замерзания мочевины в баке. Опишем этот процесс подробнее.
При температуре ниже минус 11 о С и неработающем подогреве мочевины, состав в баке начинает замерзать. Большая часть растворенной мочевины выпадает в осадок, а оставшийся «сильно разбавленный» раствор замерзает. Через некоторое время после включения двигателя автомобиля подогрев мочевины растапливает некоторую часть замерзшего «сильно разбавленного» раствора, а большая часть нерастворенной мочевины в виде кристаллов останется на дне бака. Эксплуатация автомобиля с таким «разбавленным» составом не приведет к немедленному выходу системы SCR из строя, но если не предпринимать ничего — поломки системы практически гарантированы.
Во-первых: коэффициент полезного действия такого «сильно разбавленного» состава гораздо ниже и, следовательно, потребление его может существенно возрасти.
Во-вторых: если не прогреть весь объем замерзшей мочевины, плотность состава будет расти, и кристаллы нерастворенной мочевины попадут в систему. Это может привести к закупорке патрубков, быстрому износу мембраны насоса, засорению форсунки.
Мы рекомендуем в случае замерзания мочевины в баке прогреть его, до полного оттаивания мочевины, и проверить плотность состава. Если плотность не соответствует норме (1087-1093 кг/м3) – состав слить, бак, по возможности, помыть.
Источник
Сажевый фильтр и впрыск мочевины: зачем нужны, почему выходят из строя и как решаются проблемы
Эти системы призваны вписать двигатели в жесткие экологические требования, но они вовсе не вечные, особенно если режимы эксплуатации далеки до идеальных. Как работает «экология», как влияет на двигатель и его системы? И почему все так стремятся от нее избавиться?
Сажевый фильтр
Что это такое и как работает? Задача DPF-фильтра – улавливать мельчайшие частицы, которые содержатся в выхлопных газах современных двигателей и могут проникать вглубь наших дыхательных путей (именно этим они более опасны больших хлопьев старых моторов – те до наших легких не доходят). Изначально это касалось только дизельных моторов, но последние годы такими фильтрами оснащают и бензиновые двигатели. По мере накопления задержанных частиц фильтр забивается и требует прожига (регенерации).
Системы контроля у разных производителей могут отличаться в деталях, но принцип один. При достижении определенного уровня сопротивления фильтра автоматически включается режим регенерации. Система задействует мощные электрические потребители, включает послевпрыск – все это позволяет увеличить нагрузку на двигатель, повысить температуру выхлопных газов, которые и прожигают фильтр. На некоторых двигателях PSA используется впрыск специальной присадки (йолиса), позволяющей проводить регенерацию при меньших температурах. В чем-то эта «надстройка» системы похожа на впрыск мочевины, возможно, поэтому некоторые их и путают или принимают одну за другую.
Для включения автоматического режима должны быть соблюдены определенные условия: двигатель должен быть прогрет, на протяжении какого-то времени постоянно работать на средних или высоких оборотах, например, когда автомобиль в течение получаса движется по трассе. Если же имеются лишь короткие городские поездки, условий для регенерации не возникает, а фильтр продолжает забиваться. В этом случае система выводит на панель сообщение о необходимости регенерации.
При обращении в сервис может использоваться режим принудительного прожига. В зависимости от подхода производителя он может производиться на месте или в движении, но в любом случае двигатель прогревается и выводится на большие обороты, используется специальный режим работы как самого мотора, так и ряда систем, что в итоге обеспечивает условия для прожига.
Почему возникают проблемы и чем они чреваты? Отсутствие возможности регенерации в автоматическом режиме (короткие поездки), игнорирование сообщений о необходимости принудительного прожига приводят к тому, что фильтр забивается настолько, что в дальнейшем его восстановление невозможно. Ускоряют процесс проблемы с EGR или системой наддува, что приводит к увеличенному сажеобразованию. Также на срок службы фильтра, а без форс-мажорных обстоятельств он оценивается в 200-250 тыс. км, влияет моторное масло: для моделей с DPF-фильтром оно должно соответствовать определенной спецификации, но часто владельцы не заморачиваются…
При забитом фильтре система чаще включает режим рециркуляции, что приводит к увеличению расхода топлива, а постоянное включение послевпрыска чревато тем, что масло разжижается топливом со всеми вытекающими из этого последствиями. Также возникает газовый подпор, который влияет на работу двигателя (потеря тяги, отзывчивости на «газ») и провоцирует сокращение ресурса турбины. Другими словами, помимо ухудшения эксплуатационных качеств двигателя продолжительная езда с неисправным сажевым фильтром грозит привести к проблемам с другими узлами. Поэтому вопрос надо как-то решать.
Как «лечится»? Первое: важно установить не только сам факт того, что источник проблем именно сажевый фильтр, но по возможности определить причину выхода его из строя. Как говорят специалисты, часто «непроходимости» фильтра способствуют проблемы с другими системами автомобиля. Считайте это тревожным звоночком, который лучше не игнорировать.
Что же касается самого фильтра, то цивилизованное решение – замена на новый. Проблема в цене: в зависимости от марки и модели автомобиля даже «лицензия» может стоить 500-1000$, «оригинал» – в разы дороже. Б/у детали встречаются, но ведь и у них свой остаточный ресурс. Есть вариант «мойки» фильтра, но он целесообразен только в некоторых случаях и не гарантирует, что проблема не повторится в будущем, особенно если не устранены причины ускоренного засорения фильтра. Поэтому, как правило, владельцы предпочитают от него вообще избавиться.
В последнем случае важно, чтобы физическое и программное удаление было проведено грамотно, иначе будут появляться ошибки, но даже при их отсутствии есть риск некорректной работы двигателя и его систем – все это приводит к ухудшению эксплуатационных качеств и вероятному возникновению проблем с тем же наддувом.
Впрыск мочевины
Что это такое и как работает? С переходом на последние экологические стандарты в дизельных двигателях появилась система селективной каталитической нейтрализации (Selective catalytic reduction – SCR). Реагент AdBlue (32,5-процентный раствор карбамида в деминерализованной воде) в точно выверенных порциях впрыскивается в поток выхлопных газов и нейтрализует вредные оксиды азота: в результате возникающих химических процессов они разлагаются на азот и воду, которые уже не представляют вреда для здоровья.
AdBlue заливается в специальный бак (заправочная горловина обычно выведена под общий лючок, хотя может располагаться под капотом или в багажном отделении), расход реагента составляет порядка 5-6% расходуемого дизтоплива, то есть заправка требуется каждые несколько тысяч километров (зависит от емкости бака). При отсутствии жидкости или появлении проблем с ее подачей двигатель переходит в аварийный режим: не развивает полную мощность, расход топлива обычно увеличивается, на панель приборов выводится сообщение о проблеме функционирования SCR.
Почему возникают проблемы и чем они чреваты? Прежде всего, система очень требовательна к чистоте AdBlue, условиям хранения, транспортировки и заправки. Например, раствор не должен соприкасаться с другими материалами и веществами – в противном случае могут образоваться соли, из-за которых повреждается катализатор. Важно хранить реагент в заводской таре, не использовать для хранения или при заправке старые канистры или лейки, которые используются и для других целей.
Несмотря на простой состав реагента, существует риск использования некачественного AdBlue, при изготовлении которого применялся карбамид с примесями, и это тоже чревато проблемами при длительном использовании такого раствора.
Важно помнить и о том, что кристаллизация AdBlue начинается при -11,5°С, поэтому хранить его следует при более высокой температуре, но не выше +25°С. Качества реагента после разморозки не изменяются, но перед заправкой важно убедиться, что он вернулся в жидкое состояние. Также именно из-за физических качеств раствора важно, чтобы была исправна часть системы, отвечающая за подогрев AdBlue и его циркуляцию в системе (чтобы избежать кристаллизации в магистралях, раствор откачивается из них обратно в бак), в противном случае есть вероятность, что в сильный мороз система не сможет правильно функционировать.
Проблемы, с которыми сталкиваются владельцы машин с SCR, связаны как раз с неисправностями системы подогрева, с выходом из строя насоса, клапана обратной перекачки либо с низкой проходимостью AdBlue. В любом случае это приводит к нарушению функционирования системы, некорректному впрыску реагента или вообще к невозможности его осуществить. Как правило, в этом случае двигатель опять же переходит в специальный режим работы, хотя физически система на его работу не влияет – это лишь программное решение, призванное соблюдать требования экологического стандарта.
Как «лечится»? По-хорошему диагностика позволяет определить, по какой причине SCR не функционирует так, как должно, проблемный узел меняется либо производится ремонт, и все приходит в норму. Но высокая стоимость восстановления работоспособности системы, а чаще даже просто желание владельца или исполнителя решить вопрос кардинальным способом (нет системы – нет проблемы!) приводит к тому, что блок управления двигателем перепрограммируют или устанавливают эмулятор работы системы. При этом физически, как правило, SCR остается целиком или с минимальным демонтажем (но важно понимать, что длительное бездействие системы увеличит стоимость ее восстановления в дальнейшем, если владелец решит ее снова «включить»: как минимум потребуется ее промывка). Если все сделано грамотно, отключение системы на работу двигателя не влияет. Ну а моральный аспект удаления «экологии» – тема для отдельного разговора.
Источник
