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:

● режима работы двигателя;

● температуры ОГ;

● 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 ^оС

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^оС 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.