Системы снижения токсичности отработавших газов грузовых автомобилей

Отработавшие газы дизельных двигателей представляют собой сложную многокомпонентную смесь газов, паров, капель жидкостей и дисперсных твердых частиц. Среди почти 280 компонентов отработавших газов можно выделить содержащиеся в воздушном заряде азот N2 и кислород О2, продукты полного сгорания топлива (диоксид углерода СО2 и водяной пар — Н2О), вещества, образующиеся в результате термического синтеза из воздуха при высоких температурах (оксиды азота NOy), продукты неполного сгорания топлива (монооксид углерода СО, углеводороды СНу, дисперсные твердые частицы, основным компонентом которых является сажа), а также оксиды серы, альдегиды, продукты конденсации и полимеризации. Кроме продуктов сгорания топлива, в отработавших газах дизельных двигателей присутствуют продукты сгорания смазочного масла и вещества, образующиеся из присадок к топливу и маслу. В незначительных количествах (1—2 %) отработавшие газы содержат водород Н2 и инертные газы — аргон и др.

Для снижения токсичности отработавших газов применяются различные конструктивные изменения, например системы впрыска топлива под высоким давлением. В современных грузовых автомобилях повсеместно используется очистка отработавших газов после их выпуска из цилиндров (нейтрализация, добавка в отработавшие газы мочевины), рециркуляция отработавших газов, подача вторичного воздуха в цилиндры и др.

Нейтрализация отработавших газов. Каталитическая нейтрализация. Каталитическое действие нейтрализаторов основано на беспламенном поверхностном окислении токсичных веществ в присутствии катализатора, ускоряющего химическую реакцию. Процесс окисления происходит во время прохождения отработавших газов через слой носителя с нанесенным на него катализатором, причем скорость реакции сгорания зависит от температуры носителя. Применение каталитических нейтрализаторов позволяет дожигать продукты неполного сгорания СН и СО и разлагать оксиды азота.

В качестве активных компонентов каталитических нейтрализаторов для СН и СО применяют благородные металлы

(до 1...2 г палладия, платины), а также оксиды переходных металлов — меди, кобальта, никеля, ванадия, хромата железа, марганца. Для нейтрализации могут применяться, кроме вышеназванных элементов, катализаторы на основе меди с добавкой ванадиевого ангидрида и оксида хрома, на основе оксида железа или алюминия, на основе металлических сплавов (нержавеющая сталь, бронза, латунь, легированные стали с хромоникелем).

Каталитический нейтрализатор с лямбда-зондом 1 (рис. 2.60) представляет собой металлический корпус 6 из жаропрочной нержавеющей стали толщиной около 1,5 мм, внутри которого находится керамический носитель 5. Наибольшее распространение получили гранулированные и блочные (монолитные) носители, которые пронизаны многочисленными мелкими сотами, создающими максимальную поверхность контакта с отработавшими газами. Чтобы обеспечить необходимый массоперенос между отработавшими газами и каталитической поверхностью, площадь последней увеличивают путем нанесения на нее гамма-оксида алюминия с пористой структурой в виде сферических гранул, которые укладываются в металлический цилиндр, закрытый по торцам сетками 2. Гранулы из оксида алюминия покрываются непосредственно каталитическим материалом. Поверх гранул алюминия нанесен тонкий слой катализаторов 4 — платины и родия. Задача этих редких металлов — ускорять окисление углеводородов и окиси углерода до углекислого газа, а токсичные оксиды азота восстанавливать до азота. Между блоком-носителем и корпусом ставится специальная терморасширяющаяся прокладка 3.

Каталитический трехкомпонентный нейтрализатор отработавших газов

Рис. 2.60. Каталитический трехкомпонентный нейтрализатор отработавших газов

Катализатор принимает участие в химических реакциях для нейтрализации отработавших газов. В грузовых автомобилях катализатор типа SCR (селективное каталитическое восстановление) встроен в глушитель. В глушителе размещено несколько керамических элементов, соединенных между собой (рис. 2.61). Элементы имеют цилиндрическую форму и состоят из большого количества непрерывных каналов. На поверхности керамического элемента нанесена подложка, имеющая увеличенную площадь поверхности, на которую нанесен активный каталитический материал — оксид ванадия.

Нейтрализатор грузового автомобиля Scania

Рис. 2.61. Нейтрализатор грузового автомобиля Scania

Нейтрализатор вступает в работу после разогрева до 300 °С. Оптимальный рабочий диапазон температур — от 400 до 800 °С. Чем ближе нейтрализатор к двигателю, тем быстрее он разогревается до рабочей температуры. Поэтому на смену нейтрализаторам под днищем кузова пришли нейтрализаторы, совмещенные с приемной трубой.

В целях уменьшения вибрационных нагрузок со стороны двигателя нейтрализатор присоединяется к выпускному трубопроводу или к приемной трубе через шарнирное соединение или через компенсатор колебаний.

Для работы системы с каталитическим окислительным нейтрализатором при использовании в двигателе обогащенных смесей необходимо к отработавшим газам добавлять воздух. Для этого используются специальные воздушные насосы или специальные клапанные устройства (виброклапаны, или пульсаторы), функционирующие под действием волн разрежения, возникающих в системе выпуска.

Наилучшую очистку отработавших газов дают двухсекционные каталитические нейтрализаторы, позволяющие после прохождения первой секции уменьшать содержание NOx, а после ввода во вторую секцию дополнительного воздуха — содержание СО и СН.

В последнее время наибольшее распространение нашли трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы, оборудованные системой обратной связи и позволяющие при восстановлении NO одновременно окислять СО и СН.

н ПАМЯТКА ВОДИТЕЛЮ

Холодный нейтрализатор может поглощать воду из воздуха. Когда после запуска двигателя каталитический нейтрализатор нагревается, вода испаряется, что проявляется в форме белого дыма, выходящего из выпускной трубы.

В оптимальных условиях видимые выделения отсутствуют, однако вполне нормально, если в течение 30 с - 1 мин после запуска двигателя (до момента прогревания каталитического нейтрализатора) выделяется белый дым. Необходимое для этого время может варьироваться в зависимости от погоды, от того, как долго автомобиль был неподвижен, и от того, в каком режиме работает автомобиль, когда каталитический нейтрализатор прогревается снова.

В неблагоприятных обстоятельствах может присутствовать большое количество дыма. Этот белый дым не вреден, и количество его уменьшается по мере того, как каталитический нейтрализатор достигает рабочей температуры.

На автомобилях, оборудованных нейтрализаторами, следует соблюдать определенные требования безопасной эксплуатации. Во время и после работы двигателя корпус нейтрализатора имеет достаточно высокую температуру. В связи с этим во избежание пожара не следует парковать автомобиль над легковоспламеняющимися предметами, например сухими листьями, травой, бумагой и т. д.

При эксплуатации автомобиля следует соблюдать условия, при которых в нейтрализатор не должно попасть значительное количество несгоревшего топлива (это может привести к его вспышкам и дальнейшему разрушению).

К общим рекомендациям можно отнести следующие:

  • - не следует длительное время пользоваться стартером;
  • - в холодное время года, если двигатель не запустился с первой попытки, необходимо избегать повторных включений стартера через короткие промежутки времени;
  • - нельзя запускать двигатель путем буксировки;
  • - запрещается проверять работу цилиндров, отключая форсунки.

Сажевые фильтры. Снижение выброса сажевых частиц является сегодня одной из сложнейших задач в области очистки отработавших газов дизелей. Помимо мероприятий, направленных на снижение выбросов СО, СН и NOxn образования сажи при сгорании топлива непосредственно в двигателе, особое внимание уделяется фильтрации газов на выпуске из него. Одним из эффективных способов очистки газов является задержание сажевых частиц посредством специальных фильтров: фильтры с «металлической шерстью», фильтры с керамическими фильтрующими элементами, спиральные фильтры с керамическим наполнителем и др.

Общая схема системы выпуска отработавших газов дизельного двигателя с сажевым фильтром показана на рисунке 2.62.

Фильтры делают из сверхтонкого стального волокна, которое покрывают новым катализатором. Набивка настолько плотная, что задерживает до 80 % частиц размером 20... 100 нм.

Системы выпуска отработавших газов дизельного двигателя с сажевым фильтром

Рис. 2.62. Системы выпуска отработавших газов дизельного двигателя с сажевым фильтром:

  • 1 комбинация приборов; 2 — блок управления системы непосредственного впрыска дизельного двигателя; 3 — расходомер воздуха; 4 — дизельный двигатель; 5, 9, 10 — датчики температуры отработавших газов;
  • 6~ турбонагнетатель; 7 — датчик кислорода; 8 — катализатор окисления;
  • 11 сажевый фильтр; 12 — датчик перепада давления

Более широкое распространение нашли фильтры с керамическими фильтрующими элементами. Такой фильтр состоит из сотообразных керамических модулей 1 из карбида кремния в металлическом корпусе 2 (рис. 2.63, а). Керамический модуль разделен на множество мелких каналов, закрытых попеременно с одной или другой стороны, которые создают лабиринт. Тем самым образуются впускные 6 и выпускные 4 каналы, разделенные стенками фильтра 5 (рис. 2.63, 0.

Керамический сажевый фильтр (я) и принцип его действия (5)

Рис. 2.63. Керамический сажевый фильтр (я) и принцип его действия (5):

  • 1 сотообразные керамические модули; 2 — металлический корпус;
  • 3 частицы сажи; 4— выпускной канал; 5 — фильтр; 6 — впускной канал

Стенки фильтра из карбида кремния имеют поры и покрыты слоем из оксида алюминия и окиси церия. На этот слой напылен драгоценный металл (платина), который и служит катализатором. Покрытие из окиси церия в сажевом фильтре снижает температуру воспламенения сажи и ускоряет термическую реакцию с кислородом.

По сравнению с каталитическим нейтрализатором со свободным проходом отработавших газов в сажевом фильтре каналы установлены с чередованием открытых и закрытых концов. Так как каналы фильтра закрыты попеременно со стороны впуска и выпуска, содержащие частицы сажи газы вынуждены проходить через пористые стенки из карбида кремния. При этом частицы сажи задерживаются во впускных каналах, а газ свободно проходит через поры стенок каналов. В зависимости от пористости керамического тела эти фильтры могут задерживать от 70 до 90 % твердых частиц.

Для нормальной работы в условиях длительной эксплуатации сажевые фильтры должны подвергаться регенерации через определенные промежутки времени, при этом осуществляется дожигание сажевых частиц. Частицы сажи участвуют в реакции с двуокисью азота, превращаются в углекислый газ.

Процесс регенерации сажевого фильтра с каталитическим покрытием разделяют на пассивную и активную регенерацию. Пассивная регенерация осуществляется при высоких температурах рабочего процесса двигателя — порядка 350...500 °С. Для осуществления пассивной регенерации в топливо добавляются специальные присадки, уменьшающие температуру воспламеняемости сажевых частиц отработавших газов.

При небольших нагрузках на двигатель температура отработавших газов слишком низка для пассивной регенерации. Сгорание сажевых частиц становится невозможным, поэтому происходит их скопление в фильтре. В таком случае применяется активная регенерация. Активная регенерация осуществляется с помощью нагревательного элемента или системы управления двигателем, повышающих температуру отработавших газов приблизительно до 600...700 °С. В этом температурном диапазоне скопившаяся сажа окисляется в фильтре до углекислого газа. Процесс регенерации длится примерно

10...15 мин.

При регенерации с помощью системы управления двигателем в систему выпуска подается воздух, рециркуляция отработавших газов отключается, чтобы увеличить температуру сгорания и долю кислорода в камере сгорания. Для увеличения температуры сгорания производятся дополнительные впрыски, причем основная фаза впрыска происходит с запаздыванием. Топливо, подаваемое в цилиндры двигателя, не сгорает, а испаряется в камере сгорания. Несгоревшее топливо горит в катализаторе окисления. Вырабатываемая при этом теплота обеспечивает повышение температуры отработавших газов перед сажевым фильтром до температуры сгорания сажевых частиц.

Для расчета дополнительно впрыскиваемого количества топлива блок управления двигателя использует сигналы датчиков температуры отработавших газов.

Необходимость регенерации определяется датчиком давления (рис. 2.64).

У датчика перепада давления предусмотрены два штуцера: один из них соединен с трубкой для измерения давления перед сажевым фильтром, а другой — после него. Внутри датчика находится мембрана с пьезоэлементами, на которую действует разность давлений.

Датчик перепада давления

Рис. 2.64. Датчик перепада давления: а — фильтр не загрязнен; б — фильтр загрязнен

Если фильтр не загрязнен, давления перед ним и после него практически равны. При этом мембрана с пьезоэлементами находится в исходном положении (рис. 2.64, а). В случае загрязнения фильтра сажей сопротивление фильтра давлению отработавших газов перед фильтром увеличивается. Давление отработавших газов после фильтра практически не изменяется. Мембрана прогибается в соответствии с действующей на нее разностью давлений (рис. 2.64, б). Деформация мембраны влечет за собой изменение омического сопротивления включенных по мостовой схеме пьезоэлементов. Выходное напряжение моста усиливается и преобразуется в электронной схеме датчика, сигнал с которой поступает в блок управления двигателем. По величине этого сигнала блок управления определяет степень заполнения фильтра сажей и при необходимости вырабатывает команду на его регенерацию.

D ПАМЯТКА ВОДИТЕЛЮ

В случае применения на автомобиле сажевого фильтра водитель должен учитывать ряд моментов:

  • • при нажатии на педаль подачи топлива в фазе восстановления фильтра наблюдается небольшое изменение приемистости автомобиля;
  • • в фазе восстановления изменяется акустика (более низкие частоты);
  • • все изготовители запрещают тюнинг двигателя у автомобилей с сажевыми фильтрами;
  • • при использовании биодизельного топлива может иметь место недопустимое разжижение моторного масла из-за необходимого дополнительного впрыска, а также повышенное золообразование в сажевом фильтре. Содержащийся в биодизельном топливе фосфор может повредить катализаторы;
  • • в автомобилях с сажевым фильтром расход топлива слегка повышается из-за дополнительного впрыска и чуть более высокого противодавления отработавших газов;
  • • автомобиль с сажевыми фильтрами можно подвергать проверке токсичности отработавших газов лишь при условии, что система фильтрации не находится в фазе восстановления.

Селективное каталитическое восстановление. В результате опытов по снижению оксидов азота было установлено, что наиболее эффективным методом является добавка в отработавшие газы аммиака до входа их в нейтрализатор. Содержание оксидов азота при применении этого метода снижается на 90 %. Аммиак в чистом виде раздражает кожу и слизистые оболочки, а кроме того, имеет крайне неприятный запах, поэтому в автомобильной промышленности применяется водный 32,5%-й раствор мочевины (деминерализованная вода), получивший название «AdBlue». Данная концентрация мочевины имеет точку замерзания —11 °С. Для снижения температуры замерзания в раствор добавляют большее количество мочевины.

Под действием высокой температуры отработавших газов (около 350 °С) из жидкости AdBlue образуется аммиак (NH3), который реагирует с оксидами азота (NOv) в отработавших газах и восстанавливает их до азота (N2) и воды (Н2О). Расход AdBlue составляет примерно 5 % от расхода топлива. Этот метод позволяет соблюдать правовые нормы и снижает выбросы в атмосферу.

Принцип действия системы нейтрализации SCR (Selective Catalytic Reduction) (рис. 2.65) заключается в следующем. При нагреве примерно до 200 °С выходной датчик NOv достигает рабочей температуры. Блок управления двигателем получает данные о температуре отработавших газов перед восстановительным катализатором от датчика температуры отработавших газов. При достижении рабочей температуры мочевина забирается включаемым в работу насосом мочевины из бака мочевины и под давлением 5 кгс/см2 прокачивается через обогреваемый трубопровод мочевины к форсунке мочевины. Форсунка мочевины управляется блоком управления двигателем и впрыскивает мочевину в дозируемом количестве в трубопровод системы выпуска отработавших газов. Впрыснутая мочевина подхватывается потоком отработавших газов и равномерно распределяется микшером в отработавших газах.

Схема системы очистки отработавших газов дизельных двигателей по принципу SCR

Рис. 2.65. Схема системы очистки отработавших газов дизельных двигателей по принципу SCR:

1 — двигатель; 2 — блок управления двигателем; 3 — блок управления системы подогрева мочевины; 4 — модуль оценки уровня мочевины; 5 — спираль нагревательного элемента; 6 —нагревательный элемент трубопровода мочевины; 7— нагревательный элемент насоса мочевины; 8 — клапан обратной перекачки мочевины; 9 — насос мочевины; 10, 18 — фильтры;

// — дроссель; 12— патрубок заливной горловины; 13 — обратная магистраль;

  • 14 датчик давления системы дозирования мочевины; 15 — датчик уровня мочевины; 16— нагревательный элемент бака мочевины; 17 — бак с раствором мочевины; 19 — датчик температуры мочевины; 20 — стакан подогревателя;
  • 21 блок управления датчика NOv; 22 — выходной датчик NOv;
  • 23— восстановительный катализатор; 24— входной датчик NO ;
  • 25— микшер; 26 — форсунка мочевины; 27 — трубопровод мочевины;
  • 28 — датчик температуры отработавших газов; 29— сажевый фильтр;
  • 30— окислительный катализатор; 31 — турбонагнетатель

Процесс восстановления соотношения оксидов NO и NO2 в отработавших газах начинается в окислительном катализаторе 30, покрытие которого адаптировано под систему нейтрализации SCR:

NO + NO, -> NO2.

На участке к восстановительному катализатору, так называемом гидролизном участке, мочевина распадается на аммиак (NH3) и углекислый газ (СО2). Гидролизный участок находится между форсункой мочевины и восстановительным катализатором. Там из восстановителя (водного раствора мочевины) образуется необходимый для восстановления оксидов азота аммиак (NH3). Это происходит в результате реакции термолиза и гидролиза впрыснутой мочевины. Когда мочевина впрыскивается в поток горячих отработавших газов, вначале испаряется вода. При термолизе (химическая реакция, при которой в результате нагревания исходное вещество распадается на несколько веществ) восстановитель (водный раствор мочевины CO(NH2)2) распадается на аммиак NH3 и изоциановую кислоту HNCO:

CO(NH2)2 - NH3 + HNCO.

За этим следует реакция гидролиза (распад химического соединения в результате реакции с водой), при которой изоциановая кислота реагирует с содержащейся в отработавших газах водой. При этом возникает еще одна молекула аммиака и углекислый газ:

HNCO + Н2О -> NH3 + СО,.

В восстановительном катализаторе происходит восстановление оксидов азота:

NO + NO, + 2NH,^ 2N, + ЗН,О.

Это означает, что в процессе восстановления оксид азота (NOv) отдает молекулы кислорода или, другими словами, у оксида азота забираются молекулы кислорода, при этом оксиды азота (NO + NO,) вступают в реакцию с аммиаком (NH3) с образованием азота (N,) и воды (Н,О).

После процесса восстановления в отработавших газах содержатся углекислый газ, вода, кислород и азот.

Мочевина всасывается насосом мочевины из так называемого стакана подогревателя через всасывающую трубу и фильтр 18. Подогрев мочевины в стакане подогревателя нагревательным элементом 16 обеспечивает работу системы SCR и при низких температурах окружающей среды. Возвращающаяся от насоса мочевина по наружной стороне всасывающей трубы стекает обратно в стакан подогревателя. Через переливные щели мочевина попадает из бака в стакан подогревателя. При низких температурах благодаря выплескиванию мочевины из стакана подогревателя замерзшая в баке мочевина оттаивает.

Насос мочевины мембранный. Его привод осуществляется бесщеточным двигателем постоянного тока. Насос мочевины интегрирован в корпус модуля подачи мочевины и управляется блоком управления двигателем. Датчик давления системы дозирования мочевины определяет фактическое давление подачи мочевины и передает сигнал напряжения блоку управления двигателем.

Клапан обратной перекачки мочевины представляет собой четырехходовой двухпозиционный клапан. При отключении дизельного двигателя клапан обратной перекачки мочевины переключает направление подачи мочевины. Вследствие этого мочевина из трубопровода подачи мочевины возвращается в бак мочевины. Эта профилактическая мера позволяет предупредить замерзание мочевины в трубопроводе подачи мочевины и форсунке мочевины при низких температурах.

Датчик уровня мочевины определяет уровень наполнения бака и предупреждает о необходимости дозаправки мочевины.

Из-за опасности замерзания мочевины при низких температурах бак с мочевиной, насос мочевины и трубопровод к форсунке оснащены нагревательными элементами, которые управляются блоком 3. По данным датчика наружной температуры и датчика температуры мочевины блок управления двигателем распознает необходимость подогрева мочевины. После этого он передает управляющий сигнал блоку системы подогрева мочевины, который включает питание нагревательных элементов.

Нагревательные элементы бака мочевины и насоса мочевины представляют собой нагревательные элементы с положительным температурным коэффициентом. Резисторы элементов в холодном состоянии обладают максимальной проводимостью. Нагревательный элемент трубопровода мочевины представляет собой проволочное сопротивление из нержавеющей стали. Проволочное сопротивление навито на трубопровод подачи мочевины по спирали и защищено снаружи с помощью трубы из пластика. Подогрев трубопровода подачи мочевины управляется блоком управления двигателем через блок управления системы подогрева мочевины. Если температура окружающей среды ниже —5 °С, блок управления системы подогрева мочевины включает ток нагрева для спирали нагревательного элемента трубопровода мочевины.

Датчик температуры мочевины представляет собой датчик с отрицательным температурным коэффициентом. Блок управления двигателем использует сигнал этого датчика для включения подогрева бака и насоса мочевины.

Форсунка (рис. 2.66, а) дозирует подачу мочевины в поток отработавших газов. Управление форсункой осуществляет блок управления двигателем с помощью сигнала с широтноимпульсной модуляцией.

Форсунка мочевины (а) и микшер (5)

Рис. 2.66. Форсунка мочевины (а) и микшер (5):

/ — подача мочевины; 2 — электрический разъем; 3 — катушка электромагнита; 4 — ребра охлаждения; 5 - распылитель с тремя отверстиями; 6 — игла форсунки; 7— пружина форсунки;

8— штуцер подключения трубопровода мочевины

Мочевина в форсунке находится под давлением, создаваемым насосом мочевины. В положении покоя игла форсунки перекрывает выходное отверстие за счет усилия пружины форсунки. Для впрыска мочевины блок управления двигателя посылает управляющий сигнал на катушку электромагнита. При этом возникает магнитное поле, которое вытягивает якорь форсунки и иглу форсунки, производя впрыск мочевины в поток отработавших газов. Если управляющий сигнал на электромагнитную катушку не подается, магнитное поле исчезает, и игла форсунки перекрывает отверстия распылителя под действием пружины форсунки.

Для более качественного распыления мочевины в системах очистки отработавших газов дизельных двигателей по принципу SCR может применяться микшер (рис. 2.66, б). Положение пластинчатого микшера выбрано так, что конус распыла впрыснутой мочевины по возможности полностью попадает на отражающую поверхность.

При соударении с отражающей поверхностью пластин микшера распыленные капли мочевины дробятся, а геометрическая форма микшера придает потоку отработавших газов вращательное движение. Впрыснутая мочевина в результате этого быстрее испаряется и переходит в газообразное состояние. Кроме того, исключается попадание крупных капель распыленной мочевины на восстановительный катализатор.

Другой разновидностью компоновки системы SCR грузового автомобиля является компоновка, представленная на рисунке 67.

Схематичное изображение основных компонентов SCR грузового автомобиля Volvo

Рис. 2.67. Схематичное изображение основных компонентов SCR грузового автомобиля Volvo:

/ — двигатель; 2 — бак AdBlue; 3 — трубки обогрева раствора мочевины;

  • 4— насосный блок; 5— глушитель; 6— форсунка;
  • 7 каталитический нейтрализатор

Принципиальная схема системы SCR грузового автомобиля Volvo приведена на рисунке 2.68.

Принципиальная схема системы SCR грузового автомобиля Volvo

Рис. 2.68. Принципиальная схема системы SCR грузового автомобиля Volvo: / — бак Ad Blue; 2 — датчик уровня Ad Blue в баке; 3 — датчик температуры в баке AdBlue; 4— насос подачи раствора AdBlue; 5 — фильтр раствора AdBlue;

  • 6 датчик давления раствора AdBlue; 7— датчик температуры раствора AdBlue; 8 — блок управления системой дозировки AdBlue; 9 — фильтр;
  • 10— гидрораспределитель; // — электрический клапан регулировки охлаждения; 12 — обратный клапан; 13 — блок дозировки;
  • 14 датчик температуры отработавших газов; 15 — каталитический нейтрализатор; 16 — датчик окислов азота NOx

Управление всей системой SCR осуществляет блок управления двигателем, который обменивается данными через отдельный блок управления с системой дозировки AdBlue.

Блок управления 8 получает сигнал с датчика уровня AdBlue в баке о том, что уровень раствора AdBlue превышает установленный минимальный предел. Блок управления активирует гидрораспределитель и запускает насос 4, откачивающий раствор AdBlue из бака 1 через фильтр 9 и гидрораспределитель. Затем насос прокачивает раствор AdBlue через гидрораспределитель к фильтру AdBlue 5 и далее к блоку дозировки.

При соответствии определенным критериям (например, датчик давления 6 измеряет рабочее давление в системе дозировки AdBlue, и его величина достигает примерно 0,5 МПа (5 кгс/см2)) блок управления двигателем передает сигнал, указывающий количество AdBlue, на блок управления, который открывает дозирующий клапан. Раствор AdBlue впрыскивается в выхлопную трубу перед глушителем со встроенным каталитическим нейтрализатором SCR. Одновременно с этим открывается распределительный клапан охлаждающей жидкости, и избыток раствора AdBlue сливается обратно в бак.

Под воздействием высокой температуры отработавших газов AdBlue распадается, а в каталитическом нейтрализаторе протекает химическая реакция, в результате которой газы превращаются в безвредный азот и воду. Датчик оксидов азота NOv измеряет содержание оксидов азота в отработавших газах. Если допустимый уровень токсичности не обеспечивается, на приборной панели загорается сигнальная лампа и в блоке управления двигателем регистрируется код неисправности.

Датчик 14 служит для измерения температуры отработавших газов в каталитическом нейтрализаторе с целью обеспечения подачи надлежащего количества раствора AdBlue в отработавшие газы. Датчик передает сигнал на блок управления, поэтому насос не запускается, пока раствор AdBlue не будет в жидком состоянии.

Поскольку раствор AdBlue чувствителен к температуре, бак AdBlue подогревается посредством нагревательного контура, в котором циркулирует охлаждающая жидкость. Подающие и возвратные шланги 3 на баке 2 (см. рис. 2.67) подогреваются электрически, а вокруг соединителей шлангов имеется дополнительная теплоизоляция. Датчик температуры 3 (см. рис. 2.68) непрерывно контролирует температуру раствора AdBlue и выдает сигнал на блок управления, если температура падает ниже 10 °С. При этом блок управления активизирует электромагнитный клапан, который открывается и пропускает горячую охлаждающую жидкость с двигателя в контур подогрева бака AdBlue. Когда температура циркулирующего раствора AdBlue достигает 15 °С, датчик температуры 3 выдает сигнал на блок управления, который закрывает электромагнитный клапан и отключает подогрев.

Рассмотрим компоненты системы SCR (на примере грузового автомобиля DAF).

Форсунка (рис. 2.69) устанавливается в выхлопном тракте катализатора. Она обеспечивает распыление и необходимое распределение жидкости Ad Blue в потоке отработавших газов.

Форсунка впрыска мочевины (AdBlue)

Рис. 2.69. Форсунка впрыска мочевины (AdBlue):

1 — внутренняя стенка сопла; 2 — жидкая пленка AdBlue; 3 — поток воздуха; 4— отверстия сопла; 5— смесь воздуха и мочевины

Вследствие адгезии на внутренней стенке сопла создается жидкая пленка AdBlue. Благодаря потоку воздуха AdBlue транспортируется вдоль стенок к кончику сопла. В отверстиях сопла AdBlue смешивается с воздухом, после чего смесь воздуха и мочевины равномерно вводится в поток выхлопных газов, образуя однородную смесь.

Модуль бака AdBlue состоит из датчика температуры и датчика уровня AdBlue.

Датчик температуры AdBlue измеряет температуру AdBlue в баке. Это датчик с отрицательным температурным коэффициентом (сопротивление датчика уменьшается с повышением температуры). Сигнал датчика сравнивается со значением, имеющимся в электронном блоке EAS, и используется для управления нагревательным элементом в блоке EAS.

Датчик уровня AdBlue измеряет уровень AdBlue в баке. Он состоит из микропереключателей (герконов), которые соединены параллельно с резисторами (рис. 2.70). Положение этих микропереключателей зависит от воздействия на них магнитного поля.

Датчик уровня AdBlue в баке

Рис. 2.70. Датчик уровня AdBlue в баке

Датчик уровня снабжен поплавком с постоянным магнитом, который погружен в AdBlue. В зависимости от положения поплавка постоянный магнит замыкает один из микропереключателей, в связи с чем в цепи участвуют два или более соединенных последовательно резистора (от количества резисторов зависит величина сопротивления). Значение сопротивления (сигнал датчика) посылается в блок EAS, откуда через шину CAN передается соответствующее сообщение на VIC, а затем соответствующая информация отображается на указателе уровня AdBlue на приборной панели.

Датчик температуры отработавших газов до катализатора измеряет температуру отработавших газов до катализатора. Это датчик с положительным температурным коэффициентом (сопротивление возрастает с увеличением температуры). Посредством измерения температуры отработавших газов до и после катализатора определяется степень активности катализатора.

Датчик температуры отработавших газов после катализатора измеряет температуру выхлопных газов после катализатора. Это датчик с положительным температурным коэффициентом. Сигнал датчика температуры отработавших газов после катализатора определяет необходимое количество впрыскиваемого AdBlue. Ниже определенной температуры впрыск AdBlue не осуществляется, поскольку в этот момент катализатор не является активным. Посредством измерения температуры отработавших газов до и после катализатора определяется степень активности катализатора.

Если система обнаруживает неисправность, влияющую на впрыск, то загорается сигнальная лампа (OBD) (рис. 2.71, а) и в памяти электронного блока управления двигателем сохраняется код неисправности.

Сигнальные лампы

Рис. 2.71. Сигнальные лампы:

а — сигнальная лампа (OBD); б~ сигнальная лампа CHECK;

в — лампа, свидетельствующая о необходимости доливки AdBlue

Если данная неисправность вызывает прекращение циркуляции раствора AdBlue, загорается также сигнальная лампа CHECK (рис. 2.71, б) и появляется надпись: «Дальнейшее движение приведет к повреждению системы SCR».

В случае если во время нормального режима работы уровень раствора AdBlue падает ниже минимального уровня в баке, появляется условный знак, предупреждающий водителя о необходимости долить раствор AdBlue: «Залейте AdBlue».

Если раствор AdBlue не добавлен, то датчик уровня 2 (см. рис. 2.68), находящийся в баке, посылает сигнал на за крытие дозирующего клапана 13. Впрыск раствора AdBlue в выпускную трубу прекращается. Распределительный клапан охлаждения 11 открывается, и оставшийся в баке раствор AdBlue начинает циркулировать и охлаждать дозирующий клапан. На приборной панели загорается сигнальная лампа (рис. 2.71, а) (символ OBD), и предупреждающая надпись лампы (рис. 2.71, в) указывает на то, что бак AdBlue пуст.

При выключении двигателя электропитание отключается. Насос подачи AdBlue (см. рис. 2.68) останавливается, и давление в системе подачи AdBlue падает. Блок управления закрывает управляющий клапан охлаждения, открывает обратный клапан и закрывает дозирующий клапан. Блок управления обесточивает гидрораспределитель, который под действием усилия пружины переключается на переток.

Затем блок управления запускает насос, который опорожняет систему подачи AdBlue (систему дозировки, возвратный трубопровод, напорный трубопровод и фильтр) и закачивает раствор AdBlue обратно в бак. После завершения опорожнения системы датчик давления посылает сигнал об этом на блок управления.

Кроме того, блок управления открывает на короткое время дозирующий клапан для опорожнения блока дозировки, и оставшийся в форсунке раствор AdBlue сливается в глушитель. Этот слив (после выключения) выполняется полностью автоматически, а вся последовательность останова занимает около 90 с. В системе происходит слив раствора AdBlue и сброс давления.

Заливка раствора AdBlue. Во избежание ошибочной заливки в бак AdBlue других жидкостей конструкция горловины и наливного патрубка не допускает использования заправочного оборудования, не предназначенного для AdBlue.

Для того чтобы не перепутать топливный бак и бак AdBlue, последний снабжен синей крышкой. На баке AdBlue также имеется специальная табличка AdBlue. Кроме того, крышки заправочной горловины для дизельного топлива и раствора AdBlue отличаются по размеру.

Заливная горловина бака AdBlue снабжена магнитным кольцом (рис. 2.72). Это значит, что заправочная форсунка открывается только тогда, когда в баке обнаруживается магнитное кольцо. На некоторых баках заправочный патрубок снабжен сетчатым фильтром, предотвращающим циркуляцию частиц в системе и образование заторов. Этот фильтр следует проверять и чистить по мере необходимости.

Пистолет и заливная горловина бака AdBlue

Рис. 2.72. Пистолет и заливная горловина бака AdBlue:

  • 1 магнитное кольцо; 2 — сетчатый фильтр; 3 — заливная горловина;
  • 4 пистолет для заправки; 5 — бак AdBlue

И ПАМЯТКА ВОДИТЕЛЮ

Система SCR действует только в следующих условиях:

  • • температура наружного воздуха от -7 до +35 °С;
  • • высота над уровнем моря ниже 1600 м;
  • • температура охлаждающей жидкости выше 70 °С.

Расход AdBlue изменяется в зависимости от условий движения. Если раствора в баке остается примерно ю % от полезного объема, появляется текстовое сообщение о необходимости доливки. Бак считается пустым, если в нем остается около 5 л раствора AdBlue. В этом случае в электронном блоке управления двигателем регистрируется код неисправности, а на приборной панели появляется сообщение, предупреждающее о пустом баке.

Опустошение бака AdBlue во время езды не приводит к повреждению системы SCR или двигателя, так как остаток раствора AdBlue, циркулирующий в системе, обеспечивает ее охлаждение. Однако при закрытом дозирующем клапане и прекращении очистки отработавших газов возрастает выброс вредных веществ с отработавшими газами.

Отсутствие циркуляции раствора в насосном модуле приводит к невыполнению требований нормативов Евро, однако в этом случае некоторые производители снижают мощность двигателя на 30...40 % (осуществляется блоком управления двигателем при отсутствии раствора в баке).

Прогрев системы возможен только в движении (под нагрузкой) и невозможен при работе двигателя на оборотах холостого хода.

Расход AdBlue зависит от модели автомобиля и, как правило, колеблется в пределах 4 % использования дизельного топлива для Евро-4 и около 6 % - для Евро-5 (это примерно 1,3...2,о л на каждые юо км). Поэтому каждый грузовик ежегодно использует ОКОЛО 1500...2ООО л, а полный бак (90 л) можно израсходовать, проехав бооо км.

Главное и основное правило в работе с AdBlue - это сохранение чистоты жидкости. Если AdBlue попадает в дизельное топливо, система дает сбой и нуждается в ремонте. Лучше не переливать AdBlue в промежуточную тару. Но если без этого не обойтись, следует использовать только чистые канистры или специализированное AdBlue-оборудование.

В процессе хранения AdBlue необходимо использовать только то оборудование, которое сочетается по составу с жидкостью и не вызывает химических реакций.

Категорически запрещено использовать оборудование AdBlue в работе с другими жидкостями.

В случае если не используется стандартное заправочное оборудование, необходимо следить за тем, чтобы не залить раствор AdBlue в топливный бак. Это приведет к загрязнению топлива, попаданию раствора AdBlue в систему впрыска и камеры сгорания и может повлечь за собой повреждение двигателя.

При заливке раствора AdBlue непосредственно из открытой емкости нужно соблюдать осторожность, чтобы не пролить раствор AdBlue, поскольку он вызывает коррозию многих материалов.

Жидкости, отличные от реагента, могут вызвать повреждение системы дозирования. Если в бачок реагента случайно залито дизельное топливо, его требуется слить, а бачок очистить (независимо от количества залитого дизельного топлива).

Если требуется совершить поездку на автомобиле до момента очистки бачка реагента, можно, например, расстыковать электрический разъем дозатора реагента. Это приведет к регистрации кодов неисправности и к понижению крутящего момента в автомобилях с системой понижения выбросов NOx, однако система SCR не будет повреждена.

Для проверки наличия дизельного топлива в бачке реагента или других элементах системы SCR можно использовать проверочную полоску, технология использования которой состоит в следующем. Во-первых, автомобиль необходимо заглушить как минимум на 30 мин. По истечении этого времени берут пробу - с поверхностного слоя или вывернув фильтр из модуля насоса. Если проба содержит дизельное топливо, оно быстро впитывается проверочной полоской и делает ее темно-синей. Большее содержание дизельного топлива в пробе приводит к более темному синему цвету.

Требования безопасности при работе с AdBlue. Раствор Ad Blue является негорючей, бесцветной и водорастворимой жидкостью без запаха. В небольших количествах раствор нетоксичен, но очень неприятен на вкус.

Раствор AdBlue очень коррозийный, особенно в отношении алюминия и меди. Кроме того, AdBlue имеет низкое поверхностное натяжение и быстро растекается по большой площади, поверхность которой становится очень скользкой. Поэтому в случае утечки, особенно при попадании на металл или электрические соединения, раствор необходимо смыть как можно скорее. В качестве чистящего средства очень хорошо подходит вода (желательно теплая). AdBlue может высохнуть и образовать белые или серовато-коричневые кристаллы или отложения. Плотные отложения, образующиеся под воздействием высокой температуры, необходимо соскрести или нагреть до температуры более 500 °С.

В случае попадания раствора в глаза их следует промыть большим количеством чистой воды и при необходимости обратиться к врачу. После проглатывания немедленно прополоскать рот большим количеством чистой воды, выпить много чистой воды.

При высоких температурах в бензобаке вследствие прямого попадания солнечных лучей восстановитель может разлагаться. При этом образуются аммиачные пары с едким запахом, которые нельзя вдыхать. При вдыхании аммиачного газа следует сразу же выйти на свежий воздух и сделать достаточное количество глубоких вдохов для очистки легких.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >