Принцип работы системы селективного каталитического восстановления SCR: 1 – двигатель с увеличенной эффективностью использования топлива; 2 – бак с реагентом AdBlue; 3 – каталитический нейтрализатор; 4 – реагент AdBlue; 5 – азот N2; 6 – вода Н2О; 7 – окислы азота NOx; 8 – несгоревшие твердые частицы; 9 – отработавшие газы Принцип работы системы рециркуляции выхлопных газов EGR: 1 – двигатель; 2 – охладитель рециркулируемых отработавших газов; 3 – каталитический нейтрализатор с фильтром твердых частиц; 4 – окислы азота NOx; 5 – твердые частицы; 6 – отработавшие газы; 7 – всасываемый воздух Сажевые фильтры и катализаторы могут иметь как отдельный корпус, так и находиться под одной «крышей». Кроме того, выпускная система может иметь несколько катализаторов, отвечающих за очистку отработавших газов от тех или иных токсичных элементов
Каждой норме – свой уровень очисткиТребования Еuro 5 действуют в Европе с сентября 2008 г. Введение норм выбросов в первую очередь мотивируется качеством окружающего нас воздуха, которое с каждым годом вызывает все большие тревоги. Конечно, современный автомобиль несравненно меньше загрязняет окружающую среду и меньше потребляет топлива, чем это было даже 10 лет назад, – прогресс налицо. Значительно возросла доля дизельного и газового транспорта, который наносит менее значительный урон экологии, чем бензиновый. В 1990 г. среди приобретаемых автомобилей доля дизельных в Западной Европе составляла всего 14%. Уже в 2006 г. был превышен 50%-ный рубеж, и разница в пользу «дизелей» с каждым годом нарастает. Все новые автомобили с дизельными двигателями, которые с 2004 г. после внедрения стандартов Еuro 4 еще могли быть не оборудованы системой фильтрации, сокращающей выброс сажи и твердых частиц в атмосферу, сейчас уже при выпуске оснащаются фильтром твердых частиц (DPF). Техническим исполнением требований Euro 4/5 явилось внедрение систем рециркуляции выхлопных газов (EGR/ AGR) в сочетании с применением сажевого фильтра. Такая комбинация существенно уменьшает выбросы NOx и твердых частиц. Для снижения выбросов СО, несгоревших углеводородов, частиц сажи устанавливают также системы селективной каталитической нейтрализации (Selective Catalytic Reduction, SCR) и системы структурной оптимизации процесса горения BlueTec. Сегодня используются обе системы. С конструкционной точки зрения технология EGR (Exhaust Gas Recirculation) несколько проще, чем SCR, и, что немаловажно, ощутимо дешевле. Но, к сожалению, нормы Euro 5 гораздо легче достичь, используя SCR. Да и с точки зрения эксплуатационных затрат: в странах ЕС автомобилям с SCR предоставляются налоговые льготы. К преимуществам EGR, как уже говорилось, относятся низкая стоимость приобретения и отсутствие необходимости заправки реагентом, что проявляется в большой популярности системы у владельцев личного транспорта. Недостатков же у EGR значительно больше: для выполнения требований Euro 5 экономически невыгодно использовать рециркуляцию выхлопных газов, т. к. это приводит к повышению тепловой нагрузки на двигатель и, следовательно, резко растет износ деталей двигателя. Это, в свою очередь, сказывается на быстром засорении масла продуктами износа и окисления. Для противодействия преждевременному старению возникает необходимость использовать дорогие специальные марки масел, рассчитанные на тяжелые условия «жизнедеятельности». Еще одним следствием является, как правило, более интенсивная работа системы охлаждения, и, что уж совсем плохо, повышается расход топлива в среднем на 3–6%. Использование сажевого фильтра увеличивает затраты на техническое обслуживание транспортного средства. Повышается риск выхода автомобиля из строя в связи со снижением пропускной способности фильтра. Риск повреждения катализатора в большой мере зависит от качества дизтоплива, а точнее, от процентного содержания в нем серы. Необходимым элементом, обеспечивающим функционирование системы SCR, является реагент AdBlue, который представляет собой 32,5%-ный водный раствор мочевины. Это нетоксичная жидкость. AdBlue дозированно подается в поток сжатого воздуха, с помощью которого этот распыленный раствор попадает в выхлопную трубу. При контакте с горячими выхлопными газами AdBlue разлагается на аммиак и двуокись углерода СО. Свободный аммиак в каталитическом нейтрализаторе SCR реагирует с NOx, в результате образуются безвредный азот и водяной пар. Серийный бак для AdBlue, устанавливаемый на грузовиках, вместимостью 90 л, обеспечивает каталитический процесс на пробеге в 5,2–7 тыс. км. На расход AdBlue в значительной мере влияет влажность воздуха: низкая влажность увеличивает расход, высокая – уменьшает, а также температура окружающего воздуха. При жаркой погоде расход будет выше, чем при холодной. Одна задача – множество путей решенияСегодня многие компании в мире трудятся над разработкой идеальных систем нейтрализации вредных выбросов. Главным элементом системы BlueTec, системы снижения вредных выбросов, разработанным специалистами Mercedes-Benz, является оптимизированный двигатель, имеющий высокую степень сжатия и повышенное давление впрыска топлива. Это увеличивает пиковое давление сгорания, повышает эффективность сгорания топлива и снижает его расход. Процесс сгорания топлива при BlueTec оптимизирован таким образом, чтобы твердые частицы образовывались в минимальном объеме. Бак, в котором хранится AdBlue, имеет самостоятельный подогрев. Раствор мочевины соединяется с выхлопными газами тогда, когда его собственная температура составляет не менее 200 °С. При более низких температурах химическая реакция идет не так интенсивно. Таким образом, при подогретой AdBlue содержание NOx в выхлопных газах такое же, как и при использовании EGR, но твердых остатков выбрасывается несравненно меньше. Но надо отметить, что при многочисленных положительных свойствах масса оборудования BlueTec составляет 150–300 кг, и на такую же величину уменьшается полезная грузоподъемность автомобиля. Недостатком является также и необходимость достаточно часто заправлять AdBlue. Для BlueTec 4, создаваемой под требования Euro 4, потребление AdBlue составляет 1,3 л/100 км, или 4% от расхода топлива. Для BlueTec 5 расход увеличился примерно на 1/3 и составляет 5–7% от расхода топлива, или 1,7л/100 км. В части снижения выбросов оксида азота компания Bosh предложила рынку свою новую разработку. Речь идет о значительном снижении выбросов благодаря использованию новой системы фильтрации Denoxtronic2 Retrofit с сенсорными датчиками. Первая версия регулировочной системы была успешно внедрена еще в 2004 г. Дозировочная система Bosch Denoxtronic, объединенная с каталитическими конвертерами SCR, позволяет снизить выбросы NOx на 85%. Второе поколение Bosch Denoxtronic 2, в отличие от системы первого поколения Denoxtronic, сконструировано значительно проще, сборочных элементов меньше, и это облегчает монтаж и обслуживание. AdBlue впрыскивается без использования сжатого воздуха, при этом двигатель можно отрегулировать так, что расход топлива будет на 5% меньше, чем при использовании других концепций очистки отработавших газов. Разработчики утверждают, что, оптимизируя работу двигателя, Denoxtronic на 40% снижает выбросы твердых частиц. Ряд известных в области разработки фильтров компаний ведут успешные разработки систем очистки отработавших газов без использования AdBlue. Также и компания Behr ведет активные поиски в направлении получения безмочевинной технологии. Разработанная компанией 2-ступенчатая рециркуляция и турбонаддув с промежуточным охлаждением, дополненные увеличенным до 2500 бар давлением впрыска топлива, наглядно продемонстрировали, что возможности технологии EGR не исчерпаны. С помощью фильтрационной системы Behr на испытаниях зафиксировано снижение уровня выбросов NOx до 0,8г/кВт.ч. Эффект, выражающийся 95%-ной нейтрализацией, по утверждениям специалистов-разработчиков, был получен американской компанией Tenneco. Предлагаемая компанией система HC-LNC использует в качестве реагента не раствор мочевины, а биотопливо Е-85, опыты также проводились и с малосернистыми дизельными топливами. Один из мировых лидеров в области производства систем очистки, компания Emitec, делает ставку на модернизацию систем SCR и утверждает, что требования Euro 6 в первую очередь будут выполнять именно их системы. На выставке IAA-2010 компания представила 2 новейшие разработки. Двухстадийная модульная система SCRi очень компактна и может быть удобна там, где есть проблемы с местом для подобного фильтра. Эта современнейшая система позволяет, по словам разработчиков, снизить уровень выбросов NOx до 0,7 г/кВт.ч. Вторая разработка – система E-SCR предназначена для муниципального и внутрипроизводственного транспорта. В очистной системе использован принцип более эффективного процесса нейтрализации NOx, нагретой до значительных температур AdBlue. Если Европа окажется в LEZ-зоне, то в какой зоне будем мы?Безусловно, задают тон в разработке программ создания фильтрующих систем страны Европы, США и Япония. Сегодня примером в экологическом смысле без преувеличения является Европа. Выделены 235 зон пониженных выбросов (Low Emission Zones, или LEZ), 53 из них расположены в Германии. Первые зоны были введены в начале 2008 г. Целью создания таких зон является забота о чистоте окружающего воздуха хотя бы на узко ограниченной территории, с перспективой преобразования всех территорий в одну зону с экологически благоприятной обстановкой. Деление территорий на зоны низкой эмиссии должно ускорить модернизацию транспортных средств. Внедрение таких зон в Европе было всесторонне продумано, учтены и маршруты общественного транспорта, сами размеры зон, ограничения скоростного режима, четко сформулирован перечень тех транспортных средств, которым в любом случае позволено въезжать, например, машинам «Скорой помощи» или с/х и лесным тракторам. Кроме деления территорий на зоны параллельно было принято множество очень нужных для людей положений, таких как запрет передвижения грузовиков по наиболее загазованным улицам либо же использование «зеленой волны» для улучшения транспортных потоков в крупных городах. Большое внимание уделено мерам, способствующим распространению велосипедного движения. Кстати, было признано неэффективным использование уборки улиц моющими средствами. Все европейские транспортные средства распределены на 4 категории. К первой относятся средства, отвечающие требованиям Euro 1 и ниже. Такие средства не получают пропуска ни в одну из экологических зон. Транспорт, отвечающий требованиям Euro 2, получает пропуск в виде красной эмблемки. Те техсредства, которые отвечают нормам Euro 3, получают желтый отличительный знак, ну а тем, кто может подтвердить соответствие нормам Euro 4 и выше, выдается зеленая наклейка. Владельцы дизельных автомобилей могут повысить свой «статус», установив сажевый фильтр. Таким образом, грузовик с желтым «пропуском», установив фильтр твердых частиц, получает зеленый знак и более широкие возможности передвижения. Государство приветствует такие действия, каждый желающий установить на дизельный автомобиль сажевый фильтр при наличии технической возможности получает единоразовую субсидию в 330 евро. В бюджете Германии для этих целей заложена сумма в 30 млн. евро, просчитано, что модернизации необходимо подвергнуть 90 тыс. автомобилей. Если же оператор транспортного средства забудет, что у него нет разрешения на въезд в определенную зону и нарушит принятый порядок, то в Германии он оплатит штраф в размере 40 евро, а в регистрационный центр транспортных средств поступит сигнал о произошедшем инциденте. Если таких отметок, полученных по разным поводам, в центре на данного водителя наберется 18, то он будет лишен водительских прав – вот так все очень серьезно. С другой стороны, создается режим благоприятствования для перемещения пешком либо на велосипеде. В Копенгагене сегодня 35% населения попадают на работу либо учебу на велосипеде. И это несмотря на то, что в столице Дании в среднем 14 дней в месяце бывают дождливыми или снежными. Город инвестировал в 2010 г. около 37 евро на каждого жителя, улучшая условия для езды по городу на велосипеде. Для сравнения можно заметить, что на эти цели в Берлине выделяется не более 1–2 евро, а в Мюнхене около 3 евро на каждого жителя. К сожалению, автор не смог найти сумму, предусмотренную в московском бюджете для создания приемлемых условий для велосипедной езды по столице, а очень хотелось бы сравнить. В качестве примера положительного эффекта наличия системы зон отметим, что берлинская LEZ занимает площадь 88 км2, на этой площади проживает около 1 млн. жителей, тогда как в целом в Берлине живет 3,4 млн. человек. В первый год существования зоны в нее был запрещен въезд только машин без каких-либо значков. Анализ показал, что за первый год снизились выбросы NOx на 14%, а выбросы твердых частиц – на 24%, что соответствует 52 т пыли и 960 т NOx в воздухе. За 2010 г., когда ограничения на въезд транспорта усилили, эти цифры уже составили 170 т пыли и 1500 т NOx. Интересно, что доля транспортных средств, не отвечающих никаким стандартам Euro, в 2010 г. составила всего 1%. Что же касается грузовых машин г/п свыше 3,5 т, то в 2008 г. лишь 6% из них смогли получить зеленую наклейку, сообщающую о соответствии требованиям Euro 4 и выше. Сегодня же в Берлине таких автомобилей около 75%. |
, сменив действовавшие с 2006 г. более лояльные нормы Еuro 4. Но в 2013 г. должны вступить в силу требования Euro 6, в которых предусмотрено снижение в 3 раза содержание NOx и в 2 раза – объема выбросов твердых частиц по сравнению с нынешними.
Серный конденсат, образующийся при рециркуляции, вызывает засорение каналов, «отравляет» катализатор и быстро снижает эффективность очистки.
Безусловно, влияние на расход имеет и характер эксплуатации – загрузка, рельеф местности и даже манера вождения.
Практика показала, что их объем на 35% ниже разрешаемого нормами Еuro 5. А при использовании BlueTec 5 наличие в выбросах NOx составляет всего 2% от объема, разрешенного требованиями Euro 4.
Это происходит благодаря электронной регулировке подачи AdBlue, которая учитывает такие ключевые параметры, как рабочая температура мотора и число оборотов. Блок управления дозированием, соединенный с электроникой двигателя, мгновенно определяет оптимальную дозировку AdBlue. Оборудование управления дозировкой Bosch Denoxtronic – модульного принципа и успешно работает в транспортных средствах самых разных типов.
Так, американская Eaton разработала технологию на основе SCR, в которой необходимый для технологии очистки аммиак получают при разложении продуктов сгорания в системе выпуска, воздействуя на них очень высокими температурами. Система, безусловно, недешевая, и предназначена она в первую очередь для установки на тяжелых грузовиках и мощных тягачах.
Tenneco предполагает, что новая система очистки будет востребована в двигателях дорожно-строительных машин, магистральных грузовиков.
Это и повышенное внимание к уборке тротуаров и дорог, запрет парковки машин в узких проездах, всесторонняя популяризация велодвижения.
Система нейтрализации выхлопных газов — АвтоЭксперт
Система нейтрализации выхлопных газовС ростом числа автомобилей возрастает негативное воздействие транспорта на окружающую среду. Ограничить это воздействие в странах ЕС пытаются введением жестких экологических норм, регулирующих максимальное количество загрязняющих веществ, выбрасываемых транспортными средствами в воздух.
В первую очередь это относится к грузовому транспорту. Разработаны стандарты строго регламентирующие содержание в выхлопных газах особенно оксидов азота и твердых частиц (сажи). В настоящее время в странах ЕС действуют стандарты Euro 5. Требования стандартов Еuro 5 действуют в Европе с сентября 2008 г. Предполагается, что уже в 2013 г. вступят в силу требования Euro 6, в которых предусмотрено снижение ещё в 3 раза содержания NOx и в 2 раза объема выбросов твердых частиц по сравнению с нынешними нормами.
Система рециркуляции выхлопных газов EGR
Существует несколько конструктивных способов исполнения требований экологических стандартов Euro. Один из них — система рециркуляции выхлопных газов (EGR/ AGR) в сочетании с применением сажевого фильтра. Такая комбинация существенно уменьшает выбросы NOx и твердых частиц. В этой системе выхлопные газы пропускаются через внешний охладитель и снова вводятся в систему сгорания через пластинчатый клапан. При этом температура забора воздуха уменьшается.
Попадание части отработавших газов в цилиндры вызывает снижение максимальной температуры горения и сгорание происходит при недостатке кислорода. В таком процессе образуется меньше окислов азота, чем при обычном сгорании. Но увеличивается образование сажи, а также газообразных СО и углеводородов. Для их нейтрализации в системе выпуска устанавливаются катализатор и сажевый фильтр. К преимуществам системы EGR относятся относительная низкая стоимость приобретения и отсутствие необходимости заправки реагентом, что проявляется в большой популярности системы у владельцев личного транспорта.
Недостатков же у EGR значительно больше: для выполнения требований Euro 5 экономически невыгодно использовать рециркуляцию выхлопных газов, т. к. это приводит к повышению тепловой нагрузки на двигатель и, следовательно, резко растет износ деталей двигателя. Это, в свою очередь, сказывается на быстром засорении масла продуктами износа и окисления. Для противодействия преждевременному старению возникает необходимость использовать дорогие специальные марки масел, рассчитанные на тяжелые условия «жизнедеятельности».
Из-за существенного повышения тепловой нагрузки на двигатель возникает необходимость в установке на автомобиль мощных систем охлаждения, что приводит к повышению расхода топлива в среднем на 3-6%.
Использование сажевого фильтра увеличивает затраты на техническое обслуживание транспортного средства. Повышается риск выхода автомобиля из строя в связи со снижением пропускной способности фильтра.
Также необходимо следить за качеством заправляемого топлива, так как риск повреждения катализатора в большой мере зависит от качества дизтоплива, а точнее, от процентного содержания в нем серы. Серный конденсат, образующийся при рециркуляции, вызывает засорение каналов, отравляет катализатор и быстро снижает эффективность очистки.
Система селективной каталитической нейтрализации SCR
После изучения и оценки различных подходов в части соответствия стандарту Euro 5 и затем Euro 6 для автомобилей большой грузоподъёмности ведущие производители автомобильной промышленности остановили свой выбор на применении технологии SCR.
SCR (Selective Catalytic Reduction) — избирательная каталитическая нейтрализация. Избирательной названа потому, что данная технология позволяет убрать из выхлопа только оксиды азота и не действует на другие вредные составляющие (СО, углеводороды, частички сажи). В этой технологии в качестве восстанавливающего реагента используется раствор мочевины AdBlue, который выполняет роль катализатора окислительных процессов. Реагент AdBlue представляет собой 32,5%-ный водный раствор мочевины. Это нетоксичная жидкость. AdBlue дозированно подается в поток сжатого воздуха, с помощью которого этот распыленный раствор попадает в выхлопную трубу. При контакте с горячими выхлопными газами AdBlue разлагается на аммиак и двуокись углерода СО. Свободный аммиак в каталитическом нейтрализаторе SCR реагирует с NOx, в результате образуются безвредный азот и водяной пар.
После изучения и оценки различных подходов в части соответствия стандарту Euro 5 и затем Euro 6 для автомобилей большой грузоподъёмности ведущие производители автомобильной промышленности остановили свой выбор на применении технологии SCR.
SCR (Selective Catalytic Reduction) — избирательная каталитическая нейтрализация. Избирательной названа потому, что данная технология позволяет убрать из выхлопа только оксиды азота и не действует на другие вредные составляющие (СО, углеводороды, частички сажи). В этой технологии в качестве восстанавливающего реагента используется раствор мочевины AdBlue, который выполняет роль катализатора окислительных процессов. Реагент AdBlue представляет собой 32,5%-ный водный раствор мочевины. Это нетоксичная жидкость. AdBlue дозированно подается в поток сжатого воздуха, с помощью которого этот распыленный раствор попадает в выхлопную трубу. При контакте с горячими выхлопными газами AdBlue разлагается на аммиак и двуокись углерода СО. Свободный аммиак в каталитическом нейтрализаторе SCR реагирует с NOx, в результате образуются безвредный азот и водяной пар.
Введение в последующую обработку выхлопных газов дизельного выхлопа
Вещи, которые вы узнаете:
• Почему существуют системы последующего обработки
• Как функционируют системы последующего обработки
.
как появилась система нейтрализации отработавших газов в дизельном двигателе внутреннего сгорания? Прежде чем мы сможем раскрыть ответ, мы сначала должны понять, что происходит внутри камеры сгорания: Заряд воздуха входит в цилиндр во время такта впуска. Воздух обычно нагнетается в цилиндр (во время такта впуска) под действием принудительной индукции, называемой турбонаддувом. Нагнетание воздушного заряда (под давлением) в цилиндр позволяет увеличить давление в цилиндре. Топливо впрыскивается в определенное время прямо в цилиндры, как правило, с помощью топливной форсунки Common Rail. Во многих случаях и система впрыска топлива, и система турбокомпрессора управляются ЭБУ. Наддувочный воздух в цилиндре состоит примерно на 21 % из кислорода и примерно на 78 % из азота (а также из некоторых газовых примесей, не влияющих на процесс сгорания). Именно эта комбинация топлива и тепла, создаваемого зарядом сжатого воздуха в цилиндре, инициирует процесс сгорания. Поскольку воздушный заряд содержит кислород, во время этого процесса горения в камере сгорания происходит химическая реакция.
Другими словами, кислород, тепло и топливо начинают химическую реакцию — в результате возникает пожар (Рисунок 1) .
Поскольку в процессе горения (химическая реакция) не происходит химического преобразования всех компонентов этого воздушно-топливного заряда, всегда будут «остатки». Остаточный компонент воздушного заряда в основном состоит из азота. Азот является рабочей жидкостью. Жидкость совершает работу, заставляя поршень опускаться. Обычно он не реагирует на горение. Ниже определенных температур газообразный азот остается неизменным. Однако в любое время, когда температура заряда воздуха/топлива превышает 2500 градусов по Фаренгейту, этот азот способен окисляться (химически преобразовываться). При окислении азота образуются оксиды азота (NOx), очень вредные и ядовитые газы. Компоненты системы доочистки выхлопных газов предназначены для снижения содержания NOx и твердых частиц (которые мы называем «сажей»).
Система нейтрализации выхлопных газов раннего поколения
Итак, теперь мы можем узнать об истории системы нейтрализации выхлопных газов.
Поскольку NOx много при температурах выше 2500 градусов по Фаренгейту, логично, что управление им означает снижение температуры внутри камеры сгорания. Это достигается за счет рециркуляции выхлопных газов (EGR) для повторного введения отработанных/инертных выхлопных газов в камеру сгорания. Внутренний объем баллонов занимает этот инертный газ. По сути, это уменьшает эффективный размер камеры сгорания. В этой меньшей камере сгорания температура меньшего события сгорания будет менее интенсивной.
В ранних конструкциях систем нейтрализации отработавших газов (около 2007–2009 гг.) существовал единственный компонент, известный как дизельный сажевый фильтр (рис. 2) . Управление NOx означает снижение температуры цилиндров. Это очень эффективно; однако эта более низкая температура в цилиндрах имела некоторые негативные последствия. Здесь аналогия с костром может помочь проиллюстрировать эту мысль.
Каждый раз, когда костер недостаточно горит, подумайте о кольце костра на следующее утро.
Есть куча несгоревших дров (углей и золы) (Рисунок 3) . Каждый раз, когда огонь горит недостаточно жарко, в результате образуются твердые частицы. Таким образом, эффективно обрабатывая NOx, мы непреднамеренно создали еще одну проблему, которую необходимо решать, и это сажа (твердые частицы). Таким образом, системы доочистки должны были развиваться, чтобы управлять как NOx, так и твердыми частицами. NOx нейтрализуется в цилиндре, а твердые частицы удаляются в узлах дополнительной обработки выхлопной системы. Это достигается с помощью так называемого дизельного катализатора окисления (DOC) 9.0003 (рис. 4) и сажевый фильтр (DPF).
Эволюция нейтрализации отработавших газов
Задача DOC заключается в окислении выхлопных газов, выходящих из цилиндров (богатых углеводородами и окисью углерода, из-за более низких температур в цилиндрах), а работа DPF заключается в для сжигания твердых частиц, образующихся в результате процесса восстановления NOx перед сжиганием.
Мы можем описать конструкцию DPF как конструкцию с использованием компонента пристенного потока (рис. 5) . Это позволяет выхлопным газам и твердым частицам попадать в него, но газы должны проходить через стену. Таким образом, стенка DOC отфильтровывает и удерживает твердые частицы. Именно это улавливание твердых частиц позволяет автомобилю соответствовать стандартам выбросов выхлопных газов. Напомним, EGR используется для снижения выбросов NOx. В результате образуются твердые частицы. Улавливание твердых частиц осуществляется в DPF системы доочистки.
Со временем эти захваченные частицы начинают перегружать сажевый фильтр, и эти частицы необходимо контролировать, чтобы обеспечить постоянную работу сажевого фильтра.
Необходимое управление этими твердыми частицами определяется входными данными, отражающими уровень содержания сажи. Эти входные данные включают температуру и дифференциальное давление (давление, измеренное на входе DPF и сравниваемое с давлением на выходе).
Если сажевый фильтр сильно загружен твердыми частицами, необходимо запустить цикл регенерации. Цель цикла регенерации состоит в том, чтобы создать достаточное количество тепла внутри DPF для сжигания твердых частиц и очистки DPF. Для создания тепла вводится дизельное топливо. Будь то через автономный дозатор углеводородов в потоке выхлопных газов (очень похоже на топливную форсунку) или в рамках обычного цикла впрыска в камеру сгорания (например, впрыск дополнительного топлива на такте выпуска для подачи дизельного топлива в трубу) . В любом случае, это дизельное топливо, введенное в DOC, создает тепло, и тепло используется для сжигания твердых частиц из дизельного сажевого фильтра, эффективного превращения их в золу и регенерации фильтра.
Технологии доочистки продолжают развиваться
Используя вышеприведенные описания, становится ясно, что управление этими нежелательными веществами находится под контролем. Проблема в том, что использование дизельного топлива для борьбы с этими нежелательными явлениями не очень экономично. Постоянно затягивающаяся петля норм выбросов не допустит такой неэффективности. Изменения в управлении выбросами выхлопных газов были вынуждены улучшить.
Итак, давайте перейдем к технологиям 2010 года. В 2010 году мы стали свидетелями внедрения селективного каталитического восстановления (SCR). Эта технология использовалась в сочетании с химическим веществом мочевины на основе аммиака, известным как жидкость для выхлопных газов дизельных двигателей (DEF), для снижения выбросов NOX. Это служило той же цели (снижение NOx), что и старая технология (впрыск топлива в камеру разложения, которая находилась внутри DPF), но для замены старой технологии из-за большей эффективности использования топлива (Рисунок 6) .
Для управления SCR было добавлено больше компонентов, а входные данные теперь доступны и требуют контроля. Были добавлены датчики NOx (как на входе, так и на выходе SCR). Эти датчики позволяют ЭБУ определять, какая доза DEF требуется для эффективной обработки NOx ( Рисунок 7) .
Для хранения DEF добавлен накопительный бак (наподобие топливного бака). Чтобы доставить DEF туда, где он должен быть, был добавлен дозирующий механизм (например, топливный насос), а также сам дозатор (например, топливная форсунка). Была добавлена трубка для разложения. В этой трубке происходит химическая реакция (тепло). Чтобы предотвратить замерзание DEF при более низких температурах, были также добавлены нагреватель и линии нагревателя. ECU содержал стратегию и имел право управлять всей системой.
Стратегия EGR также изменилась. До 2010 года EGR была основной системой управления выбросами NOx. Других механизмов очистки от NOx не было. После 2010 года федеральное правительство не допустит значительного сокращения рециркуляции отработавших газов или использования только DEF.
Шарм в четвертый раз
Однако в 2017 году произошло существенное изменение. DEF стал основной системой управления NOx, а EGR стал резервной. В 2017 году многие производители перешли на другой способ доочистки. Многие из них назвали его «одноразовым» (Рисунок 8) .
По сути, одна коробка представляет собой единое целое. В нем находится небольшой DOC и небольшой DPF. Меньшие DOC и DPF были результатом образования меньшего количества твердых частиц. Помните, если мы вернемся к аналогии с походным костром и к управлению выбросами NOx и твердых частиц в цилиндре, сокращение выбросов NOx означало необходимость охлаждения цилиндра. Но более холодный цилиндр создавал больше твердых частиц, и в 2007 году это было устранено в DPF. При одновременном снижении выбросов NOx и последующей обработке (DEF) разбавление EGR может быть уменьшено и лучше справляется с удалением твердых частиц в цилиндре.
Начиная с 2017 года, EPA разрешило больше полагаться на DEF для управления NOx в трубе.
Уменьшение разбавления EGR привело к уменьшению количества твердых частиц. Это привело к меньшей потребности в надежном дизельном сажевом фильтре и DOC. Эта одноблочная система стала очень популярной. При использовании большего количества DEF будет образовываться меньше дизельных твердых частиц, поэтому необходим дизельный сажевый фильтр меньшего размера. Этот эффект домино привел к созданию более надежного устройства меньшего размера с меньшим температурным диапазоном. DEF дозируется в пластину для разложения внутри монобокса, и эта система, по сути, является тем, что используется сегодня, когда выбросы изменятся после 2021 года.
С тех пор были добавлены датчики сажи, датчик Nh4 (для наблюдения за проскальзыванием аммиака) и несколько других датчиков, чтобы убедиться, что монобокс работает должным образом. По сути, после 2021 года эти моноблоки стали очень маленькими, очень хорошо управляемыми и очень эффективными.
Что такое система доочистки? (…и какое мне дело?) – OTR Performance® Inc.
Почему вы действительно делаете хотите знать о вашей системе доочистки Многие водители ничего не знают о своей системе очистки выхлопных газов, не говоря уже о том, как ее обслуживать. И почему бы нет? Это кажется сложной системой, о ней очень мало информации, и еще меньше о том, как техническое обслуживание влияет на ваш грузовик.
Кто будет возиться с чем-то, о чем даже не подозревают, что это важно?
Но учтите следующее: техническое обслуживание вашей системы доочистки критически важно для максимальной производительности вашего автомобиля с дизельным двигателем. На самом деле это настолько важно, что влияет на вашу прибыль.
Как обслуживание системы доочистки влияет на вашу прибыль? Когда какая-либо часть системы очистки выхлопных газов вашего грузовика засоряется, это похоже на расстройство желудка. Сначала вы можете не заметить, но через некоторое время вы начнете замечать шум.
Ну и что? Вскоре вы снизите эффективность и снизите производительность двигателя, и в конечном итоге ваши дорогие компоненты выбросов будут повреждены.
Имеет смысл? В конечном итоге это влияет на вашу прибыль из-за незапланированных простоев и дорогостоящего ремонта.
Итак, вернемся к нашему первоначальному вопросу… зачем вам знать о вашей системе доочистки? Состояние вашей системы доочистки влияет практически на все аспекты вашего грузовика.
Итак, в этом посте мы объясним, как это работает, чтобы больше не было загадок. Тогда вы сможете решить потенциальные проблемы до того, как они будут стоить вам времени и денег.
Немного истории контроля выбросовКонтроль выбросов относительно новый, поэтому давайте рассмотрим немного истории, чтобы взглянуть на вещи в перспективе.
В 1950-х годах загрязнение воздуха стало неоспоримым фактом, а к началу 1960-х простое сидение в пробке в час пик могло вызвать у вас тошноту. Со временем большие города страдали от смога, и правительства развитых стран относились к этому серьезно.
Итак, правительство США приняло закон, дающий ему полномочия бороться с загрязнением. В 1974 году он начал издавать политику выбросов. Эти политики были строги в отношении конечных результатов, но допускали поэтапный подход, чтобы дать производителям время, необходимое для разработки эффективных решений.
Почистить выхлоп?В начале 2000 года (примерно через 30 лет после начала контроля за выбросами транспортных средств) индустрия большегрузных автомобилей начала ощущать свою долю серьезного регулирования. Конечно, производители знали, что такая политика появится, и были к ней готовы. Большинство из них использовали систему доочистки выхлопных газов (EATS), чтобы соответствовать этим правилам.
Системы доочистки в основном очищают выхлопные газы двигателя перед тем, как они покинут автомобиль. Мы называем это «очисткой выбросов от выхлопных газов». У каждого грузовика есть выхлоп, его просто нужно очистить, прежде чем он покинет автомобиль.
Контроль выбросов большегрузных грузовиков также вводился поэтапно. Первой частью EATS, которая должна была быть представлена, была система EGR (рециркуляция отработавших газов). В 2007 году они добавили элементы управления, в том числе DPF (дизельный сажевый фильтр), а в 2010 году добавили процесс под названием SCR (селективная каталитическая нейтрализация).
Звучит сложно? Это (но мы надеемся упростить это для вас). Звучит изысканно? Это тоже. И вы, вероятно, знаете, что все сложное и изощренное нужно хорошо обслуживать, иначе это вызовет у вас проблемы.
Если вы узнаете об этом шаг за шагом, чтобы не усложнять, система тоже будет довольно интересной. Мы надеемся, что вы согласитесь, когда будете читать дальше.
Что такое система нейтрализации отработавших газов и для чего она предназначена?Система доочистки очищает от твердых частиц и выхлопных газов (оксид азота), оказывая минимальное влияние на производительность.
Представьте себе поток выхлопных газов, движущийся по системе.
На каждом этапе он становится немного чище, потому что на каждом этапе он оставляет часть своих токсинов позади. (Если вы когда-нибудь видели грязный фильтр DPF, вы поймете, о чем мы говорим.)
А смысл в том, что эту систему нужно будет чистить? Вот тут и приходит на помощь диагностический инструмент OTR. Но мы вернемся к этому через минуту. Во-первых, давайте взглянем на компоненты системы доочистки. Надеюсь, к тому времени, когда мы закончим здесь, вы подумаете: « о, это не так уж и сложно!»
4 компонента системы доочистки- Система каталитического нейтрализатора дизельного топлива (DOC)
Выхлопные газы двигателя сначала проходят через DOC, где выхлопные газы окисляются, чтобы контролировать выбросы окиси углерода и углеводородов. - Система дизельного сажевого фильтра (DPF)
Далее следует сажевый фильтр. DPF удаляет крупные твердые частицы из выхлопного потока. DPF отлично справляется с этой задачей, поскольку обычно удаляет более 99 % твердых частиц.
Это объясняет, почему на DPF может образовываться такой толстый слой сажи.Копоть может стать настоящей проблемой. Поскольку слой сажи в сажевом фильтре утолщается, он создает противодавление и ограничивает движение вперед. Это противодавление будет продолжать нарастать до тех пор, пока вы не начнете регенерацию для удаления сажи.
- Впрыск дизельной выхлопной жидкости (DEF)
Следующий процесс называется впрыском DEF. DEF – это раствор мочевины и воды, который впрыскивается в поток выхлопных газов для начала преобразования закиси азота (NOx). Он разлагается в горячих выхлопных газах с образованием аммиака, воды и углекислого газа.Эта разложившаяся мочевина перемещается вместе с выхлопными газами к следующему компоненту, системе селективного каталитического восстановления (SCR).
- Система селективного каталитического восстановления (SCR)
Этап SCR удаляет большую часть оставшихся NOx. Разложившаяся мочевина и выхлопные газы реагируют с активными химическими веществами в SCR с образованием углекислого газа и водяного пара.
Это то, что выходит из выхлопной трубы.
Системы доочистки критически важны для работы автомобилей с дизельным двигателем. Их техническое обслуживание часто упускается из виду, как правило, из-за отсутствия понимания.
Как мы уже говорили ранее, засорение любой части системы доочистки приведет к снижению производительности двигателя, снижению эффективности и повреждению дорогостоящих компонентов системы очистки отработавших газов. Возникающие в результате незапланированные простои и дорогостоящий ремонт нанесут ущерб вашему грузовику и, следовательно,… вашей прибыли.
Понимание того, что делают эти системы и как они влияют на общую производительность вашего автомобиля, поможет вам обслуживать вашу систему доочистки. Ваш дилер или технический специалист может помочь вам обслуживать систему, или вы можете легко (и более доступно) сделать это самостоятельно с помощью диагностики OTR.
Диагностика OTR — это доступный и простой в использовании инструмент, который поможет вам поддерживать максимальную производительность вашего грузовика.
Хотите узнать больше? Ознакомьтесь с другими сообщениями в нашем блоге.
- Как долго должна длиться принудительная регенерация DPF?
- Контрольные симптомы успешной (или неудачной) принудительной регенерации DPF.
- Что такое затыкание лица? Как это происходит? Как я могу это исправить?
- Что произойдет, если ваш грузовик больше не сможет восстанавливаться?
- Что такое принудительная регенерация DPF?
- Ответы на распространенные вопросы о DPF!
- Что означает низкое качество DEF?
OTR Diagnostics позволяет считывать и сбрасывать коды неисправностей, просматривать данные в реальном времени и запускать расширенные диагностические функции, включая принудительную регенерацию DPF с помощью мобильного телефона или планшета. Выберите, какой двигатель у вас есть для вашего диагностического пакета.