Selective Catalytic Reduction (SCR) - cелективное каталитическое восстановление - является способом очистки отработавших газов (ОГ) двигателей внутреннего сгорания (ДВС) от оксидов азота (NOx), реализуемым за счет установки дополнительного оборудования, которое представляет из себя внешнюю, по отношению к двигателю, систему. Установка системы SCR не требует изменений основной конструкции двигателя, что позволяет использовать их на ДВС любого производителя. Система SCR позволяет сократить выбросы NOx более чем на 80 % на любом типе двигателя (бензиновом, дизельном, газовом), они достаточно хорошо зарекомендовали себя в составе систем очистки отработавших газов автотранспортных средств.
Техническая реализация принципа действия cелективного каталитического восстановления обеспечивается системой очистки ОГ, создаваемой специальным образом.
- Система подогрева бака мочевины;
- Трубопровод мочевины;
- Управляющий модуль (в составе блока управления, фильтра и насоса);
- Форсунка впрыска мочевины;
- Датчики температуры ОГ и мочевины, 2NOx;
- Окислительный и восстановительный катализатор;
- Система вентиляции.
Рассмотрим основные компоненты данной системы.
Бак мочевины, как правило изготавливаемый из пластика, собственно и предназначен для ее хранения перед впрыском. Поскольку мочевина в процессе эксплуатации расходуется, впрочем, весьма умеренно, а температура ее замерзания составляет порядка -11°С, то бак дополнительно оснащается датчиками уровня и температуры жидкости.
Задачами насоса мочевины, который интегрирован в корпус управляющего модуля и управляется блоком управления, в зависимости от положения клапана обратной перекачки, являются:
- подача мочевины из бака к форсунке под давлением около 5 МПа (двигатель работает и выполняются условия, необходимые для работы системы нейтрализации);
- перекачивание мочевины из трубопровода подачи от форсунки обратно в бак (при выключении двигателя);
Блок управления предназначен для расчёта количества впрыскиваемой мочевины, которое определяется режимом работы двигателя, температурой ОГ и долей оксидов азота в их массовом потоке ОГ. Доля оксидов азота, поступающая в восстановительный катализатор, также рассчитывается блоком управления. Массовый поток ОГ соответствует массовому расходу воздуха во впускном канале, который определяется расходомером воздуха, и массе впрыснутого топлива.
Дозированная подача мочевины в поток отработавших газов выполняется форсункой. Управление иглой, запирающей выходное отверстие форсунки, осуществляется через электромагнитную катушку сигналом с широтно-импульсной модуляцией от блока управления.
Датчик 2NOx, размещенный в трубе выпуска ОГ непосредственно за восстановительным катализатором, предназначен для определения доли оксидов азота в ОГ, которая анализируется блоком управления датчика.
Восстановительный катализатор, который представляет собой сотообразный керамический блок круглой или овальной формы. Покрытие поверхности пронизывающих блок каналов может состоять из цеолита меди, пентаоксид ванадия или других активных компонентов, предназначено для восстановления оксидов азота в ходе протекающей при определенной температуре химической реакции.
Окислительный катализатор, также соотообразный, но круглый металлический блок с покрытием либо на основе металлов платиновой группы, либо оксидов каталитически активных металлов, предназначен для окисления монооксида углерода (CO) до диоксида углерода, а углеводородов (CH) до воды и двуокиси углерода.
Система вентиляции с пароотводящей трубкой предназначена для выравнивания давления в баке.
Последовательность действия системы нейтрализации SCR заключается в следующем.
При нагреве восстановительного катализатора до температуры примерно 200°C, которая уже является рабочей, блок управления получает данные о температуре отработавших газов от датчика температуры, установленного перед восстановительным катализатором. Раствор мочевины ADBLUE забирается насосом из бака и под давлением примерно 0,5 МПа прокачивается через обогреваемый трубопровод к форсунке впрыска мочевины.
Форсунка, при достижении требуемого давления мочевины, по сигналу от блока управления дозированно впрыскивает мочевину в рассчитанном количестве в трубопровод системы ОГ перед восстановительным катализатором, где она подхватывается потоком ОГ и равномерно распределяется в ОГ. По пути к восстановительному катализатору, на 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, и в зависимости от уровня сигнала, который определяется содержанием оксидов азота в ОГ на выходе, увеличивается или уменьшается подача мочевины для впрыска.
Условиями подачи блоком управления сигнала на впрыск мочевины является достижение требуемой температуры восстановительного блока и обеспечения наличия достаточного количества жидкой мочевины для впрыска (при замерзании мочевины в баке включается система его подогрева).
Условиями подачи блоком управления сигнала на прерывание впрыска мочевины является недостаточный объёмный поток ОГ, например, на холостом ходу, и существенное снижение температуры ОГ, в результате которого не достигается рабочая температура восстановительного катализатора.
После выключения зажигания насос выкачивает всю мочевину из системы обратно в бак.
В принципе, системы SCR, с учетом высокого качества изготовления ее компонентов являются достаточно надежными. И если не учитывать неисправности, связанные с естественными причинами (брак, износ), то чаще всего они выходит из строя после замерзания мочевины в баке. При этом большая часть растворенной мочевины выпадает в осадок, а оставшийся «сильно разбавленный» раствор замерзает. Через некоторое время после включения двигателя подогрев мочевины растапливает некоторую часть замерзшего «сильно разбавленного» раствора, а большая часть нерастворенной мочевины в виде кристаллов останется на дне бака. Эксплуатация ДВС с таким «разбавленным» составом не приведет к немедленному выходу системы SCR из строя, но если ничего не предпринимать, то поломка системы SCR практически гарантирована. При этом, коэффициент полезного действия такого «сильно разбавленного» состава гораздо ниже и, следовательно, потребление его может существенно возрасти, а если не прогреть весь объем замерзшей мочевины, то плотность состава будет расти, и кристаллы нерастворенной мочевины попадут в систему. Это может привести к закупорке патрубков, быстрому износу мембраны насоса, засорению форсунки. Поэтому, в случае замерзания мочевины в баке, рекомендуется прогреть его до полного оттаивания мочевины и проверить плотность состава. Если плотность не соответствует норме (1087-1093 кг/м3) – жидкость слить, бак, по возможности, промыть.
Необходимый для работы системы SCR реагент AdBlue является дополнительной эксплуатационной жидкостью. Ее необходимо регулярно заливать в отдельный бак. Проблем с приобретением этого реагента сейчас нет, а ее расход, если использовать данные о системах SCR, применяемых на автомобилях, достаточно небольшой - в среднем 1,5 - 2,5 литра на 1000 км.
Современные системы SCR значительно уменьшают выбросы токсичных оксидов азота и обеспечивают соответствие строгим экологическим нормам Евро-6, но при этом имеют как достоинства, так и недостатки, основные из которых приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Достоинства и недостатки системы SCR
| Достоинства | Обеспечение возможности сокращения выбросов оксидов азота более чем на 80 % и достижение соответствие эмиссии NOx уровня стандарта Евро-6 |
| Достаточно эффективное удаление NOx для большинства режимов работы двигателя | |
| Минимальное воздействие на рабочие процессы в двигателе, отсутствие требований к изменению конструкции двигателя | |
| Доступная и отработанная технология, растущая справочная база, десятки тысяч систем по всему миру | |
| Недостатки | Ограниченное удаление NOx при низких нагрузках двигателя, например, холостой ход |
| Занимает дополнительное пространство, необходим резервуар для хранения запаса мочевины и его периодическое пополнение | |
| Может привести к незначительному увеличению расхода топлива двигателем (в среднем на 3–6%) | |
| Дополнительные расходы на потребление мочевины |
Напоминаем, что ЭКОЭНЕРГОТЕХ готов изготовить систему SCR в соответствии с Вашими требованиями.
