Как работает система SCR (AdBlue)

Система доочистки отработавших газов (EATS)

Общие сведения.

Для обеспечения соответствия нормативным требованиям по выбросам вредных веществ применяется технология SCR (Selective Catalytic Reduction – избирательная каталитическая нейтрализация).

Дизельные двигатели с более эффективным сгоранием топлива, в сочетании с очисткой отработавших газов обеспечивают значительное сокращение выброса окислов азота и твердых частиц.

Технология SCR основывается на очистке отработавших газов за счет добавления раствора AdBlue. Данный раствор впрыскивается в отработавшие газы перед их прохождением через каталитический нейтрализатор. Эта добавка вызывает распад окислов азота на газообразный азот и водяной пар – естественные природные субстанции.

Проведенное усовершенствование дизельных двигателей позволило дополнительно повысить эффективность сгорания топлива. Электронный блок управления двигателя производит расчет оптимального количества впрыскиваемого раствора AdBlue в зависимости от текущей нагрузки и оборотов двигателя.

Новые требования ЕС по выбросам вредных веществ включают радикальное сокращение в отработавших газах содержания твердых частиц (PM) и окислов азота (NOx).

Принцип технического решения

Основные компоненты системы SCR (AdBlue)

Очистка отработавших газов по технологии SCR выполняется простой системой, состоящей из небольшого числа компонентов:

• бак AdBlue (1),
• насосный блок (2),
• блок дозировки (3)
• глушитель (4) со встроенным каталитическим нейтрализатором SCR.

 

Раствор AdBlue в распыленном виде впрыскивается в отработавшие газы перед их поступлением в каталитический нейтрализатор (5). Управление тонкой регулировкой впрыска осуществляет система EMS(система управления двигателем), обеспечивающая оптимальное сокращение выбросов при любых режимах работы.

Под воздействием высокой температуры в системе выпуска раствор AdBlue распадается на аммиак и углекислоту. Активным элементом является аммиак – самый важный компонент химического процесса, протекающего в каталитическом нейтрализаторе, где окислы азота (NOx) превращаются в безвредную смесь азота и водяного пара. Химическая реакция протекает при температурах свыше 200 °C.

Модификации

Предлагаются две модификации системы SCR:

• С электрическим клапаном регулировки охлаждения – более ранняя модификация
• Без электрического клапана регулировки охлаждения – более поздняя модификация

 

Общие сведения – система с электрическим клапаном регулировки охлаждения

Принципиальная схема – система с электрическим клапаном регулировки охлаждения

На рисунке представлены основные компоненты системы очистки и соединения относящихся к ней трубопроводов.

• 1. Бак AdBlue
• 2. Датчик уровня в баке AdBlue
• 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 MID233 системой дозировки AdBlue
• 9. Фильтр
• 10. Гидрораспределитель
• 11. Электрический клапан регулировки охлаждения
• 12. Обратный клапан
• 13. Блок дозировки
• 14. Датчик температуры отработавших газов
• 15. Каталитический нейтрализатор
• 16. Датчик окислов азота NOx (используется только для OBD — бортовой диагностики)

 

Управление всей системой SCR осуществляет блок управления двигателем MID128 (EECU — электронный блок управления двигателем), который обменивается данными через отдельный блок управления MID233 с системой дозировки AdBlue.

Нормальная работа – система с электрическим клапаном регулировки охлаждения

Блок управления (8) получает сигнал с датчика уровня AdBlue в баке (2) о том, что уровень раствора AdBlue превышает установленный минимальный предел. Блок управления активирует гидрораспределитель (10) и запускает насос (4), откачивающий раствор AdBlue из бака (1) через фильтр (9) и гидрораспределитель (10). Затем насос прокачивает раствор AdBlue через гидрораспределитель к фильтру AdBlue (5) и далее к блоку дозировки (13) на глушителе.

При соответствии определенным критериям (например, датчик давления (6) измеряет рабочее давление в системе дозировки AdBlue и его величина достигает примерно 5 бар) блок управления двигателем передает сигнал, указывающий количество AdBlue, на блок управления (8), который открывает дозирующий клапан (13). Раствор AdBlue впрыскивается в выхлопную трубу перед глушителем со встроенным каталитическим нейтрализатором SCR (15). Одновременно с этим открывается распределительный клапан охлаждающейжидкости (11) 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 окислов азота NOx (16) измеряет содержание окислов азота (NOx) в отработавших газах. Если допустимый уровень токсичности не обеспечивается, на приборной панели загорается сигнальная лампа и вблоке управления двигателем регистрируется код неисправности.

Датчик температуры отработавших газов (14) служит для измерения температуры отработавших газов в каталитическом нейтрализаторе с целью обеспечения подачи надлежащего количества раствора AdBlue в отработавшие газы.

Поскольку раствор AdBlue чувствителен к температуре, бак AdBlue подогревается посредством нагревательного контура, в котором циркулирует охлаждающая жидкость. Подающие и возвратные шланги на баке подогреваются электрически, а вокруг соединителей шлангов имеется дополнительная теплоизоляция. Датчик температуры (3) непрерывно контролирует температуру раствора AdBlue и выдает сигнал на блок управления (8), если температура падает ниже 10°C. 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°C, датчик температуры (3) выдает сигнал на блок управления (8), который закрывает электромагнитный клапан и отключает подогрев.

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

Если данная неисправность вызывает прекращение циркуляции раствора AdBlue, загорается также сигнальная лампа CHECK и появляется следующая надпись: 

`Дальнейшее движение приведет к поврежд. системы SCR`

 

Низкий уровень раствора в баке – система с электрическим клапаном регулировки охлаждения

Низкий уровень AdBlue в баке

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), находящийся в баке, посылает сигнал на закрытие 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 (символ OBD) и предупреждающая надпись указывает на то, что бак AdBlue пуст.

Код неисправности сохраняется в памяти электронного блока управления двигателем. При доливке раствора AdBlue лампа OBD гаснет и сообщение о неисправности пропадает, но код неисправности сохраняется и доступен для считывания диагностическим прибором.

Коды неисправностей связанные с AdBlue!

Неудаляемые коды неисправностей
В случае регистрации новых кодов неисправностей системы контроля за снижением содержания NOx (когда коды становятся активными)они хранятся в течение 400 дней и не удаляются даже после устранения неисправностей и перехода кодов неисправностей в неактивное состояние. При регистрации неудаляемого кода неисправности вычисляется промежуток времени работы двигателя, в течение которого этот код неисправности был активным. Таким образом становится доступной информация о продолжительности работы двигателя с неисправной системой доочистки отработавших газов.

Неудаляемые коды неисправностей регистрируются только косвенным образом – с помощью кодов неисправностей, связанных с уровнем выбросов.

Пример: Если расход карбамида AdBlue слишком низкий, регистрируется код неисправности PSID 91 Расход AdBlue, связанной с уровнем выбросов (код FMI 1: слабое изменение уровня карбамида в баке). Когда регистрируется (активируется) код неисправности PSID 91, активируется неудаляемый код неисправности PSID 41 (FMI 14) Слишком низкий расход AdBlue.

Снижение оборотов (уменьшение мощности)
Нововведение в системе контроля за снижением содержания NOx состоит в том, что при достижении определенных пределов или возникновении определенных неисправностей в системе доочистки отработавших газов обороты двигателя снижаются на 40% (для некоторых вариантов на 25%). Прежде чем происходит снижение оборотов, загораются контрольные и сигнальные лампы, а на дисплее приборной панели появляется сообщение о снижении оборотов. Снижение оборотов вступает в силу при первой остановке автомобиля (когда двигатель по-прежнему работает) после возникновения неисправности, например на следующей остановке перед красным светом светофора. После устранения причины снижения оборотов функция снижения отключается в следующий раз, когда двигатель работает на холостых оборотах.

Снижение оборотов двигателя происходит в следующих случаях:

• Содержание NOx превышает 7 г/кВт-ч.
• Бак AdBlue пуст.
• Система не может контролировать содержание NOx в течение 50 часов работы двигателя.

 

Неудаляемые коды неисправностей

Код неисправности	Компонент/функция	Неудаляемый	Снижение оборотов (уменьшение мощности)
MID 128 PSID 40 FMI 14	Несоответствующее качество реагента	400 дней	Нет
MID 128 PSID 41 FMI 14	Расход реагента	400 дней	Нет
MID 128 PSID 42 FMI 14	Прерывание функции дозирования	400 дней	На следующей остановке
MID 128 PSID 45 FMI 0	Высокое содержание NOx – первопричина неизвестна	400 дней	На следующей остановке
MID 128 PSID 45 FMI 14	Высокое содержание NOx – первопричина неизвестна	400 дней	Нет
MID 128 PSID 46 FMI 2	Неисправность индикации NOx	400 дней	Через 36 часов
MID 128 PSID 46 FMI 14	Неисправность индикации NOx	Неудаляемый только пока данный код неисправности остается активным	Через 36 часов
MID 128 PSID 115 FMI 1	Бак реагента пуст	400 дней	На следующей остановке

 

Коды неисправностей, связанных с уровнем выбросов

Код неисправности	Компонент/функция	FMI	Регистрируется неудаляемый код неисправности
MID 128 PID 108	Атмосферное давление	2, 3, 4	PSID 46
MID 128 PID 171	Температура наружного воздуха	9	PSID 46
MID 128 PPID 270	Содержание NOx после каталитических нейтрализаторов SCR	2, 3, 5, 9, 12, 13, 14	PSID 46
MID 128 PPID 273	Давление AdBlue	1, 2, 4, 5, 7, 13, 14	PSID 42
MID 128 PPID 274	Температура в баке AdBlue	0, 1, 4, 5	PSID 42
MID 128 PPID 275	Температура фильтра AdBlue	0, 1, 2	PSID 42
MID 128 PPID 278	Уровень AdBlue	1, 3, 5, 13, 14	PSID 115, PSID 42
MID 128 PPID 385	Блок управления системой дозирования AdBlue, напряжение сигнала	3, 4, 14	PSID 42
MID 128 PSID 77	Блок управления системой дозирования AdBlue, EEPROM	12	PSID 42
MID 128 PSID 87	Обороты электродвигателя насоса AdBlue	0, 1, 10	PSID 42
MID 128 PSID 89	Дозирующий клапан AdBlue	3, 4, 5, 7, 10	PSID 42
MID 128 PSID 90	Функционирование системы SCR	1, 11, 14	PSID 40, PSID 45
MID 128 PSID 91	Расход AdBlue	1	PSID 41
MID 128 PSID 101	Регулирующий клапан охлаждения AdBlue	3, 4, 7	PSID 42
MID 128 PSID 105	Клапан регулирования расхода AdBlue	3, 4, 5, 7	PSID 42
MID 128 PSID 106	Каталитический нейтрализатор	12	PSID 40
MID 233 PSID 229	Канал связи SAE J1939	9	PSID 42

 

Нормальное отключение – система с электрическим клапаном регулировки охлаждения

Впрыск AdBlue приостановлен

При выключении двигателя электропитание отключается. Насос подачи AdBlue останавливается и давление в системе подачи AdBlue падает. Блок управления (8) закрывает управляющий клапан охлаждения (11), открывает обратный клапан (12) и закрывает дозирующий клапан (13). Блок управления обесточивает гидрораспределитель (10), 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 (6) 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 секунд. В системе происходит слив раствора AdBlue и сброс давления.

Внимание: Небольшое количество раствора AdBlue может остаться в изгибах шлангов и т.п. Это необходимо учитывать при отсоединении шлангов.

Бак

Раствор AdBlue содержится в отдельном баке, расположенном рядом с топливным баком, если это возможно.

Пример расположения бака AdBlue

Бак раствора AdBlue изготавливается из нержавеющей стали или пластика и выпускается различного размера.

Примеры баков AdBlue из нержавеющей стали и пластика.

Как пластиковые, так и стальные баки оснащены вентиляционными отверстиями для выравнивания перепадов давления.

Пример расположения бака AdBlue

На пластиковом баке прежней конструкции в задней части устанавливался датчик уровня (1), а на баке новой конструкции – поплавок (2). Стальной бак снабжен комбинированным блоком с поплавком (2). В нижней части всех баков расположена сливная пробка, позволяющая при необходимости сливать раствор AdBlue, например при чистке, замене датчика уровня и после отключения мочевины и т.д. Всасывающая трубка бака снабжена сетчатым фильтром (3), предотвращающим циркуляцию частиц в системе и образование заторов. Этот фильтр следует проверять и чистить по мере необходимости.

Подогрев раствора AdBlue

Раствор AdBlue замерзает при температуре -11 °С и поэтому бак оборудован нагревательным контуром, по которому движется охлаждающая жидкость из двигателя. На раме рядом с баком расположен электромагнитный клапан, регулирующий расход охлаждающей жидкости. Кроме того, шланги между баком и насосным блоком оборудованы электроподогревом, а муфты шлангов – теплоизоляцией.

Бак раствора AdBlue из нержавеющей стали или пластика с нагревательным элементом.

Датчик температуры передает сигнал на блок управления, поэтому насос не запускается, пока раствор AdBlue не будет в жидком состоянии. Стандартная система может быть разморожена при температуре не ниже -40 °С.

Чтобы исключить повреждение из-за расширения, сопровождающего замерзание, после выключения зажигания производится опорожнение системы AdBlue.

Возвратный и всасывающий трубопровод соединяют бак AdBlue и насосный блок. Комбинированный датчик температуры и уровня в баке AdBlue подсоединен к блоку управления, а показания датчика уровня выводятся на приборной панели автомобиля.

Расход AdBlue изменяется в зависимости от условий движения. Если раствора в баке остается примерно 10 % от полезного объема, появляется текстовое сообщение о необходимости доливки. Бак считается пустым, если в нем остается около 5 литров 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 её охлаждение. Однако при закрытом дозирующем клапане и прекращении очистки отработавших газов возрастает выброс вредных веществ с отработавшими газами.

Заливка раствора AdBlue

Во избежание ошибочной заливки в бак AdBlue других жидкостей, конструкция горловины и наливного патрубка не допускают использование заправочного оборудования, не предназначенного для AdBlue.

Внимание: 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.

Наливной патрубок бака AdBlue снабжен магнитным кольцом (1). Это значит, что заправочная форсунка открывается только тогда, когда в баке обнаруживается магнитное кольцо. На некоторых баках заправочный патрубок снабжен сетчатым фильтром (2), предотвращающим циркуляцию частиц в системе и образование заторов. Этот фильтр следует проверять и чистить по мере необходимости.

Следите за тем, чтобы в случае, когда не используется стандартное заправочное оборудование, 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 соблюдайте осторожность, чтобы не пролить раствор AdBlue, поскольку он вызывает коррозию многих материалов.

Предупреждение!
Заливка в бак AdBlue дизельного топлива, воды, других жидкостей или раствора AdBlue, отличного от рекомендуемого раствора AdBlue (ISO 22241-1), выведет из строя систему очистки отработавших газов. Не запускайте двигатель, если вы залили в бак AdBlue какую-то другую жидкость!

Что такое жидкость AdBlue ?

В системе доочистки отработавших газов разрешается использовать только рекомендуемый раствор AdBlue, соответствующий стандарту ISO 22241–1 (ранее DIN-70070).

Предупреждение! Использование раствора AdBlue, не рекомендованного качества и стандарта, приведет к неустранимому повреждению системы доочистки отработавших газов. Кроме того, это негативно повлияет на мощность двигателя и приведет к повреждению его компонентов.

Раствор AdBlue содержит 32,5 % кристаллов карбамида и 67,5 % деионизированной воды. Он представляет собой прозрачную чистую жидкость с легким запахом аммиака. Эта жидкость негорючая и при нормальном обращении не опасна. Однако она обладает сильным коррозионным воздействием на металлы, особенно на медь и алюминий.

Внимание: При попадании на кожу раствор AdBlue может вызвать некоторое раздражение.

 

Данные:	AdBlue — ISO 22241-1 (ранееDIN-70070)
Состав:	Раствор карбамида в деионизированной(дистиллированной) воде
Концентрация карбамида:	32,5% ± 0,8%
Свойства:	Бесцветная жидкость. Негорючая. Неопасна при правильном обращении. Раствор карбамида постепенно разлагается на аммиак и углекислоту. При повышении температуры скорость разложения возрастает.
Физические свойства:	Температура замерзания: -11 °C Плотность (20 °C): 1090 кг/м 3pH ~ 9

 

Каталитический нейтрализатор (катализатор) SCR

Отработавшие газы проходят через каталитический нейтрализатор SCR, встроенный в глушитель. Каталитический нейтрализатор представляет собой керамическую структуру с множеством мелких каналов, покрытых активным веществом. Распыленный (под давлением 5 Бар) раствор AdBlue впрыскивается в выхлопную трубу (под углом 30 градусов) перед глушителем и смешивается с горячими отработавшими газами. Под воздействием высокой температуры отработавших газов раствор AdBlue быстро распадается на аммиак и углекислоту. По мере прохождения отработавших газов через каталитический нейтрализатор SCR возрастает скорость реакции между аммиаком и окислами азота в отработавших газах, в результате на выходе получается безвредный азот и водяной пар.

В последней секции (доочистки) каталитического нейтрализатора имеется платиновое покрытие, выполняющее очистку от непрореагировавшего NH3 с целью предотвращения запаха аммиака в отработавших газах.

Каталитический нейтрализатор нельзя восстановить или заменить как отдельный компонент. При необходимости следует заменить глушитель в сборе. Компоненты, установленные снаружи, такие как датчик NOx, блок дозировки и датчик температуры, можно менять.

Шланги подачи AdBlue

Шланги подачи AdBlue имеют электроподогрев, для которого используется намотанная на них тонкая проволока. Поэтому, чтобы не повредить систему подогрева, необходимо обращаться со шлангами осторожно. Не скручивайте их и не перегибайте.

Правила обращения с раствором AdBlue

Если система остается в разобранном виде в течение длительного времени (несколько часов), то обеспечьте ее герметизацию, чтобы исключить кристаллизацию раствора AdBlue.

Очистка инструментов и одежды

Важно тщательно очищать инструменты и одежду от раствора AdBlue, чтобы предотвратить попадание жидкости или кристаллов на другие компоненты и исключить их повреждение.

Меры, принимаемые при разбрызгивании

• В случае попадания на кожу – смыть большим количеством воды и снять загрязненную одежду.
• В случае попадания в глаза – промыть в течение нескольких минут и, если потребуется, обратиться к врачу.
• В случае попадания в дыхательные пути – выйти на свежий воздух и, если потребуется, обратиться к врачу.
• Следите, чтобы раствор AdBlue не контактировал с другими химическими веществами. Раствор AdBlue не горюч. Под воздействием высокой температуры раствор AdBlue разлагается на аммиак и углекислый газ.
• Раствор AdBlue обладает сильным коррозионным воздействием на некоторые металлы, включая медь и алюминий.
• При попадании раствора AdBlue на автомобиль протрите это место и промойте водой. Из пролитого раствора AdBlue на поверхности автомобиля могут появляться белые кристаллы. Эти кристаллы следует смыть водой.
• Внимание: Не сливайте пролитый раствор AdBlue в канализацию.