Scr катализатор что это
Если мочевина ударила в голову: что такое SCR, BlueTEC, AdBlue или DeNOxtronic и зачем это надо?
Ещё не так давно непонятная заливная горловина на некоторых «немцах» вызывала удивление, а объяснение про мочевину – сдержанное хихиканье. Прошли годы, и упоминание системы SCR вызывает не глупые смешки, а благородный гнев владельцев машин с этой самой системой. Думали, ничего хуже EGR и сажевого фильтра придумать уже нельзя, а оказалось, что можно. Так что такое – эта самая мочевина? Для чего она нужна и что делать, если что-то в этой системе перестаёт работать?
Покой нам только снится
Всё началось с того, что на современных автомобилях с дизельными моторами слишком много систем, задачами которых стала борьба за экологию. Не думайте, что я противник «зелёных», но если эти системы начинают воевать друг против друга, то что-то в них есть что-то определённо порочное. А воюют они насмерть.
Вот, например, система рециркуляции EGR. Для чего она нужна? В первую очередь – для снижения температуры отработавших газов. Тут вроде бы всё просто: чем выше температура, тем больше в газах оксидов азота NO. А они – штука действительно вредная. И EGR, снижая температуру, довольно успешно с ними борется.
Но тем временем интенсивность партикуляции (появления твёрдых частиц в газах) тоже зависит от температуры. Только в обратную сторону: чем температура выше, тем ниже содержание твёрдых частиц (читай – сажи). Но ведь есть EGR… И вот тут эта система наоборот приносит вред: снижая температуру, она помогает расти количеству сажи. Обидно. Что делать?
Выход, конечно же, нашли: стали ставить сажевые фильтры. Они терпеливо собирают в себе то, что натворила EGR – несгоревшую сажу. Вроде бы всё прекрасно, но нет.
Со временем сажевый фильтр забивается. Его как-то надо прочистить. А как? Правильно, пойти логическим путём – сжечь всё, что в него забилось. Наступить, так сказать, на горло системе EGR и запредельно поднять температуру отработавших газов. Для этого есть режим регенерации сажевого фильтра. Реализуется он по-разному, но смысл всегда одинаковый: в выпуск подаётся дополнительная порция солярки, которая там сгорает и выжигает почти всю гадость, которая скопилась в сажевом фильтре. Правда, для этого необходимы некоторые условия: машина должна на более-менее постоянной и достаточно высокой скорости ехать какое-то определённое время. Так что обычно регенерация включается на трассе. Ну а если автомобиль эксплуатируется исключительно в городе, приходится запускать принудительную регенерацию. В этом случае машина просто стоит на месте и дымит, как Москва после безобразий Наполеона. Сажа выгорает, после чего фильтр работает дальше. Прекрасно? Прекрасно, но… да-да, для этого процесса нужна очень высокая температура! А это – оксиды азота и плевок в душу системе EGR. Круг замкнулся, системы экологии опять продолжают свой великий и вечный бой, в котором победителей нет. В конце концов в этом бою умрут все.
Аммиак и все-все-все
«Умирать – так всем!» решили инженеры и придумали систему selective catalytic reduction, которую сокращенно называют SCR, а производители – как-нибудь по-своему (например, BlueTEC, AdBlue или DeNOxtronic). Для чего она нужна? Если вкратце – всё за тем же: для нейтрализации вредных соединений азота. Если поподробнее, то попробуем обойтись без погружения в дебри менделеевщины и объяснить всё на восьми пальцах инженера по технике безопасности токарного цеха.
Итак, кроме бака с соляркой в дизельной машине есть ещё один бак, куда заливается реагент – раствор мочевины в воде. Стандартная концентрация – 32,5% мочевины. Это та самая, простите за выражение, смердящая жижа. Запах у неё действительно неприятный. Оттуда этот реагент под давлением попадает в систему выпуска – в отработавшие газы. Дальше начинается химия: в отработавших газах мочевина разлагается на аммиак и изоциановую кислоту. Изоциановая кислота в свою очередь распадается на опять же аммиак (никакой ошибки нет, аммиак образуется на обеих стадиях распада) и углекислый газ. И вот как раз аммиак нейтрализует оксиды азота. В конце реакции получаются совершенно безвредные вещества: углекислый газ, азот и водяной пар. Это ли не мечта Греты Тунберг?
Основное преимущество использование мочевины – это сохранение достаточно высокой температуры сгорания топливной смеси. То есть партикуляры (сажа по-научному) в её присутствии в большом количестве всё-таки сгорают и не оседают на фильтре. Прекрасно? Почти. Но плачь, Грета, плачь: тут тоже не всё идеально.
Второй недостаток – это необходимость эту мочевину покупать и даже возить с собой канистру про запас. Владельцы Кайенов и Гелендвагенов, моющие свои автомобили на мойках самообслуживания, здорово негодуют и печалятся, потому что без мочевины загорается «джеки чан», мотор вываливается в ошибку и иногда просто сообщает, что его пуск невозможен.
Третий недостаток – это относительно сложная конструкция. Дополнительные датчики, форсунка и прочее, что может сломаться – всё это потенциальный риск. А если говорить честнее, то не потенциальный, а вполне даже реальный: иногда всё это ломается. И тогда приходит время что-то в этой системе ремонтировать.
Всё и сразу
Итак, есть несколько проблем: мочевина замерзает, душит жаба её постоянно покупать, выходят из строя компоненты системы. Что со всем этим делать? О, тут народная фантазия просто бурлит. Правда, не всегда в нужном русле.
Разумеется, наиболее правильное решение – это покупать мочевину и следить за работой системы. На самом деле, она не так уж плоха, и что касается снижения выброса оксидов азота, то работает SCR очень эффективно. Но правильно – это иногда дорого. Поэтому на помощь приходит смекалка.
Первым делом люди решили, что систему можно обмануть, залив вместо мочевины воду. Какая ей разница, чего жрать? Жидкое – и ладно. Но система оказалась умнее. И это понятно: датчики оксидов азота перед и после катализатора следят за эффективностью работы мочевины. Если что-то идёт не так, по их команде насос качает всё больше жидкости, пока концентрация NO на выходе не упадёт до нормы. Само собой, воду можно качать бесконечно долго, но ситуация с оксидами азота не улучшится. Система от этого впадает в ступор и выпадает в ошибку. Мотор в аварийном режиме, машина не едет, владелец в расстройстве. Что придумать ещё?
Оk, попробуем по-другому: разбавим мочевину водой. Может, хотя бы расход снизим. Фокус не проходит по той же причине: SCR видит, что работает неэффективно, и добавляет разбавленный реагент до тех пор, пока не начнёт работать как положено. Фиаско.
Хорошо, идём ва-банк: покупаем мочевину в гранулах (её продают как удобрение в виде карбамида) и делаем раствор сами. Пользуемся своей машиной, а если повезёт, то ещё и продать её можно – себестоимость копеечная, почему бы и отбить затраты? Теоретически раствор сделать можно (только воду надо брать деминерализованную, хотя найти такую сложно). Вот только гранулы удобрений для этих целей не подойдут: гранулы обрабатывают таким составом, который полностью отфильтровать не получается. Да и сам состав немного не тот, который нужен для мочевины SCR: в нём слишком много биурета – амида аллофановой кислоты. Можно, конечно, упереться рогом в землю и найти подходящие ингредиенты, но овчинка выделки стоить не будет. Проще будет купить готовую мочевину.
Иногда пытаются обмануть машину, убедив температурный датчик в баке мочевины в том, что она замёрзла. Иногда помогает, но чаще в попытках разморозить мочевину перегорает система её подогрева. Так себе выход из положения.
Есть ещё один радикальный способ: забить на систему и просто ничего не заливать. Ездить машина будет, но медленно. Процентов на 60-70 от того, как она может. В общем, тоже не выход.
Особенно обидно, что все эти эксперименты с водой почти всегда приводят к смерти каких-то элементов SCR. Умирает подогрев, перегорает насос, забивается форсунка. В случае с использованием воды из-под крана и самопальной мочевины можно загубить и катализатор.
Остаётся одно решение: удалить всю систему полностью. Повторю ещё раз: этот выход всё-таки не самый лучший, и будет правильнее поддерживать рабочее состояние SCR. Но уже если совсем прижало, то почему бы и нет. Правда, тут нужно обратить внимание на две вещи: во-первых, удалять мочевину лучше вместе с глушением EGR, а возможно – и с сажевыми фильтрами, во-вторых, придётся программно влезать в диагностику этой системы. Теперь немного подробнее.
Недостаток EGR – очень быстрое загаживание сажей впускного коллектора. Чтобы избежать этого процесса в дальнейшем, лучше всего будет заглушить каналы отработавших газов. Заглушки не дадут саже попадать обратно во впуск. А чтобы забыть о проблеме наверняка, можно заодно удалить и сажевый фильтр. А вот катализатор можно не трогать (если он пока ещё целый).
С программными изменениями ситуация сложнее. Конечно, можно отключить систему диагностики полностью. Часто так и делают: это проще и быстрее всего. Но при этом перестают работать защитные алгоритмы, что само по себе очень плохо, но хуже, что при неполадках в других системах мотора никаких ошибок диагностика не покажет. А это – самая поганая ситуация для диагноста, которому придётся разбираться с машиной. С учётом убитых алгоритмов защиты мотора вероятность попадания в сервис и последующих танцев с бубном (и сканером) вокруг машины очень высока. Поэтому после физического удаления сажевых фильтров, EGR и SCR нужно удалить только их системы диагностики. Для этого приходится покупать A2L-файлы (инженерные карты прошивки, в которых описаны все основные калибровки и константы бинарного файла прошивки) и вносить в них соответствующие изменения. В итоге прошивка не видит только физически удалённые компоненты, а все остальные работают в штатном режиме.
Разумеется, такая работа – удовольствие не самое дешёвое, поэтому обычно ищут что-то подешевле. Да, иногда что-то сделать получается, но только в порядке исключения. Так что полноценное удаление мочевины – это всё-таки дорого.
Ну а лучший способ жить с мочевиной в хороших отношениях – это не пытаться на ней экономить. Система справляется со своими задачами по повышению экологичности выхлопа и почти не портит жизнь другим системам автомобиля (чего не скажешь о EGR), хотя её подводит некоторая сложность исполнения. Так что лучше оставьте всё как есть и обслуживайте систему в хороших сервисах.
Scr катализатор что это
Современные автомобили с дизельными двигателями Euro-5 и выше оснащаются системами селективного каталитического восстановления (SCR), для работы которых нужна жидкость AdBlue. О том, что такое SCR и зачем в ней жидкость AdBlue, а также об особенностях обслуживания системы — читайте в данной статье.
Что такое система SCR?
SCR (Selective Catalytic Reduction, селективное/выборочное каталитическое восстановление) — общее наименование метода снижения содержания в отработавших газах опасных оксидов азота и основанных на этом методе систем очистки выхлопных газов дизельных двигателей экологических классов Euro-5 и выше.
Отработавшие газы дизельных двигателей содержат большое количество вредных веществ, среди них наибольшую опасность представляют твердые взвешенные частицы, монооксид углерода (CO) и разнообразные оксиды азота (с общей формулой NOx). С целью снижения вреда двигателей в 1988 году был принят первый экологический стандарт Евро-0. Каждый последующий стандарт требовал все более значительного снижения вредных веществ, и, начиная с Евро-4 (2005 год), добиться требуемого содержания примесей в выхлопе дизелей стало возможно только с помощью специальных систем каталитической нейтрализации. Одной из таких систем и является SCR, направленной исключительно на борьбу с оксидами азота (отсюда и слова «селективный/выборочный» в названии метода).
Система селективного каталитического восстановления получила свое название благодаря выборочному воздействию на один тип вредных веществ, а именно — на оксиды азота. По своей сути метод SCR довольно прост: он сводится к разложению оксидов азота на газообразный азот и водяной пар в реакции с мочевиной (карбамидом) на керамическом катализаторе (строго говоря, происходит восстановление азота и воды из оксидов азота, что и отражено в названии метода). Для достижения этого в поток отработавших газов разбрызгивается содержащая мочевину жидкость AdBlue, полученная смесь поступает в каталитический нейтрализатор, где под действием катализаторов и высоких температур протекают следующие химические реакции:
Так происходит снижение концентрации в отработавших газах наиболее опасных оксидов азота — монооксида и диоксида. При этом возникают безопасные вещества — молекулярный азот и водяной пар, а также некоторое количество углекислого газа. Метод SCR эффективен, однако требует введения в транспортное средство специальной системы и нового расходного материала — жидкого раствора мочевины AdBlue.
Что такое жидкость AdBlue?
Жидкость AdBlue представляет собой водный раствор мочевины с определенным содержанием компонентов:
Жидкость AdBlue изготавливается только из высокоочищенной мочевины и очищенной от минеральных солей воды. В Европе и России действуют стандарты, регламентирующие состав реагента и его характеристики — европейский ISO 22241, основанный на нем российский ГОСТ Р ИСО 22241, а также немецкий DIN 70070.
Жидкость AdBlue хранится в отдельном бачке, расположенном рядом с основным топливным баком. Маркируется данный бачок синей крышкой, которая часто имеет надпись «AdBlue». В среднем расход реагента составляет до 4% от расхода дизельного топлива для легковых автомобилей и до 6% — для грузовых.
Общее устройство и основные принципы действия системы SCR
В настоящее время практически каждый автопроизводитель предлагает собственную по конструкции систему SCR, однако все они работают на единых принципах. В большинстве ТС данная система включает в себя несколько компонентов и подсистем:
Основной реагент хранится в бачке, откуда с помощью насосного блока по трубопроводу поступает к форсунке, расположенной на определенном расстоянии от входа в катализатор, где разбрызгивается и смешивается с потоком горячих газов. В катализаторе происходят описанные выше химические реакции, обеспечивающие снижение содержания соединений азота. Количество и интенсивность подачи реагента регулируется электронным блоком системы SCR, который работает совместно с электронным блоком управления двигателем. Отдельные детали системы следует рассмотреть подробнее.
Система подачи и дозирования реагента. Обычно данная система выполнена в виде насосного блока (или модуля питания), располагающегося непосредственно на бачке или на небольшом расстоянии от него. В блоке располагается насос, обратный клапан, датчик давления жидкости (в некоторых случаях — и датчик уровня реагента) и нагревательные элементы. Подающий патрубок насоса соединен с бачком, на его конце располагается сетчатый фильтр. Насосный блок связан с блоком управления системой SCR.
Форсунка для впрыска реагента. Специальная форсунка (или рампа с несколькими форсунками), расположенная в направляющей трубе перед входом в катализатор. Форсунка соединена с насосным блоком нагнетательной магистралью. Обычно ось форсунки расположена под углом 30 градусов относительно оси трубы. Для обеспечения более качественного смешивания реагента с выхлопными газами за форсункой может располагается смеситель в виде решетки или более сложной конструкции.
Система подогрева жидкости. Данная система охватывает бачок, модуль питания с насосом и все трубопроводы системы, включая и нагнетательную магистраль. Нагревательные элементы выполнены в виде спиралей, располагающихся внутри насосного блока и бачка, и в виде оплетках на трубопроводах. В современных транспортных средствах данная система может управляться собственным контроллером.
Катализатор в глушителе. Катализатор выполнен в виде блока сотовой структуры (с мелкими отверстиями, повышающими площадь контакта выхлопных газов с катализатором), изготовленного из специальных сортов керамики. На катализатор могут наноситься покрытия из платины и других материалов, обеспечивающих более интенсивное течение химических реакций.
Электронная система контроля и управления. В основе системы лежит центральный ЭБУ и связанные с ним датчики — температуры жидкости в бачке, температуры выхлопных газов на входе и выходе из катализатора, уровня жидкости в бачке, а также концентрации оксидов азота на выходе из катализатора. Данная система, в свою очередь, работает под контролем ЭБУ силового агрегата.
Вопросы эксплуатации и обслуживания системы SCR
В процессе эксплуатации транспортного средства система SCR требует регулярной дозаправки жидкости AdBlue, для чего следует использовать только сертифицированные и соответствующие стандартам реагенты. О необходимости заправки жидкости свидетельствует соответствующий индикатор на приборной панели.
Любые неисправности системы отображаются с помощью различных индикаторов (главным образом — Check Engine) и кодов ошибки. В ряде случаев наблюдаются нарушения в работе двигателя, в том числе снижение мощности, повышение дымности выхлопа и т.д. Самостоятельно вмешиваться в данную систему не рекомендуется — при любых признаках неисправности следует обратиться к специалистам.
СИСТЕМА SCR: ОПИСАНИЕ, ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ.
СИСТЕМА SCR: ОПИСАНИЕ, ПРИНЦИПЫ И СХЕМА РАБОТЫ.
Система SCR предназначена для снижения уровня оксидов азота, содержащихся в отработавших газах (ОГ). Сокращение SCR означает Selective Catalytic Reduction (избирательное каталитическое восстановление). В данной технологии химическая реакция восстановления (нейтрализации) ОГ происходит избирательно. Это означает, что в составе ОГ целенаправленно снижается содержание только оксидов азота.
Оксиды азота — это собирательное понятие для химических соединений азота и кислорода (например, NO, NO2 …). Они образуются под воздействием высокого давления и температуры во время сгорания топливной смеси в двигателе. Оксиды азота ответственны, в том числе, за ущерб, наносимый лесам «кислотными дождями», и образование смога.
Система SCR состоит из:
Примечания:
* Насос мочевины представляет собой мембранный насос, привод которого осуществляется бесщёточным двигателем постоянного тока. Он интегрирован в корпус управляющего модуля и управляется блоком управления.
Задачи насоса мочевины различаются в зависимости от положения клапана обратной перекачки.
● При включённом двигателе и выполнении условий, необходимых для работы системы нейтрализации SCR, насос подаёт мочевину из бака к форсунке мочевины под давлением около 5 бар.
● При выключении дизельного двигателя он перекачивает мочевину из трубопровода подачи мочевины от форсунки обратно в бак.
Расчёт количества впрыскиваемой мочевины:
Требуемое для впрыска количество мочевины рассчитывается блоком управления и зависит от следующих факторов:
● режима работы двигателя;
● доли оксидов азота в массовом потоке ОГ.
Доля оксидов азота, поступающая в восстановительный катализатор, рассчитывается блоком управления. Массовый поток ОГ соответствует массовому расходу воздуха во впускном канале, который определяется расходомером воздуха, и массе впрыснутого топлива.
** Форсунка дозирует подачу мочевины в поток отработавших газов. Управление форсункой осуществляет блок управления с помощью сигнала с широтнооимпульсной модуляцией.
В форсунке мочевина находится под давлением, создаваемым насосом. В положении покоя игла форсунки перекрывает выходное отверстие за счёт усилия пружины. Для впрыска мочевины блок управления посылает управляющий сигнал на электромагнитную катушку форсунки. При этом возникает магнитное поле, которое вытягивает якорь форсунки и иглу форсунки. Форсунка открывается, и происходит впрыск мочевины. Если управляющий сигнал на электромагнитную катушку больше не поступает, магнитное поле исчезает, и игла форсунки перекрывает отверстие под действием пружины.
*** Датчик 2 NOx вкручен в трубу выпуска ОГ непосредственно за восстановительным катализатором. С его помощью определяется доля оксидов азота в ОГ, которая анализируется блоком управления датчика 2 NOx.
**** Конструкция восстановительного катализатора представляет собой сотообразный керамический элемент, покрытие которого состоит из цеолита меди. Оно предназначено для восстановления оксидов азота.
***** Система вентиляции предназначена для выравнивания давления в баке.
При заправке мочевины необходимо следить за тем, чтобы в баке оставался достаточный свободный объём для расширения мочевины.
Принцип действия системы нейтрализации SCR
При нагреве примерно до 200°C катализатор восстановления (8) достигает рабочей температуры. Блок управления (2) получает данные о температуре отработавших газов от датчика температуры (6) установленного перед катализатором восстановления (8). Раствор мочевины ADBLUE забирается насосом (2) из бака (1) и под давлением примерно 5 бар прокачивается через обогреваемый трубопровод (3) к форсунке мочевины (5).
Форсунка (5) по команде блока управления (2) впрыскивает мочевину в дозируемом количестве в трубопровод системы ОГ перед восстановительным катализатором (3), где она подхватывается потоком ОГ и равномерно распределяется микшером в ОГ. По пути к восстановительному катализатору (8), так называемом гидролизном участке, мочевина распадается на аммиак (NH3) и углекислый газ (CO2). В восстановительном катализаторе аммиак (NH3) вступает в реакцию с оксидами азота (NOx), образуя азот (N2) и воду (H2O). Коэффициент полезного действия системы SCR определяется датчиком 2NOx (7).
Для того чтобы блок управления двигателем дал команду на впрыск мочевины, должны быть выполнены следующие условия:
● Восстановительный катализатор достиг рабочей температуры примерно 200°C.
● Если температура окружающей среды низкая
— обеспечено достаточное количество жидкой мочевины для впрыска.
Впрыск мочевины блоком управления двигателя прерывается при следующих условиях:
● При малом объёмном потоке ОГ, например на холостом ходу.
● Когда температура ОГ снижается слишком сильно и рабочая температура восстановительного катализатора не достигается.
Схема работы системы SCR:
После запуска двигателя автомобиля блок управления получает разрешающие сигналы от температурных датчиков:
* температура мочевины нормальная (если замерзла включается ее подогрев)
* температура ОГ достигла 200 о С
Блок управления включает насос мочевины и по достижению необходимого давления открывает форсунку.
Затем блок управления получает сигнал от датчика 2NOx и в зависимости от содержания оксидов азота увеличивает или уменьшает подачу мочевины.
После выключения зажигания насос выкачивает всю мочевину из системы обратно в бак.
Замечания по эксплуатации сиcтемы SCR
Последние несколько лет мы тесно сотрудничали с инженерами и механиками фирм, эксплуатирующих и ремонтирующих автомобили оснащенные системой SCR. Мы анализировали причины поломок системы, а также причины отказа в гарантийном обслуживании автомобилей. Разбирали каждый случай и пришли к следующим выводам:
Если не учитывать поломки связанные с естественными причинами (брак, износ), то чаще всего система выходит из строя после замерзания мочевины в баке. Опишем этот процесс подробнее.
Во-первых: коэффициент полезного действия такого «сильно разбавленного» состава гораздо ниже и, следовательно, потребление его может существенно возрасти.
Во-вторых: если не прогреть весь объем замерзшей мочевины, плотность состава будет расти, и кристаллы нерастворенной мочевины попадут в систему. Это может привести к закупорке патрубков, быстрому износу мембраны насоса, засорению форсунки.
Мы рекомендуем в случае замерзания мочевины в баке прогреть его, до полного оттаивания мочевины, и проверить плотность состава. Если плотность не соответствует норме (1087-1093 кг/м3) – состав слить, бак, по возможности, помыть.