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 oт температуры носителя. Применение каталитических нейтрализаторов позволяет дожигать продукты неполного сгорания СН и СО и разлагать оксиды азота.

В качестве активных компонентов каталитических нейтрализаторов для СИ 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 выше названных 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).

Общая схема системы очистки отработавших газов бензинового двигателя показана на рис.8.1.

image_fc6758b141e94482a7d2c87c5f4321a0
Рис. 8.1. Общая схема системы очистки отработавших газов бензинового двигателя с непосредтвенным впрыском:
1 – каталитический нейтрализатор; 2 – входной датчик кислорода; 3 – блок управления двигателем; 4 – кабель шины CAN; 5 – блок управления датчиком NOx; 6 – датчик оксидов азота NOx; 7 – накопительный нейтрализатор NOx; 8 – датчик температуры; 9 – выходной датчик кислорода; 10 – двигатель

Каталитический нейтрализатор с лямбда-зондом 1 (рис. 8.2) 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.

image_1f551eb70d6b4e16abf076266c3880b4
Рис. 8.2. Каталитический трехкомпонентный нейтрализатор отработавших газов

Альтернативой керамическому моно­литному блоку является металлический каталитический нейтрализатор. Он из­готавливается из гофрированной ме­таллической фольги толщиной 0,05 мм, намотка и пайка которой твердым при­поем осуществляется при высокой тем­пературе. Поверхность фольги покры­вается эффективно действующим ката­лизатором. Благодаря тонким стенкам фольги в тех же габаритах, что и у кера­мического нейтрализатора, может быть размещено большее число каналов. Это приводит к меньшему сопротивлению прохождения отработавших газов.

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 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 ими 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, позволяющие одновременно при восстановлении NOx окис­лять СО и СН.

Предварительный (стартовый) нейтрализатор. При использовании каталитических нейтрализаторов дальнейшее снижение выброса NOx может быть получено путем применения рецир­куляции, а уменьшение выброса СО – путем исключения режимов рабо­ты на богатых смесях.

Сложнее обеспечить выполнение перспективных норм на выброс СН. В первую очередь это связано с большой эмиссией СН на режи­мах пуска и прогрева. Например, двигатель с каталити­ческим трехкомпонентным нейтрализатором при испытаниях по аме­риканскому циклу в течение первых 100 с выбрасывает примерно 80% СН от общего количества (за все испытание). В начале работы двигателя каталитический нейтрализатор не работа­ет, так как температура в нем недостаточно высока, кроме того, двига­тель в это время работает на обогащенных смесях и в ОГ нет кислоро­да, необходимого для окисления СН в нейтрализаторе.

Такие известные способы уменьшения образования СН в цилиндре, как увеличение соотношения хода поршня к диаметру цилиндра, повышение температуры в системе охлаждения, оптимизация смесе­образования и скорости сгорания при несколько пониженной степени сжатия недостаточны для решения этой проблемы.

Поэтому все большее значение приобретает использование различ­ных методов ускоренного прогрева нейтрализатора, а также подачи воздуха в поток ОГ до нейтрализатора с помощью специального насоса с электрическим приводом.

Ускоренный прогрев нейтрализатора достигается путем его установ­ки ближе к двигателю, термоизоляцией системы выпуска между выпу­скным клапаном и нейтрализатором, электрическим подогревом ней­трализатора, подогревом нейтрализатора путем сжигания перед ним топлива в горелке (рис. 8.3), уменьшением опережения зажигания с целью увеличения температуры ОГ.

image_8805481d4d4c4f7cb8d896bc8e2c1228
Рис. 8.3. Система с пламенным подогревом нейтрализатора:
1 – форсунка; 2 – нейтрализатор; 3 – свеча для поджигания; 4 – воздушный насос

В отдельных случаях используется так называемый стартовый ней­трализатор, который имеет меньшие размеры, чем основной, и уста­навливается перед ним или параллельно (рис. 8.4).

image_3456904cc6a14e0c9db3e369aff789fb
Рис. 8.4. Система со стартовым нейтрализатором:
1 – двигатель; 2 – стартовый нейтрализатор; 3 – глушитель; 4 – основной нейтрализатор; 5 – кислородный датчик; 6 – заслонка

При параллельном расположении стартового нейтрализатора во время прогрева двигателя весь поток ОГ направляется в этот нейтра­лизатор, который быстро прогревается и начинает эффективно рабо­тать. Затем по мере прогрева двигателя поток ОГ специальной заслон­кой направляется в основной нейтрализатор.

Накопительный нейтрализатор. При работе двигателя на гомогенной стехиометрической смеси углеводороды и оксид углерода отнимают у оксидов азота кислород, окисляясь до воды и диоксида углерода, а оксиды азота восстанавливаются до азота. При работе двигателя на бедных смесях углеводороды и оксид углерода окисляются кислородом, содержащимся в избытке в отработавших газах, однако кислород при этом у оксидов азота не отнимается. Поэтому при работе на бедных смесях трехкомпонентный нейтрализатор не может восстанавливать оксиды азота. Последние проходят через трехкомпонентный нейтрализатор и направляются в нейтрализатор накопительного типа. По конструкции он не отличается от обычного трехкомпонентного нейтрализатора.

Помимо выполнения функций трехкомпонентного нейтрализатора он способен накапливать оксиды азота. При работе двигателя на гомогенной стехиометрической смеси накопительный нейтрализатор работает как обычный трехкомпонентный нейтрализатор. При работе двигателя на бедных послойной и гомогенной смесях этот нейтрализатор не может преобразовывать оксиды азота обычным способом, но он способен их удерживать. Как только количество удержанных оксидов азота достигает предельного для данного нейтрализатора значения, двигатель переводится на режим регенерации. Содержащаяся в топливе сера также может удерживаться нейтрализатором, занимая место оксидов азота, с которыми она имеет химическое родство.

Принцип действия накопительного нейтрализатора заключается в следующем. В накопительном нейтрализаторе помимо трех прослоек из платины, родия и палладия предусмотрена четвертая прослойка из оксида бария. Эта прослойка способна связывать оксиды азота при работе двигателя на бедных смесях. Процесс связывания оксидов азота начинается с их преобразования в диоксид азота в присутствии платины и завершается реакцией, в результате которой оксид бария переводится в нитрат бария (рис. 8.5).

image_3e32db1db4db45759677b570f1306e74
Рис. 8.5. Накопление оксидов азота при коэффициенте избытка воздуха больше единицы

Регенерация производится за счет молекул CO, которые в избытке образуются при работе двигателя на богатых смесях. Сначала нитрат бария вновь окисляется до оксида бария с помощью оксида углерода. В процессе этой реакции образуются также диоксид углерода и оксид азота. В присутствии родия и платины оксиды азота восстанавливаются до азота, а оксид углерода окисляется до диоксида углерода (рис. 8.6)

image_3cecc01df6dc4878a6b58659bb2bd902
Рис. 8.6. Регенерация при коэффициенте избытка воздуха меньше единицы

Регенерация нейтрализатора производится, если концентрация оксидов азота в прошедших через него газах превысила определенное значение. Таким образом блок управления двигателем «узнает» о переполнении нейтрализатора и невозможности накопления в нем оксидов азота. В результате он переводит двигатель на режим регенерации. При этом производится переход с бедных смесей на обогащенные смеси, вызывающие повышенный выброс углеводородов и оксидов азота с отработавшими газами.

Для выжигания серы (десульфатация) необходимо предпринимать особые меры, так как она содержится обычно в виде химически стабильных сульфатов, которые не распадаются в процессе обычной регенерации нейтрализатора NOx. Сера занимает места оксидов азота в покрытии матрицы нейтрализатора, снижая его способность к накапливанию последних и вызывая сокращение времени между процессами регенерации.

Удалить серу из нейтрализатора труднее, чем оксиды азота, так как она устойчива к высоким температурам. При регенерации нейтрализатора от оксидов азота сера не удаляется, а накопляется. Очистку нейтрализатора от серы нужно проводить, если снижается его способность к накоплению оксидов азота, что проявляется в сокращении периодичности его регенерации.

Блок управления двигателем по сокращению периодов регенерации нейтрализатора получает информацию о накоплении в нем серы, которая ограничивает способность к улавливанию оксидов азота. Очистка нейтрализатора от серы производится при движении автомобиля со скоростями, превышающими некоторое минимальное значение, которое зависит от модели автомобиля. Цикл регенерации длится около двух минут, он начинается с следующих операций:

— двигатель переводится на гомогенную смесь;

— устанавливается позднее зажигание, в результате чего температура отработавших газов повышается до значений, превышающих 650 °C.

Работа двигателя с большой частотой вращения и с большими нагрузками автоматически приводит к выжиганию серы, так как при этом двигатель работает на гомогенной смеси, а температура нейтрализатора повышается до необходимого для окисления серы уровня.

Основным недостатком каталитических нейтрализаторов является высокая стоимость. Кроме того, при их установке на автомобиле не допускается применение этилированных бензинов.

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 NOх и образования сажи при сгорании топлива непосредственно в двигателе, особое внимание уделяется фильтрации газов на выпуске из него. Одним из эффективных способов очистки газов от сажевых частиц является их задержание посредством специальных фильтров: фильтры с «металлической шерстью», фильтры с керамическими фильтрующими элементами, спиральные фильтры с керамическим наполнителем и другие.

Общая схема системы выпуска отработавших газов дизельного двигателя с сажевым фильтром показана на рис. 8.7.

image_214d813c85174302a3def7a73ac6d627
Рис. 8.7. 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

Катализатор окисления 8 преобразует большую часть углеводородов CH и

CO в водяной пар и диоксид углерода (углекислый газ).

В качестве сажевых фильтров 11 наибольшее распространение нашли керамические фильтры. Сажевый фильтр состоит из сотообразных керамических модулей 1 из карбида кремния в металлическом корпусе 2 (рис. 8.8, 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 каналы 4, разделенные стенками фильтра 5 (рис., 8.8, б).

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.

image_68e0feab32b24809a0d78488fd93af67
Рис. 8.8. Керамический сажевый фильтр (а) и принцип его действия (б):
1 – сотообразные керамические модули; 2 – металлический корпус; 3 – частицы сажи;
4 – выпускной канал; 5 – фильтр; 6 – впускной канал

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 при длитель­ных условиях эксплуатации сажевые фильтры должны подвергаться регенерации через определенные промежутки времени, при этом осуществляется до­жигание сажевых частиц. Частицы сажи, участвую 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 °C. 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 системой управления двигателя, 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 минут.

При регенерации с помощью системы управления двигателя в систему выпуска подается воздух, рециркуляция отработавших газов отключается, чтобы увеличить температуру сгорания и долю кислорода в камере сгорания. Дополнительно 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. 8.9).

У датчика перепада давления 12 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.

image_1180b0c7aa524ddd9bbcdc981bd430f3
Рис. 8.9. 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., 8.9, а). В случае загрязнения фильтра сажей сопротивления фильтра давление ОГ перед фильтром увеличивается. Давление ОГ после фильтра практически не изменяется. Мембрана прогибается в соответствии с действующей на нее разности давлений (рис., 8.9, 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.

Селек­тивное каталитическое восстановление. В процессе очистки ОГ по принципу SCR (Selective Catalytic Reduction, т. е. селек­тивное каталитическое восстановление) в ОГ добавляется восстанови­тель, например, раствор мочевины с кон­центрацией 32,5% по массе.

В данной технологии очистки ОГ целенаправленно снижается только содержание оксидов азота. Содержащиеся в ОГ оксиды азота (NOx) в катализаторе восстановления превращаются в азот (N2) и воду (H2O). Для этого в поток отработавших газов перед катализатором непрерывно впрыскивается восстановитель (мочевина). Аммиак в чистом виде раздражает кожу и слизистые оболочки и, кроме того, имеет крайне неприятный запах, поэтому необходимый для восстановления оксидов азота аммиак применяется не в чистом виде, а в виде водного 32,5 % раствора мочевины, которому автомобильная промышленность дала наименование adblue. Данная концентрация мочевины имеет наиболее точку замерзания равную –11°C. Для снижения температуры замерзания в раствор добавляют большее количество мочевины.

Принцип действия системы нейтрализации SCR (рис. 8.10) заключается в следующем. При нагреве примерно до 200°C 22 достигает рабочей температуры. Блок управления двигателем 2 получает данные о температуре ОГ перед восстановительным катализатором от датчика температуры ОГ 28. При достижении рабочей температуры мочевина забирается включаемым в работу насосом мочевины 9 из бака мочевины 17 и под давлением 5 кгс/см2 прокачивается через обогреваемый трубопровод 27 мочевины к форсунке мочевины 26. Форсунка мочевины управляется блоком управления двигателем 2 и впрыскивает мочевину в дозируемом количестве в трубопровод системы выпуска ОГ. Впрыснутая мочевина подхватывается потоком ОГ и равномерно распределяется микшером 25 в отработавших газах.

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

NO + NO2 → NO2

На участке к восстановительному катализатору 23, так называемом гидролизном участке, мочевина распадается на аммиак (NH3) и углекислый газ (CO2). 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 ОГ, 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 ОГ водой. При этом возникает ещё одна молекула аммиака и углекислый газ.

HNCO + H2O → NH3 + CO2

В восстановительном катализаторе 23 происходит восстановление оксидов азота.

NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O

Это означает, что в процессе восстановления оксид азота (NOx) отдаёт молекулы кислорода или, другими словами, у оксида азота забираются молекулы кислорода, при этом оксиды азота (NO + NO2) вступают в реакцию с аммиаком (NH3) с образованием азота (N2) и воды (H2O).

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

image_ee4120b99a2b44c8b2100f019c9ad8a4
Рис. 8.10. Схема системы очистки ОГ 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 – фильтр; 11 – 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; 18 – фильтр; 19 – датчик температуры мочевины; 20 – стакан подогревателя: 21 – блок управления датчика 2 NOx; 22 – выходной датчик NOx: 23 – восстановительный катализатор; 24 – входной датчик NOx; 25 – микшер; 26 – форсунка мочевины; 27 – трубопровод мочевины; 28 – датчик температуры ОГ; 29 – сажевый фильтр; 30 – окислительный катализатор; 31 – турбонагнетатель

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 выплёскиванию мочевины из стакана подогревателя, замерзшая в баке мочевина оттаивает.

Насос 9 мочевины мембранный. Его привод осуществляется бесщёточным двигателем постоянного тока. Насос мочевины интегрирован в корпус модуля подачи мочевины и управляется блоком управления двигателем. Датчик давления системы дозирования 14 мочевины определяет фактическое давление подачи мочевины и передаёт сигнал напряжения блоку управления двигателем.

Клапан обратной перекачки 8 мочевины представляет собой четырёхходовой 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 15 определяет уровень наполнения бака и предупреждения 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 19 блок управления 2 двигателем распознаёт необходимость подогрева мочевины. После этого он передаёт управляющий сигнал блоку системы подогрева 3 мочевины, который включает питание нагревательных элементов.

Нагревательные элементы 16 и 7 соответственно бака мочевины и насоса мочевины представляет собой нагревательные элементы с положительным температурным коэффициентом. Резисторы элементов в холодном состоянии обладают максимальной проводимостью. Нагревательный элемент 6 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 27 подачи мочевины управляется блоком управления двигателем через блок управления системы подогрева мочевины. При низкой наружной температуре, если температура окружающей среды ниже –5°C, блок управления системы подогрева мочевины включает ток нагрева для спирали 5 нагревательного элемента трубопровода мочевины.

Датчик температуры мочевины 19 представляет собой датчик с отрицательным температурным коэффициентом. Блок управления двигателем использует сигнал этого датчика для включения подогрева бака и насоса мочевины.

Форсунка (рис. 8.11, а) дозирует подачу мочевины в поток отработавших газов. Управление форсункой осуществляет блок управления двигателем с помощью сигнала с широтно-импульсной модуляцией.

image_f0a077e1eb4a40e480801984cfb8f367
Рис. 8.11. Форсунка мочевины (а) и микшер (б):
1 ­– подача мочевины; 2 – электрический разъём; 3 – катушка электромагнита; 4 – рёбра 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 6 перекрывает выходное отверстие за счёт усилия пружины форсунки 7. Для впрыска мочевины блок управления двигателя посылает управляющий сигнал на катушку электромагнита 3. 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 5 под действием пружины форсунки.

Для более качественного распыления мочевины в системах очистки ОГ дизельных двигателей по принципу SCR может применяться микшер (рис. 17.11, 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 распылённые капли мочевины дробятся, а геометрическая форма микшера придаёт потоку ОГ вращательное движение. Впрыснутая мочевина в результате этого быстрее испаряется и переходит в газообразное состояние. Кроме того, исключается попадание крупных капель распылённой мочевины на восстановительный катализатор.

Для распыления мочевины может применяться смеситель, который устанавливается между окислительным и восстановительным нейтрализаторами (рис. 8.12). В такой системе мочевина впрыскивается в выпускной тракт через два отверстия в распылителе форсунки. При попадании на пластины смесителя отдельные капли взвешенной в газах мочевины измельчаются. Это способствует быстрому испарению мочевины, то есть полному переходу ее в газообразное состояние. Плюс к этому, форма смесителя вызывает завихрения в проходящем через него потоке ОГ, дополнительно способствуя равномерному распределению мочевины.

image_92a47fb060774e08ae25206a88c02629
Рис. 8.12. Смеситель для распыления мочевины:
1 – смеситель; 2 – форсунка; 3 – окислительный нейтрализатор; 4 – восстановительный нейтрализатор

Нейтрализаторы, работающие по принципу SCR, применяются как на легковых, так и грузовых автомобилях. Благодаря высокой степени снижения NOx (до 90% в европейском ездовом тес­товом цикле для грузовых автомобилей) возможна регулировка двигателя, опти­мальная по расходу топлива. Таким обра­зом, с этой системой можно сэкономить до 10% топлива.

Мочевина хранится в отдельном баке (рис. 8.13). Бак восстановителя выполняется из пластмассы и располагается обычно под днищем автомобиля.

image_ec7c77c76ddc46ce92e03f91866f9ca0
Рис. 8.13. Бак мочевины:
1 – корпус бака; 2 – компенсационная полость; 3 – вентиляционный трубопровод; 4 – заливная горловина; 5 – крышка; 6 – магнитное кольцо; 7 – заливной патрубок; 8 – магнитный выключатель; 9 – магнитное кольцо; 10 – мочевина; а – компоненты бака; б – заправочный пистолет

На случай, если при заправке с высокой скоростью мочевина начнёт подниматься по вентиляционному трубопроводу, в этом трубопроводе предусмотрена компенсационная полость для восприятия и успокоения мочевины.

Бак мочевины можно заправлять с помощью пистолетов европейской сети заправочных станций AdBlue для грузовых автомобилей.

В концевой трубке заправочного пистолета AdBlue для грузовых автомобилей находится магнитный выключатель (рис., б), который выполняет функцию предохранительного клапана, предотвращая неправильную заправку. Он открывается только при приложении снаружи определённого магнитного поля. Чтобы сделать возможной заправку восстановителя из колонок AdBlue для грузовых автомобилей, в заливной горловине бака восстановителя установлено соответствующее магнитное кольцо. При вставлении заправочного пистолета это магнитное кольцо открывает магнитный выключатель.

На автомобилях, оборудованных нейтрализаторами, следует соблюдать определенные меры безопасности их эксплуатации. Для обеспечения эффективной работы нейтрализатора необходимо использовать только качественное неэтилированное топливо, так как содержащийся в бензине тетраэтилсвинец необратимо обволакивает поверхность, покрытую слоем редкоземельных элементов.

Во время и после работы двигателя корпус нейтрализатора имеет достаточно высокую температуру. В связи с этим, во избежание пожара, не следует парковать автомобиль над легко воспламеняющимися 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, что приводит к его вспышкам и дальнейшему разрушению нейтрализатора. 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 свечи зажигания.