Технология SCR используется достаточно широко и применяется, главным образом, для устранения окислов азота NOx из выхлопных газов. Чтобы эффективно преобразовывать NOx в азот при относительно низких температурах в систему SCR должен входить подходящий восстановитель и катализатор. Для восстановления NOx в азот можно использовать либо аммиак, либо мочевину. Аммиак представляет собой одно из наиболее ядовитых химических соединений, так что использование его здесь нежелательно, но возможно использование реагента, который мог бы высвободить аммиак в нужный момент и в нужных количествах. В качестве такого реагента обычно применяют мочевину, которая нетоксична, не имеет выраженного вкуса и обладает другими полезными свойствaми. Схема функционального взаимодействия блока управления двигателем EDC17 и SCR-модуля DeNOx 2.2 показана ниже.

Принцип работы SCR-технологии состоит в следующем: выхлопные газы направляются турбонагнетателем в выпускной тракт, согласованным образом в выпуском тракте через специальную форсунку распыляются порции раствора мочевины, капельки мочевины нагреваются выхлопными газами и входят в реакции гидролиза и пиролиза с выходом аммиака NH3, и уже высвободившийся NH3

избирательным образом на специальном катализаторе восстанавливает NOx к азоту N2, уравнения реакции приведены ниже. Иногда, дополнительные каталитические решетки устанавливаются за SCR катализатором, обеспечивающим переход аммиака в чистый азот, с целью избежать утечек аммиака, которые могли бы составить вторичное загрязнение.

SCR-система состоит из каталитического конвертора (SCR-глушитель), магистрали доставки мочевины (Модуль Подачи SM), устройства дозированного впрыска мочевины (Дозировочный Модуль DM), бака для мочевины, контроллера модуля подачи DCU (Dosing Control Unit), соответствующих трубопроводов и проводов. Схематически система изображена ниже.

WP использует второе поколение системы DeNOx, производства BOSCH – систему DeNOx 2.2, которая не использует сжатый воздух в качестве одного из основных компонентов. Описание системы DeNOx 2.2 приводится ниже.

Рисунки ниже описывают внешнее устройство заключенного в оболочку из нержавеющей стали SCR-глушителя применительно к случаю дизельного двигателя WP12. Контейнер из нержавеющей стали содержит внутри себя SCR-катализатор и систему глушителя; теплоизоляционный материал проложен вдоль нижней панели контейнера: рабочая температура здесь может достигать 200°C. Магистраль с фланцем – впускная, а другая магистраль, простая – выпускная. Монтажные отверстия для температурных датчиков имеются как перед входом в каталитическую систему, так и после нее, но система DeNOx 2.2 предусматривает установку только одного температурного датчика – перед катализатором.

(1) SCR-глушитель дизельного двигателя WP12 представляет собой контейнерного типа каталитический конвертор с размерами (Д x Ш x В) 630x519x600, он устанавливается на готовый автомобиль на место традиционного глушителя и крепится стальными монтажными лентами.

Блок должен быть надежно зафиксирован в правильном положении – неправильная установка может привести к повреждению поверхностной термоизоляции или не обеспечить надежной фиксации.

(2) Требуется использовать эластичные амортизаторы в местах крепления каталитического конвертора к раме автомобиля – с целью избежать жестких вибраций, которые могут повредить внутреннее керамическое наполнение катализатора.

(3) Каталитический конвертор - существенно тяжелее по сравнению с обычным глушителем, так что производитель автомобиля должен проверить существующую систему крепления на прочность и, в случае необходимости, изменить конструкцию.

(4) Течение химической реакции внутри катализатора зависит от температуры (минимальное значение 180°C), поэтому каталитический конвертор должен устанавливаться максимально близко от мотора, а выхлопная магистраль – по возможности, должна быть теплоизолирована. Поскольку термоизоляция выпускного коллектора существенно улучшает восстановление окислов NOx, мы

настоятельно рекомендуем проводить ее применительно к общественному транспорту.

(5) Выхлопная магистраль на 200мм вверх от точки впрыска мочевины и вниз - до входа в конвертор должна быть изготовлена из нержавейки класса 304 или 439, поскольку в условиях высокой температуры мочевина является агрессивным корродирующим агентом.

(6) Виброгасящая муфта должна устанавливаться в выхлопной магистрали на участке турбокомпрессор – каталитический конвертор с целью защитить каталитическое наполнение от вибраций двигателя.

(7) Максимальное давление выхлопных газов на выходе из турбины даже при максимальной нагрузке на двигатель не должно превышать 20кПа.

Бак для раствора мочевины изготавливается из пластика, имеет собственный вес порядка 3кг и размеры 550х450x200, оснащен интегрированной системой подогрева, см. ниже. Мониторинг состояния бака обеспечивают датчик уровня жидкости и датчик

температуры жидкости; подогрев осуществляется с использованием охлаждающей жидкости автомобильного двигателя и имеет своей целью – не допустить замерзания раствора мочевины в баке. Вентиляционный клапан обеспечивает баланс давления внутри бака и – окружающей его атмосферы. Бак оснащен фильтром грубой очистки, который защищает систему впрыска от попадания частиц размером больше 0.1мм.

Бак не имеет отверстия для слива отстоя. Заправочная жидкость должна соответствовать Европейскому стандарту DIN 70 070, при этом крышка бака должна отличаться по размеру от крышки топливного бака с тем, чтобы предупредить возможную заправку ненадлежащей жидкостью “по ошибке”.

Контроль за расходом раствора мочевины осуществляется через дозирующий клапан: поток можно регулировать, изменяя рабочие интервалы клапана Рисунок ниже наглядно иллюстрирует принцип работы системы. Через «t on» на рисунке обозначен интервал работы клапана (клапан открыт), в то время как “T” – его полный операционный цикл. Система DeNOx 2.2 осуществляет контроль впрыска мочевины, изменяя рабочий интервал дозирующего клапана, и регулирует поток раствора мочевины – поддерживая

на заданных уровнях рабочую частоту, напряжение в катушке клапана, давление раствора и давление впрыска на форсунке, при этом открытие/закрытие дозирующего клапана контролируются импульсными сигналами.

Блок подачи мочевины включает в себя насос, фильтр, нагреватель, три магистрали мочевины, интерфейс взаимодействия с ECU (основной контроллер работы двигателя). Жидкостные магистрали включают: всасывающую магистраль подачи мочевины из бака и напорную магистраль на форсунку;

ECU-интерфейс включает в себя силовую магистраль от автомобильных аккумуляторов, pin температурного контроля магистрали и др. Производительность блока – до 20кг раствора мочевины в час, рабочее давление – 5Атм, допустимая температура раствора мочевины - от -5 до +70°С.

При повороте ключа в замке зажигания насос мочевины может издать короткий звук: при запуске двигателя в напорной магистрали устанавливается давление на уровне 5Атм, при этом система оказывается готовой к впрыску мочевины. Если температура выхлопных газов превышает 200°С, форсунка получает команду на впрыск. При выключении замка зажигания насос автоматически переходит

в реверсный режим и в течение 30 секунд высасывает остатки мочевины из напорной магистрали и перебрасывает их в бак – с целью избежать кристаллизации мочевины и возможное закупоривание напорной магистрали. Поэтому силовая магистраль насоса

мочевины не должна контролироваться замком зажигания, и рекомендуется прямое соединение насоса с полюсами блока аккумуляторных батарей. Блок подачи мочевины контролирует работу внутреннего нагревателя и нагревателя фильтра, так что в случае необходимости они включаются автоматически, чтобы не допустить замерзания мочевины.

Устройство впрыска мочевины (Дозирующий Модуль DМ) или – форсунка впрыска мочевины – изображено на Рис. 16. Его назначение – под контролем DCU в требуемых объемах распылять мочевину в выхлопную магистраль. Тело форсунки состоит из электромагнитного клапана, который окружен потоком охлаждающей жидкости (в действительности – нагревающей), кончик – представляет собой инжектор, сбоку расположен электрический интерфейс, внешняя часть закрыта кожухом. Рабочая температура операции впрыска от -40 до +80°C, вес устройства – около 0.25кг.

Мочевина агрессивно корродирует изделия из обычной стали, поэтому часть выхлопной магистрали на 200мм до точки впрыска мочевины и входа в каталитический коннектор должна быть изготовлена из нержавеющей стали.