Table Of ContentСОДЕРЖАНИЕ
1 Предисловие ............................................................................................................. 2
2 ЛИНЕЙКА ДИЗЕЛЬНЫХ МОТОРОВ WP12 EURO-IV .............................................. 2
3 ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ SCR-ТЕХНОЛОГИИ ............................................................. 3
4 УСТРОЙСТВО SCR-СИСТЕМЫ ................................................................................ 5
5 ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И ТРЕБОВАНИЯ К УСТАНОВКЕ КОМПОНЕНТОВ ... 7
5.1 КАТАЛИТИЧЕСКИЙ КОНВЕРТОР................................................................................ 7
5.2 БАК МОЧЕВИНЫ .................................................................................................... 9
5.3 МОДУЛЬ ПОДАЧИ(SM) .......................................................................................... 11
5.4 УСТРОЙСТВО ВПРЫСКА МОЧЕВИНЫ....................................................................... 14
5.5 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КЛАПАН ПОДАЧИ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ ........................ 16
6 КОМПОНОВКА СИСТЕМЫ И МАГИСТРАЛИ МОЧЕВИНЫ .................................... 16
6.1 КОМПОНОВКА СИСТЕМЫ........................................................................................ 16
6.2 МАГИСТРАЛИ МОЧЕВИНЫ ...................................................................................... 17
7 МОНТАЖ SCR-СИСТЕМЫ НА АВТОМОБИЛЕ ........................................................ 20
7.1 ПАРАМЕТРЫ ГЛАВНОГО УПРАВЛЯЮЩЕГО МОДУЛЯ– КОНТРОЛЛЕРАEDC17............. 21
7.2 ЭЛЕКТРОПРОВОДКА .............................................................................................. 21
7.3 ЗАЗЕМЛЕНИЕ ........................................................................................................ 22
7.4 ОБОРУДОВАНИЕ АВТОМОБИЛЯ .............................................................................. 23
8 РАЗНОЕ ...................................................................................................................... 23
8.1 СИСТЕМА РАЗМОРАЖИВАНИЯ................................................................................ 23
8.2 ФУНКЦИЯOBD ..................................................................................................... 27
ПРИЛОЖЕНИЯ ............................................................................................................... 29
ПРИЛОЖЕНИЕ1.НАСТРАИВАЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ........................................................... 29
ПРИЛОЖЕНИЕ2.СОСТАВ СИСТЕМЫ ............................................................................. 30
Предисловие
Потребление энергии и связанные с автомобилями выбросы год от года
увеличиваются и наносят все больший ущерб окружающей среде. Именно поэтому
повсеместно принимаются меры, вводятся законы и ограничения с целью экономить
энергию, сокращать выбросы, развивать новые энергосберегающие технологии
моторостроения. Передовые технологи контроля выбросов позволяют эффективно
сокращать энергопотребление и, соответственно, городское загрязнение. Дизельные
моторы отличаются высокой мощностью и низким потреблением топлива, поэтому они
широко используются как при перевозке пассажиров, так и грузов, но окислы азота NOx,
которые в случае дизельных двигателей составляют существенную часть выбросов, не
допускают столь же эффективной обработки как в случае бензиновых двигателей
(технология 3-ступенчатого каталитического конвертора), так что разработка и внедрение
эффективной технологии обработки выхлопов дизельных двигателей являются
ключевыми для выживания и развития моторов внутреннего сгорания.
Технология SCR (Selective Catalytic Reduction – Избирательная Каталитическая
Нейтрализация) имеет важные преимущества: высокий коэффициент полезного
использования топлива и устойчивость к воздействию диоксида серы. Она получила
широкое распространение в Европе и других развитых странах в качестве эффективного
способа контроля выхлопных газов дизельных автомобилей. Именно технология SCR
составит базу перехода к стандарту Евро 4 в нашей стране
В настоящем руководстве дизельный двигатель WP12, оснащенный системой
DeNOx 2.2, рассматриваются как пример, который должен позволить специалистам,
осуществляющим техническую поддержку и эксплуатацию, познакомиться с электронно-
контролируемой системой SCR дизельных двигателей и таким образом – повысить свою
квалификацию. В тексте используются технические данные и других производителей
(известных в машиностроении) с целью предоставить читателям как можно больше
материала для понимания того, как работает технология SCR. Соответствующие
разделы не претендуют на полноту изложения материала и должны рассматривать как
дополнительные ссылки. Основу материала составляет описание принципа работы,
состав системы, требования по установке и др. аспекты технологии SCR.
2 Линейка дизельных моторов WP12 Euro-IV
В настоящее время дизельные моторы WP12 Euro-IV, производства Weichai Power,
используют передовые технологии сгорания топлива, электронно-контролируемую
топливную систему высокого давления Common Rail и технологию обработки выхлопных
газов SCR, которая обеспечивает соответствие нормам Euro-IV по выбросам. Внешний
вид дизельного двигателя см. на Рис. 1, в Таблице 1 приведены основные рабочие
параметры двигателя.
2
Таблица 1 Семейство моторов WP12 Euro-IV
Модель WP12.480E40 WP12.460/430/400/375/336/300/270E40
Рядный, жидкостное охлаждение, 4-тактный, турбокомпрессор, интер-кулер,
Тип мотора
электронный впрыск Common Rail
Диаметр×Ход поршня
126×155
[мм]
Объем[L] 11.60
Мощность[kW] 353 338/316/294/276/247/221/199
Max об/мин 2100 1900
Max момент 1970 при 1200-1500 об/мин 2110/1600 при 1000~1400 об/мин
Min потребление
198 195
топлива [г/(kWчас)]
Рис. 1 Общий вид дизельного двигателя WP12 Euro-IV
3 Принципы работы SCR-технологии
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 на Рис. 2.
3
Рис. 2 Принципиальная схема работы EDC17 и DeNOx 2.2
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 NH , и уже высвободившийся NH
3 3
избирательным образом на специальном катализаторе восстанавливает NOx к азоту N ,
2
уравнения реакции приведены на Рис. 3. 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.
Рис. 3 Принципиальная схема SCR-технологии
Мочевина (NH CONH ) в присутствии воды распадается при высокой температуре
2 2
на NH и CO , реакция не требует специальных каталитических условий
3 2
Получающийся аммиак NH и NO, NO , содержащиеся в выхлопных газах,
3 2
взаимодействуют на SCR-катализаторе с образованием азота и воды:
4
С целью предотвратить возможные утечки аммиака дополнительный катализатор,
обеспечивающий окисление аммиака иногда устанавливается сразу за SCR-
катализатором – на выходе получается азот и вода
4 Устройство SCR-системы
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 на Рис. 4.
Рис. 4 Принципиальная SCR-схема
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.
5
Система DeNOx состоит из двух частей: Модуль Подачи (SM) и Дозировочный
Модуль (DM). Контроллер DCU модуля подачи интегрирован в ECU (Electronic Control
Unit – основной контроллер двигателя), так что работа насоса подачи мочевины и
связанных с ним устройств, контролируется управляющими сигналы из ECU. Модуль
подачи (SM) включает в себя насос, клапан, фильтрующий элемент, датчик давления,
которые заключены в общую оболочку, безопасную для окружающей среды.
Дозирующий модуль (DM) включает в себя PWM-управляемый дозирующий клапан-
форсунку (PWM – Pulse Width Modulation), расположенный на входе в SCR-
катализатор. Контроллер, взаимодействуя с ECU, получает текущие параметры работы
двигателя, использует полученные сигналы о температуре на катализаторе и др.,
вычисляет объем мочевины для впрыска и контролирует работу форсунки,
осуществляющей впрыск соответствующего объема в выхлопной тракт. Форсунка
(модуль DM) установлена в выхлопном тракте, ее рабочая температура
поддерживается охлаждающей жидкостью двигателя автомобиля. Назначение
форсунки – отмерить и распылить в выхлопном тракте мочевину согласно команде
контроллера. При контакте с высоко нагретыми выхлопными газами в выхлопном
тракте мочевина разлагается на аммиак и воду, перемешивается с выхлопными газами
и попадает в SCR-конвертор. В каталитическом конверторе NH взаимодействует с NOx
3
с образованием азота и воды, которые выбрасываются в атмосферу. Компоновка и
общий вид системы DeNOx 2.2 представлены на Рис. 5 и Рис. 6.
Рис. 5 Основные компоненты SCR-системы
6
5 Функциональное устройство и требования
к установке компонентов
5.1 Каталитический конвертор
5.1.1 Описание
Основное назначение каталитического конвертора – обеспечить катализ реакции
восстановления окислов азота NOx, не допустить утечек аммиака и уменьшить шум,
исходящий от двигателя, так что устройство одновременно является SCR
катализатором и глушителем двигателя. Оно включает в себя 6 основных частей:
оболочку, магистраль глушителя, внутреннюю перегородку, демпферы, несущую
конструкцию катализатора и собственно катализатор. Внешняя оболочка служит
физической границей потока выхлопных газов, ее форма и структурное устройство
должны учитывать требования аэродинамики – с одной стороны, а с другой –
обеспечивать каталитической системе наиболее полную очищающую способность;
магистраль глушителя включает в себя входной и выходной трубопроводы выхлопных
газов, при этом собственно эффект глушения достигается перемешиванием выхлопных
газов. Внутренняя перегородка служит опорой для несущей конструкции катализатора,
с одной стороны, и перегородкой для выхлопных газов – с другой; демпферы
поглощают ударные нагрузки, несущая конструкция обеспечивает равномерное
распределение катализатора в объеме конвертора, катализатор является центральным
компонентом SCR-системы. Реагенты NH и NOx достигают каталитической поверхности
3
вместе с потоком газов, активируются катализатором и разлагаются на азот N и воду
2
H O, таким образом, происходит сокращение окислов азота NOx в составе выбросов.
2
Рис. 7 описывает 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.
7
Рис. 6 Внутреннее устройство SCR-блока Рис. 7 Внешний вид SCR-блока
дизельного двигателя WP12 дизельного двигателя WP12
5.1.2 Требования к установке
(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. Способ установки описан на Рис. 7.
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.
8
5.2 Бак мочевины
5.2.1 Описание
В нормальных условиях, при сжигание100л топлива требует использования 5л
раствора мочевины; так что объем бака для мочевины должен составлять 7-10%
от объема топливного бака.
Бак для раствора мочевины изготавливается из пластика, имеет собственный вес
порядка 3кг и размеры 550х450x200, оснащен интегрированной системой подогрева,
см. Рис. 8. 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”.
(a) Принципиальная схема бака мочевины (b) Система управления
(c) Кронштейн бака мочевины (d) Монтаж бака мочевины
Рис. 8 Бак мочевины
9
