Жидкость AdBlue. Как работает система SCR (Selective Catalytic Reduction)

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:

1. Термическое разложение мочевины на метан и изоциановую кислоту — (NH₂)₂CO → NH₃ + HNCO;
2. Разложение изоциановой кислоты на аммиак и углекислый газ — HNCO + H₂O → NH₃ + CO₂;
3. Восстановление азота из оксидов азота (при температуре более 250°C) — 4NO + 4NH₃ + O₂ → 4N₂ + 6H₂O;
4. Восстановление азота из оксидов азота (при температуре 170-300°C) — NO + NO₂ + 2NH₃ → 2N₂ + 3H₂O.

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?

Крышки топливного бака и бачка для жидкости AdBlue

Жидкость AdBlue представляет собой водный раствор мочевины с определенным содержанием компонентов:

• Мочевина — 32,5% (по весу), стандартом допускается разброс от 31,8 до 33,2%;
• Деминерализованная вода — 67,5%.

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:

Общее устройство системы SCR

• Бачок для хранения жидкости AdBlue;
• Система подачи и дозирования жидкости (насосный блок);
• Форсунка для впрыска реагента в поток выхлопных газов;
• Система подогрева жидкости (бачка и трубопроводов);
• Керамический катализатор в глушителе;
• Электронная система контроля и управления (электронные блоки управления и датчики).

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.

Бачок для хранения реагента AdBlue. Пластиковая или металлическая емкость для хранения необходимого запаса реагента. Снабжается крышкой и горловиной, которая может быть предназначена для заливки жидкости с помощью специального заправочного пистолета (в этом случае в ней может располагаться магнитный замок) или из пластиковых емкостей (бутылок, канистр). Для контроля уровня реагента в бачке располагается соответствующий датчик. Горловина бачка имеет простейший сетчатый фильтр. Так как жидкость AdBlue кристаллизуется (замерзает) уже при температуре -11,5°C, в бачке предусмотрен подогрев — он может быть выполнен в виде теплообменника, по которому циркулирует охлаждающая жидкость из двигателя, либо в виде электрического нагревателя. Как уже указывалось выше, бачок закрывается маркированной крышкой.

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.

Бачки для жидкости AdBlue с интегрированными подогревателями

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.

Функционирует система SCR следующим образом. При запуске силового агрегата система некоторое время не функционирует, при температуре окружающего воздуха ниже -5°C это время тратится на подогрев жидкости. При нагреве выхлопных газов до 200°C система начинает работу: насос забирает реагент из бачка и под давлением в 5-6 бар направляет ее к форсунке, где происходит разбрызгивание. Электронный блок вносит в работу системы корректировки в соответствии с показателями датчиков и режимом работы двигателя. При остановке двигателя система некоторое время продолжает работать (до 90 секунд) — насос выкачивает жидкость из трубопроводов обратно в бачок, также опорожняется и сам насос. Это предотвращает замерзание жидкости в системе при отрицательных температурах.

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.