◉ POISK ACADEMIAАВТОМОБИЛЬ ИЗНУТРИ
СИСТЕМА ДИЗЕЛЯ

Как работают DPF и SCR

Очистка выхлопа дизеля: сажевый фильтр, регенерация, AdBlue и SCR в интерактивной модели.

Как работают DPF и SCR: устройство и принцип работы

Окислительный катализатор очищает газ от части углеводородов и угарного газа. Сажевый фильтр задерживает частицы и периодически выжигает накопленную сажу. Перед SCR впрыскивается раствор мочевины: образующийся аммиак участвует в превращении оксидов азота в азот и воду.

Учебная реконструкция: давления, температуры и графики условные; модель объясняет принцип работы.

Как дизель очищает выхлоп

  • Окислительный катализатор. Догорают CO и углеводороды. Заодно появляется NO₂ — он сжигает сажу в фильтре понемногу и без регенерации.
  • Сажевый фильтр копит сажу. Стенки каналов задерживают больше 95 % частиц. Сажу надо периодически выжигать — это и есть регенерация.
  • Регенерация требует трассы. Для неё нужно 10–20 минут при 600 °C. Город с короткими поездками — главный враг сажевого фильтра.
  • AdBlue убирает окислы азота. Мочевина в горячем газе даёт аммиак, а на SCR-катализаторе аммиак превращает NOx в азот и воду.
Детали в модели «Дизель: сажевый фильтр и AdBlue»
  • Окислительный катализатор (DOC). Керамические соты с платиной в стальном корпусе на расширяющемся мате. Догорают CO и углеводороды, а часть NO превращается в NO₂, который потом сжигает сажу в фильтре уже при 300–400 °C. При регенерации здесь догорает дополнительное топливо и греет газ до 600 °C.
  • Сажевый фильтр (DPF). Каналы фильтра закрыты через один пробками: газ входит в открытый канал, проходит сквозь пористую стенку и выходит из соседнего, а сажа остаётся на стенках входных каналов. Каждые 300–800 км её выжигают при 600–650 °C.
  • Датчики давления, температуры и NOx. Датчик перепада давления по двум трубкам — до и после фильтра — меряет, сколько сажи в фильтре; три датчика температуры (перед DOC, перед фильтром и после него) следят за регенерацией; датчики NOx перед впрыском и после SCR проверяют, сколько окислов азота убрано.
  • Дозатор AdBlue. Насос модуля в баке AdBlue (с фильтром, подогревателем и датчиком уровня) держит около 5 бар, по обогреваемой магистрали раствор идёт к форсунке на косом штуцере смесителя. Форсунка впрыскивает его на лопатки; в горячем газе он превращается в аммиак.
  • SCR-катализатор. На сотах двух блоков аммиак соединяется с окислами азота: получаются азот и водяной пар. Работает от 200 °C, убирает до 95 % NOx.
  • Трубы и смеситель. Неподвижные лопатки смесителя закручивают поток, чтобы капли успели испариться и равномерно распределиться перед SCR. Корпуса соединены V-образными хомутами.
Показ по шагам
  1. Путь выхлопа. Газ проходит окислительный катализатор, сажевый фильтр, затем получает впрыск AdBlue и уходит в SCR-катализатор.
  2. Фильтр в разрезе. Каналы закрыты через один: газ входит в открытый канал, проходит сквозь пористую стенку и выходит из соседнего. Сажа остаётся на стенках.
  3. Регенерация. Когда сажи много, блок добавляет поздний впрыск: топливо догорает в окислительном катализаторе, газ нагревается до 600 °C, и сажа сгорает.
  4. AdBlue. Форсунка впрыскивает раствор мочевины на лопатки смесителя. В горячем газе он превращается в аммиак и равномерно расходится по сечению. Ниже 200 °C впрыск отключён: для прогрева выберите «Трасса».
  5. SCR. На сотах аммиак соединяется с окислами азота — получаются азот и вода. Датчики NOx до и после показывают, насколько хорошо это получилось.
Что ломается и как это проявляется
  • Только короткие поездки. Признаки: загорается лампа сажевого фильтра, двигатель тянет хуже, иногда уходит в аварийный режим. Машина ездит в основном по городу на 5–10 минут. Что проверить: перепад давления на фильтре и расчётная загрузка сажей на сканере. Проехать 20–30 минут по трассе на 2500 об/мин или запустить сервисную регенерацию. Не ездить с горящей лампой.
  • Лопнула трубка датчика перепада. Признаки: ошибка датчика давления фильтра, регенерации не происходят или наоборот запускаются слишком часто. Что проверить: осмотреть трубки и штуцеры датчика перепада, показания на холостом (около 5–20 мбар) и на 3000 об/мин.
  • Фильтр забит золой. Признаки: после 200–300 тыс. км регенерации всё чаще, а противодавление не падает, мощность снижена. Что проверить: перепад давления сразу после регенерации, расход масла (зола от масла). Фильтр промывают на стенде или меняют. Использовать масло с низкой зольностью.
  • Кристаллы на форсунке AdBlue. Признаки: сообщение о неисправности системы AdBlue, обратный отсчёт до запрета пуска. Расход AdBlue меньше обычного. Что проверить: осмотреть форсунку и смеситель на белый налёт, тест подачи насосом в мерный стакан. Форсунку чистят тёплой водой или меняют.
  • Кончился AdBlue. Признаки: предупреждения «Долейте AdBlue» с километражем, затем запрет повторного пуска после остановки. Мощность может быть ограничена. Что проверить: долить сертифицированный раствор мочевины 32,5 % (не воду и не жидкость для омывателя). После заправки предупреждение гаснет через несколько минут работы.
Упрощения модели
  • Скорость накопления и сгорания сажи ускорена (переключатель «Время ×»).
  • Каналы фильтра показаны крупнее и реже: шаг 14 мм и стенки 2,4 мм вместо примерно 1,5 мм и 0,3 мм (в настоящем фильтре около 300 каналов на квадратный дюйм). Соты окислительного катализатора и SCR нарисованы текстурой с шагом около 3 мм вместо примерно 1 мм.
  • Слой сажи, пробки золы и кристаллы мочевины нарисованы во много раз толще настоящих: слой сажи на стенке — доли миллиметра. Сажа и газ показаны только в каналах ряда, который проходит через плоскость разреза.
  • Распределение сажи вдоль каналов — схема. При активной регенерации модель выжигает сажу от входа фильтра к выходу. В неисправности «Только короткие поездки» модель не считает каждую прерванную попытку: температура в ней одна на весь фильтр, и прогрев обрывается раньше, чем начинается выжигание. Поэтому картина после многих таких попыток задана готовой: спереди тонкий слой, сзади толстый. В настоящем фильтре распределение зависит ещё и от радиуса: у стенок корпуса холоднее, и сажа там держится дольше.
  • Корпуса нейтрализатора выстроены в одну прямую линию, а бак AdBlue стоит прямо под смесителем, чтобы всё было видно сразу. В машине корпуса изогнуты под днищем, а бак обычно стоит отдельно, в багажнике или под полом. Трещина трубки датчика перепада показана шире настоящей.
  • Блоки датчиков NOx и разъёмы датчиков висят на кабелях: кронштейны не показаны.
  • Химия SCR и окисления сведена к простым долям, не к расчёту конкретного двигателя.