Tratarea gazelor de evacuare la motoarele diesel

Standardele UE specifică limite stricte pentru monoxid de carbon, hidrocarburi, oxizi de azot și particule în suspensie, prin urmare mai multe modalități de tratare a gazelor de eșapament au fost dezvoltate de-a lungul anilor.

Cea mai cunoscută metodă este cea catalitică și are ca scop oxidarea compușilor rezultați în urma arderii incomplete. În timpul procesului, monoxidul de carbon (CO), combustibilul nears (CxHyOz) sunt transformați în dioxid de carbon (CO2) și apă (H2O) în prezența oxigenului în gazele de eșapament în cantitate stoechiometrică. Catalizatorul poate pasiva cu un exces mare de oxigen și temperaturi scăzute ale gazelor de eșapament.

Filtrarea particulelor este, de asemenea, importantă pentru a respecta standardul de control al emisiilor Euro 6c, unde reziduurile de combustie (ulei, combustibil, funingine) sunt reținute într-un filtru special (sistem DPF).

Pentru reducerea catalitică a oxizilor de azot există două tehnologii disponibile, una care utilizează un catalizator de stocare și cealaltă numită reducere catalitică selectivă (SCR) – pe care ne vom concentra în acest articol tehnic.

Sistemul SCR se bazează pe principiul adăugării unui agent reducător la gazele de evacuare. Aceasta este o soluție apoasă de uree (AdBlue) ce este adăugată direct în fluxul de gaz înaintea convertizorului catalitic SCR. Soluția de AdBlue (CH4N2O) este compusă din 32,5% uree pură și 67,5% apă demineralizată.

Soluția de  AdBlue nu trebuie stocată direct în lumina soarelui sau în locuri cu temperaturi ridicate.

Design-ul sistemului

Pe piata exista 2 sisteme denumite generic Gen 1 si Gen 2. Pentru Gen 1 (2008-2015) injectorul este sub planșeul mașinii pe traseul de evacuare și este răcit prin palete. În acest caz, DPF și convertizorul catalitic NOx sunt separate

Pentru generația 2 (Gen 2) (2015 -) producătorii folosesc un convertizor catalitic SCR care se află în compartimentul motorului.

Principii de funcționare pentru injecția AdBlue

Funcția principală este injectarea unei cantități specifice de uree în gazele de eșapament. Presiunea este livrată de o pompă electrică amplasată în rezervor și, în funcție de producătorul auto, este între 4-7 bari. Pentru camioane, presiunea de lucru poate fi de 9 bari (+/- 0,5 bar), iar pompa este de obicei situată în afara rezervorului. Soluția de uree (AdBlue) trebuie evaporată și pulverizată pe toată suprafața convertizorului catalitic.

Convertizorul catalitic selectiv (SCR) începe să funcționeze de la o temperatură de 200 C atunci când unitatea de control a motorului sau o unitate de control separată va activa electric pompa de AdBlue.

Cât de mult AdBlue este injectat în fluxul de gaze de evacuare depinde de cantitatea măsurată de NOx înainte de unitatea SCR.

Când soluția de AdBlue este vaporizată la o temperatură de peste 200 C, are loc un proces chimic de hidroliză. Un proces impecabil funcționează cu o reducere a NOx de la 400 PPM la 40 PMM sau mai puțin

Importanța temperaturii

Soluția de AdBlue se transformă în amoniac atunci când căldură este aplicată la 300-350°C, astfel încât temperatura SCR este critică pentru succesul tratamentului gazelor de evacuare. Temperatura prea scăzută înseamnă că umiditatea nu se va evapora și ureea va înfunda catalizatorul și chiar sistemul Low-EGR. Dacă temperatura este prea ridicată, atât injectorul cât și substanța se pot deteriora.

Dacă convertizorul catalitic de oxidare înainte de DPF este deteriorat (ex. din cauza consumului mare de ulei), aceasta poate fi cauzată și de lipsa temperaturii adecvate în evacuare.

Controlul temperaturii este realizat de mai mulți senzori de temperatura (EGT) amplasați pe traseul sistemului de evacuare. În funcție de producătorul auto, pot exista până la 6 senzori cu design caracteristic PTC sau NTC. De obicei, există 3 senzori EGT (EGT 1 situat în jurul turbocompresorului, EGT 2 între DOC și DPF și EGT 3 între DPF și unitatea SCR), dar verificați întotdeauna specificațiile date de către producător.

Cum se verifică sistemul AdBlue în atelier

Strategia generală de diagnosticare a sistemului AdBlue începe prin verificarea cauzei defecțiunii:

• Calitatea AdBlue;
• Pierderi în sistemele de admisie/evacuare;
• Emisii crescute de NOx de la motor;
• Defecțiuni în jurul convertizorului catalitic sau DPF;
• Monitorizarea SCR (senzori NOx).

Dacă indicatorul AdBlue din bord începe să clipească în timpul conducerii și țeava de eșapament este albă în interior, înseamnă că a fost injectată un exces de uree din cauza unui injector defect. Dacă există urme de uree și materie solidă în jur, injectorul trebuie înlocuit cu unul nou. În acest caz, trebuie verificate alte componente ale

sistemului de emisie (de exemplu SCR, filtru de particule, senzori de NOx sau conducta care măsoară presiunea diferențială).

În timp, injectorul poate pierde etanșeitatea iar în vârful lui se va crea o peliculă de uree cristalizată ceea ce va duce la un tipar de pulverizare neuniform. O cantitate prea mare de uree va afecta modulul SCR care se va înfunda în cele din urmă.

Cantitatea injectată de AdBlue este crucială pentru tratarea corectă a gazelor de evacuare și este calculată pe baza măsurării oxizilor de azot (NOx) din evacuare, luând în considerare și alți parametri precum combustibilul injectat, debitul de aer în admisie, temperatura motorului sau funcția de recirculare a gazelor (EGR).

Un aspect important pentru verificarea parametrilor in timp real cu testerul este că senzorul de NOx din mașină nu poate face diferența dintre particulele de NOx și particulele de amoniac din lichidul AdBlue.

Dacă cantitatea de oxizii de azot (măsurați în PPM) este crescută după SCR, atunci când se fac teste de drum, aceasta înseamnă că conținutul de NOx în evacuare este mai mare după catalizator decât înainte de unitatea SCR.

Vă rugăm să verificați întotdeauna parametrii de funcționare în timp real, cum ar fi RPM, viteza mașinii, senzorii EGT (toți), temperatura motorului, presiunea diferențială pe unitatea DPF, indicele de funingine DFP, poziția pedalei de accelerație, activarea injectorului de dozare AdBlue și senzorii NOx. Toate măsurătorile trebuie efectuate în următoarele condiții, după ce sistemul de evacuare este mai cald de 250 C și motorul a atins temperatura de funcționare:

• Conduceți pe drum drept și păstrați viteza constantă de 80 km/h
• 3 x accelerații 100% de preferință în treapta a 3-a urmată de o frânare lungă de motor
• Relanti timp de 2 minute

Contrapresiunea în unitatea SCR este de maxim 5-20 mbari în timpul unei accelerații complete, dar poate fi puțin mai mare la motoarele mai mari. Când DPF și SCR sunt integrate într-o singură unitate (carcasă), contrapresiunea nu poate fi măsurată.

Dacă convertizorul catalitic SCR este deteriorat, este important să se examineze cauza principală. Durata de viață poate fi redusă de motorina slabă calitativ, consum mare de AdBlue, injector de combustibil neetanș, defecțiune DPF, modificarea hărților de motor, supraîncălzirea SCR sau deteriorări mecanice ale motorului care pot cauza consumul de ulei. Vă rugăm să verificați și bujiile incandescente cu senzor de presiune integrat, deoarece sistemul de catalizare poate fi afectat de fluxul de aer al sistemului EGR atunci când eficiența este redusă din cauza unui răcitor EGR înfundat.

În cazul defecțiunilor electrice, vă rugăm să luați în considerare faptul că injectorul AdBlue este controlat de ECU prin semnal PWM de 12 V/24 V (pentru camioane), iar rezistența bobinei trebuie să fie între 0,5-20 ohm.

Procesul calității la NRF

Calitatea produselor se realizează în propriul nostru laborator, testul principal al sistemului constă în verificarea dozajului corect al substanței de AdBlue. Referința este întotdeauna setată conform specificațiilor OE.

Pentru a măsura dozarea, folosim cântare precise cu o acuratețe de măsurare de 0,001 g. Această metodă ne oferă precizie maximă. Chiar dacă eprubeta nu este complet uscată/curățată, sistemul se tarează și măsurătorile se pot face în continuare. Sistemul nostru face posibilă măsurarea chiar și a unei singure injecții a modulului de dozare.

Dacă pompa are un senzor de presiune încorporat, comparăm senzorii OE și cei ai modulului nostru. Folosim o pompă de presiune externă cu manometru digital pentru a compara caracteristicile senzorilor de presiune. Trebuie să fim siguri că funcționează în același interval strict delimitat.

Când vorbim despre modulele de dozare AdBlue pentru camioane, filtrarea este foarte importantă deoarece contaminarea ar putea înfunda duza injectorului. Schimbarea filtrului este o procedură normală de întreținere. Cum arată filtrul ne poate da o indicație rapidă asupra sistemului în general.

Imaginile de mai sus prezintă filtrul instalat pe admisia de aer a modulului de dozare. Sistemul de aer al acelui camion se prezintă în condiții foarte proaste. Ultima poză arată o comparație între filtrul curățat (stânga) și unul folosit, dar în stare bună (dreapta).

Nu uitați să schimbați filtrele.

Racord de reflux cu filtru (stânga) și îmbinare de admisie cu filtru (dreapta).

3 filtre într-o singură pompă - filtru principal (cel mare), filtru de admisie și filtru de retur (instalat în interiorul îmbinărilor).

Fig 3. Filtru nou și unul folosit