Тема экологической безопасности двигателей большой мощности грузового транспорта привела к созданию стандартов Евро 3, 4 и 5 или TIER III и IV для двигателей спецтехники (напр. модели Volvo CE), которые регламентируют содержание окислов азота в выхлопных газах. Для уменьшения содержания NOx в конструкцию дизельных двигателей введены две системы:
- EGR (Exhaust Gas Recirculation) — система дожигания выхлопных газов.
- SCR (Selective Catalytic Reduction) — система впрыска в выхлопную систему специального раствора мочевины.
Система ЕГР не использует в своей работе дополнительных компонентов и не оказывает значительного влияния на режимы работы двигателя при отклонениях от установленных на заводе параметров содержания вредных веществ в выхлопных газах. Этого нельзя сказать о системе SCR, которая использует реагент AdBlue.
Принцип работы SCR
Снижение концентрации окислов азота в системе SCR происходит в результате впрыска в выхлопную трубу специального раствора AdBlue, который при взаимодействии с катализатором разлагает NOx на азот и воду. Инжектор впрыскивает раствор под давлением 5 бар в зону до катализатора (гидролизный участок), где мочевина разлагается на аммиак (NH3), который восстанавливает оксид азота до азота (N2). Управляющий датчик содержания NOx находится за катализатором. Система управляется электронным блоком, который снижает мощность двигателя от 30% до 90% при обнаружении повышенной концентрации NOx в выхлопных газах и/или неработоспособности SCR.
В состав системы SCR входят:
- Емкость с реагентом AdBlue, которая оснащена датчиком уровня жидкости с температурным датчиком и блоком подогрева жидкости.
- Управляющий модуль, состоящий из электронной платы с предохранителем, насоса и фильтра в одном корпусе.
- Форсунка с электромагнитным клапаном для впрыска мочевины.
- Восстановительный катализатор в форме мелкоячеистой сетки с напылением из цеолита меди, на котором происходит катализация (каталитическая реакция) при достижении температуры 200° С.
- Датчик оксидов азота (NOx).
- Трубопроводы.
Основные причины отказа SCR
Каждый из составляющих систему SCR элементов может выйти из строя (механические повреждения, окисление контактов, загрязнение форсунки, датчика оксида азота или катализатора и др.), что приводит к появлению сообщения на дисплее бортового компьютера и ограничению мощности двигателя, вплоть до блокировки системы контроля выхлопных газов и остановки двигателя, но основными причинами являются:
- Качество топлива.
- Качество реагента адблю.
- Низкие температуры.
Качество топлива
Стандарт РФ на качество дизельного топлива устанавливает содержание серы в размере до 0,5 ppm (в Европе до 0,005 ppm). Сера снижает качество сгорания топлива в цилиндрах, что увеличивает токсичность выхлопных газов и приводит к повышенному расходу жидкости адблю. Другая распространенная причина — это добавление в летнее дизельное топливо бензина А-80, который дешевле зимнего топлива и снижает температуру желеобразования дизтоплива. В результате, повышается температура выхлопных газов, что приводит к разрушению каталитического покрытия или расплавлению самой сетки катализатора, который стоит порядка 350 тыс. рублей.
Качество реагента адблю
Реагент AdBlue представляет собой раствор сложного химического соединения в деминирализованной воде. Технология изготовления требует специального оборудования и не может воспроизводится в кустарных условиях. Фальсификат, который продают недобросовестные производители (раствор карбамида в воде) приводит к разрушению катализатора и блокировке системы контроля токсичности выхлопных газов. Сбой системы SCR относится к категории фатальных, а на практике приводит к выходу из строя двигателя.
Низкие температуры
В условиях России низкие температуры серьезно осложняют работу SCR, т.к. при минус 11° С реагент становится желеобразным и загустевает при более низких температурах. При загустении реагента система включает подогрев жидкости, но не подает жидкость к форсунке и не снижает мощность. Другая проблема — это размораживание блока управления, т.к. жидкость при замерзании до состояния льда увеличивается в объеме и разрывает трубопровод и каналы или корпус блока. После отогревания агрессивная жидкость попадает на электронную плату и выводит ее из строя. Грузовые автомобили и строительную технику с системой SCR следует содержать в теплых боксах или принимать меры для подогрева реагента.
Способы отключения мочевины
Сочетание причин отказа системы SCR доставляет много неудобств, а выход ее из строя приводит к затратному ремонту. Предлагается три способа отключения SCR:
- «Заморозка», когда производится установка резистора вместо датчика температуры жидкости, что вынуждает систему включать подогрев, но не задействовать полностью всю систему. Применяется кратковременно, чтобы добраться до сервиса.
- Перепрошивка ЭБУ с Евро 4 и 5 или TIER III и IV на уровень токсичности выхлопа Евро 3. Перепрошивка «мозгов» грузовика, тягача или спецтехники приводит к изменению всех параметров настроек двигателя. Она позволяет не снижать мощность при использовании некачественного топлива или реагента, но повышает вероятность более серьезных поломок, т.к. ЭБУ будет игнорировать важные параметры работы двигателя. В частности, смещаются характеристики системы питания (ТНВД, синхронизация работы систем подачи воздуха и впрыска, прогар цилиндров, головки блока и др.), которые устанавливались на заводе для стандартов Евро 4, 5 или TIER III и IV. Перепрошивка на Евро 3 — это откат на более низкий уровень качества электронного управления, что непременно скажется на работе всех систем. Кроме этого, факт перепрошивки фиксируется ЭБУ в формате ошибки, которая сохраняется в памяти 300 дней. Наличие такой ошибки при диагностике является основанием для отказа в гарантийном или дилерском обслуживании, а также для крупного штрафа в Европе на посту контроля токсичности двигателя.
- Установка эмулятора исправной системы SCR, который формирует сигналы для ЭБУ в полном объеме при обесточенной SCR. Эмулятор — это сложное, но наиболее грамотное техническое решение. Он устанавливается только специалистом на двигатель с полностью исправной SCR. Устройство позволяет не вмешиваться в работу смежных систем и решает проблему потери мощности. После подключения электроники и программирования блока эмулятора ПО основного ЭБУ не «видит» подмены и работает в прежнем режиме. Схема подключения позволяет перейти на штатный режим работы SCR простой установкой предохранителя в блок управления. Характеристики эмулятора и ПО различаются для разных моделей двигателей.
Отдельно следует остановиться на стоимости оригинальных запчастей стоимость работ по их замене. Напр., элементы для Volvo CE:
- клапан дозирующий 50…60 тыс. руб.;
- насосный блок — 170…175 тыс.;
- датчик NОx — 30…35 тыс.
В состав работ по замене входит разборка, установка и компьютерная диагностика в полном объеме, что составит 3,5…5 часов рабочего времени. Стоимость работ зависит от стоимости нормо-часа и колеблется в пределах 600…1500 рублей. Применение эмулятора позволяет сократить расход реагента, значительно снизить вероятность ремонта и упрощает техническое обслуживание при эксплуатации техники в неблагоприятных условиях достаточно длительное время.