Экологические требования к современным автомобилям становятся все строже. Только автопроизводители выполнили нормы Евро 5, как в 2014 году вступили в силу нормы Евро 6. Обязательными конструктивными элементами автомобиля стали каталитический нейтрализатор, сажевый фильтр, впрыск топлива.
Система избирательной каталитической нейтрализации (другое название – система селективного каталитического восстановления,Selective Catalytic Reduction, SCR) применяется на автомобилях с дизельным двигателем с 2004 года. Система снижает уровень оксидов азота в отработавших газах и, тем самым, позволяет выполнить нормы токсичности Евро 5 и Евро 6.
Система SCR является разработкой компании FPT Industrial, входящей в состав Fiat. Система устанавливается на грузовых и легковых автомобилях, автобусах. В настоящее время систему каталитической нейтрализации применяет на своих легковых автомобилях Audi, BMW, Mazda, Mercedes-Benz, Mini, Volkswagen.
Название системы свидетельствует о том, что нейтрализация отработавших газов происходит избирательно — снижается содержание только оксидов азота. По своему предназначению система селективного каталитического восстановления является альтернативой системы рециркуляции отработавших газов.
Конструктивно система избирательной каталитической нейтрализации включает бак, насос, форсунку, механический смеситель, восстановительный катализатор, систему электронного управления и систему подогрева.
Нейтрализация оксидов азота осуществляется с помощью восстановительного реагента, в качестве которого выступает 32,5% раствор мочевины. Именно при такой концентрации температура замерзания раствора мочевины имеет наивысшее значение. Применяемый в системе SRC раствор мочевины имеет торговое название AdBlue.
Бак является резервуаром для хранения мочевины. Объем и количество баков определяется конструкцией системы и мощностью двигателя. В зависимости от условий эксплуатации расход мочевины составляет 2-4% от расхода топлива. Насос служит для подачи мочевины к форсунке под определенным давлением. Он имеет электрический привод и устанавливается непосредственно в баке мочевины. Для перекачки мочевины используют насосы различных типов: шестеренный, мембранный.
В нагнетательную магистраль системы нейтрализации включен электромагнитный клапан обратной перекачки мочевины. При выключении двигателя автомобиля клапан обеспечивает перекачку мочевины из трубопровода обратно в бак. Форсунка впрыскивает определенное количество мочевины в выпускной тракт, а именно в направляющую трубу.
Следом за форсункой в направляющей тубе установлен механический смеситель, который дробит капли мочевины для испарения, а также закручивает отработавшие газы для лучшего смешивания с мочевиной. Направляющая труба заканчивается восстановительным катализатором, имеющим сотовую структуру. Стенки катализатора покрыты веществом, ускоряющим восстановление оксидов азота (цеолит меди, пентаоксид ванадия).
Электронная система управления традиционно включает входные датчики, блок управления и исполнительные устройства. Входными устройствами системы управления являются датчики давления мочевины, уровня мочевины и температуры мочевины, датчик оксидов азота и датчик температуры отработавших газов.
Датчик давления мочевины контролирует давление, создаваемое насосом. Датчик уровня мочевины следит за уровнем мочевины в баке. Информация об уровне и необходимости дозаправки системы выводится на комбинацию приборов и сопровождается звуковым сигналом. Датчик температуры обеспечивает измерение температуры мочевины. Перечисленные датчики устанавливаются в модуле подачи мочевины (в баке).
Датчик оксидов азота определяет содержание оксидов азота в отработавших газах после каталитической нейтрализации и поэтому устанавливается после восстановительного катализатора. Датчик температуры отработавших газов непосредственно запускает процесс нейтрализации при достижении отработавшими газами температуры 200°С.
Сигналы от входных датчиков поступают в электронный блок управления, в качестве которого выступает блок управления двигателем. В соответствии с заложенным алгоритмом по команде блока управления активизируются определенные исполнительные устройства: электродвигатель насоса, электромагнитная форсунка, электромагнитный клапан обратной перекачки, а также поступают сигналы в блок управления системой подогрева.
Используемый в системе SCR раствор мочевины имеет температуру замерзания ниже -11°С и при определенных условиях требуется его подогрев. Функцию подогрева мочевины выполняет отдельная система, включающая датчики температуры мочевины и температуры наружного воздуха, блок управления и нагревательные элементы. В зависимости от конструкции системы нагревательные элементы устанавливаются в баке, насосе и трубопроводе. Подогрев мочевины начинается при температуре окружающего воздуха ниже -5°С.
Работа системы избирательной каталитической нейтрализации осуществляется следующим образом. Впрыскиваемая форсункой мочевина подхватывается потоком отработавших газов, перемешивается и испаряется с помощью смесителя. На участке до восстановительного катализатора мочевина распадается на аммиак и углекислый газ. В катализаторе аммиак вступает в реакцию с оксидами азота, в результате которой образуются безопасные азот и вода.