Układ oczyszczania spalin pojazdów z silnikiem Diesla
Spaliny silników Diesla to gazy spalinowe emitowane przez silnik Diesla po spaleniu oleju napędowego, które zawierają setki różnych związków. Gazy te nie tylko mają dziwny zapach, ale także powodują zawroty głowy, nudności i wpływają na zdrowie. Według ekspertów Światowej Organizacji Zdrowia (WHO), spaliny silników Diesla są silnie rakotwórcze i zaliczane do substancji rakotwórczych klasy A. Zanieczyszczenia te obejmują głównie tlenki azotu (NOx), węglowodory (HC), tlenek węgla (CO) i cząstki stałe itp., które są emitowane głównie drogą przyziemną. Zanieczyszczenia te dostają się do dróg oddechowych przez nos i usta, powodując szkody dla zdrowia ludzi.
Głównymi emisjami silników Diesla są pyły zawieszone (PM) i NOx, natomiast emisje CO i HC są niższe. Kontrola emisji spalin silników Diesla polega głównie na kontrolowaniu wytwarzania pyłów zawieszonych (PM) i NOx oraz redukcji bezpośredniej emisji PM i NOx. Obecnie, aby rozwiązać problem emisji spalin pojazdów z silnikiem Diesla, większość rozwiązań technicznych wykorzystuje układ EGR + DOC + DPF + SCR + ASC.
EGR
EGR to skrót od Exhaust Gas Recirculation (recyrkulacja spalin). Recyrkulacja spalin polega na zawróceniu części spalin odprowadzanych z silnika do kolektora dolotowego i ponownym wprowadzeniu ich do cylindra ze świeżą mieszanką. Ponieważ spaliny zawierają dużą ilość gazów wieloatomowych, takich jak CO2, a CO2 i inne gazy nie ulegają spaleniu, ale absorbują dużą ilość ciepła ze względu na wysoką pojemność cieplną, maksymalna temperatura spalania mieszanki w cylindrze ulega obniżeniu, co zmniejsza ilość generowanych NOx.
DOKTOR
Pełna nazwa DOC oznacza katalizator utleniający do silników wysokoprężnych. Jest to pierwszy etap całego procesu oczyszczania spalin, zwykle pierwszy etap trójstopniowego układu wydechowego, zazwyczaj z metalami szlachetnymi lub ceramiką jako nośnikiem katalizatora.
Główną funkcją DOC jest utlenianie CO i HC w spalinach, przekształcając je w nietoksyczne i nieszkodliwe CO2 i H2O. Jednocześnie może on również absorbować rozpuszczalne składniki organiczne i niektóre cząstki węgla oraz redukować emisję niektórych cząstek stałych. NO jest utleniany do NO2 (NO2 jest również gazem źródłowym reakcji dolnej). Należy zauważyć, że wybór katalizatora jest ściśle związany z temperaturą spalin silnika Diesla. Gdy temperatura jest poniżej 150°C, katalizator zasadniczo nie działa. Wraz ze wzrostem temperatury, wydajność konwersji głównych składników cząstek spalin stopniowo wzrasta. Gdy temperatura jest wyższa niż 350°C, ze względu na dużą ilość produkcji siarczanów, ale wzrasta emisja cząstek, a siarczany pokryją powierzchnię katalizatora, zmniejszając jego aktywność i wydajność konwersji, dlatego istnieje potrzeba czujniki temperatury do monitorowania temperatury dolotowej DOC, gdy temperatura dolotowa DOC przekracza 250 °C, węglowodory normalnie się zapalają, czyli zachodzi wystarczająca reakcja utleniania.
Filtr cząstek stałych (DPF)
Pełna nazwa filtra DPF to Diesel Particle Filter (filtr cząstek stałych), który stanowi drugi element procesu oczyszczania spalin, a jednocześnie drugą sekcję trzystopniowego układu wydechowego. Jego główną funkcją jest wychwytywanie cząstek stałych (PM), a jego zdolność do redukcji PM wynosi około 90%.
Filtr cząstek stałych może skutecznie zmniejszyć emisję cząstek stałych. Najpierw wychwytuje je ze spalin. Z czasem coraz więcej cząstek stałych osadza się w filtrze DPF, a różnica ciśnień w filtrze DPF stopniowo rośnie.czujnik różnicy ciśnieńMoże to monitorować. Gdy różnica ciśnień przekroczy określony próg, proces regeneracji filtra DPF usuwa nagromadzone cząstki stałe. Regeneracja filtrów polega na stopniowym wzroście ilości cząstek stałych w filtrze podczas długotrwałej eksploatacji, co może powodować wzrost ciśnienia wstecznego w silniku i prowadzić do spadku jego osiągów. Dlatego konieczne jest regularne usuwanie nagromadzonych cząstek stałych i przywracanie wydajności filtru.
Gdy temperatura w pułapce na cząstki osiągnie 550°C, a stężenie tlenu przekroczy 5%, osadzone cząstki ulegną utlenieniu i spaleniu. Jeśli temperatura spadnie poniżej 550°C, zbyt duża ilość osadu zablokuje pułapkę.czujnik temperaturyMonitoruje temperaturę wlotową filtra DPF. Gdy temperatura nie spełnia wymagań, sygnał jest zwracany. W tym momencie konieczne jest wykorzystanie zewnętrznych źródeł energii (takich jak grzałki elektryczne, palniki lub zmiany warunków pracy silnika), aby podnieść temperaturę wewnątrz filtra DPF i spowodować utlenienie i spalenie cząstek stałych.
SCR
SCR to skrót od Selective Catalytic Reduction (selektywna redukcja katalityczna), czyli systemu selektywnej redukcji katalitycznej. Jest to również ostatni element rury wydechowej. Wykorzystuje mocznik jako reduktor i katalizator, który reaguje chemicznie z NOx, przekształcając NOx w N2 i H2O.
Układ SCR wykorzystuje układ wtryskowy wspomagany sprężonym powietrzem. Pompa zasilająca roztworem mocznika posiada wbudowane urządzenie sterujące, które może sterować wewnętrzną pompą zasilającą roztworem mocznika i elektrozaworem sprężonego powietrza, aby działały zgodnie z ustalonymi procedurami. Sterownik wtrysku (DCU) komunikuje się z komputerem sterującym silnikiem (ECU) poprzez magistralę CAN w celu uzyskania parametrów pracy silnika, a następnie na podstawie tych danych przekazuje sygnał temperatury katalizatora.czujnik wysokiej temperatury, oblicza ilość wtryskiwanego mocznika i steruje pompą zasilającą roztworem mocznika, aby wtryskiwała odpowiednią ilość mocznika przez magistralę CAN. Wewnątrz rury wydechowej. Zadaniem sprężonego powietrza jest transport odmierzonej ilości mocznika do dyszy, tak aby mocznik mógł zostać całkowicie rozpylony po rozpyleniu przez dyszę.
ASC
Katalizator wycieku amoniaku ASC to skrót od katalizatora wycieku amoniaku. Ze względu na wyciek mocznika i niską wydajność reakcji, amoniak powstający w wyniku rozkładu mocznika może być odprowadzany bezpośrednio do atmosfery, nie uczestnicząc w reakcji. Wymaga to instalacji urządzeń ASC zapobiegających wyciekowi amoniaku.
ASC jest zazwyczaj instalowany w tylnej części reaktora SCR i wykorzystuje powłokę katalizatora, np. z metali szlachetnych, na wewnętrznej ścianie nośnika, aby katalizować reakcję REDOX, w której NH3 przekształca się w nieszkodliwy N2.
Czujnik temperatury
Służy do pomiaru temperatury spalin w różnych miejscach katalizatora, w tym temperatury dolotowej katalizatora DOC (zwykle określanej jako temperatura T4), filtra DPF (zwykle określanej jako temperatura T5), katalizatora SCR (zwykle określanej jako temperatura T6) oraz temperatury w rurze wydechowej katalizatora (zwykle określanej jako temperatura T7). Jednocześnie odpowiedni sygnał jest przesyłany do sterownika silnika (ECU), który realizuje odpowiednią strategię regeneracji i wtrysku mocznika na podstawie danych zwrotnych z czujnika. Napięcie zasilania wynosi 5 V, a zakres pomiaru temperatury wynosi od -40°C do 900°C.
Czujnik różnicy ciśnień
Służy do pomiaru ciśnienia wstecznego spalin między wlotem a wylotem powietrza filtra DPF w katalizatorze i przesyłania odpowiedniego sygnału do sterownika silnika (ECU) w celu kontroli działania filtra DPF i monitorowania OBD. Napięcie zasilania wynosi 5 V, a temperatura pracy wynosi od -40 do 130°C.
Czujniki odgrywają kluczową rolę w układach oczyszczania spalin pojazdów z silnikiem Diesla, pomagając monitorować i kontrolować emisje, aby spełnić wymogi ochrony środowiska i poprawić jakość powietrza. Czujniki dostarczają danych o temperaturze spalin, ciśnieniu, poziomie tlenu i tlenkach azotu (NOx), które jednostka sterująca silnikiem (ECU) wykorzystuje do optymalizacji procesów spalania, poprawy efektywności paliwowej i wydłużenia żywotności podzespołów układu oczyszczania spalin.
Ponieważ przemysł motoryzacyjny nadal koncentruje się na ograniczaniu emisji i poprawie jakości powietrza, rozwój i integracja zaawansowanych czujników ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia tych celów.