Устройства доочистки выхлопных газов что это

Системы нейтрализации отработавших газов на дизельных моторах.

Введение : Работая над преамбулой к описанию систем нейтрализации выхлопных газов (Selective Catalytic Reduction ) задумался о освещении, так сказать, предистории возникновения данных систем. Частично о проблеме выброса ОГ (отработавших газов)я уже писал, разбирая систему возврата отработавших газов (EGR) и ее проблемы в конкретных конструктивных решениях, теперь пришло время поговорить о другом . Опору сделаем на конкретные параметры. Для оценки эффективности сгорания топлива в дизельном моторе есть два основополагающих фактора это количество частиц сажи и количество оксидов азота (NOx) которое измеряется в милиграммах на км .

Как видите данные показатели составляют значительную часть всех компонентов OГ влияющих на экологию негативно .При нормах Евро 3 (2000г) в ОГ допускалось содержание 500 мг NOx, в настоящее время, уже при нормах 2018 года (евро 6, 2018) их количество должно быть сокращено практически в 6 раз ! (80) . Надо отчетливо понимать, что приведение этого показателя в норму в принципе становится недостижимым только средствами инженерных решений при компоновке элементов ДВС и разработки их конструкции ( форма камера сгорания, система впуска, модернизации топливной системы и т.д.), а требует и непосредственной работы с самими выхлопными газами .Практически это означает, что любой дизельный ДВС не оснащенный этими двумя системами просто будет запрещен к эксплуатации в данных странах (что бы подчеркнуть важность данного вопроса, хочу напомнить, что согласно статистике, более 65% частного легкового автомобильного парка в таких странах как Бельгия, Франция, Испания и др. составляют автомобили именно с дизельным мотором, и вопрос, учитывая их законодательства, по допуску к эксплуатации стоит весьма остро ). Размышляя по вопросу дальнейших перспектив детища Рудольфа Дизеля и просматривая материалы по этому вопросу мне попалась очень интересная точка зрения, когда ужесточение экологических норм относительно дизельных моторов было связано с процентным соотношением выхода фракций при нефтепереработке (диз. топливо относительно бензина 20 к 45 в среднем ), правда не стоит забывать о коммерческом транспорте, подавляющее количество которого по- прежнему работает на дизельных ДВС (и это не электрический городской автобус, а автопоезда которые приносят весьма солидную прибыль, расскажите дальнобойщикам Австралии например, про преимущество электрической тяги или экономичность бензинового мотора)) .Но нам разумеется ближе то, что происходит у нас, а у нас ситуация совершенно иная, можно сказать, зеркальная. .Для начала, хочется отметить тот факт, что автомобили оборудованые сажевыми фильтрами и системой «Ad blue»(впрыск мочевины) официально не поставлялись ОД для реализации в России, скорее всего из- за больших претензий к качеству диз.топлива (и они по большей части обоснованы ), основополагающей примесью в котором была сера (она и приводила в негодность весьма недешевые компоненты этих систем). Я отлично помню, работая в структуре VW c 1999-2008 с какой гордостью (если не сказать с апломбом )) подавались тезисы «о самом чистом и в то же время экономичном дизельном моторе», о преимуществе этих моторов выраженном в цифрах, по Американскому континенту с его мизерным 1.5 % общей реализации выпуска дизельных автомобилей, все таки больше 56% были моторы VW . Не могу не отметить то, что эти 1.5 % и стали в дальнейшем «костью в горло», и думаю, на долгое время, поскольку нашлись пытливые виргинские товарищи которые смогли сопоставить то, что выделяет двс на дороге и при стандартном контрольном ездовом цикле . «слегка» отличаются)).Это «слегка», напоминаю, заключается в цифре СОРОК ! Жалко, что премий за такие «открытия» не существуют и Оскара не дают)), можете себе представить какой масштаб скандала, действительно натуральный дизельгейт . Обычным людям остается только сожалеть, о том что все это великолепие .

.в конце концов просто сгниет на стоянке в Потомаке )).Ведь все потуги со сменой программного обеспечения или установке(по акции) «специального сепаратора» воздушного потока (обычная сетка как на расходомере) не приведут к выполнению необходимых норм, а вывезти автомобили для реализации в другом месте слишком накладное мероприятие . Почему проблема таких огромных масштабов кардинально не решается мы разберем когда будем рассматривать компоненты системы впрыска мочевины в ОГ (универсальное обозначение системы «Ad Blue») более подробно . Итак, простите за длинное «предисловие «, пожалуй начнем рассматривать системы более подробно и первая по списку у нас будет система наиболее известная большому количеству автовладельцев с дизельными моторами под названием «Сажевый фильтр « .))

Часть 1 .Сажевый фильтр или DPF (Diesel Particulare Filter).

Возникновение частиц сажи (средний диаметр около 5мкм) при работе дизельного мотора неизбежно, поскольку обеспечить полное сгорание дизельного топлива по всему объему камеры сгорания невозможно, всегда найдутся зоны, где топливо полностью не сгорает (зоны переобогащения) . Да, разумеется, общее количество таких зон (и сажи как следствие) вы можете значительно снизить ( тут можно упомянуть в качестве влияющих факторов повышение давление впрыска при котором повышается температура цикла, изменение формы днища поршня для улучшения процесса сгорания, применение вихревых каналов вместе с вихревыми заслонками (которые владельцы, как правило, потом вырезают полностью устав оплачивать их периодическую замену)), однако, убрать эти зоны до величины погрешности все равно не получится, а если не получается повлиять на чистоту сгорания внутри мотора, значит надо придумать способ …улавливать не желательный продукт на выходе(напоминает биологический процесс не находите ?)) . Сама частица сажи тоже продукт комбинированный, адсорбирующая примеси на поверхности .

Почему же состояние сажевого фильтра сейчас вызывает гораздо больше опасений и разговоров чем, скажем обычный катализатор на бензиновых моторах ранее ? Дело в том, что рабочая среда катализаторов –газы (COх, NHx, NOx) требует только максимальную площадь воздействия каталитических элементов для которых вполне подходят идеально прямые по всей длине соты, с сажевым же фильтром нужно улавливать и взвешенные частицы, помимо нейтрализации описанных газов, а для этого прямые соты не подойдут, на первых типах выхлопных систем они конструктивно выполнялись отдельно, где нейтрализаторы каталитическое типа с прямыми сотами стояли до сажевого фильтра, в TDi последних выпусков они стали объединятся в один корпус, где сажевый фильтр работал в «межстеночном» пространстве, а сами прямые каналы были попеременно закрыты со стороны впуска и выпуска .

В итоге пришли вот к такой конструкции .

Так в чем «соль» постоянного обсуждения состояния этого узла среди владельцев автомобилей оборудованных такой системой ? Дело в том, что проходимость данного фильтра довольно жестко завязана на пожарную безопасность автомобиля и любое отклонение по сопротивлению потоку ОГ тут же вызывает принудительно ограничение мощности ДВС инициируемое ЭБУ (с соответствующей индикацией на комбинации приборов).

Если говорить простым языком, массу сажи, которую мы видим в параметрах, физически никто «взвесить» не может, определение величины достигается расчетным способом. Базовым показателем расчета является массовый расход воздуха( расходомер, еще одна его важная функциональная обязанность ) на основании которого и температуры ОГ (датчик температуры ОГ ) определяется объемный расход ОГ, учитывающий температурные показатели цикла, далее имея параметр газодинамического сопротивления (по датчику перепада давлений в сажевом фильтре) уже можно вычислить количество сажи которое находится в сажевом фильтре. Поскольку речь идет о фильтре, который, тем не менее, невозможно просто сменить, то сажу нужно каким то образом из него все-таки удалять )) . Известны два программных способа очистки такого фильтра -штатная(в процессе эксплуатации автомобиля ) и аварийная( посредством диагностического прибора на сервисе ), если же заполнение сажей фильтром превышает 80% то без его фактической замены не обойтись, об этом надо помнить! Разумеется проверять его при ТО и предупреждать владельца о его состоянии сервис просто обязан!(хотя большинство обращений по поводу этих работ к сервисменами обычно заканчивается словами «Резать к чертовой матери !»))) Если говорить о экологичности данных процессов (а зачем собственно сажевый фильтр нужен ?), то наблюдается странный парадокс, когда штатная операция при эксплуатации автомобиля выполняемая не в полном объеме приносит больше вреда, чем аварийная в сервисе .Довольно часто при проведении аварийной (активной) регенерации задают вопрос о вредности самого процесса, поэтому уточняю этот момент отдельно ) ) .судите сами .Вот химические процессы последовательно протекаемые в сажевом фильтре при, пассивной регенерации .

Обратите внимание, много условностей для нормального протекания трехступенчатого процесса и катализатор (платина ) должен быть использован максимально для связывания NOx(чему препятствуют примеси в топливе и сера в особенности), и образуемого NO2 должно хватать для взаимодействия с углеродом на составляющие газы и, наконец, избыточное количество кислорода (вспоминаем EGR, заслонки, сам процесс сгорания диз.топлива с переобогащенными зонами и понимаем, что с этим тоже проблема) для связывания обоих вредных примесей.При активной же регенерации частички сажи сгорают благодаря высокой температуре ОГ. При этом образующий частицы сажи углерод соединяется с кислородом, образуя диоксид углерода.
C + O2 образуют CO2
Просто нагрей и получишь результат )) .
(Конечно при такой процедуре и рабочей температуре под 600 градусов фильтр разогревается до красна, и обязательно нужен обдув и соблюдение пожарной безопасности, но все же.))
Если говорить о режиме сложности проведения штатной регенерации, то дело не только в самом топливе, но и в условиях возникновения оптимальной регенерации (восстановления) сажевого фильтра, ведь при длительной эксплуатации автомобиля в режиме движения на короткие расстояния регенерация сажевого фильтра может оказаться невозможной из-за слишком низкого уровня температур ОГ. В таких случаях фильтр может быть поврежден или заблокирован сажей. Именно в такой момент водитель задается вопросом, что это за новый непонятный значек появляется на комбинации приборов и еще моргать начинает и он, разумеется, делает …не то, что нужно –давит на тормоз)), оказывается, если эта лампа загорелась, то водителю, наоборот, рекомендуется двигаться в течение приблизительно 15 минут с равно- мерной по возможности скоростью, которая должна превышать 60 км/ч.Более того наиболее эффективно фильтр регенерируется при движении автомобиля на 4-ой или 5-ой передачах и работе двигателя с частотой вращения около 2000 об/мин. Ну перед немцем с его автобанами высшего класса до местной деревни такой вопрос не стоит, а вот что делать нам с вездесущими пробками ? Штатные мероприятия, предусмотренные конструкторами(здесь и далее фрагменты SSP 336), когда нет возможности провести регенерацию по впрыску дополнительного количества топлива (что бы топливо догорало прямо в катализаторе, поднимая таким образом его температуру ).

.тоже не помогают ( но автомобиль в это время ведет себя подозрительно вяло)) и в итоге, хорошо если в сервисе при обслуживании следят за количеством сажи и проводят аварийную регенерацию своевременно, а если нет ?
Если «нет» существуют два пути — попытка отмыть фильтр паровой смесью которая впрыскивается перед катализатором и просто связывает сажу вытекая черной субстанцией (В качестве примеров можно привести -DPF Cleaner, Pro-Line Diesel Partikelfilter Reiniger от Liqui Moly, Tunap -широко рекламируемый, можно также вспомнить различные присадки в само топливо от Wynn’s, Valvoline, Verylube использование которых весьма желательно при начале эксплуатации автомобиля с сажевым фильтром, а не с возникновением самих проблем .
p/S/ Кстати, хотелось бы отметить сходную механику по части добавления специальных примесей в ОГ, демонстрируют сажевые фильтры на пежо, Ситроен(общепринятое обозначение FAP (Filtre a Particules) где в выпуск впрыскивается специальная присадка и говоря простым языком «готовим барбекю» только вливаем на «угли» не жидкость, а соединение церия который сгорая поднимает температуру до приемлимых 1000 градусов выжигая таким образом сажу )) .
К сожалению жидкие субстанции нормально очищают, как правило, небольшое количество сажи, а когда наступает момент и штатная регенерация не помогает, то обычно все происходит, как описано вот здесь .Второй путь — просто его удалить в том числе и программно. Первый способ не является ультимативным и фильтр все равно накапливает больше сажи, хотя у него есть и сторонники и противники (вреда то точно не нанесет ), чем ее теряет, может быть просто удалить ?
Для начала какой дизельный мотор имеется ввиду если PD-TDi (насос форсунка ), то имеет смысл учитывать, к примеру, вот такое обстоятельство .

…которое приведет к дополнительному расходу топлива и переобогащению смеси, и вполне можно получить вот такой эффект при перегазовке (запах кстати тоже соответствующий)) .

…через некоторое время и сам оконечник выхлопной трубы начинает выглядеть неприглядно .Впрочем и на CR-TDi к сожалению от такого «приятного «сюрприза полностью обойтись тоже не удастся, подозреваю, что механика привода и там переработана. Лично меня, в такой операции, которую называют «перепрошивка при удалении сажевого фильтра «удивляет ее не адекватная стоимость((. Хочу напомнить речь идет не о переработке параметров трехмерной характеристики, с подгоном отдельным параметров на мощностном стенде . Надо четко понимать, что в случае с сажевым фильтром, заводом изготовителем была предусмотрена возможность установка его в качестве ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО оборудования .

…а это значит, что при такой установке допускается изменение минимального набора «ключей» которые уже в заводской прошивке имеются и такое перепрограммирование не является сложным процессом .Хорошо, допустим, Вы решили раз и навсегда избавиться от данной детали и не хотите больше вспоминать радостные ощущения от внезапного снижения мощности, зажигания лампочки, переживаний о потере времени в сервисе. Что в этом случае Вы получаете ? Среди положительных моментов, кроме вышеописанного это снижение расхода топлива, возможность в дальнейшем повышения мощности ДВС посредством тюнинговой прошивки, довольно часто снижение порога частоты оборотов при «подхвате « вовремя ускорения, использование обычного НЕ малозольного масла (т.е. существенно увеличивается выбор и снижается стоимость такого масла ), а среди отрицательных ? Первым делом можно забыть о посещении европейских стран, самый простой дымомер поставит крест на Вашем желании покатать на своем авто по улицам не только Парижа и Берлина, но и Риги и Таллина, законодательство по этой части очень жесткое . Далее, в свое время я долго пытался решить как найти сервис который удаляя сажевый фильтр и меняя прошивку, подберет ТАКОЙ резонатор/глушитель, который будет хотя бы частично снижать количество сажи при перегазовке для этой цели рассматривались обычные «проходные» катализаторы, смещение банки вдоль выпускного тракта, изменение топливной карты в прошивке поднимая температуру цикла одновременно с отключением системы EGR и т.д, а если нет такого решения, то хотя бы снизить уровень шума на выхлопе(очень четко прослушивается подключение турбокомпрессора под нагрузкой, общий фон шумности, вибрационные нагрузки порой, довольно часто жалуются на явно выраженный «солярочный» запах выхлопа), к сожалению такую задачу полностью так и не удалось решить, не зря расчет выхлопной системы это особо охраняемая тайна, а комплект таких специализированных изделий стоит не малых денег .
——————————————————————————————————————————————————-
Что же можно сказать напоследок по данному вопросу и какой вывод сделать в общем по системе ? По моему разумению если Вам «повезло» и Ваш автомобиль оборудован такой системой, нужно, все таки по возможности максимально растянуть срок ее работы, в том числе и используя вышеописанные присадки в топливо и проводя своевременно регенерацию фильтра, и только тогда когда провести ее не будет никакой возможности думать о решении вопроса «операционным» методом, здесь полная аналогия с медициной, после удаления Ваш комфортный, немецкий автомобиль не будет уже таким комфортным …и немецким, к сожалению по сравнению с удалением катализатора на бензиновым моторе разница будет существенная, об этом желательно помнить, и не махать скальпелем преждевременно )) На этом повествование завершаю, а в части второй мы погрузимся поговорим )) с Вами о волшебном мире мочевины»Ad Blue» и почему без нее сейчас совсем не обойтись при эксплуатации дизельных моторов . До встречи.
Денис Карпов

Системы нейтрализации выхлопных газов машины

Статья о нейтрализации выхлопов на бензине и дизеле: состав выхлопных газов, системы нейтрализации. В конце статьи — видео о том, что делать с запахом выхлопа в салоне. Статья о нейтрализации выхлопов на бензине и дизеле: состав выхлопных газов, системы нейтрализации. В конце статьи — видео о том, что делать с запахом выхлопа в салоне.

Системы нейтрализации выхлопных газов машины

Проблема загрязнения воздуха и окружающей среды не нова – первые серьезные изменения были отмечены еще в 70-х годах прошлого века. Однако сегодня, спустя почти полвека, ситуация значительно усугубилась: автомобильного транспорта стало значительно больше, вместе с ним возросла концентрация вредных веществ и соединений, попадающих в атмосферу мегаполиса и вызывающих у сограждан серьезные нарушения здоровья.

Борьба за чистоту воздуха привела к созданию так называемых нейтрализаторов для двигателей бензинового и дизельного типа. Сегодня такие системы часто интегрированы в бортовую электронику транспортного средства. Что это за системы и как они работают? Рассмотрим детально.

Выхлопные газы

Во время работы различные системы автомобиля (ДВС, топливная, вентиляционная, а также ходовая часть) выделяют вредные вещества в виде газа и мелкодисперсной пыли. Часть из них – неядовитые соединения, которые содержатся в обычном воздухе. Другая часть является ядовитыми, токсичными и канцерогенными веществами, которые не только негативно влияют на окружающую среду, но и разрушают здоровье человека. Основные загрязнители:

СО

В современном законодательстве проблема экологии и нормы предельно допустимых выхлопных газов для автотранспортных средств регулируются техрегламентом Таможенного союза ТР ТС 018/2011 в поправке от 11.07.2016. Однако с 11 ноября 2018 и в него будут внесены поправки, ну а пока допускаются следующие предельные показатели: СО — 85 г/кВт•ч, НС — 5 г/кВт•ч, NO — 17 г/кВт•ч.

А к обязательным компонентам автомобилей относятся системы нейтрализации отработавших газов, в том числе сменные каталитические нейтрализаторы (за исключением систем нейтрализации на основе мочевины).

Решение для бензиновых двигателей

Системы нейтрализации выхлопных газов автомобиля бывают двухкомпонентными и трехкомпонентными, причем последние появились сравнительно недавно. Как устроена и работает данная система?

Принцип действия

Работа нейтрализатора заключается в окислении токсичных веществ при помощи катализаторов, в результате чего продукты неполного сгорания топлива дожигаются или разлагаются на безвредные химические элементы и вещества.

Активными компонентами (катализаторами) выступают драгоценные металлы — палладий, платина. Популярны и менее затратны катализаторы на основе оксида меди, кобальта, никеля, ванадия, марганца, железа, алюминия. Нередки катализаторы на основе сплавов стали нержавеющей или легированной, бронзы или латуни.

Конструкция

Основные элементы нейтрализатора – корпус из нержавеющей жаропрочной стали, внутренняя поверхность которой выстлана терморасширительной прокладкой. Внутри бака — газоподводящий и отводящий цилиндр и ячеистые соты, на которые нанесен слой вещества — катализатора.

Устройство в автомобильных системах и порядок работы

Системы нейтрализации выхлопных газов располагаются в непосредственной близости от ДВС, под днищем транспортного средства. Через шарнирное соединение нейтрализатор подсоединяется к выпускному коллектору с одной стороны, и выхлопной системе – с другой.

Для обеспечения качественной химической реакции с участием кислорода системы нейтрализации используют воздушные насосы или виброклапаны. При разогреве системы нейтрализации до 400-800 градусов CO (оксид углерода) и CH (углеводороды) под действием катализаторов превращаются в углекислый газ и воду. Близкое расположение нейтрализаторов к ДВС позволяет снизить количество NОх (окисла азота) сразу после запуска двигателя.

Обратную связь с блоком управления автомобиля нейтрализатору обеспечивают лямбда-зонды, специальные кислородные датчики, или четырехгазовые анализаторы, которые на входе и выходе из системы определяют уровень кислорода и качество очистки выхлопных газов.

Решение для дизельных двигателей

Аналогично бензиновым двигателям, дизели имеют системы нейтрализации выхлопных газов. Однако главной проблемой остается сажа: не до конца сгоревшее топливо под действием химических процессов превращается в твердые мелкодисперсные частицы — канцерогены.

Нейтрализаторы решить эту проблему не способны. Поэтому перед тем, как выхлопной газ попадет в систему нейтрализации, он проходит очистку сажевым фильтром.

Конструкция

Аналогично нейтрализатору, фильтр имеет ячеистые соты, которые в шахматном порядке закрыты накопительными перегородками-фильтрами частиц. Для каждого производителя автомобиля с дизельным двигателем используется своя система контроля данного параметра. Среди видов таких фильтров можно выделить:

Проблемы системы нейтрализации выхлопных газов

Все вышеописаные системы характерны для автомобилей импортного производства и моделей последнего поколения. Для отечественного автопрома с карбюраторами установка нейтрализатора не популярна, не пользуется спросом, а также может быть весьма накладна.

Существенная стоимость систем нейтрализации выхлопных газов при их выходе из строя на импортных автомобилях чаще всего приводит к попытке избавиться от такой «нужной» детали. А выйти из строя он может по ряду причин:

Предугадать точный пробег нейтрализатора невозможно: на одних машинах он едва ли переваливает за 100 тыс. км, на других отлично ведет себя при пересечении отметки в 200 тысяч.

Как решить проблему системы нейтрализации выхлопных газов? Не стоит спешить и демонтировать нейтрализаторы, ведь борьба за экологию только началась. Кроме того, что могут возникнуть непредвиденные поломки, которые не сможет диагностировать «обманутая» электроника, требования к выхлопам при прохождении ТО ужесточаются, а значит, не все владельцы смогут его пройти. Да и токсичные выхлопы и канцерогены смогут в большой концентрации попасть в салон и нанести непоправимый вред здоровью водителя и пассажиров.

Гораздо целесообразнее проводить своевременную профилактическую проверку состояния нейтрализатора и сажевого фильтра и при возникновении критической для работы поломки или неисправности – заменить на новый. Ведь суммарная стоимость устранения возникших по причине отсутствия этого важного элемента неполадок может быть существенно выше.

Система доочистки выхлопных газов

Изобретение относится к способу и устройству для очистки выхлопных газов дизельного двигателя. Сущность изобретения: система доочистки выхлопных газов включает в себя узел дизельного сажевого фильтра (УДСФ), установленный за дизельным двигателем, устройство селективного каталитического восстановления (УСКВ), сообщающееся с УДСФ, первый инжектор для подачи восстанавливающего агента в выхлопные газы, установленный за УДСФ и перед УСКВ, по меньшей мере один датчик NOx, установленный за УСКВ, для предоставления по меньшей мере одного сигнала координатору NOx, по меньшей мере один датчик температуры, установленный перед и/или за УСКВ для предоставления по меньшей мере одного температурного сигнала координатору NOx, который предназначен для переключения дизельного двигателя в режим высокого или низкого уровня NOx в зависимости от значений по меньшей мере одного сигнала по NOx и по меньшей мере одного температурного сигнала. Также представлен способ доочистки выхлопных газов и считываемая компьютерная память. Техническим результатом изобретения является максимизация пассивного генерирования сажи, поддержание минимального числа регенерации на основе активного О₂, низкий расход топлива и восстанавливающего агента при удержании выбросов NOx ниже нормальных уровней. 3 н. и 32 з.п. ф-лы, 5 ил.

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для очистки выхлопных газов дизельного двигателя, в частности, настоящее изобретение относится к способу и устройству для очистки выхлопных газов дизельного двигателя, которые обеспечивают удаление твердых частиц и NOx, содержащихся в выхлопных газах.

Действующие законодательные нормы на автомобильном рынке привели к росту требований относительно улучшения топливной экономичности и снижения выбросов современных транспортных средств. Эти законодательные нормы необходимо увязать с требованиями потребителей в отношении обеспечения высоких эксплуатационных характеристик и быстродействия транспортного средства.

Дизельный двигатель имеет КПД до примерно 52% и, таким образом, является наилучшим преобразователем энергии ископаемых топлив. Концентрация выбросов NOx зависит от местной концентрации атомов кислорода и местной температуры. Однако упомянутый высокий КПД возможен лишь при повышенной температуре сгорания, при которой неизбежны высокие уровни выбросов NOx. Кроме того, подавление образования NOx с помощью внутренних средств (соотношение воздух/топливо) имеет тенденцию к увеличению выбросов твердых частиц, известную как компромисс NOx-твердые частицы. К тому же избыток кислорода в выхлопных газах дизельного двигателя препятствует применению стехиометрической трехходовой системы каталитического дожига выхлопных газов для снижения выбросов NOx.

Снижение содержания оксидов азота (NOx) и твердых частиц ТЧ в выхлопных газах дизельного двигателя стало весьма серьезной проблемой в свете защиты окружающей среды и экономии ограниченных ресурсов ископаемых топлив.

В соответствии с ожидаемыми требованиями законодательства (US 10, EU VI и т.п.) в системе очистки выхлопных газов, возможно, потребуется сочетание дизельного катализатора окисления (ДКО), дизельного сажевого фильтра (ДСФ) и катализатора селективного каталитического восстановления (СКВ).

Оптимизация сгорания внутри цилиндра с целью максимизации топливной экономичности обычно приводит к высоким уровням NOx в выхлопных газах. Это представляет проблему при современном жестком законодательстве по выбросам, так как система доочистки может лишь снизить некоторое количество NOx. Отсюда следует компромисс между топливной экономичностью и соответствием нормативам по выбросам.

Уменьшение выбросов NOx из двигателя также приводит к снижению пассивной регенерации ДСФ. Это может привести к увеличению частоты регенераций ДСФ на основе О₂ (где это применимо), что имеет тенденцию к ускоренному износу системы доочистки выхлопных газов (СДВГ) (ДКО+ДСФ+СКВ). Следовательно, менее пассивная регенерация может привести к необходимости укрупнения системы СДВГ для компенсации возросшего износа. Кроме того, при регенерации на основе О₂ наблюдается повышенный расход топлива.

В соответствии с вышеизложенным существует проблема, связанная со способами известного уровня техники и устройствами для очистки выхлопных газов дизельного двигателя.

Целью изобретения является создание системы доочистки выхлопных газов и способа, который по меньшей мере уменьшает вышеуказанные проблемы.

Эта цель достигается с помощью отличительных признаков независимых пунктов формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения и описание раскрывают предпочтительные примеры вариантов осуществления изобретения.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается система доочистки выхлопных газов, включающая в себя узел дизельного сажевого фильтра (УДСФ) за дизельным двигателем (здесь и далее — по направлению газового потока). Предлагаются также узел селективного каталитического восстановления (УСКВ), сообщающийся с УДСФ, первый инжектор для подачи восстанавливающего агента в выхлопные газы за УДСФ и перед УСКВ, по меньшей мере один датчик NOx за УСКВ для предоставления по меньшей мере одного сигнала по NOx координатору NOx, по меньшей мере один датчик температуры выше и/или ниже (по направлению газового потока) УСКВ для предоставления по меньшей мере одного температурного сигнала координатору NOx. Координатор NOx предназначается для переключения дизельного двигателя в режим высокого уровня NOx или в режим низкого уровня NOx в зависимости от значений по меньшей мере одного сигнала по NOx и/или по меньшей мере одного температурного сигнала.

Преимуществом настоящего изобретения является максимизация пассивного генерирования сажи.

Другим преимуществом настоящего изобретения является поддержание минимального числа регенераций на основе активного О₂.

Еще одним преимуществом является низкий расход топлива и восстанавливающего агента при удержании выбросов NOx ниже нормативных уровней.

Еще одно преимущество настоящего изобретения заключается в том, что оно позволяет оптимизировать двигатель в отношении минимального расхода топлива при надлежащем уровне выбросов NOx.

Другим преимуществом настоящего изобретения является также оптимизация степени превращения NOx на катализаторе СКВ.

Еще одним преимуществом является возможность оптимизации двигателя в отношении пассивной регенерации.

Еще одним преимуществом настоящего изобретения является возможность поддержания минимального числа регенераций на основе активного О₂.

Еще одним преимуществом настоящего изобретения является компенсация экологических воздействий (разные степени превращения) и/или воздействий износа на СКВ и двигатель.

Еще одним преимуществом настоящего изобретения является то, что оно позволяет обнаружить проблемы в системе СКВ.

Другим преимуществом настоящего изобретения является то, что оно позволяет использовать меньшее количество катализатора СКВ, что выгодно в отношении стоимости, объема и массы.

Двигатель можно переключить на режим с низким или высоким NOx, изменяя, например, один или более следующих параметров: количество рециркулирующих выхлопных газов (РВГ), давление наддува, момент впрыска топлива, давление впрыска топлива, число впрысков топлива. Упомянутое переключение с режима высокого в режим низкого уровня NOx может быть выполнено, когда сигнал по NOx выше заданного порогового значения. Это переключение с режима низкого в режим высокого уровня NOx может выполняться, когда сигнал по NOx ниже заданного порогового значения и упомянутый температурный сигнал находится между первой температурой Т1 и второй температурой Т2. Этот переход с режима низкого в режим высокого уровня NOx может также зависеть от содержания в топливном баке агента, восстанавливающего NOx.

В примере варианта осуществления настоящего изобретения упомянутый УДСФ, включающий ДСФ, покрыт материалом катализатора окисления, что дает преимущество в возможности дальнейшего снижения объема, массы и стоимости.

Еще в одном варианте между дизельным двигателем и УДСФ используется тепловой генератор. Преимущество этого варианта заключается в том, что, по требованию, независимо от нагрузки и числа оборотов в минуту (ЧОМ) двигателя достигается оптимальная рабочая температура для СДВГ.

Еще в одном варианте осуществления настоящего изобретения между УДСФ и УСКВ используется катализатор восстановления NOx, сообщающийся с УДСФ. Преимущество этого варианта заключается в возможности оптимизации соотношения NO/NO₂ для СКВ независимо от срока службы СДВГ.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предлагается способ доочистки выхлопных газов, включающий следующие шаги: окисление NO в NO₂ и улавливание частиц от сгорания в узле дизельного сажевого фильтра (УДСФ), сообщающемся с дизельным двигателем, восстановление NO₂ в NO в устройстве селективного каталитического восстановления (УСКВ), сообщающемся с ДСФ, впрыск восстанавливающего агента в выхлопные газы первым инжектором, расположенным ниже УДСФ и выше УСКВ, предоставление сигнала по NOx координатору NOx от по меньшей мере одного датчика NOx, установленного ниже УСКВ, предоставление температурного сигнала координатору NOx от по меньшей мере одного температурного датчика, установленного выше и/или ниже УСКВ, переключение дизельного двигателя в режим с высоким NOx или низким NOx в зависимости от величин по меньшей мере одного сигнала по NOx и/или по меньшей мере одного температурного сигнала.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения также предлагается компьютерная программа, сохраняемая на компьютерном носителе, содержащая программный код для осуществления способа, включающего следующие шаги: окисление NO в NO₂ и улавливание частиц от сгорания в УДСФ, сообщающемся с дизельным двигателем, восстановление NO₂ в NO в УСКВ, сообщающемся с ДСФ, впрыск восстанавливающего агента в выхлопные газы первым инжектором, расположенным ниже УДСФ и выше УСКВ, предоставление сигнала по NOx координатору NOx от по меньшей мере одного датчика NOx, установленного ниже УСКВ, предоставление температурного сигнала координатору NOx от по меньшей мере одного температурного датчика, установленного выше и/или ниже УСКВ, переключение дизельного двигателя в режим высокого уровня NOx или в режим низкого уровня NOx в зависимости от величин по меньшей мере одного сигнала по NOx и/или по меньшей мере одного температурного сигнала.

Данная компьютерная программа может быть адаптирована для загрузки на сервисное оборудование или один из его компонентов, когда она выполняется на компьютере, подключенном к Интернету.

Краткое описание чертежей

Ниже следует более детальное описание вариантов осуществления изобретения в виде примеров со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

на фиг.1 показана схематическая иллюстрация первого варианта системы доочистки выхлопных газов в соответствии с настоящим изобретением, сообщающейся с двигателем внутреннего сгорания;

на фиг.2 показана схематическая иллюстрация второго варианта системы доочистки выхлопных газов в соответствии с настоящим изобретением, сообщающейся с двигателем внутреннего сгорания;

на фиг.3 показана схематическая иллюстрация третьего варианта системы доочистки выхлопных газов в соответствии с настоящим изобретением, сообщающейся с двигателем внутреннего сгорания;

на фиг.4 показана схематическая иллюстрация четвертого варианта системы доочистки выхлопных газов в соответствии с настоящим изобретением, сообщающейся с двигателем внутреннего сгорания;

на фиг.5 показана схематическая иллюстрация пятого варианта системы доочистки выхлопных газов в соответствии с настоящим изобретением, сообщающейся с двигателем внутреннего сгорания.

На чертежах одинаковые или подобные элементы обозначены одинаковыми цифрами, чертежи являются лишь схематическими изображениями, не предназначенными для описания специфических параметров изобретения. Более того, чертежи предназначены для описания лишь примеров осуществления изобретения и поэтому не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения.

Подробное описание предпочтительных вариантов изобретения

На фиг.1 схематически иллюстрируется первый пример варианта системы 100 доочистки выхлопных газов (СДВГ) в соответствии с настоящим изобретением. Данная СДВГ сообщается с двигателем 110 внутреннего сгорания, например, дизельным двигателем. Упомянутая СДВГ включает в себя узел (блок) 125 сажевого фильтра (УДСФ), узел 150 селективного каталитического восстановления (УСКВ), первый восстановительный инжектор 145, датчик 156 температуры, датчик 148 NOx и координатор 112 NOx.

УДСФ 125 находится в прямом сообщении с двигателем 110 внутреннего сгорания. УДСФ 125 включает в себя дизельный катализатор 120 окисления (ДКО) и дизельный сажевый фильтр (ДСФ) 130. В этом варианте ДКО 120 расположен выше (по направлению газового потока) ДСФ 130.

В ДКО протекает следующая реакция:

Температура в ДКО зависит, в частности, от материала катализатора, содержания НС, СО и массового потока. Каталитическая реакция начинается в ДКО 120 примерно при 200°С, максимальная температура каталитической реакции составляет примерно 300-400°С. После достижения максимума температура реакции снижается. Это снижение зависит от равновесия реакции, при котором обратимая реакция

в большей степени зависит от температуры, чем реакция (1).

ДКО 120 обычно получают в форме монолитной структуры, изготовленной из кордиерита или металла. Эта монолитная структура может быть покрыта каталитическим материалом в форме оксида простого металла и благородным металлом, например платиной и/или палладием.

Реакция, протекающая в ДСФ 130:

На температуру в ДСФ 130 влияет толщина слоя сажи в ДСФ, она может составлять примерно 200°С, однако становится более эффективной выше 250°С. При температурах выше примерно 700°С возможно старение как самого ДСФ 130, так и катализатора(ов), расположенного за ДСФ 130.

ДСФ 130 может быть получен из пористых форм кордиерита, карбида кремния или спеченного металлического порошка. Упомянутая пористая форма может быть покрыта каталитическим материалом в форме оксида простого металла и благородным металлом, например платиной и/или палладием.

Если в ДСФ 130 улавливается слишком много сажи, что может быть обусловлено слишком низкой температурой и/или низким соотношением NOx/сажа из двигателя, можно использовать тепловой генератор перед УДСФ для нагрева ДСФ 130 до соответствующей рабочей температуры. Данный тепловой генератор может иметь разные формы. В первом примере варианта осуществления изобретения температура в ДСФ 130 может быть увеличена по требованию последующим впрыском дизтоплива в один или более цилиндров двигателя 110 внутреннего сгорания и/или впрыском дизтоплива в выхлопную систему перед ДКО 120, обозначенную 111 на фиг.1. При этом реакция в ДКО 120 описывается уравнением (4) вместо вышеприведенного уравнения (1):

Температура реакции (4) зависит, в частности, от содержания НС. Она может начаться при 200°С для достижения температуры на выходе ДКО примерно 350°С и при 280°С для достижения пика температуры 600°С.

Каталитический материал и/или температура ДКО 120 влияют на то, какое из уравнений (1) или (4) будет доминировать. Можно оптимизировать реакцию (4), если целью ДКО 120 является увеличение температуры выхлопных газов, и оптимизировать реакцию (1), если целью ДКО является образование NO₂.

Другим примером теплового генератора является электрически нагреваемый катализатор.

При высоком соотношении NOx/сажа требуется лишь увеличить температуру в ДКО до примерно 400°С для удаления SOx, препятствующих протеканию реакции (1).

Другая реакция, протекающая в ДСФ:

Температура реакции (5) составляет примерно 600°С и несколько ниже, если фильтр покрыт катализатором или с катализатором добавлено топливо. Более низкая температура может потребовать добавления каталитического материала к топливу, которое в свою очередь адсорбируется частицами сажи.

В этом варианте УСКВ 150 размещают за упомянутым УДСФ 125. Реакции, протекающие в УСКВ 150:

Так как реакция (7) протекает с более высокой скоростью, чем реакции (6)-(9), и для исключения реакции (9) соотношение NO/NO₂ поддерживают на уровне примерно 50:50.

Реакция (7) эффективна в температурном диапазоне УСКВ 150 начиная с примерно 200°С и выше, однако реакция начинается при намного более низких температурах, но чем ниже температура, тем медленнее идет реакция. Начальная температура для реакции (6) в УСКВ 150 составляет примерно 250°С. На начальные температуры и температурные диапазоны до некоторой степени влияет выбор каталитического материала в УСКВ 150.

УСКВ 150 получают в форме монолитной структуры из кордиерита или металла. Подобную структуру покрывают оксидом ванадия сверху оксида титана, содержащего некоторое количество оксида вольфрама, или покрытием, содержащим цеолит. Цеолит может содержать некоторое количество железа, или меди, или другого соответствующего антииона. Имеются также катализаторы из оксида ванадия, которые экструдируют с получением монолитных структур, то есть катализатор и структуру изготавливают из одного и того же материала.

В варианте, проиллюстрированном на фиг.1, инжектор 145 расположен между УДСФ 125 и УСКВ 150. Упомянутый инжектор впрыскивает восстанавливающий материал перед УСКВ 150. Восстанавливающим материалом могут быть мочевина, аммиак, аммиак, абсорбированный в воде, карбонат аммония или хлориды металлов, которые могут адсорбировать аммиак.

Координатор 112 NOx получает информацию от датчика 148 NOx и датчика 156 температуры. С помощью датчиков NOx и температуры оптимизируют эффективность системы СКВ. Эффективность системы СКВ 150 зависит от температуры и/или степени износа, различные режимы двигателя могут быть оптимизированы для достижения наивысшей общей эффективности. Мгновенную эффективность УСКВ измеряют с помощью датчика 156 температуры и датчика 148 NOx.

Например, можно переключиться в режим, подходящий для более высокой пассивной регенерации ДСФ 130, когда катализатор УСКВ 150 и выхлопы находятся в физическом/химическом состояниях, допускающих высокую конверсию NOx. На нее влияют такие параметры, как, например, температура, массовый поток выхлопа, состав NOx, адсорбированные яды (такие как углеводороды и металлы) и состояние термической деструкции. Когда эффективность УСКВ 150 находится в диапазоне, допускающем высокую конверсию NOx, можно, например, переключиться в режим высокого уровня NOx, дающий лучшую пассивную регенерацию ДСФ 120. Как правило, режим высокого уровня NOx дает также меньший расход топлива, но более высокий расход восстанавливающего агента. В ситуациях, когда УСКВ 150 находится в состоянии, когда не наблюдается высокая конверсия NOx, например, температура УСКВ 150 временно находится на более низком уровне, выбросы NOx из двигателя можно уменьшить для того, чтобы получить заданные выбросы NOx из выводящей трубы глушителя.

Выбросы NOx из двигателя измеряют датчиком 148 NOx, установленным за упомянутым УСКВ 150. Измерение датчиком 148 NOx (и степени конверсии NOx) применяют для регулирования выбросов NOx из двигателя. Выбросы NOx из двигателя являются постоянной величиной, регулируемой координатором 112 NOx. Координатор 112 NOx использует функциональную зависимость между двумя стационарными режимами для достижения заданных выбросов NOx из двигателя. Степень превращения в УСКВ 150 не будет быстро изменяться, но уровень NOx после УСКВ 150 будет следовать за уровнем NOx в УСКВ 150. Это дает возможность регулирования по замкнутому циклу координатором 112 NOx, который получает информацию от датчика 148 NOx и датчика 156 температуры. Координатор NOx является контроллером и также имеет требуемое значение(я) (пороговое значение (я)) для регулирования. Если двигатель все время находится в режиме низкого уровня NOx (= высокое сажеобразование), это может быть признаком повреждения катализатора.

Координатор 112 NOx, получающий температурные сигналы от датчика 156 температуры и сигналы по NOx от датчика 148 NOx, в зависимости от значений упомянутых сигналов может настроить двигатель по меньшей мере на два разных режима, режим высокого уровня NOx и режим низкого уровня NOx. Координатор NOx регулирует управление двигателем, то есть упомянутый координатор NOx может, в частности, изменить один или более следующие параметры: степень рециркуляции выхлопных газов (РВГ); давление наддува турбокомпрессора; момент(ы) впрыска основного и/или вспомогательного топлива в камеру сгорания; давление впрыска топлива; температуру в камере сгорания и/или число впрысков топлива на рабочий цикл двигателя. Например, высокая РВГ приводит к снижению NOx, высокое давление наддува приводит к увеличению NOx, запаздывание момента впрыска топлива приводит к снижению NOx.

УСКВ 150 имеет оптимальный или наилучший рабочий диапазон с высокой способностью к конверсии NO₂ в NO в пределах температурного интервала от первой температуры Т1 до второй температуры Т2. Значения первой температуры Т1 и второй температуры Т2 зависят, в частности, от типа УСКВ 150 и срока службы УСКВ 150. Упомянутый температурный интервал и главным образом первая температура Т1 зависит от соотношения NO/NO₂, которое в свою очередь зависит от состояния предшествующих компонентов СДВГ. На Т1 и Т2 также влияет объемная скорость выхлопных газов. При старении УСКВ 150 температурный интервал будет более узким в сравнении со свежим УСКВ 150. УСКВ 150 может временно отравляться, в частности, НС и/или аммиаком, то есть если УСКВ используют в течение продолжительного времени при низкой температуре Т1, то способность к конверсии упадет до низкого значения. Упомянутого отравления можно избежать путем увеличения температуры УСКВ 150. Увеличения температуры можно достигнуть разными способами, например, с помощью отдельных тепловых генераторов, установленных перед УСКВ 150, впрыском жидкости в камеру сгорания и/или выхлопную систему перед УСКВ 150, увеличением противодавления перед УСКВ 150 посредством регулируемого ограничения.

Для того чтобы координатор NOx 112 изменил режим высокого уровня NOx в режим низкого уровня NOx, необходимо, чтобы отфильтрованный сигнал от датчика NOx был выше заданного порогового значения. Пороговое значение может быть частью (около единицы) нормативного значения. Как правило, нормативное значение задается как удельная величина и, следовательно, сигнал должен быть соответствующим образом преобразован.

Для того чтобы координатор 112 NOx перешел с режима низкого уровня NOx в режим с высоким NOx, необходимо, чтобы отфильтрованный сигнал от датчика 148 NOx был ниже некоторого значения и чтобы температура УСКВ 150, заданная температурным сигналом от датчика 156 температуры, была в пределах Т1 и Т2 и/или чтобы уровень сажи в ДСФ был выше заданного значения. Этот уровень сажи можно скорректировать по перепаду давления в ДСФ или с помощью физической модели.

Можно утверждать, что режим высокого уровня NOx применяется при условии, что датчик 148 NOx обнаруживает низкие значения, то есть ниже порогового значения. При переключении режима низкого уровня NOx в режим высокого уровня NOx и обнаружении датчиком 148 NOx уровней NOx выше упомянутого порогового значения координатор 112 мгновенно переключается обратно в режим низкого уровня NOx. Это будет означать наличие некоторых временных выбросов NOx и, как правило, это может быть результатом слишком высоких пороговых значений. Причиной этого может быть неудовлетворительное измерение параметров, например, содержания ядов или старение катализатора. Путем статистической обработки этих случаев пороговые значения могут быть скорректированы. При установлении более точных пороговых значений это никогда не произойдет.

Фиг.2 иллюстрирует другой пример варианта осуществления настоящего изобретения. Единственным отличием этого варианта от такового, представленного на фиг.1, является то, что за упомянутым УСКВ 150 установлен второй датчик 157 температуры и второй датчик 147 NOx перед УСКВ 150. В этом варианте предусмотрены первый датчик температуры перед УСКВ, второй датчик температуры за УСКВ 150, первый датчик NOx перед УСКВ и второй датчик NOx за УСКВ 150. Преимущество подобного расположения заключается в более эффективном регулировании температуры на входе и выходе из УСКВ 150 и также более эффективном регулировании NOx на входе и выходе из УСКВ 150. В результате сокращается время срабатывания при переключении с одного режима на другой.

Фиг.3 иллюстрирует другой пример варианта системы 100 доочистки выхлопных газов СДВГ в соответствии с настоящим изобретением. Этот вариант отличается от предыдущего лишь тем, что УДСФ 125 включает в себя ДСФ, покрытый материалом 122 ДКО, в то время как на фиг.1 упомянутые ДКО 120 и ДСФ 130 являются отдельными узлами. Для описания других признаков используют те же номера для ссылок, как на фиг.1, и поэтому они не требуют дальнейших пояснений, так как их функциональное назначение и структура могут быть одинаковыми. Другое отличие от варианта, проиллюстрированного на фиг.1, заключается в исключении инжектора 111. Безусловно, упомянутый инжектор 111 можно также исключить из варианта, изображенного на фиг.1, то есть инжектор 111 на фиг.1 является необязательным.

Читать:

Где выпускают уралы автомобили в россии

Как видно из фиг.1, реакции, протекающие в УДСФ 125 на фиг.2, аналогичны реакциям, протекающим в ДСФ 130 и ДКО 120, то есть реакциям (1) и (3).

На фиг.4 иллюстрируется другой пример варианта системы 100 доочистки выхлопных газов СДВГ в соответствии с настоящим изобретением. Этот вариант отличается от такового, изображенного на фиг.1, тем, что между двигателем 110 внутреннего сгорания и УДСФ 125 расположен отдельный тепловой генератор 121. Здесь, как и в варианте на фиг.2 и фиг.3, исключен инжектор 111. Упомянутый отдельный тепловой генератор 121 может включать дизельную горелку или регулируемый ограничитель в выхлопной системе перед упомянутым УДСФ.

Фиг.5 иллюстрирует еще один пример варианта системы 100 доочистки выхлопных газов СДВГ в соответствии с настоящим изобретением. Этот вариант отличается от такового, проиллюстрированного на фиг.1, тем, что катализатор 140 восстановления NO₂ и УСКВ 150 располагают как комбинированный узел 155 и перед упомянутым комбинированным узлом 155 устанавливают инжектор 135. В одном варианте упомянутый катализатор 140 восстановления NO₂ располагают как зональное покрытие на субстрате УСКВ, то есть по меньшей мере первая часть субстрата УСКВ может быть покрыта материалом катализатора восстановления NO₂ и по меньшей мере вторая часть субстрата УСКВ может быть покрыта каталитическим материалом СКВ. Порядок зональных покрытий каталитическими материалами NO₂ и СКВ можно изменять. В одном варианте первая зона покрытия катализатором NO₂ располагается перед второй зоной покрытия СКВ. В другом варианте несколько покрытий катализатором NO₂ размещены отдельно одно от другого и между ними предусмотрены покрытия СКВ.

В альтернативном варианте катализатор восстановления NO₂ и УСКВ 150 представляют собой отдельные узлы.

Еще в одном примере варианта осуществления изобретения упомянутый каталитический материал восстановления NО₂ располагается как зональное покрытие на субстрате ДСФ, то есть по меньшей мере первая часть субстрата ДСФ может быть покрыта каталитическим материалом ДКО и по меньшей мере вторая часть упомянутого субстрата ДСФ может быть покрыта каталитическим материалом NO₂. Порядок зональных покрытий каталитическим материалом NO₂ и ДКО может меняться. В одном варианте первая зона покрытия катализатором ДКО расположена перед второй зоной покрытия NO₂. В другом варианте несколько покрытий ДКО размещены отдельно одно от другого и между ними предусмотрены покрытия NO₂.

В упомянутом катализаторе 140 восстановления NO₂ протекают следующие реакции:

Как видно из реакций (10) и (11), катализатор 140 восстановления NO₂ восстанавливает NO₂ до NO. В отсутствие катализатора 140 восстановления NO₂ наблюдается компромисс между пассивной регенерацией и окислением НС в ДКО 120/ДСФ 130 и высокой конверсией NOx в системе СКВ 150. Подобную проблему с компромиссом можно решить путем добавки катализатора 140 восстановления NO₂ за ДСФ 130 и/или УДСФ 125. Катализатор 140 восстановления NO₂ действует как балансир для стабилизации соотношения NO₂/NO в УСКВ 150. Катализатор 140 восстановления NO₂ обеспечит высокую нагрузку благородного металла на ДКО 120 и/или ДСФ 130 (удовлетворительное NO- и НС-окисление) одновременно с достижением оптимального соотношения NO₂/NO для УСКВ 150. Для восстановления NO₂→NO можно добавить восстанавливающий агент, такой как топливо (углеводородное топливо, такое как дизтопливо) или мочевину с помощью инжектора, обозначенного числом 135, перед упомянутым катализатором 140 восстановления NO₂. В другом варианте упомянутые инжекторы 135 и 145 образуют отдельный узел, то есть один инжектор для впрыска восстанавливающего агента как для УСКВ 150, так и катализатора 140 восстановления NO₂.

При применении катализатора 140 восстановления NO₂ возможно осуществить оптимальную пассивную регенерацию и окисление НС в менее активной системе УСКВ 150 и в то же время поддерживать высокую конверсию NOx в системах со свежим катализатором. Возможно также использование меньшего количества катализатора УСКВ 150, что дает преимущества в отношении стоимости, объема и массы.

Температура катализатора 140 восстановления NO₂ составляет примерно от 250°С до 600°С, более подробные данные можно найти в WO 2006/040533.

Катализатор 140 восстановления NO₂ может быть основан на цеолитном материале, более подробные данные можно найти в WO 2006/040533.

Еще в одном примере варианта осуществления настоящего изобретения используется комбинация зонного покрытия субстрата ДСФ катализатором восстановления NO₂ и зонного покрытия катализатором восстановления NO₂ субстрата УСКВ. Подобное NO₂ покрытие может быть предусмотрено как отдельная зона или несколько зон на обоих узлах ДСФ и/или УСКВ.

Выбросы NOx из двигателя можно непрерывно регулировать между уровнями высокого и низкого режимов NOx, применяя датчик 148 NOx и/или датчик 156 температуры.

Хотя разные варианты иллюстрируются на разных фигурах, следует понимать, что возможны также комбинации вариантов, изображенных на фигурах. Например, можно комбинировать вариант на фиг.1 с вариантом на фиг.2, другая комбинация может быть с фиг.1 и фиг.3. Для специалиста будет очевидно, что любой из вариантов можно комбинировать с любым или несколькими другими вариантами.

Следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено описанными вариантами и проиллюстрированными на чертежах, специалист поймет, что в пределах объема и приложенной формулы изобретения возможны многие изменения и модификации.

1. Система доочистки выхлопных газов, содержащая узел дизельного сажевого фильтра (УДСФ), установленный за дизельным двигателем по направлению газового потока, узел селективного каталитического восстановления (УСКВ), сообщающийся с УДСФ, первый инжектор для подачи восстанавливающего агента в выхлопные газы, установленный по направлению газового потока за УДСФ и перед УСКВ, по меньшей мере один датчик NOx, установленный по направлению газового потока за УСКВ для предоставления по меньшей мере одного сигнала по NOx координатору NOx, по меньшей мере один датчик температуры, установленный по направлению газового потока перед и/или за УСКВ для предоставления по меньшей мере одного температурного сигнала координатору NOx, причем координатор NOx предназначен для переключения данного дизельного двигателя в режим высокого уровня NOx или режим низкого уровня NOx в зависимости от значений по меньшей мере одного сигнала по NOx и/или по меньшей мере одного температурного сигнала.

2. Система по п.1, в которой дизельный двигатель переключается в режим низкого или высокого уровня NOx путем изменения одного или более параметров, включающих количество рециркулирующих выхлопных газов (РВГ), давление наддува, момент впрыска топлива, давление впрыска топлива, число впрысков топлива.

3. Система по п.1 или 2, в которой упомянутое переключение режима высокого уровня NOx в режим низкого уровня NOx выполняется, когда сигнал по NOx выше заданного порогового значения.

4. Система по п.3, в которой упомянутое пороговое значение сигнала по NOx связано с допустимой величиной выбросов.

5. Система по п.1, в которой упомянутое переключение режима низкого уровня NOx в режим высокого уровня NOx выполняется, когда сигнал по NOx ниже заданного порогового значения и упомянутый температурный сигнал находится между первой температурой Т1 и второй температурой Т2.

6. Система по п.5, в которой упомянутое заданное пороговое значение зависит от потока выхлопных газов и/или соотношения NO₂/NO и далее может адаптироваться.

7. Система по п.5, в которой упомянутая первая температура Т1 зависит от потока выхлопных газов и/или соотношения NO₂/NO и далее может адаптироваться.

8. Система по п.1, в которой упомянутое переключение режима низкого уровня NOx в режим высокого уровня NOx, кроме того, зависит от содержания мочевины и/или расчетного количества сажи в УДСФ.

9. Система по п.1, в которой УДСФ представляет собой дизельный сажевый фильтр (ДСФ), покрытый катализатором окисления.

10. Система по п.1, в которой УДСФ включает в себя дизельный катализатор окисления (ДКО), способный превращать NO в NO₂ перед ДСФ по направлению газового потока.

11. Система по п.1 или 2, в которой между двигателем и УДСФ установлен тепловой генератор.

12. Система по п.11, в которой тепловой генератор включает в себя ДКО, способный превращать топливо в диоксид углерода и воду.

13. Система по п.11, в которой тепловой генератор представляет из себя горелку.

14. Система по п.1, включающая в себя катализатор восстановления NO₂, сообщающийся с УДСФ и УСКВ.

15. Система по п.14, в которой предусмотрен катализатор восстановления NO₂ по направлению газового потока за УДСФ и перед УСКВ.

16. Система по п.14, в которой упомянутый катализатор восстановления NO₂ располагают как зональное покрытие на УСКВ или зональное покрытие на УДСФ.

17. Способ доочистки выхлопных газов, включающий следующие шаги:
окисление NO в NO₂ и улавливание частиц от сгорания в узле дизельного сажевого фильтра (УДСФ), сообщающемся с дизельным двигателем, восстановление NO₂ в NO в узле селективного каталитического восстановления (УСКВ), сообщающемся с УДСФ, впрыскивание в выхлопные газы восстанавливающего агента первым инжектором, расположенным по направлению газового потока за УДСФ и перед УСКВ, предоставление сигнала по NOx координатору NOx по меньшей мере от одного датчика NOx, установленного по направлению газового потока за УСКВ, предоставление температурного сигнала упомянутому координатору NOx по меньшей мере от одного датчика температуры, установленного по направлению газового потока перед и/или за УСКВ, переключение дизельного двигателя в режим высокого уровня NOx или режим низкого уровня NOx в зависимости от значений по меньшей мере одного сигнала по NOx и/или по меньшей мере одного температурного сигнала.

18. Способ по п.17, в котором дизельный двигатель переключают в режим низкого или высокого уровня NOx путем изменения одного или более параметров, включающих количество рециркулирующих выхлопных газов (РВГ), давление наддува, момент впрыска топлива, давление впрыска топлива, число впрысков топлива.

19. Способ по п.17 или 18, в котором упомянутое переключение режима высокого уровня NOx в режим низкого уровня NOx выполняют, когда сигнал по NOx выше заданного порогового значения.

20. Способ по п.19, в котором упомянутое пороговое значение сигнала по NOx связано с допустимой величиной выбросов.

21. Способ по п.17, в котором упомянутое переключение режима низкого уровня NOx в режим высокого уровня NOx выполняют, когда сигнал по NOx ниже заданного порогового значения и упомянутый температурный сигнал находится между первой температурой Т1 и второй температурой Т2.

22. Способ по п.21, в котором упомянутое заданное пороговое значение зависит от потока выхлопных газов и/или соотношения NO₂/NO и далее может адаптироваться.

23. Способ по п.21, в котором упомянутая первая температура Т1 зависит от потока выхлопных газов и/или соотношения NO₂/NO и далее может адаптироваться.

24. Способ по п.17, в котором упомянутое переключение режима низкого уровня NOx в режим высокого уровня NOx, кроме того, зависит от содержания мочевины и/или расчетного количества сажи в УДСФ.

25. Способ по п.17, в котором используют покрытие дизельного сажевого фильтра (ДСФ) материалом катализатора окисления.

26. Способ по п.17, в котором используют дизельный катализатор окисления (ДКО) для превращения NO в NO₂ по направлению газового потока за ДСФ, улавливающим частицы от сгорания.

27. Способ по п.26, в котором по направлению газового потока перед ДСФ устанавливают ДКО.

28. Способ по п.17, в котором используют тепловой генератор, устанавливаемый между дизельным двигателем и УДСФ.

29. Способ по п.17, в котором тепловой генератор включает в себя дизельный катализатор окисления ДКО для превращения топлива в диоксид углерода и воду.

30. Способ по п.17, в котором в качестве теплового генератора используют горелку.

31. Способ по п.17, в котором используют датчик NO₂, устанавливаемый по направлению газового потока за катализатором восстановления NO₂.

32. Способ по п.31, в котором: используют упомянутый катализатор восстановления NO₂ в качестве зонального покрытия на ДСФ и располагают упомянутый первый инжектор перед этим зональным покрытием.

33. Способ по п.31, в котором: располагают упомянутый катализатор восстановления NO₂ в качестве зонального покрытия на УСКВ и располагают упомянутые первый и второй инжекторы как отдельный узел по направлению газового потока за УДСФ и перед катализатором восстановления NO₂ и УСКВ.

34. Способ по п.17, в котором: располагают упомянутый катализатор восстановления NO₂ как зональное покрытие на УСКВ и как зональное покрытие на ДСФ и располагают первый инжектор перед зональным покрытием катализатора восстановления NO₂ на ДСФ.

35. Считываемая компьютером память, включающая программный код для выполнения способа по любому из пп.17-34.

очиститель выхлопных газов в автомобиле

volkswagen 1509784 1920

Доля выбросов от автомобилей в общей доле загрязнения воздуха составляет примерно 10%. Черный, белый и голубой дым от дизельного двигателя являются непосредственно заметными выбросами и, подобно запаху от выхлопных газов, видны как результат работы двигателя.

Очистка выхлопных газов в дизельных двигателях призвана решить эти проблемы, посредством чего выброс частиц может быть уменьшен примерно на 75%.

В общем, размер частиц, которые должны быть удалены, имеет решающее значение для практического применения возможных систем отделения. Частицы сажи, выбрасываемые дизельным двигателем, имеют размеры (судя по диаметру) от 0,01 до 10 мкм. Размер зерна в среднем лежит около 1 мкм (микрона). Для частиц такого размера могут быть использованы только фильтрация и электрические сепараторы.

Фильтр дожигания сажи

Fil tr dozhiganiya sazhi

Дизельный двигатель постоянно работает с избытком воздуха. Это значит, что выхлопные газы содержат так много кислорода, что при температуре выше примерно 550°С, собирающаяся сажа сгорает самостоятельно в фильтре (а) для дожигания сажи с эффектом самоочищения фильтра. Однако, локальные пиковые температуры, достигающие 1200°С при дожигании сажи требуют использования материалов с особыми свойствами. По этой причине для этой цели были специально разработаны керамические материалы фильтров различной конструкции.

Штампованный керамический сотовый элемент (2) подобен по конструкции и материалам каталитическому преобразователю (катализатору), используемому на бензиновых двигателях (Ь). Однако концы сотовых ячеек попеременно уплотнены керамическими заглушками (3).

Следовательно, выхлопные газы, проходящие в открытый канал, могут протекать через пористые керамические стенки в расположенные рядом каналы, ведущие к выхлопной трубе. Керамические стенки имеют толщину менее 0,5 мм. Так называемые фильтры с «глубокой основой» разработаны в качестве альтернативы керамическим сотовым фильтрам. У них заметно больше размер пор и разделение происходит только на существенной глубине в фильтре (толщина стенки). Здесь используются «свечи», состоящие из перевитых керамических фиберов. Чтобы исключить избыточные противодавления и, таким образом, риск забивания, необходимо предусмотреть вспомогательную регенерацию. Температуры сгорания могут быть уменьшены до 200 — 250°С путем добавления металлоорганических соединений. Дожигание в этом случае сможет остаться эффективным даже при расположении фильтрующей системы под дном кузова автомобиля. Подача внешней энергии через дожигатель топлива станет причиной усиленной регенерации фильтра.

Электрический сепаратор

Напряженность электрического поля так высока, что на концах или остриях одного из электродов (3) электричеокого сепаратора начинается эмиссия электронов. В результате этого образуются свободные носители заряда, которые сами осаждаются на частицы, находящиеся в выхлопных газах (1). В электростатическом поле электрически заряженные частицы движутся к электроду с противоположной полярностью, где они и отделяются. (2 — электростатический накопитель). Хотя электрический сепаратор в обычной форме неприменим для работы в автомобиле (размеры, трудность очистки), принцип его работы с помощью накопления приведет к существенному росту отделяемых частиц. Затем частицы могут быть отделены от потока выхлопных газов в обычном центробежном сепараторе.

E lektricheskij separator

Циклон (устройство отделения частиц от газа) (5) расположен внизу накопителя. Благодаря центробежной силе частицы двигаются, вращаясь, к наружной стенке и оттуда к отстойнику. Отделенная сажа подается к системе удаления (4) вместе с потоком выхлопных газов. Возможности удаления предусматривают дожигание сажи внутри или снаружи двигателя или непосредственное хранение сажи. (6 — очищенные выхлопные газы).

В отличие от фильтра дожигания сажи, утечки давления выхлопных газов в электрическом сепараторе не зависят от количества сажи и постоянны для соответствующего режима работы (отсутствует риск забивания).

Каталитический преобразователь (катализатор)

Катализатор обеспечивает существенное уменьшение окиси углерода и углеводородов, выбрасываемых дизельным двигателем. Так как выбросы углеводородов вносят вклад в выброс частиц, то их можно также уменьшить с помощью катализатора.

Системы нейтрализации выхлопных газов машины

1539684252 small Статья о нейтрализации выхлопов на бензине и дизеле: состав выхлопных газов, системы нейтрализации. В конце статьи — видео о том, что делать с запахом выхлопа в салоне. Статья о нейтрализации выхлопов на бензине и дизеле: состав выхлопных газов, системы нейтрализации. В конце статьи — видео о том, что делать с запахом выхлопа в салоне.

1539684318 1