Готовимся к Евро-6c
Одним из существенных препятствий в выполнении новых требований для легких дизелей является быстрота включения в работу катализатора SCR, в котором происходит преобразование оксидов азота после ввода восстановителя — раствора мочевины. В существующих системах для этого требуется от 10 до 12 минут. Для выполнения требований Евро-6с это время должно быть уменьшено до 3-4 минут. Сокращение время вступления в работу нейтрализатора в большей степени относится к экологическому стандарту США Tier 3. Для выполнения более жестких североамериканских требований время активации катализатора должно составлять две минуты и даже меньше.
В современных системах Евро-6b фильтр частиц (DPF) обычно располагается после окислительного нейтрализатора DOC. Расстояние между задней стенкой DPF и передней стенкой катализатора SCR составляет 50-60 см. Уменьшение расстояния между катализатором SCR и DPF до 10 см может уменьшить время нагрева катализатора SCR. Проблема заключается в том, что ни сажевый фильтр, ни катализатор SCR не находятся достаточно близко к двигателю, чтобы достигнуть необходимой температуры в требуемый интервал времени. Компания Tenneco решила эту проблему путем совмещения обоих устройств в одном. В предложенном компанией решении сажевый фильтр имеет активное каталитическое покрытие SCR.
В компании новое устройство называют SDPF — покрытие SCR в DPF, говорит Фрэнк Террис, исполнительный директор Core Science, Advanced Engineering & Hot End Development — исследовательского подразделения Tenneco Clean Air. Если сдвинуть SCR частично в DPF, то необходимо также переместить точку впрыска восстановителя в промежуток между DOC и SDPF. Обычный промежуток между этими двумя субстратами DOC и DPF составляет 1 см. При совмещении SCR и DPF этот промежуток необходимо увеличить, так как существующее расстояние мало, чтобы обеспечить впрыск реагента. Это создает проблемы, так как каждый сантиметр имеет значение. Поэтому ввод мочевины надо обеспечить в промежутке шириной несколько сантиметров. При этом нужно обеспечить распыление, испарение, реакцию гидролиза и превращение в аммиак, который должен быть равномерно распределен.
Специалистам Tenneco удалось решить проблемы смешивания раствора мочевины с отработавшими газами в ограниченном пространстве: разработанная система двойных вихрей — Double Swirl Mixer — позволяет производить смешивание в очень компактной зоне, такой как в SDPF. Из-за расположения форсунки ближе к двигателю она будет сильнее нагреваться. Tenneco использует циркуляцию раствора мочевины между форсункой и баком, что позволяет сохранять температуру форсунки около 40°С несмотря на высокую температуру окружающих участков системы выпуска отработавших газов.
Поскольку может быть недостаточно места для линейного расположения DOC и SDPF, то потребуются конструкции с параллельным расположением устройств. В таких конструкциях DOC может напрямую соединяться с турбонагнетателем, а SDPF размещаться параллельно.
Для бензиновых двигателей с непосредственным впрыском (GDI) Tenneco предложила овальный фильтр частиц — GPF (Gasoline Particulate Filter). Фильтры GPF станут обязательным атрибутом двигателей GDI с 1 сентября 2017 г. Евро-6с также вводит новый испытательный цикл для таких двигателей. Фильтр овальной формы может быть размещен в том пространстве, которое недоступно для фильтра цилиндрической формы. Проблема создания овального фильтра заключалась в том, что субстрат, применяемый в GPF, имеет более высокую пористость, чем дизельный фильтр, а значит — более хрупкий, что делает весь процесс изготовления очень сложным.
GPF — это самовосстанавливающееся устройство, в отличие от многих дизельных фильтров, которым необходим прожиг для регенерации. Tenneco разработала два варианта установки своего GPF. Во-первых, устройство может быть включено в дополнение к существующему трехкомпонентному катализатору, а во-вторых, на субстрат GPF может быть нанесен активный слой тройного катализатора. Благодаря улучшению характеристик протекания потока в таком фильтре, повысилась эффективность конверсии газообразных загрязняющих веществ, что позволило уменьшить объем и снизить количество используемых благородных металлов.