Мочевина для дизельных двигателей: для чего нужна, как работает, плюсы и минусы

Итак, как именно работает SCR и какую роль в этом играет DEF? Мы объясним.

Во-первых, селективное восстановление с помощью катализатора не является новой технологией, несмотря на то, что оно было одобрено Агентством по охране окружающей среды только в последнее десятилетие или около того. Он существует уже почти полвека и впервые был использован в электроэнергетике для снижения содержания оксидов азота на угольных электростанциях.

Вам нужно помнить об оксидах азота, потому что именно эти соединения — монооксид азота и диоксид азота — являются большими проблемами при сгорании дизельного топлива, и именно они доставили Volkswagen и их компании столько проблем. .

Заправить DEF так же просто, как открыть крышку и налить в кувшин, но вы будете делать это гораздо реже, чем заправляете топливный бак.

Таким образом, в автомобиле, оснащенном SCR, выхлопные газы двигателя сначала направляются через сажевый фильтр, чтобы уловить всю сажу и пепел, образующиеся при сжигании относительно нечистого топлива. Это заботится об аспекте «катящегося угля» старых дизельных двигателей, который сделал их относительно непопулярными в США в 1960-х, 70-х и 80-х годах.

От сажевого фильтра выхлопные газы проходят мимо форсунки, которая впрыскивает дизельную выхлопную жидкость в поток газов. DEF производится из деионизированной воды и очень чистой формы мочевины. Да, мочевина содержится в моче — перестаньте хихикать, пожалуйста, — но это очищенная форма соединения, которая в основном используется в сельском хозяйстве в качестве компонента удобрений.

Горячие выхлопные газы и DEF затем поступают в каталитический нейтрализатор, где мочевина из DEF и выхлопных газов вступают в реакцию с различными металлическими соединениями, превращая диоксид и монооксид азота в азот и воду. Азот является основным компонентом воздуха, которым мы дышим, и безвреден для окружающей среды. Вода, она и есть вода.

Очевидно, что это очень упрощенная версия работы SCR, но она мало чем отличается от того, как работает каталитический нейтрализатор вашего бензинового автомобиля, если не считать дополнительной стадии впрыска мочевины в поток выхлопных газов. Большинство современных дизельных двигателей используют SCR в сочетании с рециркуляцией выхлопных газов и сажевым фильтром (DPF) для снижения выбросов.

Рециркуляция отработавших газов или EGR — это распространенный процесс, который используется почти во всех современных двигателях с ДВС для уменьшения количества несгоревшего топлива в выхлопных газах автомобиля. Недостатком системы рециркуляции отработавших газов является то, что она может негативно повлиять на производительность автомобиля и экономию топлива, а также добавляет еще одну сложную систему к и без того сложной машине.

В ответ на недостатки системы рециркуляции отработавших газов некоторые компании удаляют эту систему со своих двигателей и используют немного больше DEF для очистки выхлопных газов, тем самым достигая аналогичных результатов без ущерба для производительности и экономичности.

Звучит неплохо, правда? Что ж, не все уверены, что SCR и DEF — это хорошо. Я имею в виду, вам, вероятно, придется заполнять его все время, верно? И это дорого, да? Неа. Типичный бак DEF нужно будет заправлять примерно каждый раз, когда вы меняете масло. Это в основном вода, так что это не сломит банк. Упаковка BlueDEF объемом 2,5 галлона (в отличие от того, что может продать ваш дилер) обойдется вам значительно меньше 20 долларов.

Понимание этой все более заметной системы контроля выбросов становится все более и более важным, поскольку американские производители грузовиков начинают предлагать больше дизельных моделей в сегментах, где традиционно преобладает бензин.

Каждая из «Большой тройки» либо уже предлагает, либо планирует предложить дизельный двигатель меньшего рабочего объема для легких полутонных грузовиков. У Ford был V6 PowerStroke (сейчас, к сожалению, снят с производства), у GM – рядная шестерка Duramax, а у Ram – потрясающий 3,0-литровый EcoDiesel V6. Все они будут оснащены баками DEF и системами SCR.

Где DEF действительно становится критическим, так это в больших дизельных двигателях. Мы не имеем в виду ваш Cummins 6BT, мы говорим о полуприцепах класса 8. Эти автомобили проезжают миллионы миль за свой срок службы, а их массивные дизельные двигатели за это время расходуют много топлива. Как вы можете себе представить, эти автомобили проходят через большое количество DEF, поэтому на стоянках для грузовиков DEF продается на заправках.

Jeep Gladiator EcoDiesel 2021 года выходит на пыльные трассы

SCR также приходит в мир судового дизеля. Международная морская организация (IMO) впервые ввела требования, ограничивающие количество выбросов NOx в 2000 году, и с тех пор ужесточает эти правила. Поскольку некоторые судовые дизельные двигатели легко достигают размеров дома, их способность к загрязнению огромна, поэтому, опять же, SCR и DEF имеют большое значение для очистки этих транспортных средств.

«SCR — это технология, которая существует прямо сейчас и используется во всем мире для повышения эффективности использования топлива и сокращения выбросов NOx», — сказал в интервью Чарльз Калверхаус, генеральный директор Old World Industries, производителя автомобильных химикатов BlueDEF и Peak. с роуд-шоу. «DEF работает и производится из общедоступных ингредиентов, которые уже производятся в огромных количествах для сельскохозяйственной промышленности. Инфраструктура уже создана».

Это важно помнить. В ближайшее время мир не собирается отказываться от дизеля. Мы зависим от транспортных средств с дизельным двигателем — будь то грузовики, поезда или лодки — для перевозки наших товаров и нас самих по всему миру. В то время как традиционное дизельное топливо не может быть хорошим долгосрочным решением для планеты, технология SCR и появление более экономичного биотоплива означают, что, пока мы не будем готовы полностью отказаться от внутреннего сгорания, мы будем поддерживать относительную чистоту.

Cadillac Escalade Diesel 2021: роскошь крутящего момента

Сейчас играет: Смотри: Jeep Wrangler станет дизельным в 2020 году

5:19

20 фактов, которые необходимо знать о жидкости для выхлопных газов дизельных двигателей (DEF)

Агентство по охране окружающей среды было создано в соответствии с Законом о чистом воздухе от 1970. В течение 46 лет Агентство по охране окружающей среды постоянно развивало и принимало законы для удовлетворения экологических потребностей этой страны. В течение многих лет владельцы легких пикапов грузоподъемностью в три четверти и одной тонны не устанавливали на свои автомобили дополнительное противодымное оборудование. Все это изменилось в 2008 году, когда Агентство по охране окружающей среды потребовало использования сажевых фильтров на всех грузовиках грузоподъемностью три четверти тонны и более, а также обязательных испытаний на смог каждые два года, которые включали визуальный осмотр автомобиля, чтобы убедиться, что детали DPF все еще на месте. грузовик. В 2010 году правила ужесточились.

Многие думали, что эра большой мощности и крутящего момента закончилась, и поклялись никогда больше не покупать новый грузовик. Однако произошло нечто впечатляющее, и произошло совершенно противоположное. Оказывается, американцы действительно приспосабливаются и преодолевают. Каждый из производителей нашел способ снизить уровень выбросов NOx, одновременно увеличивая мощность и крутящий момент, чем когда-либо прежде. Инновация – это хлеб из борьбы.

Инженерный прорыв произошел благодаря использованию селективного каталитического восстановления. В подавляющем большинстве этих систем используется дизельная выхлопная жидкость (смесь мочевины и деионизированной воды), распыляемая в выхлопную систему для расщепления образующихся NOx на безвредные молекулы азота и воды. Поскольку DEF (жидкость для дизельных выхлопных газов) вводится в выхлопные газы, что также называется технологией последующей обработки, производитель может создавать столько мощности, сколько хочет. DEF хранится в отдельном изолированном резервуаре с подогревом, который помечен синей крышкой заливной горловины.

Тем не менее есть две фракции дизельных парней; те, кто принял изменения EPA, и те, кто по-прежнему категорически против любых правил, несмотря на работу над технологическими достижениями. Для тех, кто не желает принимать изменения, произошел переход на старые подержанные дизельные двигатели или модернизированные дизельные двигатели, которые были унаследованы от прошлого. Цель этой статьи — рассмотреть неопровержимые факты о DEF и научить население принимать более разумные решения для операторов дизельных двигателей. .

С чисто химической точки зрения DEF представляет собой смесь 67,5% деионизированной воды и 32,5% мочевины. Мочевина представляет собой соединение азота, которое при нагревании превращается в аммиак и используется в различных отраслях промышленности. Технически мочевину получают из побочного продукта мочи, но для целей массового производства ее производят синтетическим путем. Большинство продуктов DEF регулируются Американским институтом нефти. Давайте взглянем на науку, лежащую в основе DEF при смешивании с выхлопными газами. Химически DEF состоит из (Nh3)2CO; а при впрыскивании в горячий выхлопной газ вода испаряется, оставляя аммиак и изоциановую кислоту.

ШАГ 1: DEF Превращается в аммиак и изоциановую кислоту: (Nh3)2CO → Nh4 + HNCO Общий Nh4, который выглядит следующим образом: (Nh3)2CO + h3O → 2Nh4 + CO2

ШАГ 3: В этот момент во время химической реакции аммиак в присутствии кислорода и катализатора восстановит оксиды азота:
2NO + 2Nh4 + ½O2 -> 2N2 + 3h3O и 3NO2 + 4Nh4 -> 7/2N2 + 6h3O

ЭТАП 4: Общее восстановление NOx мочевиной составляет:
2(Nh3)2CO + 4NO + O2 → 4N2 + 4h3O + 2CO2 и 2(Nh3) 2CO + 3NO2 -> 7/2N2 + 4h3O + 2CO2

2. Как часто вам нужно заправлять бак DEF?

Этот вопрос конкретно зависит от миль на галлон и использования рассматриваемого дизельного грузовика. Независимо от того, насколько тяжела нагрузка, по словам производителя оригинального оборудования, типичный легкий грузовик средней грузоподъемности будет потреблять 2-3 галлона DEF на 800 миль. Тем не менее, большинство новых грузовиков со средним расходом топлива в милях на галлон более 20 миль на галлон проедут примерно 8 000–10 000 миль на полном баке (10 галлонов) DPF. Каждый грузовик уникален, например, на Dodge Ram есть датчик, точно показывающий, сколько DEF осталось в баке, у GM есть цифровой показатель, а у Ford есть простой индикатор низкого уровня DEF.

Топливные модели для средних и тяжелых условий эксплуатации различаются, но, согласно данным Cummins Filtration, потребление DEF будет составлять приблизительно 2 % от потребляемого топлива. На каждые 50 галлонов сожженного дизельного топлива вы будете использовать 1 галлон DEF. Вот некоторые прогнозы потребления для средних и тяжелых условий эксплуатации, сделанные нашими друзьями из Cummins Filtration:

Не обманывайте себя, думая, что DEF можно купить где угодно. DEF в основном продается на стоянках для грузовиков в больших кувшинах, содержащих несколько галлонов этого вещества. На некоторых заправках есть DEF, но не рассчитывайте на него, если вы в беде. Важно понимать, что если вы не заполните пустой бак DEF, двигатель автоматически остановится. Вы не хотите застрять где-нибудь с пустым баком DEF, потому что он не везде продается. Обычные места, где можно купить DEF, включают TravelCenters of America, Walmart, Target, Love’s Travel Shop, SAPP Brothers, Flying J Truck Stops, Petro Stopping Centers и Pilot Travel Centers, O’Reilly’s, NAPA и Advanced Auto. Здесь мы также составили список самых популярных производителей DEF.

У DEF очень мало недостатков, так как это довольно простая процедура. Однако, когда дело доходит до дизельного сажевого фильтра (DPF) и селективной каталитической нейтрализации (SCR), может возникнуть много проблем с техническим обслуживанием и ремонтом, поскольку они склонны к засорению. Эти системы имеют сложную конструкцию, и простой забитый фильтр может вызвать перепады давления и температуры, которые могут повлиять на работу двигателя в целом.

Единственными недостатками DEF являются дополнительные первоначальные затраты на грузовик, увеличенный номинальный вес и некоторое дополнительное пространство для хранения дополнительного галлона жидкости. Плюсы — лучшая экономия топлива, увеличенная мощность, более оптимизированное сгорание, меньше проблем с регенерацией, меньший износ двигателя, и, кроме того, он выделяет в воздух только азот и водяной пар.

Важно это или нет, на самом деле не обсуждается, учитывая, что все легко-средние дизельные двигатели 2008 года и выше должны соответствовать требованиям EPA. NOx обвиняют в смоге, увеличении выбросов парниковых газов и кислотных дождях. DEF как часть системы селективного каталитического восстановления (SCR) превращает NOx в чистый азот и водяной пар. Изменение климата — это жаркая дискуссия, но мы все можем согласиться с тем, что выброс большего количества газов любого рода в окружающую среду — это не то, чего нам нужно больше.

Вполне естественно думать, что любые изменения в дизельном двигателе, вызванные Агентством по охране окружающей среды, обязательно являются плохими, однако это совсем наоборот. Крупные производители дизельных двигателей обнаружили, что они могут точно настроить двигатель так, как сочтут нужным, а затем позволить SRC и DEF удалить твердые частицы. Двигатели создаются в первую очередь с учетом производительности, а затем SRC, DPF и DEF удаляют то, что необходимо, как запоздалую мысль. Производители обнаружили, что двигатели, использующие технологию SCR, часто расходуют меньше топлива по сравнению с другими внутренними системами снижения смога. Топливо, смешанное с SCR, находит дополнительный источник элементов для сжигания. Расход топлива может быть увеличен на 5-7%

Технология DEF десятилетиями использовалась в стране в сельском хозяйстве, промышленности и крупномасштабном производстве электроэнергии. Концепция везде одинакова: мочевина, смешанная с теплом, образует аммиак, который вызывает химическую реакцию, снижающую выбросы NOx на 70–95%. На самом деле 90% производимой мочевины используется как азотное удобрение. Важно отметить, что автомобильная мочевина имеет гораздо более высокую степень чистоты, чем мочевина для удобрений. Если в автомобильных двигателях используется удобрительная мочевина более низкого качества, вы рискуете разрушить SCR и, возможно, повредить двигатель. Это может даже привести к тому, что датчики ECM неправильно выведут предупреждение о пустом баке DEF.

Ответ и да и нет. Температура, при которой DEF соединяется с выхлопом NOx прямо из головки блока цилиндров при широко открытых клапанах, составляет 1400-1600 F. Химическая реакция происходит при гораздо более высоких температурах, чем в жаркий солнечный день. Например, потребуется более двух лет при постоянной температуре 125 градусов по Фаренгейту, чтобы DPF превратился в аммиак и испарился. Однако при любой температуре выше 86 F вы рискуете немного испариться из-за того, что DEF почти на 2/3 состоит из воды. Вам не нужно беспокоиться о том, что галлон или два вещества испортятся или испарятся из-за неиспользования, если только вы не подвергаетесь постоянному жаркому климату.

Активный ингредиент DEF, мочевина, был химически синтезирован с 1828 года первым немецким ученым Фридрихом Вёлером после обработки цианата серебра хлоридом аммония. Мочевина была впервые обнаружена в моче голландским химиком Германом Бурхаве в 1727 году. Мочевина в основном используется в качестве удобрений для сельского хозяйства, но также используется в химической промышленности, взрывчатых веществах, лосьонах, кремах для кожи, средствах для удаления волос, пластмассах, мыле для посуды и топливных элементах. Мочевина и, следовательно, DEF не слишком токсичны для человека. Мочевина может раздражать глаза, кожу и дыхательные пути, но не опасна для жизни. Высокие концентрации в крови могут быть опасны для человека, однако прием низких концентраций мочевины при адекватном потреблении воды не опасен. В природе мочевина может вызывать бум водорослей, которые при разложении выше точки нагрева или плавления могут образовывать токсичные газы. Смешивание с некоторыми окислителями, хлоридами, нитритами может вызвать пожар или даже взрыв.

Теперь EPA требует от всех производителей дизельных двигателей интегрировать некоторую многоуровневую систему предупреждения (внутренние датчики на приборной панели), чтобы водитель точно знал, насколько близок к опорожнению бак DEF. Если вы проигнорируете предупреждение DEF, грузовик перестанет работать. Некоторые производители дизельных двигателей позволяют двигателю переходить в режим пониженной мощности, чтобы грузовик мог «прихрамывать домой», или ограничивают количество проворачиваний двигателя. В какой-то момент дизельный двигатель не заводится. Обращайтесь с баком DEF так же, как с топливным баком; вы же не хотите оказаться где-то в затруднительном положении из-за того, что не заправили бак DEF.

Стандартный 32,5% раствор DEF начнет кристаллизоваться и замерзать при 12 F. Мочевина и вода в DEF при смешивании замерзают с одинаковой скоростью. Это выгодно для пользователя, поскольку при оттаивании жидкости раствор DEF не становится разбавленным или слишком концентрированным. Циклы замораживания и оттаивания не влияют на качество продукта. DEF расширяется при замораживании на 6,5–7% по объему. Упаковка позволяет сделать запас на периоды заморозки.

Совершенно безопасно хранить в автомобиле галлон или два DEF, однако это не рекомендуется. DEF начнет разлагаться при температуре 86 F. Очень легко забыть о DEF, который находится в кузове вашего грузовика, а учитывая длительный период жарких дней, жидкость может стать нестабильной и разлагаться, но с очень минимальной скоростью. Разбавленный DEF без смеси 32,5% мочевины может повредить DEF и SCR, но такие случаи редки. Следовательно, DEF замерзнет в баке DEF в очень холодные дни при температуре ниже 12 F. Это совершенно нормально и не повредит двигателю. Системы SCR предназначены для подачи тепла в резервуар DEF, который быстро оттаивает резервуар и поддерживающие линии подачи.

DEF представляет собой очень специфическую формулу 32,5% мочевины и воды, однако раствор содержит другие соединения в незначительных количествах для стабилизации продукта. Добавка к смеси нарушила бы очень точный химический состав и, таким образом, уменьшила бы свойства по уменьшению NOx. Дальнейшее смешивание смеси DEF поставит под угрозу его способность работать должным образом и нанесет вред системе SCR.

DEF весит около 9 фунтов на галлон. Типичный грузовик легкой/средней грузоподъемности будет иметь бак примерно на 3-5 галлонов.

Непосредственному потребителю не рекомендуется производить DEF самостоятельно. DEF строго регулируется и имеет четкие требования по поддержанию химической чистоты и содержит ингредиенты, которые имеют решающее значение для работы в сочетании с системой SCR. Компании Caterpillar, Cummins, Detroit Diesel и другие требуют, чтобы DEF использовался с системами SCR и отвечал всем рекомендациям ISO и требованиям API. Сертификация API является полностью добровольной программой, установленной Американским институтом нефти (API), которая подтверждает химическую чистоту DEF и соответствие производителей спецификациям ISO. Все основные марки DEF, представленные на потребительском рынке, соответствуют требованиям API.

Если DEF хранится при температуре окружающей среды 75 F без существенных периодов воздействия тепла выше 86 F, то партии DEF хватит примерно на два года. Если упаковка DEF подвергается периодическому нагреву, жидкости хватит приблизительно на один год.

Существует множество производителей жидкости DEF. Сайт Oilman Truck Tanks составил список из 13 основных производителей. DEF можно найти на большинстве крупных стоянок для грузовиков, в магазинах автозапчастей и магазинах шаговой доступности по цене примерно 2–3 доллара за галлон.

На каждой упаковке DEF указана дата производителя. Скорее всего он находится на лицевой стороне упаковки ближе к низу. Этот код даты покажет точную дату производства партии и, следовательно, возраст бутылки DEF. Контейнеры емкостью один галлон имеют лазерный код, отпечатанный на бутылке. Резервуары большего размера на 2-5 галлонов обычно имеют небольшой код даты, отпечатанный на этикетке продукта. Большие бочки с жидкостью DEF (более 55 галлонов) и контейнеры (275–355 галлонов) будут иметь этикетку большего размера, прикрепленную к боковой или верхней части бочки. Чтение кода производителя может быть немного сложным, и каждый из них немного отличается. Обычно первая цифра кода даты представляет номер партии, а следующие 6 цифр отражают дату, когда партия была заполнена на заводе.

Приняты многочисленные меры для предотвращения перекачки дизельного топлива в бак DEF и наоборот. «Зеленый» — международный цвет заправочных станций и насосных станций. «Синий» был выбран в качестве предпочтительного цвета для обозначения жидкости DEF. Стандартный диаметр сопла 19 мм предназначен для дозирования DEF; стандартный дизельный топливный жиклер 22 мм. Крышка топливного бака практически на всех грузовиках также должна быть «ярко синего цвета» в качестве последней профилактической визуальной меры, предотвращающей попадание дизельного топлива в бак DEF.

Во-первых, не паникуйте. Во-вторых, ни в коем случае не запускайте двигатель. Простой слив дизельного топлива в ДЭФ и наоборот (ДЭФ в топливный бак) не нанесет вреда вашему двигателю, если вы не запустите двигатель. SCR должен распознать, что в баке есть раствор, отличный от DEF, и уведомить водителя через показания ECM на приборной панели. Также важно не двигать транспортное средство. Движение автомобиля может привести к попаданию топлива в трубопроводы и систему SCR. Лучше всего сливать бак, когда автомобиль находится в исходном положении. Если двигатель будет запущен даже на короткое время, дизельное топливо разрушит катализатор SCR, замена которого очень дорога и не будет гарантийного срока.