Системы последующей обработки стали неотъемлемой частью двигателей сегодня благодаря внедрению все более строгих норм выбросов. «В последнее десятилетие системы последующей обработки, используемые нашими глобальными OEM-клиентами, становятся все более сложными и более плотно упакованными», - говорит д-р Корниль Де Руддер, менеджер по развитию в Европе в Donaldson Co. Inc.

По его словам, эта повышенная сложность необходима для соблюдения постоянно ужесточающихся стандартов выбросов, внедряемых в США, Европе и других частях мира. «В результате в данный размер упаковки включено больше катализаторов и датчиков», - объясняет Де Руддер. «Для многих внедорожных машин, поскольку пространство под капотом ограничено, нам нужно проявлять творческий подход, чтобы установить эти новые компоненты на машины – и компоненты должны быть более плотно упакованы».

Чтобы решить эту проблему, Де Руддер говорит, что Дональдсон сосредоточился на разработке компонентов и систем, которые обеспечивают меньший «мертвый» объем внутри системы доочистки. «В системах более ранних поколений« мертвый »объем часто использовался для увеличения времени пребывания DEF (дизельной выхлопной жидкости; также называемой AdBlue), что усиливало ее разложение и смешивание в выхлопных газах», - говорит он. «Современные системы имеют меньше места для« мертвого »объема, что приводит к меньшему времени пребывания и обуславливает необходимость повышения производительности смесителя. В Donaldson мы разработали широкий спектр компактных и передовых систем смешивания DEF/AdBlue, которые специально разработаны для более эффективного достижения эффективного смешивания в небольших пространствах ».

Объединение функций SCR и DPF в единую подложку SCR-on-Filter (SCRoF) становится все более распространенным в отрасли как средство решения проблем системной упаковки, говорит Гэри Саймонс, инженерный директор по Северной Америке в Donaldson Co. Inc. "Поскольку субстраты SCRoF имеют более высокую пористость, чем DPF и SCR, они более хрупкие. Консервирование их требует тщательного управления усилиями установки и давлениями на подложку ».

По мере того, как пакеты системы последующей обработки становятся больше и сложнее, Де Руддер также отмечает, что они, как правило, имеют большую площадь поверхности. Такая большая внешняя поверхность может привести к проблемам с отводом тепла. Надлежащая изоляция станет более важной, и те проекты, которые уже были реализованы, нуждаются в дальнейшей доработке.

Смешивание DEF/AdBlue также является важным аспектом систем последующей обработки, говорит Де Руддер. «Обычно ожидается, что требования к однородности аммиака (NH3) должны превышать 0,990 для соответствия стандартам выбросов. Такой уровень производительности ожидается при незначительной кристаллизации DEF/AdBlue или ее отсутствии ».

Эта кристаллизация является повторяющейся проблемой со многими системами последующей обработки, говорит он. Хотя некоторая кристаллизация возможна, минимизация ее возникновения и воздействия является целью для всех производителей оборудования. Де Руддер говорит, что в настоящее время отрасль борется с определением спецификации для последовательного тестирования кристаллизации. Тем не менее, Donaldson разработал свой собственный цикл испытаний для измерения кристаллизации, чтобы можно было применять соответствующие смесительные растворы, чтобы свести к минимуму ее появление.  

«Поскольку он с большей вероятностью будет генерировать кристаллизацию/отложения во время сложных рабочих циклов, в Donaldson мы часто рекомендуем, чтобы смесители были спроектированы так, чтобы обеспечить эффективную работу даже во время сложных рабочих циклов, а не неоптимизированную систему, которая приведет к большему риску отложений», - говорит Де Раддер.

Новые правила приводят к новым потребностям в дизайне

Хотя в настоящее время в США и Европе нет новых норм выбросов для внедорожного оборудования, Калифорнийский совет по воздушным ресурсам (CARB) предложил потенциальное регулирование уровня 5. И поскольку многие страны стремятся сократить выбросы во всех отраслях, в будущем возможны более строгие правила.

Хотя предлагаемое регулирование выбросов CARB Tier 5 еще не было официально принято, Де Руддер и Саймонс из Donaldson говорят, что изменения, которые могут быть включены в окончательное правило, скорее всего, повлияют на конструкции систем последующей обработки. Ожидается, что сокращение выбросов NOx, твердых частиц (ТЧ), двуокиси углерода (CO2), а также увеличение пределов срока полезного использования/гарантии и более холодные испытания рабочего цикла будут частью регламента. «Сокращение критериев загрязняющих веществ и CO2 приведет к изменению стратегии выбросов», - говорят они. «Возможны две системы впрыска DEF/AdBlue, а также более тесное соединение системы последующей обработки с двигателем».

Кроме того, Де Руддер и Саймонс говорят, что в отрасли растет консенсус в отношении того, что использование EGR будет необходимо для соблюдения следующего поколения лимитов выбросов. «Это означает, что двигатели, откалиброванные на очень высокое содержание необработанных оксидов азота и низкое содержание ТЧ, станут менее распространенными», - объясняют они. «Это приведет к снижению нагрузки на смесители DEF/Adblue, что приведет к другим компромиссам/проблемам, таким как необходимость большей регенерации DPF».

«Современные внедорожные двигатели, как правило, полагаются на пассивную регенерацию DPF с активной регенерацией в автономном режиме, когда это необходимо, в то время как многие двигатели на шоссе могут иметь активную регенерацию при нормальной работе с минимальным воздействием на пользователя», - добавляет Де Руддер и Саймонс.

Далее они говорят, что более высокий уровень сырых ТЧ, который является результатом повторного введения EGR, увеличит потребность в более частой активной регенерации. Это, вероятно, потребует от OEM-производителей разработки аналогичных стратегий регенерации, используемых для двигателей на шоссе.      

Дальнейшие технологические разработки будут необходимы

«За последние 15 лет глобальные нормы выбросов быстро эволюционировали», - говорит Де Руддер. «Поскольку отрасль спешила от одного законодательства к другому, это, возможно, привело к некоторой чрезмерной инженерии, когда мало времени уделялось оптимизации затрат и продуктов».

Тем не менее, теперь между нормами выбросов уделяется больше времени, что лучше позволяет отрасли оптимизировать системы последующей обработки и гармонизировать между различными платформами, говорит он. OEM-производители также смогли лучше сосредоточить свои усилия по проектированию на оптимизированных продуктах и функциональности вместо соблюдения жестких сроков регулирования выбросов, что также принесло пользу отрасли и, вероятно, будет продолжаться в будущем.

Кроме того, многие в отрасли видят, что стандарты легковых автомобилей и большегрузных автомобилей на шоссе сливаются на уровне ЕВРО 7/VII. «Если и когда это произойдет, возникнут вопросы о том, как следующие стандарты бездорожья Stage/Tier могут быть согласованы с лимитами EURO VII на шоссе», - говорит Де Руддер и Саймонс.

В целом, дальнейшие технологические разработки будут необходимы для проектирования систем последующей обработки, независимо от того, будут ли они соответствовать требованиям клиентов или будущим нормам выбросов.

«Мы также ожидаем увидеть значительные изменения на стороне рынка с низким энергопотреблением», - заключает Де Руддер. «В частности, электрификация сыграет значительную роль, заменив некоторые дизельные двигатели, а гибридизация двигателей и машин сделает электроэнергию высокой мощности доступной для использования на этапе нагрева выхлопных газов», что повысит производительность системы последующей обработки. 

AdBlue® является зарегистрированной торговой маркой VDA.