fbpx

SCR: najbardziej wymagający, kosztowny i problematyczny układ w maszynie. Jak dbać, diagnozować i… Żyć z SCR-em?

Omówiliśmy już dwa z głównych komponentów, jakie składają się na układ oczyszczania spalin w nowożytnym, skrojonym pod wymogi ekologów ciągniku, czasem określanym w uproszczony sposób “nowoczesnym”. Tak jakby zastosowanie ekologii faktycznie warunkowało to, czy ciągnik jest nowoczesny czy nie. Pora na SCR.

Nie da się uniknąć tych elementów w tej szerokości geograficznej, za wyjątkiem kilku państw niebędących w UE. Dlatego też warto pochylić się nad zagadnieniem układu SCR, czyli selektywnej redukcji. Dlaczego selektywnej? Bowiem istotą działania SCR, czyli Selective Catalytic Reduction, jest przeciwdziałanie konkretnym cząstkom jakimi są tlenki azotu.

Dlaczego? Można powiedzieć, że silnik spalinowy to taka maszyna do podgrzewania azotu. Azot nie bierze udziału w procesie, za to stanowi większość mieszanki i w wyniku działania temperatury i ciśnienia nagrzewa się dodatkowo zmieniając się w części ze zwykłego dwu-cząsteczkowego N2 właśnie w tlenki. A patrząc od strony sprawności, trudno jest mówić o czymś innym, skoro większość użytej energii idzie właśnie na ciepło.

Cóż, może gdyby producenci nie byli przymuszani do skupiania się na spalinach a efektowności, bylibyśmy na innym poziomie, bowiem niestety często ekologia przeczy ekonomii. Wracając do tematu tlenków: podtlenek azotu N2O, tlenek azotu NO, dwutlenek azotu NO2, trójtlenek azotu N2O3 oraz czerto- i pięciotlenki azotu N2O4 i N2O5 to główne gazy z jakimi walczy SCR. Choć nie wszystkie są śmiertelne, głównym winowajcą jest N2O, który jest najstabilniejszą formą, a zarazem najbardziej trująca. Chętnie reaguje z wodą, także w formie lotnej, tworząc kwasy azotowe przyśpieszające korozję wewnątrz silnika, ale także odpowiada za barwę smogu (słynny smog kalifornijski) czy przyczynia się do wzmagania chorób układu oddechowego. Jest to oczywiście jeden z kluczowych gazów (pod postacią NOx) limitowany normami emisji spalin.

Układ SCR – najrozleglejszy z układów

W zasadzie można powiedzieć, że jest on rozłożony po całej maszynie. W odróżnieniu od DPF-u czy DOC, które występują bezpośrednio na układzie wylotowym z silnika, SCR to kilka komponentów rozlokowanych w różnych miejscach, w dodatku są to elementy dosyć złożone i wymagające. Złośliwi powiedzą, że macki SCR-a oplatają maszynę niczym antyczny potwór, niepozwalający rozwinąć skrzydeł. Tak, czasami to prawda, bo gdy wszystko działa jak należy, SCR w przeciwieństwie do DPF-a nie ma tendencji do “duszenia” silnika, a to za sprawą przelotowej budowy samego katalizatora, który składa się z dwóch części: właściwego SCR, czyli monolitu, na którym przy udziale płynu DEF dochodzi do redukcji NOx do N2 i pary wodnej, oraz części zwanej AOC – Ammonia Oxidation Catalyst. Element jest często pomijany, gdyż uważny czytelnik zauważy, że skoro wymagany jest element utleniający amoniak, to znaczy, że pojawia się on w układzie.

Całkowicie zablokowane czoło katalizatora SCR, i to bardzo dużego katalizatora użytego w silniku 6.7 litra. Co ciekawe, wystarczyło niecałe kilkaset godzin pracy z niesprawnym wtryskiwaczem, który lał płyn DEF bez właściwej dawki, aby do tego doszło. Jak operator zauważył usterkę? Ciśnienie i temperatura w układzie wzrosły tak bardzo, że została wygięta rura pomiędzy turbosprężarką a filtrem DPF i spaliny rozgrzane do ponad 700 st. C przetopiły część przewodów znajdujących się obok rury i plastikową pokrywę dekla zaworów, fot. G. Szularz

Jest to prawda, bowiem płyn DEF (występujący pod nazwą handlową AdBlue lub NOXy) używany w układach SCR to nic innego jak mocznik, czysty chemicznie o stężeniu 32,5%, który po wtryśnięciu rozpada się dając amoniak i parę wodną i to właśnie amoniak jest odpowiedzialny za reakcję w wyniku której tlenki azotu są rozkładane do azotu. Niestety, część tego amoniaku pozostaje, a jak wiadomo, nie jest to gaz obojętny, jest silnie trujący i bardzo niebezpieczny, dlatego w układzie, na końcu, znajduje się katalizator, który umożliwia jego rozpad (utlenienie) oraz czujnik tzw. NH3 sensor, który pilnuje, aby nie dostawał się on do atmosfery.

Jak widać, sam proces jest dość kruchy. Pikanterii może dodać fakt, iż poniżej 200 st. C SCR działałby jak mała fabryka saletry amonowej, bowiem poniżej 200 st. C produktem ubocznym jest właśnie wybuchowa saletra, która z kolei w 210 st. C potrafi spalać się w sposób wybuchowy. Właśnie dlatego układ SCR musi być dobrze “oczujnikowany” i zabezpieczony przez rozruchem na zimno.

Wspomnieliśmy, że układ jest najbardziej rozbudowany. Wiemy, że sama “srebrna puszka” kryje co najmniej dwa elementy i wiele czujników jak chociażby temperatury wejściowej i wyjściowej, do tego dochodzą czujniki NOx zazwyczaj w okolicy turbosprężarki lub kolektora oraz na wyjściu z AOC – logiczne, w końcu chcemy wiedzieć, jak przebiega proces redukcji. Często można spotkać wspomniany czujnik NH3 na samym wylocie z układu, co dalej? Dalej, lub raczej pomiędzy DPF (lub kolektorem) a SCR znajduje się tzw. “mikser” (mixing-tube lub mixing-element), w którym umieszczony jest wtryskiwacz DEF. Rolą owego miksera jest wytworzenie turbulentnego przepływu, który umożliwi wymieszanie się wstrzykniętego mocznika ze spalinami i jego jak najszybsze odparowanie.

Element miksujący znajdujący się wewnątrz obudowy katalizatora, w takim układzie nie ma „mixing tube” – widocznej na zdjęciu promującym artykuł. Wtryskiwacz jest wkręcony przed tym elementem bezpośrednio w obudowę, fot. G. Szularz

W praktyce to kawałek rury (mixing tube) lub wewnętrzna struktura (mixing element) ze stali kwasoodpornej wewnątrz głównej obudowy z licznymi otworami i poskręcanymi płaszczyznami przypominającymi łopatki wirnika. Wszystko po to, aby laminarny przepływ, zwłaszcza po DPF przekształcić w taki, który wspomoże mieszanie się mocznika ze spalinami. Element chyba najmniej awaryjny sam w sobie, choć często to właśnie tu warto rozpocząć diagnostykę, bowiem właśnie tutaj rozpoczyna się proces bardzo niepożądanej krystalizacji DEF, o czym za chwilę.

Pora przejść do wtryskiwacza, który nie jest tak skomplikowany jak wtryskiwacz CR, ale również ma otwory o małych średnicach i powinien cechować się nie tylko właściwym wydatkiem, ciśnieniem, ale również charakterystycznym rozpyleniem. W przeciwnym wypadku układ nie będzie działał wydajnie, a mocznik zamiast odparowywać i mieszać się, będzie osadzał się na powierzchni katalizatora i krystalizował, co w połączeniu z resztkami innych gazów w spalinach tworzy nie tylko stałe osady mocznika, ale również coś w rodzaju kamienia kotłowego, bardzo trudnego do rozpuszczenia.

Jakby tego było mało, wtryskiwacz jest chłodzony/podgrzewany płynem z układu chłodzenia. Istnieje więc ryzyko, że w przypadku nieszczelności płyn może przedostawać się do układu, co zdarza się niezwykle rzadko. Znacznie częściej występuje problem, gdy wtryskiwacz znajduje się w najwyższym punkcie układu chłodzenia i po zgaszeniu silnika lustro płynu opada poniżej wtryskiwacza i ten zostaje bez chłodzenia i następuje jego przegrzanie, zwłaszcza gdy gasimy maszynę bezpośrednio po intensywnej pracy lub procesie regeneracji i wszystkie elementy są nagrzane.

Wspomnieliśmy, że wtryskiwacz jest chłodzony/grzany płynem. Tak, bowiem układ musi osiągnąć określoną temperaturę pracy, a zatem przepływający przez wtryskiwacz płyn na początku ogrzewa go do właściwej temperatury, później zaś odbiera ciepło. Należy pamiętać, że dysza wtryskiwacza DEF jest wystawiona na działanie temperatury spalin, zaś sam wtryskiwacz jest wkręcony w układ wylotowy – zazwyczaj jest mu za ciepło.

Ciepło jest również przewodom, które doprowadzają płyn ze zbiornika DEF do pompki i wtryskiwacza; zarówno pompka jak i przewody są zwykle ogrzewane elektrycznie, a to z uwagi na temperaturę krzepnięcia DEF około -11 C. Sam zbiornik jest zazwyczaj ogrzewany płynem poprzez dodatkowy trójnik i elektrozawór. Wszystko to związane jest z kwestią właściwej temperatury pracy. Nad całością czuwają czujniki w zbiorniku, temperatury otoczenia, temperatury w pompie, specjalny przekaźnik zwany czasami Smart Relay i nie nie jest to zwykły przekaźnik z cewką za kilka zł, a bardzo drogi mikro-sterownik zawiadujący pracą elementów odpowiedzialnych za grzanie, którego awaria jest traktowana tak samo jak jednego z głównych komponentów – maszyna wchodzi w tryb inducement (ograniczonej mocy).

Pompa Denoxtronic 2.0 po lewej – stosowana w jednostkach powyżej 4 litrów (charakterystyczne trzy przewody u góry, wtyczka od przodu i filtr wkręcany od dołu, po prawej zminiaturyzowana wersja do mniejszych silników np. FPT F36/F34/F28, fot. G. Szularz

Zanim jednak przejdziemy do usterek, pozostały dwa komponenty. Już wspomniane, ale jeszcze nie opisane. Są to pompa DEF oraz czujnik w zbiorniku. Dlaczego to takie ważne? Cóż, jak można się domyślić, nie jest to przerobiona pompka od spryskiwaczy i zwykły pływak, oj nie. Obydwa elementy są oczywiście bardzo drogie, czujnik bywa nawet droższy niż pompa, której cena to zwykle około 4000-4500 zł brutto. Jak to zwykle? Przecież to chyba zależy od producenta, owszem, zależy, ale 90% układów jest produkcji jednego producenta, a sercem jest pompa Denoxtronic 2.0 firmy Bosch.

A czujnik? A czujnik również jest tego samego producenta i potrafi kosztować nawet dwa razy tyle. W zasadzie to wszystkie elementy elektryczno-elektroniczne są tego samego producenta, a ich ceny są bezdyskusyjne. Jakiś niewielki procent maszyn np. niektóre firmy Liebherr miały układy innego producenta, ale to można pominąć. Nie można pominąć faktu, że trójfunkcyjny czujnik DEF w zbiorniku – temperatury, jakości oraz ilości kosztuje krocie, a potrafi się zepsuć w zasadzie po drobnym błędzie. Odrobina brudu, pyłu czy, najgorzej, produktów ropopochodnych i pompkę oraz czujnik możemy sobie postawić w warsztacie jako eksponaty.

Co się psuje?

Skoro już odkryliśmy wszystkie karty, to chyba nie ma co przedłużać i pora przejść do sedna. Prawda jest taka, że układ SCR jest najbardziej wymagającym, kosztownym i problematycznym układem w maszynie. Co do tego nie ma wątpliwości i niech nikt wam nie wmawia, że jest inaczej. Faktem jest jednak to, że można nauczyć się z nim żyć i będzie to życie wciąż wymagające pewnych nakładów czasowych i finansowych, ale być może nie wpędzi nas on do grobu. Pod warunkiem, że zaciśniemy zęby i chcąc mieć nowoczesny ciągnik, nauczymy się go obsługiwać także od strony serwisu SCR.

Czasem poważny błąd unieruchamiający maszynę nie jest efektem wadliwego lub popsutego elementu, a wysuniętego pinu. Niestety stopnień skomplikowania tych układów, ilość przewodów, wtyczek, punktów masowych, rurek i przekaźników sprawia, że stają się one ofiarą własnego wyrafinowania. Diagnostyka zawsze powinna być prowadzona krok po kroku od podstaw. Takie rzeczy jak wtyczki, przewody, bezpieczniki i przekaźniki możemy sprawdzić sami, znajomość instrukcji może nam pomóc zaoszczędzić dużo czasu i sporo pieniędzy. Jeżeli będziemy mieli szczęście… fot. G. Szularz

Zdecydowanie najbardziej irytującym elementem życia z SCR-em, ale i całym układem oczyszczania spalin, jest tzw. tryb inducement, czyli tryb wymuszonego ograniczenia mocy związany z jakąś usterką układu. Właśnie, “inducement” lub “ograniczenie mocy” są zawsze efektem usterki, nie przyczyną. Coś w układzie musiało się stać, że sterownik podjął decyzję o ograniczeniu mocy, które jest nakazane prawnie – to nie jest fanaberia producenta, producent jest zobligowany do wprowadzenia procedury inducementu jeżeli chce, aby jego maszyna została dopuszczona do sprzedaży z normą Stage V / Tier 4f.

A co wywołuje ów inducement? Wszystko, co związane z oczyszczaniem spalin, począwszy od rezerwy płynu DEF, błędnych danych z czujników, niskiej sprawności układu, błędów komunikacji między sterownikami słowem wszystkiego co odpowiada za poprawny proces oczyszczania spalin. Niestety, bardzo często wymaga to wizyty serwisu z oprogramowaniem do silnika i wykonaniem diagnostyki i resetowania błędów. Ważnym jest, aby serwis jasno określił, co było faktyczną przyczyną. Tak zwany “chochlik elektroniczny” czyli np. chwilowy problem w komunikacji CAN wywołany jakimś skokiem napięcia, spadkiem napięcia czy przegrzaniem może się zdarzyć – w końcu układ jest skomplikowany, lecz nie powinno to zdarzać się ciągle i ciągle blokować maszyny.

Tak może wyglądać wlot do elementu miksującego, widać charakterystyczne łopatki, które mają zawirować przepływ, widać również osad, nie jest to czysty mocznik, to coś w rodzaju kamienia kotłowego z mocznika, pary wodnej i resztek ze spalin, rozpuszcza się trudniej w wodzie, lub prawie wcale. Jak widać, niemal połowa światła otworu jest zablokowana! Fot. G. Szularz

Przejdźmy do bardziej namacalnych usterek. Jedną z częstszych, ale i łatwiejszych do zwalczenia jest zatkanie wylotu z wtryskiwacza DEF – zatyka się on skrystalizowanym mocznikiem, dzieje się to naturalnie wraz z upływem godzin pracy. Jak temu zaradzić? Oczywiście nie gasząc maszyny z pełnego gazu czy tuż po intensywnej pracy lub regeneracji, co również pomaga uniknąć przegrzań wtrysku – a warto wiedzieć, że wywołanie określonej ilości przegrzań może spowodować, że sterownik uzna, że trzeba wymienić wtryskiwacz i tak, pojawi się inducement.

Druga sprawa to co jakiś czas, 300-500 mth, odkręcić wtryskiwacz (zimny) i delikatnie przemyć go wodą, najlepiej demineralizowaną. Nie ma potrzeby używania jakiejkolwiek chemii, jest to nawet niepolecane, osad z mocznika powinien łatwo rozpuścić się w wodzie. Zła higiena wtryskiwacza kiedy wtryskiwacz leje, może spowodować, że zarówno na mikserze jak i czołowej powierzchni SCR zaczną się odkładać zbyt duże ilości mocznika w formie krystalicznej utrudniając przepływ i w konsekwencji prowadząc do konieczności albo próby regeneracji poza maszyną albo wymiany katalizatora.

Wtryskiwacz od strony układu, na pierwszy rzut oka wygląda nieźle, jednak po oczyszczeniu widać jaka jest różnica, można nawet policzyć wszystkie dysze. Na środkowym zdjęciu przykład, gdy wtryskiwacz został kiepsko dokręcony lub uszczelka nie trzymała szczelności. Płyn DEF uciekał bokami, fot. G. Szularz

Problemów jest naprawdę dużo, plusem jest to, że o ile istnieje możliwość odczytania kodu błędu, są dość łatwe w diagnostyce np.: brak ogrzewania przewodów – uszkodzony przekaźnik lub grzałka w przewodzie, brak właściwego ciśnienia wtrysku – zablokowany wtryskiwacz lub niesprawna pompka. Brak sterowania grzaniem – zacięty Smart Relay. Niewłaściwy odczyt poziomu lub jakości DEF w zbiorniku – problem z czujnikiem, o dziwo również w przypadku czujnika, który przecież na ogół jest zanurzony w płynie, może pojawić się problem z krystalizacją, co powoduje przycięcie pływaka lub kulki wewnątrz – czasem wystarcza umycie.

Co zrobić, aby przeżyć?

W dużej mierze przydadzą się wskazówki dotyczące DOC i DPF czyli dbanie zarówno o to, aby maszyna była rozgrzana przed pracą i wystudzona po, ale także to, by nie unikać komunikatów o konieczności przeprowadzenia stacjonarnej regeneracji, bowiem również SCR wymaga od czasu do czasu wygrzania w wysokiej temperaturze, co pozwala na usunięcie zalegających kryształów nieodparowanego mocznika.

Jeżeli wszystko działa poprawnie, układ całkiem sprawnie oczyszcza się i odzyskuje pełen przepływ i sprawność, ale musimy mu to umożliwić. Przyjęło się, że maszyny wyposażone w SCR lubią obroty i mówiąc kolokwialnie lubią, jak daje się im w palnik. Po części to prawda, zwłaszcza jeżeli mowa o systemie, w którym jest tylko i wyłącznie SCR. Choć należy pamiętać, że łatwo jest przegrzać np.: wtryskiwacz. Dawkujmy obroty z umiarem, wedle potrzeb, unikając jednak długotrwałego “pyrkania na wolnych”.

Zbiornik kryje wiele pozornie prostych, aczkolwiek kosztownych elementów. Poza samym płynem DEF, który trzeba kupować i wypalać dla ekologii, także grzałkę od układu chłodzenia maszyny, trzyfunkcyjny czujnik ultradźwiękowy, odpowietrznik (czasem w korku) dwa filtry (ssawny i wlewowy) a czasem wziernik. Jak widać, w realnym życiu trudno o utrzymanie nieskazitelnej czystości. Ważne jednak, by za korkiem było idealnie, fot. G. Szularz

Zdecydowanie i bezdyskusyjnie najważniejszym elementem jest zapewnienie maszynie czystego płynu DEF, czystego i dobrego jakościowo! Znakomita większość usterek wynika z braku zachowania higieny pracy i np.: przynoszenia DEF w bańce po oleju albo ropie (w odwrotną stronę, to również jest opłakane w skutkach dla Common Rail), pamiętajmy, że układ, a więc wszystkie uszczelki, membrany i zawory są przyszykowane do pracy z roztworem mocznika a nie olejem napędowym. Z punktu widzenia SCR, olej, benzyna, ropa to najgorsi wrogowie, przelecą przez wszystkie filtry i zabiją każdy układ.

Filtry właśnie, kolejna kwestia. Najlepiej zabezpieczone układy SCR mają aż 6-7 miejsc filtrujących począwszy od samego wlewu, w którym może znajdować się sitko lub specjalny perforowany woreczek, chroniący zbiornik przed przedostawaniem się brudu, dalej filtr ssawny w zbiorniku – powinien być wymieniony podczas procedury mycia zbiornika (co 3-4 tys. mth w zależności od warunków pracy), kolejny to malutki filierek w króćcu pompy, dalej duży filtr w pompie (ok. 350-500 zł) wymieniany co 1-2 tys mth, znów filierek w króćcu wtryskiwacza i na sam koniec filtr odpowietrznika zbiornika.

Pamiętajmy, że po skończonej pracy pompa SCR rozpoczyna odsysanie czynnika DEF z przewodów do zbiornika, a jeżeli odpowietrznik jest zatkany, może to spowodować zapadnięcie się zbiornika do środka – zwłaszcza dużego prostopadłościennego. Niby nic wielkiego, ale wówczas zmniejsza się jego pojemność w wyniku trwałej deformacji.

Co nas czeka w przyszłości? Na pewno coś powiązanego z SCR. A jeszcze pewniejsze jest to, że będzie to powiązane z firmą Bosch – tutaj na zdjęciu schemat nowego typu dualSCR, z dwoma katalizatorami i dwoma wtryskiwaczami. System niejako rozwijany z myślą o normie Stage VI / Tier 5, fot. G. Szularz

Kolejne elementy odnoszą się już do pewnych dodatkowych czynności serwisowych, jak wspomniane płukanie wtryskiwacza czy jak można się domyślić pilnowania wymian filtrów. Niestety, w pogoni za zaoferowaniem klientowi najniższych kosztów eksploatacji, producenci często umyślnie pomijają filtry układu SCR z uwagi na ich koszt, podobnie jak to się ma w motoryzacji, gdy producent nagle stwierdza, że olej w silniku można wymieniać co 30-40 tys., a filtrów czy oleju w skrzyni nie trzeba wymieniać w ogóle.

Nagle przestały się zapychać i zużywać w magiczny sposób. Jeżeli ktoś chce, to oczywiście może wierzyć w magię, wszystkim innym dedykujemy ten artykuł. Dbajcie o wasze SCR-y zanim je wytniecie.

Dekalb Bayer - baner
Baner Agrosimex Alaska
Baner webinarium konopie
POZ 2024 - baner

ZOSTAW KOMENTARZ

Proszę wpisać swój komentarz!
Proszę podać swoje imię tutaj

Najpopularniejsze artykuły
NAJNOWSZE WIADOMOŚCI
[s4u_pp_featured_products per_row="2"]
INNE ARTYKUŁY AUTORA




ARTYKUŁY POWIĄZANE (TAG)

NAJNOWSZE KOMENTARZE

Newsletter

Zapisz się do Rolniczego Newslettera WRP.pl, aby otrzymywać informacje o tym co aktualnie najważniejsze w krajowym i zagranicznym rolnictwie.