SCR (AdBlue)

Praktijk verbruik AdBlue

AdBlue vulopeningAdBlue tank VW TouareqAdBlue tank (VW Passat)verwarming van de AdBlue tankAdBlue leiding verwarmingAdBlue ScematischSCR tankmoduleAdBlue Tank module Volkswagen Crafter

De euro 6 norm zal vooral een verlaging van NOx uitstoot betekenen voor diesel motoren. Het verder verlagen van de verbrandingstemperatuur zal niet het gewenste effect hebben, mede doordat de productie van de schadelijk roetdeeltjes daarmee verder omhoog gaat en het rendement van de motor verder daalt.
Met name het dalende rendement was voor de meeste truck fabrikanten aanleiding om voor hun voertuigen al een andere benadering te kiezen om de NOx uitstoot te verlagen: Het SCR (Selective Catalytic Reduction) systeem dat met een katalysator een reductie van de uitstoot van alleen NOx (selectief) bereikt.
De truck fabrikanten hebben de verbrandingstemperatuur verhoogd (hogere compressieverhouding), waardoor het rendement omhoog gaat en de roet productie afneemt. Het geproduceerde NOx wordt in de uitlaat door een reductie katalysator geleid en wordt omgezet in water (H2O) en stikstof (N2).

In Duitsland wordt sinds 1 januari 2005 op de bepaalde snelwegen tol geheven. Vrachtauto’s boven 12 ton (trein gewicht) betalen per kilometer. De hoogte van de tol is afhankelijk van de milieuklasse, het aantal assen van de vrachtwagen en de lengte van het traject waarvoor tol is verschuldigd.
De tarieven lopen van 0,141 Euro tot 0,288 euro per kilometer (01-01-2009) en is afhankelijk van de milieu klasse waar het voertuig in valt en het aantal assen.
Zie voor meer informatie zie de site van www.toll-collect.de.

Voor de truck fabrikanten kwam hierdoor ook de Euro 5 norm al binnen bereik zonder dat ze daar al aan hoefde te voldoen. Dit werd gestimuleerd door de Duitse overheid die korting gaf op de “LKW-Maut”, afhankelijk van de milieu klasse waarin het voertuig valt. Zie kader 3.
Bij het SCR-systeem wordt een ammoniak concentraat in het uitlaatgas verneveld en door een katalysator gevoerd waarin een coating van koper-zeoliet is opgenomen. Hoe dat chemisch werkt staat beschreven op deze pagina.

Opbouw

Naast een brandstoftank is ook een AdBlue tank in het voertuig geplaatst. Een pomp zuigt de AdBlue uit de tank en voert de AdBlue onder een druk van 500 kPa naar de AdBlue verstuiver in de uitlaat.

In de uitlaat is een menger opgenomen die ervoor zorgt dat de AdBlue goed met het uitlaatgas vermengd wordt. Vervolgens komt dit mengsel in de reductiekatalysator die een raadvormige structuur heeft waarop een coating is aangebracht.

Deze combinatie zal een reductie van de stikstofoxiden opleveren. De reductiekatalysator gaat werken vanaf 200 graden Celcius bedrijfstemperatuur.
Na de reductiekatalysator is een NOx sensor opgenomen in de uitlaat die het motormanagement informeert over het bereikte resultaat. Hierdoor kan motormanagement de hoeveelheid in te spuiten AdBlue verhogen of verlagen.

afbeelding 11 : Overzicht SCR systeem

AdBlue tank

De AdBlue tank hangt bij vrachtwagens aan het chassis en ligt bij personenauto’s (van b.v. VAG) in de kofferruimte.

De vulopening is bij vrachtwagens toegankelijk via een makkelijk te bereiken vul hals. Om te voorkomen dat per ongeluk diesel of benzine getankt wordt, is de vulopening versmald en heeft twee magneet ringen die ervoor zorgen dat de tank nozzle opent.
Hierdoor past de AdBlue nozzle wel in de diesel tank, maar gaat niet open omdat de magneten de nozzle niet openen.
AdBlue in de dieseltank zal vanwege de hoeveelheid water in AdBlue erg ongewenst zijn in het diesel brandstof systeem en diesel in de AdBlue tank is ongewenst omdat diesel de afdichtingen in hat achterliggende systeem aan zal tasten.

Een pomp, gemonteerd in – of naast de AdBlue tank zal de AdBlue uit de tank zuigen, door een filter leiden en de AdBlue onder druk naar de AdBlue verstuiver voeren. Bij de Denoxtronic van Bosch, die op vrachtwagens wordt toegepast, is de perslucht van het voertuig aangesloten om de AdBlue onder druk in de AdBlue verstuiver te brengen. Bij VAG is een pomp unit in de tank geplaatst zie afbeelding.

Omdat AdBlue bij lage buitentemperaturen kan bevriezen is er in de tank en de leiding naar de AdBlue verstuiver elektrische verwarming opgenomen. Ook kan de verwarming door de motor koelvloeistof gebeuren door een ring leiding in de AdBlue tank te maken en aan te sluiten op het koelsysteem van de motor. Zie hiervoor de onderzijde van deze pagina.
In de Euro wetgeving is opgenomen dat een NOx uitlaatgas nabehandeling systeem 400 seconden na de koude start (-7 graden Celsius) een voldoende hoge temperatuur bereikt om efficiënt te werken.
De verwarming van de tank en de leiding(en) is geregeld voor een voertuig dat in bedrijf is, maar kan ook bij lage temperatuur geparkeerd zijn. De tank is daarom geïsoleerd (zie afbeelding). Om te voorkomen dat de AdBlue leiding naar de AdBlue verstuiver bevriest, wordt er een omkeerklep geactiveerd nadat de motor is afgezet. Door het activeren van de omkeerklep zal als de AdBlue pomp geactiveerd wordt de AdBlue leiding leeg gemaakt worden.
Dit is hoorbaar in of buiten het voertuig, ter hoogte van de AdBlue pomp/tank.

Afbeeldingen

AdBlue verstuiver


AdBlue VerstuiverDe verstuiver voor AdBlue is in de uitlaat gemonteerd. De AdBlue pomp levert de AdBlue onder een druk van 500 kPa. Dat de druk zo hoog is heeft te maken met de verneveling van AdBlue in het uitlaatgas.
De klepnaald wordt door een veer in zijn rustpositie gehouden (gesloten) en door een magnetisch veld geopend. De motormanagement ECU gebruikt hiervoor een PWM (duty cycle) signaal om de hoeveelheid ingespoten AdBlue te kunnen doceren.
Als de motor wordt afgezet en de omkeerklep bediend wordt, wordt ook de verstuiver een aantal malen bediend om de AdBlue leiding te beluchten.

NOx sensor

De NOx sensor is direct na de reductiekatalysator in de uitlaatpijp geplaatst.NOx Sensor: algemene werking
Ter controle van het SCR-systeem in het kader van de EOBD (Euro On Board Diagnose) wordt met behulp van de NOx sensor de effectiviteit van de reductiekatalysator bepaald.
De signalen van de NOx sensor liggen in het microampère gebied. Daarom is een regelapparaat NOx sensor gemonteerd. Het regelapparaat verwerkt en bewerkt de signalen en stuurt ze naar de motormanagement computer.

De NOx sensor bestaat uit twee kamers, twee pompcellen en een verwarming. Het sensorelement is gemaakt van zirkoniumdioxide. Deze stof heeft de eigenschap dat bij het aanleggen van een elektrische spanning de negatieve zuurstofionen van de negatieve elektrode naar de positieve elektrode gaan.


Werking
De werking van de NOx sensor is afgeleid van een breedband Lambda sensor en is gebaseerd op zuurstofmeeting.

Werking van de eerste kamer

Een gedeelte van het uitlaatgas stroomt de eerste kamer in.NOx sensor: werking van de eerste kamer
In de 1e kamer wordt de zuurstofconcentratie verlaagd, om het kleine stikstofdioxiden gehalte in het uitlaatgas te kunnen meten.

Op grond van verschillende zuurstofgehaltes in het uitlaatgas en de referentie cel kan aan de elektroden een elektrische spanning worden gemeten. Het regelapparaat regelt deze spanning op een constante waarde. Deze waarde komt overeen met een lucht-brandstof verhouding van Lambda ≈ 1. Hierbij wordt zuurstof in of uit de kamer gepompt door de pomp cel en de zuurstofconcentratie in de 1e kamer op een bepaalde waarde geregeld.


Werking van de tweede kamer

Het uitlaatgas stroomt van de 1e kamer naar de 2e kamer. De NOx moleculen in het uitlaatgas worden bij een speciale elektrode gesplitst in N2 en O2.NOx sensor: werking van de tweede kamer Omdat de spanning bij de binnenste en buitenste elektrode constant 450 mV bedraagt, gaan de zuurstofionen van de binnenste naar de buitenste elektrode. De hierbij lopende stroom door de zuurstofpomp is maatgevend voor het stikstofgehalte in de 2e kamer. Omdat de stroom door de zuurstofpomp evenredig is aan het stikstofoxidengehalte in het uitlaatgas, kan op basis hiervan de hoeveelheid stikstofoxiden worden bepaald.
De NOx sensor en de bijbehorende verwarming worden pas ingeschakeld als vaststaat dat er geen condenswater in de keramische onderdelen van de sensor terecht kan komen. Hiervoor moet de temperatuur in het uitlaatsysteem zo hoog zijn, dat het dauwpunt van water overschreden is en er dus geen gecondenseerd water meer in de sensor aanwezig kan zijn.
Als de sensor of het regelapparaat uitvallen moet het MI lampje op het instrumentenpaneel gaan branden omdat het dan niet meer mogelijk is om te controleren of de schadelijke emissie binnen het wettelijke EOBD kader blijft voor wat betreft de NOx emissie.


 

AdBlue eigenschappen

  • AdBlue is handelsnaam voor een 32,5% ureum oplossing in water en staat niet gerubriceerd als een gevaarlijke stof. Toch dient contact met de huid te worden vermeden omdat irritaties kunnen ontstaan.
  • AdBlue heeft dient de DIN 70070 specificatie te hebben
  • Bij hoge temperaturen (ca. 70 graden C – 80 graden C) valt AdBlue uiteen. Hierbij wordt ammoniak gevormd, wat tot stankoverlast kan leiden.
  • Bij -11 graden C gaat AdBlue over in vaste toestand (bevriest).
  • AdBlue wordt door een filter geleid om te voorkomen dat verontreinigingen de AdBlue verstuiver kunnen verstoppen.
  • Als AdBlue in aanraking komt met de buitenlucht zal het kristalliseren omdat het water verdampt. Als op de kristallen weer in aanraking komen met water, lossen ze weer op in het water. In geluidsdempers waar resten AdBlue  en condens water achterblijven kunnen zich klonten vormen die verstopping van de geluidsdemper tot gevolg hebben. De hoge temperatuur in de geluidsdemper versneld het proces.

Vriespunt Ureum

Extra informatie


AdBlue VAG Animatie over de werking van AdBlue van VAG
AdBlue Audi Animatie over de aanpassingen aan een Audi Q7 voor Euro 6
AdBlue M.A.N. Animatie over AdBlue van M.A.N. (Engels)