Diesel Particulate Filter Breakdown and Operational Theory

Het Diesel Particulate Filter (DPF) is een keramisch filter dat duizenden minuscule kanaaltjes of honingraat-die het roet opvangen op de kanaalwanden en voorkomen dat deeltjes (tot 1 micron) uit de uitlaatpijp komen. De honingraatvormige binnenstructuur is bedekt met een laag van een chemische katalysator die kleine hoeveelheden edele metalen bevat, gewoonlijk platina of palladium.

Om de stofdeeltjes of het roet uit de uitlaat te verminderen, moet u de temperatuur van de verbrandingskamer hoog genoeg opvoeren om de PM’s van de vorming te verminderen. NOx wordt gevormd wanneer de verbrandingstemperatuur meer dan 3.200 ° F (1.800 ° C), en de hoeveelheid oxide gevormd hangt niet alleen af van de temperatuur, maar ook de lengte van de tijd dat de warmte wordt toegepast. Door de verbrandingskamertemperatuur te verhogen, wordt echter onbedoeld meer NOx gevormd. Dit is nog slechter voor het milieu dan roet.

Dieselauto’s en -vrachtwagens die na 2009 zijn gefabriceerd, moeten zijn uitgerust met een DPF, en in sommige gevallen met een Selective Catalysts Reduction (SCR)-systeem. Deze onderdelen werken samen om alle schadelijke NOx en roet uit de uitlaatgassen te reduceren, en als ze goed werken, te verwijderen. Dit is niet alleen goed voor het milieu, maar zorgt ook voor een veel schonere motor. De motorolie wordt niet zo snel vuil als het geval zou zijn als al deze systemen niet goed werkten. Minder roet vermengd met de motorolie betekent minder van die korrelige koolstof die zich vormt in de olie galleys en andere bewegende delen. Dit verlengt de levensduur van de motor en tegelijkertijd wordt de lucht gereinigd.

Het nadeel van dit alles is dat het DPF regelmatig moet worden gereinigd. De roetdeeltjes hechten zich aan de bekleding van het DPF terwijl de motor draait. Tegelijkertijd raakt het filter langzaam verstopt met de deeltjes die het juist uit de uitlaat moet verwijderen. Dit reinigingsproces van het DPF gebeurt via een proces dat regeneratie wordt genoemd. Er zijn verschillende methoden die door diverse fabrikanten worden gebruikt om de DPF te reinigen.

Passieve regeneratie

Passieve zelfregeneratie is volledig transparant voor de operator en heeft geen invloed op de werking of prestaties van de machine. De enige indicatie wanneer een passieve regeneratie cyclus is geactiveerd is ofwel een uitlaattemperatuur waarschuwingslampje dat aangeeft dat de uitlaattemperatuur hoger is dan normaal of een bericht dat een regeneratie cyclus bezig is, of beide.

Actieve regeneratie

Actieve zelfregeneratie treedt op wanneer er niet voldoende warmte in de uitlaat is om de PM die wordt verzameld in het DPF om te zetten. De actieve regeneratie wordt door de PCM zelf geactiveerd op basis van verschillende inputs. Het PCM stuurt een opdracht om de uitlaatgastemperaturen te verhogen door een kleine hoeveelheid ingespoten ruwe brandstof toe te voegen vóór het DPF. De chemische reactie van de edele metalen in het DPF en de verhoogde uitlaatgastemperaturen oxideert de deeltjes uit het filter.

Stationaire (geparkeerde) regeneratie

Stationaire, of geparkeerde, regeneratie is hetzelfde als actieve regeneratie maar vindt plaats terwijl het voertuig niet rijdt. Dit wordt door de bestuurder veroorzaakt of met een scantool gedaan. Er zijn momenten waarop de bestuurder een handmatige of “geparkeerde” regeneratie moet uitvoeren aan de kant van de weg. Dit kan zijn omdat hij een eerdere regeneratie heeft geannuleerd, of omdat een automatische regeneratie was gestart, maar werd onderbroken. In sommige gevallen wordt de regeneratie “opgedrongen” aan de bestuurder omdat hij een eerder verzoek om een geparkeerde regeneratie uit te voeren heeft genegeerd, door het voertuig in de limp-modus te zetten. Vaak zal een waarschuwingslampje of bericht de bestuurder vertellen aan de kant te gaan staan en een geparkeerde regeneratie te beginnen.

Voorzorgsmaatregelen bij geparkeerde regeneratie

In verband met de hoge warmte die tijdens de regeneratiecyclus vrijkomt, moet u bij het uitvoeren van een geparkeerde regeneratiecyclus of een regeneratiecyclus die door een scantool wordt veroorzaakt, de volgende eenvoudige regels in acht nemen om storingen van buitenaf te voorkomen. Blijf uit de buurt van brandbare stoffen en mensen.

Filterstoringen

Sommige dieseluitlaatfilterstoringen zijn een gevolg van het niet toestaan van de regeneratie om plaats te vinden. Hierdoor raakt het DPF onbedoeld zo verstopt dat vervanging de enige optie is. Hoewel het tot op zekere hoogte kan worden schoongemaakt, is een deel van functionaliteit nog verloren wegens de strengheid van de beperking. Een ander probleem is wanneer de DPF in regeneratie is en de overtollige warmte in combinatie met de verstopping ervoor zorgt dat het metalen omhulsel van de DPF uitzet en scheurt. Wat natuurlijk betekent dat de enige oplossing de vervanging van de DPF is. Het DPF moet elke 150.000-250.000 mijl of 5000 uur professioneel worden gereinigd.

Regeneratiebewaking

Bij sommige voertuigen wordt de bewaking gedaan door middel van een druksensor die de in- en uitgangsdruk van het DPF meet. Andere gebruiken een kilometerstand of een motorurenteller. Bij de meeste voertuigen is er een manier om het regeneratieproces uit te schakelen als de temperatuur van het uitlaatsysteem te hoog oploopt en brand kan veroorzaken. Maar, laat het niet uit of permanente schade kan worden veroorzaakt aan de DPF.

Regeneratie

Regeneratie kan alleen plaatsvinden wanneer de omstandigheden binnen de vooraf ingestelde specificaties voor die motor en de behoeften van de fabrikant. In het algemeen vinden de meeste regeneratiecycli plaats zonder dat de bestuurder ervan op de hoogte is. Het regeneratieproces gebeurt door de temperatuur van het DPF te verhogen tot ongeveer 1.100°F (600°C) en er wordt voldoende zuurstof rechtstreeks aan het DPF toegevoerd. Sommige systemen injecteren extra brandstof in de cilinder tijdens de uitlaatslag, waardoor hete gassen in de oxidatiekatalysator van het DPF terechtkomen, waardoor de temperatuur voldoende stijgt om de koolstof te laten reageren met de overtollige zuurstof die ook werd toegevoerd. Andere systemen vertrouwen op een verwarmingselement net vóór het DPF om de temperatuur te verhogen.

Het regeneratieproces gaat door tot het drukverschil over het DPF (ingang en uitgang) tot een aanvaardbaar niveau is gedaald. Als de rijomstandigheden veranderen, bijvoorbeeld, komt de auto tot stilstand en wordt het regeneratieproces stopgezet totdat de omstandigheden weer geschikt worden. De regeneratie kan een lawaaierige aangelegenheid zijn, aangezien de motor gedurende vier minuten of langer een toerental van 4.000 toeren draait en vervolgens gedurende nog eens vier minuten of langer een toerental van 2.000 toeren draait.

Regeneratieproblemen

Problemen ontstaan wanneer opeenvolgende regeneraties worden gestaakt, en het roetniveau een punt bereikt waarop het DPF verstopt raakt en niet meer uit zichzelf kan worden geregenereerd. Bij korte ritten en stop-and-go verkeer kan het DPF mogelijk niet op temperatuur komen. Wanneer dit gebeurt, wordt de bestuurder gewaarschuwd door een knipperend DPF-waarschuwingslampje. Als het waarschuwingslampje wordt genegeerd, verschijnt er een tweede waarschuwing die ertoe kan leiden dat het voertuig in de uitloopstand terechtkomt. In de noodmodus zal het voertuig niet harder rijden dan 5 of 10 mph en zal dat zo blijven totdat het op de juiste manier is onderhouden met behulp van een scanner om het regeneratieproces uit te voeren.

Selectieve Katalytische Reductie (SCR)

SCR is een alternatief voor de EGR en pakt hetzelfde probleem aan van het verminderen van de NOx-verontreinigingen. Dit systeem maakt gebruik van een oplossing van 32,5% ureum en 62,5% gedenatureerd water, de zogenaamde Diesel Exhaust Fluid (DEF). Deze blauwe vloeistof bevindt zich in een aparte tank die in de uitlaat wordt geïnjecteerd. Wanneer het ureummengsel in contact komt met de hete uitlaatgassen, ontleedt het tot ammoniak (NH3) en CO2. De ammoniak reageert vervolgens met stikstofoxiden in een tweede katalysator tot een onschadelijke output van stikstof en water. Het voordeel is niet alleen een vermindering van NOx, maar ook een vermindering van het gebruik van de EGR. Dit betekent een efficiëntere verbranding, een lagere PM-uitstoot en een beter brandstofverbruik.