Filtr cząstek stałych do silników wysokoprężnych Podział i teoria działania

Filtr cząstek stałych do silników wysokoprężnych (DPF) jest filtrem ceramicznym, który posiada tysiące maleńkich kanalików lub otworów w kształcie plastra miodu, które zatrzymują sadzę na ściankach kanałów i zapobiegają wydostawaniu się cząstek stałych (o wielkości do 1 mikrona) z rury wydechowej.otworów w kształcie plastra miodu, które zatrzymują sadzę na ściankach kanału i zapobiegają wydostawaniu się cząstek stałych (do 1 mikrona) z rury wydechowej. Plastrów miodu wewnętrznej struktury jest pokryta warstwą katalizatora chemicznego, który zawiera niewielkie ilości metali szlachetnych, zwykle platyny lub pallad.

Aby zmniejszyć cząstek stałych lub sadzy z wydechu, trzeba podnieść temperaturę komory spalania wystarczająco wysokie, aby zmniejszyć PM’s z formowania. NOx tworzy się, gdy temperatura spalania przekracza 3,200°F (1,800°C), a ilość tworzących się tlenków zależy nie tylko od temperatury, ale także od czasu, przez jaki stosuje się ciepło. Jednak podniesienie temperatury w komorze spalania w sposób niezamierzony zwiększa ilość powstających tlenków azotu. Jest to jeszcze gorsze dla środowiska niż sadza.

Samochody i ciężarówki z silnikiem diesla wyprodukowane po 2009 r. muszą być wyposażone w filtr DPF, a w niektórych przypadkach w system selektywnej redukcji katalitycznej (SCR). Komponenty te współpracują ze sobą, aby zmniejszyć, a gdy działają prawidłowo, usunąć wszystkie szkodliwe NOx i sadzę z układu wydechowego. Nie tylko pomaga to środowisku, ale również tworzy znacznie czystszy silnik. Olej silnikowy nie brudzi się tak szybko, jak bez sprawnie działających systemów. Mniejsza ilość sadzy zmieszanej z olejem silnikowym oznacza mniejszą ilość ziarnistego węgla tworzącego się w komorach olejowych i innych ruchomych częściach. Zwiększa to żywotność silnika, a jednocześnie oczyszcza powietrze.

Wadą tego wszystkiego jest to, że filtr DPF musi być regularnie czyszczony. Cząsteczki sadzy przyczepiają się do wykładziny filtra DPF, gdy silnik pracuje. Jednocześnie filtr powoli zatyka się cząstkami stałymi, które ma za zadanie usuwać ze spalin. Proces czyszczenia filtra DPF jest wykonywany w procesie zwanym regeneracją. Istnieje kilka różnych metod stosowanych przez różnych producentów do czyszczenia filtra DPF.

Pasywna regeneracja

Pasywna samoregeneracja jest całkowicie przezroczysta dla operatora i nie wpływa na działanie ani wydajność maszyny. Jedynym sygnałem aktywacji cyklu pasywnej regeneracji jest lampka ostrzegawcza temperatury spalin wskazująca, że temperatura spalin jest wyższa niż normalnie lub komunikat informujący, że trwa cykl regeneracji, lub oba te sygnały jednocześnie.

Aktywna regeneracja

Aktywna samoregeneracja występuje, gdy w spalinach nie ma wystarczającej ilości ciepła do przetworzenia cząstek stałych gromadzących się w filtrze DPF. Aktywna regeneracja jest samoczynnie aktywowana przez PCM na podstawie różnych danych wejściowych. PCM wysyła polecenie podniesienia temperatury spalin poprzez dodanie niewielkiej ilości wtryskiwanego surowego paliwa przed filtrem DPF. Reakcja chemiczna metali szlachetnych w filtrze DPF i podwyższona temperatura spalin utleniają cząstki stałe z filtra.

Regeneracja postojowa

Regeneracja postojowa jest taka sama jak aktywna, ale odbywa się, gdy pojazd nie jest prowadzony. Jest to proces wymuszony przez kierowcę lub wykonywany za pomocą narzędzia skanującego. Zdarzają się sytuacje, w których kierowca musi przeprowadzić ręczną lub „zaparkowaną” regenerację na poboczu drogi. Może to być spowodowane anulowaniem wcześniejszej regeneracji lub automatyczną regeneracją, która się rozpoczęła, ale została przerwana. W niektórych przypadkach, regeneracja jest „wymuszona” na kierowcy za zignorowanie wcześniejszej prośby o przeprowadzenie zaparkowanej regeneracji, powodując przejście pojazdu w tryb limp. W wielu przypadkach lampka ostrzegawcza lub komunikat informuje kierowcę, że należy zjechać na pobocze i rozpocząć regenerację postojową. Zazwyczaj wymaga to od kierowcy włączenia hamulca postojowego i uruchomienia przełącznika w celu rozpoczęcia procesu.

Przestrogi dotyczące regeneracji postojowej

Ze względu na wysoką temperaturę wytwarzaną podczas cyklu regeneracji, podczas wykonywania regeneracji postojowej lub cyklu regeneracji wywołanego przez narzędzie skanujące należy przestrzegać następujących prostych zasad, aby uniknąć wszelkich zakłóceń z zewnątrz. Trzymaj się z dala od materiałów palnych i ludzi.

Awarie filtra

Niektóre awarie filtra spalin silników wysokoprężnych są wynikiem niedopuszczenia do regeneracji. W ten sposób filtr DPF zostaje nieumyślnie zatkany do tego stopnia, że jego wymiana jest jedyną opcją. Mimo, że można go do pewnego stopnia oczyścić, część funkcjonalności jest nadal tracona ze względu na dotkliwość ograniczenia. Inny problem pojawia się, gdy jest on w trakcie regeneracji, a nadmiar ciepła w połączeniu z zatkaniem powoduje rozszerzenie i pęknięcie metalowej obudowy filtra DPF. Co oczywiście oznacza, że jedynym rozwiązaniem jest wymiana filtra DPF. DPF wymaga profesjonalnego czyszczenia co 150,000-250,000 mil lub 5000 godzin.

Monitorowanie regeneracji

W niektórych pojazdach monitorowanie odbywa się za pomocą czujnika ciśnienia, który mierzy ciśnienie wejściowe i wyjściowe DPF. W innych wykorzystuje się przebieg lub licznik godzin pracy silnika. W większości pojazdów istnieje możliwość wyłączenia procesu regeneracji w sytuacji, gdy podniesienie temperatury układu wydechowego mogłoby spowodować pożar. Ale nie należy go wyłączać, gdyż może to spowodować trwałe uszkodzenie filtra DPF.

Regeneracja

Regeneracja może nastąpić tylko wtedy, gdy warunki są zgodne z ustawionymi specyfikacjami dla danego silnika i potrzeb producenta. Ogólnie rzecz biorąc, większość cykli regeneracji odbywa się bez wiedzy kierowcy. Proces regeneracji odbywa się poprzez podniesienie temperatury filtra DPF do około 1100°F (600°C) i dostarczenie wystarczającej ilości tlenu bezpośrednio do filtra DPF. Niektóre systemy wtryskują dodatkowe paliwo do cylindra podczas suwu wydechu, co skutecznie wysyła gorące gazy do katalizatora utleniającego DPF, podnosząc jego temperaturę wystarczająco, aby węgiel wszedł w reakcję z nadmiarem tlenu, który również został dostarczony. Inne systemy opierają się na elemencie grzewczym tuż przed filtrem DPF, aby podnieść jego temperaturę.

Proces regeneracji będzie kontynuowany do momentu, gdy różnica ciśnień na filtrze DPF (na wejściu i wyjściu) spadnie do akceptowalnego poziomu. Jeśli na przykład zmienią się warunki jazdy, samochód zatrzymuje się, a regeneracja zostaje przerwana do czasu, aż warunki znów staną się odpowiednie. Regeneracja może być głośna, ponieważ silnik przez cztery lub więcej minut pracuje na obrotach do 4000 obr/min, a następnie przez kolejne cztery lub więcej minut na obrotach do 2000 obr/min. Po zakończeniu regeneracji pojazd powróci do normalnego biegu jałowego, a kontrolka serwisowa zgaśnie.

Problemy z regeneracją

Problemy pojawiają się, gdy kolejne regeneracje są zaniechane, a poziom sadzy wzrasta do punktu, w którym filtr DPF zatyka się i nie może być zregenerowany samodzielnie. Krótkie przejazdy i ciągłe zatrzymywanie się mogą nie pozwolić filtrowi DPF na osiągnięcie odpowiedniej temperatury. W takiej sytuacji kierowca jest powiadamiany migającą lampką ostrzegawczą DPF. Jeśli lampka ostrzegawcza zostanie zignorowana, pojawia się drugie ostrzeżenie, które może spowodować przejście pojazdu w tryb awaryjny. W trybie awaryjnym pojazd nie będzie działał powyżej 5 lub 10 mil na godzinę i pozostanie w tym stanie do czasu przeprowadzenia odpowiedniego przeglądu przy użyciu skanera w celu przeprowadzenia procesu regeneracji.

Wybiórcza redukcja katalityczna (SCR)

SCR jest alternatywą dla układu EGR i rozwiązuje ten sam problem redukcji zanieczyszczeń NOx. System ten wykorzystuje roztwór 32,5% mocznika i 62,5% wody denaturowanej, zwany płynem spalinowym (DEF). Ten niebieski płyn znajduje się w oddzielnym zbiorniku, który jest wtryskiwany do układu wydechowego. Kiedy mieszanina mocznika spotyka się z gorącymi gazami spalinowymi, rozkłada się na amoniak (NH3) i CO2. Następnie amoniak reaguje z tlenkami azotu w drugim katalizatorze, tworząc nieszkodliwą mieszankę wyjściową azotu i wody. Zaletą jest nie tylko redukcja NOx, ale również zmniejszenie zużycia EGR. Oznacza to bardziej efektywne spalanie, mniejszą emisję cząstek stałych i mniejsze zużycie paliwa.