DPF: Filtr cząstek stałych

Jak zregenerować lub odłączyć dpf i rozwiązać problemy z systemem kontroli emisji

Filtr cząstek stałych Diesla

Filtr cząstek stałych silnika wysokoprężnego (lub DPF) jest urządzeniem przeznaczonym do usuwania cząstek stałych silnika wysokoprężnego lub sadzy z gazów spalinowych silnika wysokoprężnego.
Sposób działania

Filtry cząstek stałych dla silników wysokoprężnych na ścianach zwykle usuwają 85% lub więcej sadzy i w pewnych warunkach mogą osiągnąć skuteczność usuwania sadzy zbliżoną do 100%. Niektóre filtry są jednorazowego użytku, przeznaczone do usuwania i wymiany po pełnym zgromadzeniu popiołu. Inne są przeznaczone do spalania zgromadzonych cząstek albo pasywnie poprzez zastosowanie katalizatora lub aktywnych środków, takich jak palnik paliwowy, który nagrzewa filtr do temperatury spalania sadzy. Osiąga się to przez programowanie silnika (gdy filtr jest pełny) w sposób zwiększający temperaturę spalin lub wytwarza duże ilości NOx w celu utlenienia skumulowanego popiołu lub za pomocą innych metod. Jest to znane jako "regeneracja filtra". Sprzątanie jest również wymagane w ramach okresowej konserwacji i należy to zrobić ostrożnie, aby uniknąć uszkodzenia filtra. Uszkodzenie wtryskiwaczy lub turbosprężarek w wyniku zanieczyszczenia filtrów olejem napędowym lub olejem silnikowym może również wymagać czyszczenia. Proces regeneracji odbywa się z prędkościami drogowymi wyższymi niż zazwyczaj można osiągnąć na ulicach miasta; pojazdy napędzane wyłącznie przy małych prędkościach w ruchu miejskim mogą wymagać okresowych podróży z większą prędkością, aby wyczyścić DPF. Jeśli kierowca zignoruje światło ostrzegawcze i czeka zbyt długo, aby obsługiwać pojazd powyżej 65 km/h, DPF może nie regenerować się prawidłowo, a kontynuacja działania poza tym punktem może spowodować uszkodzenie DPF, dlatego należy go wymienić. Niektóre nowsze silniki Diesla, a mianowicie pojazdy zainstalowane w pojeździe kombinowanym, mogą również wykonywać tzw. regenerację postojową, gdzie silnik zwiększa obroty do ok. 1400 obr/min. w czasie parkowania, aby zwiększyć temperaturę spalin.
 
Utrzymuj filtr cząstek stałych w dobrym stanie.

Spróbuj CARBON CLEANING!


Czyści silnik i eliminuje gromadzenie się węgla

Prewencyjne czyszczenie silników umożliwia przywrócenie części silnika, a nie ich wymianę, a tym samym oszczędność właścicieli samochodów na kosztownych częściach, takich jak nowa turbosprężarka (5.000-10.000 zł), katalizator (2.000-7.500 zł), DPF (2.000-7.500 zł) Lub zaworu EGR (1.300-1.700 zł).

Problemy te wynikają głównie z złego spalania, które stłumia silnik.

Zatem: przed wymianą części silnika spróbujmy go wyczyścić. Brudny silnik w wyniku gromadzenia się węgla jest nowym zagrożeniem dla osiągów pojazdów.
 
Historia

Silniki wysokoprężne wytwarzają wiele cząstek podczas spalania mieszanki paliwowo - powietrznej z powodu niepełnego spalania. Skład cząstek różni się w zależności od typu silnika, wieku i specyfikacji emisji spalin, które silnik był przeznaczony do spełnienia. Dwusuwowe silniki wysokoprężne wytwarzają więcej cząstek stałych na jednostkę mocy niż silniki wysokoprężne czterosuwowe, ponieważ spalają mieszaninę paliwowo-powietrzną w mniejszym stopniu.

Cząstki stałe wynikające z niepełnego spalania oleju napędowego powodują cząstki sadzy (czarny węgiel). Cząstki te obejmują małe nanocząsteczki - mniejsze niż tysiąc milimetra (jeden mikron). Sadza i inne cząsteczki z silników Diesla zmniejszają zanieczyszczenie cząstek stałych w powietrzu i są szkodliwe dla zdrowia.

Nowe filtry cząstek stałych mogą być wychwycone z 30% do ponad 95% szkodliwego sadzy. Przy optymalnym filtrze cząstek stałych silnika wysokoprężnego (DPF) emisje sadzy mogą być obniżone do 0,001 g/km lub mniej.

Jakość paliwa ma również wpływ na powstawanie tych cząstek. Na przykład zawartość oleju napędowego o wysokiej zawartości siarki powoduje większe ilości cząstek. Niższe paliwo siarkowe wytwarza mniej cząstek i umożliwia stosowanie filtrów cząstek stałych. Ciśnienie wtrysku oleju napędowego wpływa również na tworzenie drobnych cząstek.

Filtry cząstek stałych były używane w maszynach nieporuszających się po drogach od 1980 r., a także w samochodach od 1985 r. Średnia emisja średnich i ciężkich silników wysokoprężnych nie była regulowana do 1987 r., kiedy wprowadzono pierwszą zasadę California Heavy Truck w zakresie ograniczenia emisji cząstek stałych w wysokości 0,60 g/h. Od tego czasu wprowadzono stopniowo bardziej rygorystyczne normy dotyczące lekkich i ciężkich pojazdów drogowych napędzanych silnikiem wysokoprężnym oraz silników dieslowych terenowych. Podobne rozporządzenia zostały przyjęte przez Unię Europejską i niektóre indywidualne kraje europejskie, większość krajów azjatyckich, a resztę Ameryki Północnej i Południowej.

Chociaż żadne jurysdykcja wyraźnie wprowadza obowiązkowe filtry, coraz bardziej rygorystyczne przepisy dotyczące emisji, jakie muszą spełniać producenci silników, oznaczają, że w końcu zostaną zainstalowane wszystkie jezdne silniki wysokoprężne. W Unii Europejskiej oczekuje się, że filtry będą spełniały normy emisji spalin pojazdów ciężarowych Euro VI aktualnie dyskutowane i planowane na lata 2012-2013. W roku 2000, w oczekiwaniu na przyszłe normy Euro V PSA Peugeot Citroën stała się pierwszą firmą zajmującą się produkcją filtrów standardowych w samochodach osobowych.

Od grudnia 2008 r. Rada ds. Zasobów Lotniczych w stanie Kalifornia (CARB) utworzyła w 2008 r. kalifornijską ustawę o transporcie publicznym w stanie Kalifornia, która - wraz z wariantem, wielkością i użytkowaniem - wymaga, aby w pojeździe ciężkie ciężarówki i autobusy w Kalifornii były zmodernizowane, lub zastąpione w celu zmniejszenia emisji pyłu zawieszonego (PM) o co najmniej 85%. Modernizacja silników z filtrem cząstek stałych dla silników wysokoprężnych zatwierdzonych przez CARB jest jednym ze sposobów spełnienia tego wymogu. W 2009 r. amerykańska ustawa o odbudowie i reinwestowaniu przewidywała finansowanie pomagające właścicielom w wyrównywaniu kosztów modernizacji oleju napędowego w swoich pojazdach. Inne jurysdykcje uruchomiły także programy modernizacyjne, w tym:

   2001 - program modernizacji w Hongkongu.
   2002 - w Japonii Prefektura Tokio uchwalił zakaz przewozu samochodów ciężarowych bez filtrów przed wejściem do granic miasta.
   2003 - Meksyk uruchomił program modernizacji samochodów ciężarowych.
   2004 - program modernizacji w Nowym Jorku (nie-drogowy).
   2008 - opłaty drogowe dla ruchu kołowego w strefie ekologicznej Mediolanu - duży podatek od wejść na wszystkie pojazdy z silnikiem diesla, z wyjątkiem tych z filtrem cząstek stałych, zapasami lub modernizacją.
   2008 - Londyn Low Emission Zone ładuje pojazdy, które nie spełniają norm emisji, zachęcając do wprowadzania filtrów.

Niewłaściwie konserwowane filtry cząstek stałych w pojazdach z silnikami Diesla są podatne na gromadzenie się sadzy, co może powodować problemy z silnikami spowodowane wysokim ciśnieniem wstecznym.
Warianty filtrów DPF

Filtr cząstek stałych Cordierite Diesel na GM 7.8 Isuzu

W przeciwieństwie do katalizatora, który jest urządzeniem przepływającym, DPF zachowuje większe cząstki gazów spalinowych, wymuszając przepływ gazu przez filtr; [2] [24] jednak DPF nie zatrzymuje drobnych cząstek i nie wymaga konserwacji DPF większe cząstki na mniejsze. Na rynku dostępne są różne technologie filtrowania cząstek stałych w silnikach Diesla. Każda jest zaprojektowana na podobne wymagania:

   Drobna filtracja
   Minimalny spadek ciśnienia
   Niska cena
   Odpowiednia produkcja masowa
   Trwałość produktu

Filtry Cordierite przepływu ścian

Najbardziej powszechnym filtrem jest kordieryt (materiał ceramiczny, który jest również wykorzystywany jako katalizator (rdzenie)). Filtry kordyriowe zapewniają doskonałą skuteczność filtracji (są stosunkowo niedrogie) i posiadają właściwości termiczne, które sprawiają, że pakowanie ich do instalacji w pojeździe jest proste. Główną wadą jest to, że kordieryt ma stosunkowo niską temperaturę topnienia (około 1200°C) i substraty kordierytu uległy stopieniu podczas regeneracji filtra. Jest to głównie problem, jeśli filtr został obciążony mocniej niż zwykle i jest bardziej problemem z systemami pasywnymi niż z aktywnymi systemami, chyba że system się rozbił.

Rdzenie filtra Cordieritu wyglądają jak rdzenie katalizatora, które napełniły się naprzemiennymi kanałami - wtyczki wymuszają przepływ gazu spalinowego przez ścianę i cząstki gromadzą się na powierzchni wlotowej.

Filtry przepływu ścian z węglika krzemu

Drugi najbardziej popularny materiał filtracyjny to węglik krzemu lub SiC. Ma wyższy punkt topnienia (4900 ° F) niż kordieryt, ale nie jest tak stabilny termicznie, co sprawia, że ​​opakowanie jest problemem. Małe rdzenie SiC są wykonane z pojedynczych kawałków, a większe rdzenie są wykonane w segmentach, które są oddzielone specjalnym cementem, tak że rozszerzalność cieplna rdzenia zostanie wzięta przez cement, a nie opakowanie. Rdzenie SiC są zazwyczaj droższe niż rdzenie kordierytów, ale są wytwarzane w podobnych rozmiarach, a często można je zastąpić innymi. Rdzenie filtra z węglika krzemu wyglądają podobnie jak rdzenie katalizatora, które napełniły inne kanały - ponownie wtyczki wymuszają przepływ gazu spalinowego przez ścianę i cząstki gromadzą się na powierzchni wlotowej.

Właściwości podłoża filtra cząstek stałych w ścianach są następujące: filtracja szerokopasmowa (średnica filtrowanych cząstek wynosi 0,2-150 μm); wysoka skuteczność filtracji (może wynosić do 95%); wysoki ogniotrwały; duże właściwości mechaniczne; wysoki punkt wrzenia.

Filtry z włókna ceramicznego

Włókniste filtry ceramiczne są wykonane z kilku różnych rodzajów włókien ceramicznych, które miesza się razem, tworząc porowate media. Nośniki te można kształtować w niemal dowolnym kształcie i mogą być dostosowywane do różnych zastosowań. Porowatość może być kontrolowana w celu uzyskania wysokiego przepływu, niższej efektywności lub wysokiej wydajności filtracji niższej objętości. Filtry włókniste mają tę zaletę w porównaniu z projektowaniem przepływów ściennych, że wytwarzają niższe ciśnienie wsteczne. Ceramiczne filtry przepływu ścianek całkowicie usuwają cząstki węgla, w tym drobne cząstki o średnicy poniżej 100 nanometrów (nm) o sprawności > 95% w masie i > 99% liczby cząstek w szerokim zakresie warunków pracy silnika. Ponieważ ciągły przepływ sadzy w filtrach ostatecznie ją zablokuje, konieczne jest "regenerowanie" właściwości filtrowania filtra przez regularne odparowywanie zebranej cząstki stałej. Zanieczyszczenia cząstek stałych tworzą wodę i CO2 w małych ilościach w ilości mniejszej niż 0,05% CO2 emitowanego przez silnik.

Przepływ włókien metalowych przez filtry

Niektóre rdzenie są wykonane z włókien metalowych - zazwyczaj włókna "tkane" w monolit. Takie rdzenie mają tę zaletę, że prąd elektryczny może przechodzić przez monolit do ogrzewania rdzenia w celu regeneracji, co umożliwia regenerację filtra w niskich temperaturach wylotowych i / lub małych szybkościach przepływu spalin. Rdzenie z włókien metalowych są droższe niż kordieryt lub rdzenie z węglika krzemu i generalnie nie są wymienne z powodu wymagań elektrycznych.

Papier

Jednorazowe rdzenie papieru są stosowane w niektórych zastosowaniach specjalnych, bez strategii regeneracji. Kopalnie węgla są zwykłymi użytkownikami - zazwyczaj najpierw gaz wydechowy przechodzi przez pułapkę wodną, ​​aby ją ochłodzić, a następnie przez filtr. Filtry papierowe są również używane, gdy maszyna diesla musi być stosowana w pomieszczeniach zamkniętych przez krótki czas, np. na wózku widłowym używanym do instalowania urządzeń wewnątrz magazynu.

Filtry częściowe

Istnieje wiele urządzeń, które wytwarzają ponad 50% filtracji cząstek stałych, ale mniej niż 85%. Częściowe filtry są w różnych materiałach. Jedyną ich wspólną cechą jest to, że wytwarzają więcej ciśnienia niż katalizator niż filtr cząstek stałych silnika wysokoprężnego. Technologia częściowego filtrowania jest popularna w przypadku modernizacji.
Konserwacja

Filtry wymagają więcej konserwacji niż katalizatory. Popiół, produkt uboczny zużycia oleju z normalnej pracy silnika, gromadzi się w filtrze, ponieważ nie można go przekształcić w gaz i przejść przez ściany filtra. To zwiększa ciśnienie przed filtrem. Ostrzeżenia są podawane kierowcy przed ograniczeniem filtracji, co powoduje problemy z napędem lub uszkodzeniem silnika lub filtra. Konieczna jest regularna konserwacja filtra.
Bezpieczeństwo

W 2011 r. Ford odwołał 37 400 ciężarówek serii F z silnikami wysokoprężnymi po wycieku paliwa i wycieków oleju spowodował pożary w filtrach cząstek stałych silnika wysokoprężnego. Żadne urazy nie wystąpiły przed wycofaniem, chociaż jeden pożar trawy został uruchomiony. Podobne wycofanie zostało wydane w latach 2005-2007 na Jaguar S-Type i XJ diesels, gdzie duże ilości sadzy zostały uwięzione w DPF. W pojazdach dotkniętych tym dymem i ogniem emitowanym od spodu pojazdu towarzyszy płomienie z tyłu wydechu. Ciepło z ognia mogłoby powodować nagrzewanie się przez tunel przesyłowy do wnętrza, topienie elementów wnętrza i potencjalnie powodowanie pożarów wewnętrznych.
Regeneracja

Pompa dozująca do wtrysku oleju napędowego lub dodatku, 3 l/h przy 5 barach
Schemat regeneracji
Ciężarówka Hino i jej selektywna redukcja katalityczna (SCR) obok DPF z procesem regeneracji przez późne wtryskiwanie paliwa do kontroli temperatury spalin w celu spopielenia sadzy.

Regeneracja jest procesem usuwania zgromadzonych sadzy z filtra. Odbywa się to biernie (z silnika spalinowego podczas normalnej pracy lub przez dodanie katalizatora do filtra) lub aktywnie wprowadza bardzo wysokie ciepło do układu wydechowego. Zarządzanie aktywnymi filtrami na pokładach może korzystać z różnych strategii:

   Zarządzanie silnikiem w celu zwiększenia temperatury spalin poprzez późne wtrysk paliwa lub wtrysk w trakcie wydechu
   Wykorzystanie katalizatora opałowego w celu zmniejszenia temperatury spalania sadzy
   Palnik paliwowy po turbo, aby zwiększyć temperaturę spalin
   Katalityczny utleniacz zwiększa temperaturę spalin, po wstrzyknięciu (HC-Doser)
   Węże grzewcze rezystancyjne zwiększają temperaturę spalin
   Energia mikrofalowa w celu zwiększenia temperatury cząstek stałych

Wszystkie pokładowe aktywne systemy wykorzystują dodatkowe paliwo, czy to podczas spalania, czy to podgrzewa DPF, czy też dostarcza dodatkowego zasilania instalacji elektrycznej DPF, chociaż użycie katalizatora opałowego powoduje znaczne obniżenie wymaganej energii. Zwykle komputer monitoruje jeden lub więcej czujników, które mierzą ciśnienie wsteczne i / lub temperaturę i opiera się na zaprogramowanych punktach, komputer podejmuje decyzje o tym, kiedy uruchomić cykl regeneracji. Dodatkowe paliwo może być zasilane pompą dozującą. Uruchamianie cyklu zbyt często, utrzymując niskie ciśnienie wsteczne w układzie wydechowym spowoduje wysokie zużycie paliwa. Niewystarczający cykl regeneracji w najbliższym czasie zwiększa ryzyko uszkodzenia silnika i / lub niekontrolowanej regeneracji (termiczna ucieczka) i ewentualnej awarii DPF.

Cząstki stałe palą się w temperaturach powyżej 600 stopni Celsjusza. Temperaturę tę można zredukować do gdzieś w zakresie 350 do 450 stopni Celsjusza za pomocą katalizatora opałowego. Rzeczywista temperatura spalania sadzy zależy od stosowanej chemii. Początek spalania powoduje dalszy wzrost temperatury. W niektórych przypadkach, w przypadku braku katalizatora opałowego, spalanie cząstek stałych może podnieść temperaturę powyżej progu trwałości strukturalnej materiału filtracyjnego, co może powodować katastroficzną awarię podłoża. Opracowano różne strategie, aby ograniczyć tę możliwość. Należy zauważyć, że w przeciwieństwie do silnika z zapłonem iskrowym, który zazwyczaj zawiera mniej niż 0,5% tlenu w strumieniu spalin przed urządzeniem (-ami) do kontroli emisji, silniki wysokoprężne mają bardzo wysoki stosunek tlenu. Chociaż ilość dostępnego tlenu umożliwia szybką regenerację filtra, przyczynia się także do problemów z regeneracją.

Niektóre aplikacje wykorzystują regenerację poza pokładem. Regeneracja bez pokładów wymaga interwencji operatora (tzn. maszyna jest podłączona do stacji regeneracji naściennej lub podłogowej lub filtr jest usuwany z maszyny i umieszczany w stacji regeneracji). Regeneracja bez pokładów nie nadaje się do pojazdów terenowych, z wyjątkiem sytuacji, w których pojazdy są zaparkowane w centralnym składzie, gdy nie są używane. Regeneracja pokładów jest stosowana głównie w zastosowaniach przemysłowych i górniczych. Kopalnie węglowe (z narażeniem na ryzyko eksplozji z wilgoci w węglu) wykorzystują regenerację pozapłytową, jeśli są zainstalowane filtry jednorazowe, a stacje regeneracyjne zlokalizowane w miejscu, gdzie dozwolone są maszyny nie dopuszczalne.

Wiele wózków widłowych może również korzystać z regeneracji poza pokładem - zazwyczaj maszyn górniczych i innych maszyn, które spędzają czas pracy w jednym miejscu, co sprawia, że ​​stacja stacjonarna regeneracji jest praktyczna. W sytuacjach, w których filtr jest fizycznie usuwany z maszyny do regeneracji, istnieje również możliwość codziennego sprawdzania rdzenia filtra (rdzenie DPF dla zastosowań nie dróg są zwykle przystosowane do jednej zmiany - tak regeneracja Jest codziennym wystąpieniem).
Katalizator utleniania oleju napędowego

Katalizator utleniania oleju napędowego (DOC) jest innym urządzeniem do oczyszczania spalin silników Diesla. DOC zawierają pallad / platynę z tlenkiem glinu, które służą jako katalizatory utleniania węglowodorów i tlenku węgla do ditlenku węgla i wody w następujących reakcjach:

2CO + O2 → 2CO2

CxH2x+2 + [(3x+1)/2] O2 → x CO2 + (x+1) H2O