Subpage photo

Usuwanie sadzy z filtra DPF

Anna Skalna
Czas przeczytania tekstu: 40 minut
E-mail Skopiuj link
Oceń:
/ Aktualna ocena: 4.82

W tych elementach układu wydechowego, które - potocznie mówiąc - można wypalać, usuwanie sadzy z filtra DPF jest jak najbardziej możliwe. Warto się tym zainteresować, ponieważ skuteczne dopalanie sadzy może znacząco wpłynąć na przedłużenie żywotności filtra cząstek DPF/FAP. Jesteś ciekaw, w jaki sposób za pomocą tak zwanego samooczyszczenia filtra cząstek stałych można pozbyć się zanieczyszczeń z jego wnętrza? Szczegóły na temat dopalania sadzy w DPF z zastosowaniem różnego rodzaju usprawnień przedstawimy w kolejnych akapitach naszego artykułu!

 

Usuwanie sadzy z filtra cząstek stałych
Usuwanie sadzy z filtra DPF

  


Ogólnie o wypalaniu sadzy w filtrze cząstek stałych

1. Wypalanie sadzy, które fachowo określa się mianem regeneracji DPF, może być realizowane w pojeździe w sposób aktywny lub pasywny.

Jeśli mowa o regeneracji aktywnej, w filtrze cząstek stałych muszą wystąpić warunki umożliwiające samoistne zainicjowanie zapłonu nagromadzonych cząstek stałych, a następnie ich spontaniczne wypalenie. Metoda ta nie zakłada wykorzystywania jakichkolwiek zewnętrznych źródeł energii.

Koncentrując się na regeneracji pasywnej, warto zaznaczyć, że zachodzi ona po zapoczątkowaniu przez specjalnie skonstruowany do tego celu układ wykonawczy. Do przeprowadzenia pasywnego wypalania sadzy konieczne jest także monitorowanie poziomu zatkania DPF, gdyż do regeneracji dochodzi, gdy czujniki wykażą duże zawartości zakumulowanych szkodliwych substancji. Samo wypalanie może zachodzić, o ile dostarczana jest pochodząca z zewnątrz energia. Zasadniczym założeniem regeneracji pasywnej jest obniżenie temperatury, w której wypalana jest sadza, do takich samych wartości, jakie są uzyskiwane przez gazy spalinowe w trakcie pracy silnika.

 

Ogólnie informacje na temat wypalania sadzy w DPF/FAP
Ogólnie o wypalaniu sadzy w filtrze cząstek stałych

   


2. Wypalanie DPF wspomagane dodatkami do paliwa

Rozwiązaniem, które nie jest kosztowne, a przy tym przynosi dość dobre efekty, to wspomaganie dopalania sadzy w DPF z zastosowaniem środków typu FBC. Określane angielską nazwą Fuel Borne Catalyst preparaty FBC obniżają temperaturę zapłonu sadzy nagromadzonej we wnętrzu DPF/FAP.

Po to, by ograniczyć emisję cząstek stałych oraz realizować pasywną regenerację, najczęściej wykorzystuje się dodatki do paliw, w których funkcję substancji katalitycznych pełnią metale. Obecnie największą popularnością cieszy się zastosowanie związków żelaza, ceru bądź związków bazujących na połączeniu tych substancji. Przeprowadzane analizy dowodzą, że ich użycie pozwala na obniżenie temperatury inicjacji wypalania sadzy do wartości niższych niż 450 stopni Celsjusza.

 

Wypalanie filtra cząstek stałych DPF wspomagane dodatkami do paliwa
Wypalanie DPF wspomagane dodatkami do paliwa

  


3. Jak dodatki do paliwa wpływają na wypalanie DPF?

Dodatki FBC do paliwa bazujące na związkach ceru (Ce) są dozowane do przewodu paliwowego w niewielkich ilościach. W rezultacie olej napędowy, który zawiera od 5 do 30 ppm dodatku do wypalania DPF, jest przekazywane do komory spalania. Po spaleniu powstałej w ten sposób mieszaniny tworzone są cząsteczki tlenków ceru, które stanowią charakteryzujące się wysoką efektywnością katalizatory wspomagające proces utleniania cząsteczek węgla w postaci sadzy. Cząsteczki te mieszają się z tworzonymi równocześnie na skutek niecałkowitego spalania paliwa cząstkami stałymi PM. Następnie są one wychwytywane i osadzane w filtrze cząstek stałych, tam natomiast podlegają procesom okresowego utleniania podczas regeneracji.

Gdy temperatura przekroczy 400 stopni Celsjusza dwutlenek ceru CeO2, który jest homogenicznie zmieszany z sadzą, w wyniku spalania w komorze silnika dodatku FBC, inicjuje proces utleniania sadzy bez dostarczania energii z zewnątrz.

W okolicznościach stosowania regeneracji pasywnej z zastosowaniem dodatków do paliwa może wystąpić tak zwana reakcja stochastyczna, czyli losowa. Jej wystąpienie jest charakterystyczne dla temperatur rzędu 200 stopni Celsjusza bądź niższych.


4. Losowa regeneracja filtra cząstek stałych DPF

Występowanie losowej, czyli stochastycznej regeneracji DPF wiąże się zazwyczaj z występowaniem wysokich przeciwciśnień zlokalizowanych przed filtrem DPF, w układzie wylotowym. Tak, jak już wspomnieliśmy, regeneracja tego rodzaju może występować przy stosunkowo niskich temperaturach spalin; jest możliwa nawet wówczas, gdy nie osiągną one pułapu 200 stopni Celsjusza, jeżeli nastąpi losowy zapłon SOF. Należy zaznaczyć, że proces regeneracji losowej trudno kontrolować, więc jego realizacja może prowadzić do nadmiernych obciążeń cieplnych monolitu ceramicznego, a w rezultacie - do jego uszkodzeń.


5. Wypalanie DPF jako proces chemiczny

Być może jako kierowca nie zdajesz sobie sprawy z tego, że w Twoim samochodzie zachodzą liczne reakcje chemiczne. W kontekście Diesli szczególnie istotne znaczenie mają te reakcje, które są realizowane w układzie wydechowym. Procesem charakteryzującym się dużą złożonością jest regeneracja rozumiana jako wypalanie filtra DPF. Cząstki stałe PM, które są akumulowane w jego wnętrzu, zawierają zróżnicowane składniki, które w większości są szkodliwe dla zdrowia człowieka. W składzie osadzających się w DPF cząsteczek można wyróżnić zatem nie tylko węgiel elementarny, ale także zaabsorbowane na powierzchni sadzy węglowodory, siarczany oraz cząsteczki metaliczne. Utleniają się one w czasie różnych reakcji chemicznych.

W przeciwieństwie do licznych innych metod samooczyszczania DPF bazujących na zastosowaniu katalizatorów FBC, w których składzie znajduje się cer oraz żelazo, są one mało wrażliwe na oddziaływanie paliw o wysokiej zawartości siarki. Stwierdzono ponadto, że mogą one funkcjonować nawet w silnikach okrętowych, które są zasilane paliwem bogatym w swoim składzie w siarkę. Warto wiedzieć, że dopuszczalne zawartości siarki w paliwie stosowanym w pojazdach lądowych są znacznie niższe, ponieważ pierwiastek ten wpływa szkodliwie na pozostałe elementy układu oczyszczania spalin.


6. Skuteczność regeneracji DPF za pomocą dodatków FBC

Generalizując, można uznać, że metoda pasywnej regeneracji filtra cząstek stałych z zastosowaniem dodatków FBC do paliwa odznacza się dużą skutecznością. W przeciętnych warunkach użytkowania Diesla zapewnia ona nie tylko szybką, ale także w pełni bezpieczną całkowitą regenerację DPF. Te superlatywy warto jednak skonfrontować z pojazdami użytkowanymi przez ich właścicieli głównie w trybie jazdy miejskiej. Wówczas regeneracja odznaczająca się efektywnością i niezawodnością może być trudna, a nawet niemożliwa w realizacji. Stosowanie dodatków FBC bazujących na żelazie lub cerze nie daje niestety gwarancji przeprowadzenia całkowitego wypalania podczas eksploatacji samochodu jedynie na krótkich odcinkach, a zwłaszcza w okolicznościach, gdy mamy do czynienia z wydłużonymi okresami nagrzewania jednostki napędowej oraz pracy silnika na tak zwanym luzie, czyli na biegu jałowym. W kontekście użytkowanych w ten sposób samochodów wyposażonych w filtry cząstek stałych DPF/FAP zaleca się wspomaganie układu regeneracji pasywnej poprzez zastosowanie dodatkowych układów. Bardzo dobrze sprawdzają się tutaj pomocnicze systemy regeneracji aktywnej filtra cząstek stałych.


Układ pasywno-aktywnej regeneracji filtrów cząstek stałych DPF

Interesującą innowacją wprowadzoną przez koncern PSA jest układ regeneracji pasywno-aktywnej. Został on wprowadzony na rynek motoryzacyjny w 2000 roku i od tamtej pory cieszy się dużą popularnością. W module tego typu regeneracja pasywna jest wspomagana działaniem katalizatora utleniającego DOC, a także opóźnioną dawką dzielonego wtrysku oleju napędowego.

Charakteryzowany układ pasywno-aktywnej regeneracji składa się z zamontowanego w metalowej obudowie ceramicznego filtra SiC, a także katalizatora utleniającego. Procedura przebiega w ten sposób, że wspomniany katalizator dotlenia tlenek azotu do dwutlenku azotu. Otrzymany związek, jakim jest NO2, uwalnia tlen atomowy, który przedostaje się do filtra DPF i utlenia sadzę, realizując w ten sposób ciągłą regenerację filtra cząstek stałych.

Z opisaną procedurą wiąże się konieczność prowadzenia dodatkowej regeneracji z zastosowaniem okresowo dozowanego do paliwa cerowego dodatku FBC.

Sprawność usuwania cząstek stałych PM ze spalin w opisywanym systemie sięga 95%. Aby procedura była w pełni efektywna i niezawodna, konieczne jest zastosowanie specjalnego zbiornika na dodatek do paliwa. Dozowaniem dodatku FBC steruje ECU jednostki napędowej.

 

Układ pasywno-aktywnej regeneracji filtrów cząstek stałych DPF
Układ pasywno-aktywnej regeneracji filtrów cząstek stałych DPF

  


1. Wady i zalety układu pasywno-aktywnej regeneracji filtra DPF

Systemy pasywno-aktywnej regeneracji DPF są często stosowane, dlatego też warto znać ich podstawowe cechy, a także wady i zalety. Okazuje się, że minusów jest więcej i to właśnie od nich zaczniemy nasze rozważania, przechodząc następnie do nie mniej istotnych zalet.


- Wady układu pasywno-aktywnej regeneracji filtra DPF

Układ bazujący na pasywno-aktywnym wypalaniu sadzy w filtrze cząstek stałych ma kilka cech uznawanych powszechnie za wady. Należą do nich:

    • konieczność stosowania oddzielnego preparatu - dodatku typu FBC do paliwa,

    • ryzyko występowania niekontrolowanych procedur dopalania sadzy stanowiących istotne zagrożenie dla filtra cząstek stałych DPF - mogą wystąpić zagrożenia termiczne,

    • powstawanie emisji wtórnej stanowiącej rezultat efektów ubocznych reakcji chemicznych, które do realizacji wymagają zastosowania dodatków katalitycznych,

    • powstawanie niepalnych cząsteczek oraz popiołu, których nie da się usunąć w żaden inny sposób niż w mechaniczny,

    • problemy z obniżeniem temperatury utleniania sadzy za pomocą dodatków katalitycznych do poziomu uzyskiwanego przez gazy wylotowe silnika funkcjonującego w warunkach typowej eksploatacji miejskiej lub w trybie użytkowania na krótkich dystansach oraz przy częstym włączaniu biegu jałowego. Wiąże się to z koniecznością połączenia regeneracji pasywnej z regeneracją aktywną - jest to niezbędne do podniesienia temperatury spalin.


- Zalety układu pasywno-aktywnej regeneracji filtra DPF

Pasywno-aktywna regeneracja DPF to nie tylko same wady, gdyż można w jej kontekście zasygnalizować kilka istotnych zalet. Jakie korzyści może odczuć użytkownik samochodu wyposażonego w taki system oczyszczania spalin? Z pewnością w gronie cech pozytywnych wymienić należy:

    • nieskomplikowaną konstrukcję i dość intuicyjne działanie systemu,

    • niskie koszty wykonania, jeżeli porównamy opisywany moduł do innych systemów regeneracji DPF,

    • brak zapotrzebowania na dostarczenie energii z innych, zewnętrznych źródeł,

    • niewielkie koszty związane z eksploatacją układu.


Regeneracja pasywna z wykorzystaniem katalitycznej powłoki DPF

Filtry cząstek stałych z pokryciem katalitycznym określane są niekiedy jako CDPF od ich anglojęzycznej nazwy - Catalyzed Diesel Particulate Filter, bądź jako CSF, co stanowi skrót od określenia Catalysed Soot Filter. Rozwiązanie, które ujęliśmy w nagłówku tej części artykułu, zakłada powleczenie ścianek monolitu substancją katalityczną, której właściwości wspomagają zachodzenie reakcji chemicznych pomiędzy elementami fazy gazowej cząstek stałych oraz sadzy, czyli fazy stałej PM zatrzymywanych we wnętrzu filtra cząstek stałych w celu przeprowadzania jego regeneracji. Zazwyczaj w charakterze medium filtrującego stosowane są monolity ceramiczne z węglika krzemu bądź z kordierytu. Substancje katalityczne stosowane jako powłoki monolitów można podzielić na dwie kategorie i tym samym wyróżnić substancje katalityczne w postaci metali szlachetnych oraz w postaci metali nieszlachetnych.

 

Regeneracja pasywna z wykorzystaniem powłoki katalitycznej filtra cząstek stałych
Regeneracja pasywna z wykorzystaniem katalitycznej powłoki DPF

  


1. Filtry cząstek stałych z katalizatorami w postaci metali szlachetnych

Najczęściej stosowanymi w charakterze powłoki katalitycznej metalami szlachetnymi są: platyna, pallad oraz rod. Wspomagają one w sposób aktywny procesy regeneracji ciągłej CDPF, a także ułatwiają utlenianie węglowodorów oraz tlenku węgla w gazach spalinowych powstających podczas pracy jednostki napędowej. Najczęściej stosowanym metalem szlachetnym o właściwościach katalitycznych jest platyna, jednakże charakteryzuje się ona pewną zasadniczą wadą w postaci emitowania dużych zawartości cząstek siarczanowych. Co więcej, platyna stosowana w charakterze katalizatora powoduje powstawanie dużych ilości toksycznego dwutlenku azotu.


2. Filtry cząstek stałych z katalizatorami w postaci metali nieszlachetnych

Stosowane jako powłoka katalityczna metale nieszlachetne, najczęściej wanad, żelazo oraz cer, wykazują mniejszą aktywność we wspomaganiu procedury regeneracji CDPF, a także w utlenianiu węglowodorów i tlenku węgla. Konsekwencją jest to, że niezbędne okazuje się wygenerowanie wyższej temperatury do zainicjowania wypalania sadzy. Zaletą zastosowania powłoki z metali nieszlachetnych jest niska emisja cząsteczek siarczanowych oraz dwutlenku azotu NO2.


Optymalne funkcjonowanie filtrów DPF z powłoką katalityczną

Zastosowanie powłok katalitycznych w filtrach cząstek stałych powoduje obniżenie temperatury zapłonu sadzy. Utworzenie powłoki z metali szlachetnych sprawia, że temperatura regeneracji może zostać obniżona nawet do wartości około 200 stopni Celsjusza, natomiast powłoka z metali nieszlachetnych wpływa na obniżenie temperatury do 325 stopni.

Realizowana w ten sposób regeneracja pasywna występuje na powierzchni zastosowanej warstwy katalitycznej. Przebiega ona wolniej niż regeneracja realizowana z równoczesnym zastosowaniem dodatków katalitycznych typu FBC. Mechanizm ten wymusza utrzymywanie podwyższonej temperatury gazów wylotowych przez odpowiednio dłuższy czas.

Najczęściej grubość powłoki katalitycznej na monolicie ceramicznym wynosi od 1 do 200 µm. W praktyce oznacza to, że 1 gram substancji o właściwościach katalitycznych wystarcza do pokrycia od 0,1 do 1 metra kwadratowego powierzchni wkładu filtra cząstek stałych. Wskutek eksploatacji pojazdu warstwa katalityczna jest pokrywana osadzającymi się na niej cząstkami stałymi oraz popiołem. Wówczas sprawność wypalania sadzy jest stopniowo ograniczana. Innym istotnym czynnikiem wpływającym na stopniowe niszczenie powłoki katalitycznej jest występowanie wysokich temperatur w filtrze cząstek stałych.


1. Wady i zalety regeneracji filtra DPF z powłoką katalityczną

Zastosowanie w filtrach cząstek stałych powłoki katalitycznej również nie ma ani samych zalet, ani samych wad. W tym przypadku zalety występują w mniejszości, jednakże warto je wymienić, ponieważ charakteryzowane filtry DPF cieszą się dużą popularnością.


- Zalety regeneracji filtra DPF z powłoką katalityczną

Zaczynając od zalet zastosowania filtrów cząstek stałych DPF regenerowanych za pomocą powłoki katalitycznej, wymienić należy:

    • prostą konstrukcję oraz nieskomplikowane działanie systemu,

    • wysoką sprawność w zakresie filtracji gazów spalinowych,

    • brak zapotrzebowania na zewnętrzne źródła energii,

    • niskie koszty wiążące się z eksploatacją systemu.


- Wady regeneracji filtra DPF z powłoką katalityczną

Często stosowane we współczesnych Dieslach filtry cząstek stałych wzbogacone powłoką katalityczną mają także kilka wad, które postaramy się poniżej wymienić:

    • podczas ich eksploatacji powstaje tak zwana emisja wtórna. Stanowi ona efekt uboczny reakcji chemicznych zachodzących w ramach procedury dopalania sadzy,

    • sprawność regeneracji tego typu filtrów cząstek stałych maleje, gdy na powłoce katalitycznej osadzają się niepalne zanieczyszczenia, cząstki stałe oraz popiół,

    • wadę stanowią także duże, wzrastające podczas eksploatacji opory przepływu gazów spalinowych przez filtr cząstek stałych. Powodem także jest pojawiająca się z czasem na powłoce katalitycznej warstwa cząstek PM oraz zanieczyszczeń innego rodzaju,

    • wysokie koszty wytwarzania tego typu filtrów cząstek stałych wzbogacanych powłoką katalityczną z metali szlachetnych,

    • narzucona na użytkownika samochodu konieczność stosowania paliw o niskiej, nieprzekraczającej 10 ppm S, zawartości siarki w przypadku wykorzystania metali szlachetnych jako warstwy katalitycznej.


Pasywna regeneracja systemu filtracji spalin typu CRT

System pasywnej regeneracji systemu filtracji gazów wylotowych umożliwia prowadzenie regeneracji ciągłej nawet wówczas, gdy temperatura spalin jest niska. Na system ten składa się zlokalizowany w metalowej obudowie ceramiczny filtr DPF w sąsiedztwie katalizatora utleniającego DOC. Zadaniem katalizatora DOC jest utlenianie tlenku azotu do dwutlenku azotu, a także tlenku węgla i węglowodorów do dwutlenku węgla. Otrzymany dwutlenek azotu NO2 przechodzi do filtra cząstek stałych DPF, utlenia cząsteczki węgla w postaci sadzy do dwutlenku węgla, a następnie ulega redukcji do NO, czyli do tlenku azotu. Właśnie w ten sposób realizowana jest ciągła regeneracja filtra DPF.

Warto podkreślić, że układ CRT wykonuje swoją pracę bez żadnych dodatków. Wymagana do jego prawidłowego funkcjonowania zawartość siarki w oleju napędowym może wynosić do 10 ppm, lecz należy podkreślić, że jest to największą wadą charakteryzowanego układu.

 

Pasywna regeneracja systemu typu CRT
Pasywna regeneracja systemu filtracji spalin typu CRT

 


1. Wady i zalety regeneracji systemu filtracji spalin typu CRT

W poprzednim akapicie napisaliśmy już co nieco na temat wad zastosowania systemu filtracji spalin typu CRT, teraz natomiast pora na rozwinięcie tego wątku oraz konfrontacji wad z zaletami układu.


- Wady regeneracji systemu filtracji spalin typu CRT

Negatywne cechy systemu filtracji spalin typu CRT są praktycznie porównywalne do ilości zalet, zaczniemy jednakże od wad. Jakie zatem są minusy zastosowania CRT w pojeździe? Niewątpliwe wady to:

    • konieczność używania oleju napędowego, w którym zawartość siarki nie przekracza 10 ppm,

    • konieczność zachowania stosunku dwutlenku azotu do węgla większego od 15, by zagwarantować pewne funkcjonowanie systemu,

    • brak stabilności działania systemu w temperaturach poniżej 300 stopni Celsjusza - w CRT następuje wówczas duże spowolnienie reakcji utleniania sadzy. Gdy temperatura przekracza natomiast 450 stopni Celsjusza, zachodzi dysocjacja dwutlenku azotu,

    • funkcjonowanie tego typu systemów filtracji spalin wiąże się także z nadmierną emisją dwutlenku węgla. Dzieje się tak w niektórych temperaturowych obszarach pracy systemu pozbawionego dodatkowego katalizatora do ograniczania ilości dwutlenków azotu za filtrem cząstek stałych,

    • ryzyko trwałego uszkodzenia układu w wyniku zastosowania wysokosiarkowego paliwa lub poprzez pracę poza dopuszczalnymi przedziałami temperaturowymi.


- Zalety regeneracji systemu filtracji spalin typu CRT

System CRT odznacza się także kilka zaletami, które warto wymienić. Należy do nich:

    • możliwość wypalania sadzy nawet wówczas, gdy temperatura gazów spalinowych jest niska,

    • przebieg procesu regeneracji odznacza się ciągłością,

    • konstrukcja całego układu CRT jest nieskomplikowana,

    • system charakteryzuje się możliwościami szerokiego zastosowania,

    • funkcjonowanie układu CRT nie wymaga dostarczania energii pochodzącej z zewnątrz.


Regeneracja pasywna systemu filtracji typu SCRT

1. Rozwiązanie zakładające pasywną regenerację systemu filtracji typu SCRT zakłada zastosowanie elementów połączonych ze sobą w kolejności, w jakiej wymieniliśmy je poniżej:

    1. DOC - katalizator utleniający

    2. DPF - filtr cząstek stałych

    3. SCR - katalizator selektywnej redukcji katalitycznej

    4. ASC - katalizator amoniaku.

W systemie tym zachodzą liczne reakcje chemiczne mające na celu maksymalnie skuteczną neutralizację szkodliwych składników spalin. Liczne moduły wchodzące w skład układu pełnią swoje funkcje, umożliwiając uzyskanie oczekiwanego efektu końcowego. Zastosowanie katalizatora SCR umieszczonego w układzie wydechowym za CRT umożliwia nie tylko znaczną redukcję NOX, ale także odznacza się synergistycznym współdziałaniem ze zlokalizowanym przed nim CRT. Opisywany przez nas system SCRT pozwala na równoczesną redukcję emisji cząstek stałych PM oraz NOx.

 

Pasywna regeneracja systemu filtracji typu SCRT
Regeneracja pasywna systemu filtracji typu SCRT

 


2. Zalety i wady regeneracji pasywnej systemu filtracji typu SCRT

Wydawać by się mogło, że układ SCRT jako system posiadający dużą ilość elementów składowych będzie wykazywał zarówno więcej zalet, jak i wad w porównaniu do innych scharakteryzowanych przez nas układów. Okazuje się, że jest tak w rzeczywistości, co jest szczególnie widoczne w przypadku cech negatywnych owego układu oczyszczania spalin. Sprawdźmy, jakimi zaletami oraz jakimi wadami odznacza się regeneracja pasywna systemu filtracji typu SCRT.


- Zalety regeneracji pasywnej systemu filtracji typu SCRT

Ulegający regeneracji pasywnej system filtrowania spalin typu SCRT wykazuje kilka istotnych dla kierowców Diesla cech uznawanych powszechnie za zalety. Należą do nich:

    • możliwość równoczesnego ograniczania emisji zarówno cząstek stałych PM, jak i emisji NOX,

    • możliwość dopalania sadzy nawet przy niskich temperaturach gazów spalinowych,

    • przebieg procesu regeneracji w postaci ciągłej,

    • możliwość stosowania systemu na szeroką skalę,

    • brak konieczności zastosowania energii z zewnątrz.


- Wady regeneracji pasywnej systemu filtracji typu SCRT

Regeneracja pasywna systemu filtracji typu SCRT odznacza się także cechami postrzeganymi jako negatywne. Nie jest to system bez wad, a świadczy o tym:

    • konieczność tankowania paliwa, w którym zawartość siarki jest mniejsza niż 10 ppm,

    • konieczność zachowania stosunku dwutlenku azotu do węgla na poziomie wyższym niż 15, by moduł CRT mógł działać w pełni poprawnie,

    • konieczność optymalizacji stosunku NO2 do NOX względem katalizatora SCR po to, by zachodziła optymalna konwersja NOX,

    • stabilność pracy jedynie w zakresie temperaturowym od 300 do 450 stopni Celsjusza,

    • spowolnienie reakcji utleniania cząsteczek węgla w postaci sadzy w temperaturach poniżej 300 stopni Celsjusza,

    • zachodząca w temperaturach przekraczających 450 stopni Celsjusza dysocjacja dwutlenku azotu NO2,

    • konieczność stosowania AdBlue, czyli 32,5% wodnego roztworu mocznika,

    • skomplikowana budowa systemu SCRT,

    • duże rozmiary systemu oraz problematyczny montaż w samochodzie,

    • ryzyko trwałego uszkodzenia modułu poprzez zastosowanie wysokosiarkowego paliwa,

    • wrażliwość układu na pracę poza dopuszczalnymi zakresami temperatur.


Aktywna regeneracja systemu filtracji DPF z dzielonym wtryskiem paliwa

System ten jest dość skomplikowany, gdyż realizuje się go za pomocą kombinacji kilku technologii oraz określonych środków technicznych. Najistotniejszym z nich jest układ wtryskowy Common Rail, gdyż to właśnie za jego sprawą realizowany jest podział oraz sterowanie dawką paliwa. Działania te dotyczą także części dawki paliwa następującej po GMP, czyli tak zwanym górnym martwym położeniu tłoka. Wspomniane części określa się mianami opóźnionego wtrysku oraz powtrysku.

Charakterystyczny dla działania systemu wtrysk opóźniony następuje zwykle około 25-30 stopni po GMP tłoka; jest on niezbędny do podtrzymania oraz wydłużenia procesów, w których paliwo jest dopalane w górnej części przewodu wydechowego jednostki napędowej. Dzięki temu temperatura gazów wydechowych jest podwyższana.

Tak zwany powtrysk pojawia się po około 35-40 stopniach po GMP tłoka. Ma on na celu dostarczenie dodatkowej dawki oleju napędowego (która nie uległa spaleniu w komorach spalania silnika) do ogrzanych spalin w układzie wylotowym. Dawkowane i dostarczone w ten sposób paliwo nie zapala się początkowo w gorących gazach wydechowych. Ulega spaleniu dopiero wówczas, gdy styka się z silnie rozgrzanym monolitem katalizatora. Wytworzone w wyniku tej reakcji o charakterze egzotermicznym ciepło sprawia, że podgrzany zostaje monolit filtrujący, a także przepływające przez jego kanaliki spaliny. W ten sposób proces regeneracji filtra cząstek stałych DPF może być zainicjowany, a także wspierany.

Elektroniczny moduł sterujący ECU steruje także długością oraz wielkością poszczególnych części dzielonej dawki dostarczanego paliwa, więc także wtryskiem opóźnionym oraz powtryskiem. Sterowanie tymi parametrami jest uzależnione od warunków, w jakich eksploatowany jest pojazd, a zatem:

    • od temperatury filtra cząstek stałych DPF,

    • od stopnia obciążenia filtra DPF sadzą,

    • od wielkości przeciwciśnienia w układzie wylotowym przed DPF.

 

Aktywna regeneracja DPF z dzielonym wtryskiem paliwa
Aktywna regeneracja systemu filtracji DPF z dzielonym wtryskiem paliwa

   

Dość innowacyjne rozwiązanie, jakim jest aktywna regeneracja systemu filtracji DPF z dzielonym wtryskiem paliwa, współpracuje zazwyczaj z innymi modułami wspomagającymi procesy dopalania sadzy. W tym charakterze najczęściej stosuje się:

    • optymalizację wszystkich części dawki dzielonego wtrysku paliwa w ten sposób, by wpływała ona na proces spalania w jednostce napędowej, a przy tym ograniczała ilość wytwarzanej sadzy,

    • montaż katalizatora utleniającego DOC w układzie przed filtrem cząstek stałych DPF,

    • optymalizacja nie tylko parametrów technicznych, ale i całego materiału filtrującego w monolitycznym wkładzie DPF,

    • zastosowanie powłoki katalitycznej w filtrze cząstek stałych,

    • montaż systemu podgrzewającego filtr cząstek stałych,

    • stosowanie mechanizmu okresowego dławienia powietrza w dolocie do jednostki napędowej bądź spalin przed filtrem cząstek stałych DPF w celu podwyższenia temperatury gazów spalinowych,

    • zastosowanie dodatkowej regulacji zaworu EGR w celu okresowego podnoszenia temperatury gazów spalinowych z silnika.

Regeneracja systemu filtracji DPF o charakterze aktywnym sterowana dzielonym wtryskiem dawki paliwa jest zazwyczaj bardzo złożonym układem współdziałających ze sobą modułów jednostki napędowej oraz związanych z nią układów. Sterowanie owymi mechanizmami wymaga stosowania skomplikowanych algorytmów. Najczęściej mamy zatem do czynienia z układami regeneracji aktywnej DPF wspomaganej regeneracją pasywną. Można przyjąć, że podczas trwającego nawet kilka minut procesu dopalania sadzy, wielkość zużycia paliwa może wzrosnąć nawet o około 80%, natomiast średnia wielkość zużycia paliwa w pojeździe z okresową strategią regeneracji zwiększa się o około 3-6%.


1. Zalety i wady aktywnej regeneracji systemu filtracji DPF sterowanej dzielonym wtryskiem dawki paliwa

Bardzo interesujące jest to, że aktywna regeneracja systemu filtracji DPF z dzielonym wtryskiem dawki paliwa wykazuje praktycznie tyle samo zalet, co wad. Ich sprecyzowanie rozpoczniemy od cech pozytywnych, omawiając następnie wady zastosowania tego typu modułu w Dieslu.


- Zalety aktywnej regeneracji systemu filtracji DPF sterowanej dzielonym wtryskiem dawki paliwa

Charakteryzowany przez nas w tej części artykułu system oczyszczania spalin charakteryzuje się określonymi zaletami, które wymieniliśmy poniżej:

    • możliwość skutecznego dopalania sadzy nawet w niskich temperaturach spalin,

    • wykorzystanie potencjału układu Common Rail do okresowego wspomagania procedury regeneracji DPF,

    • zarządzanie procesem inicjacji i wspomagania dopalania sadzy realizowane z dużą precyzją,

    • zmniejszone, ograniczone zagrożenie powstawania emisji wtórnej.


- Wady aktywnej regeneracji systemu filtracji DPF sterowanej dzielonym wtryskiem dawki paliwa

Wymienione powyżej pozytywy warto skonfrontować z wadami, które moduł aktywnej regeneracji systemu DPF sterowanej dzielonym wtryskiem dawki paliwa również posiada. Wśród cech uznawanych zarówno przez ekspertów, jak i przez kierowców za negatywne wymienić należy:

    • ryzyko przedostania się oleju napędowego do miski olejowej silnika, co sprawia, że olej smarowy staje się rozcieńczony i traci swoje właściwości,

    • występowanie złożonych oraz bardzo skomplikowanych strategii zarządzania kilkoma technologiami stanowiącymi nieodłączne elementy sprawnego funkcjonowania systemu,

    • stosunkowo niska skuteczność wspomagania wypalania sadzy w trybie jazdy miejskiej,

    • odczuwalnie podwyższone zużycie paliwa.


Termiczna aktywna regeneracja systemu filtracji DPF z zastosowaniem elektrycznego modułu grzewczego

System, którego złożoną nazwę ujęliśmy w nagłówku tej części artykułu, może z powodzeniem funkcjonować zarówno w instalacji elektrycznej 12V, jak i 24V. Do tego, by podnieść temperaturę DPF, stosuje się zazwyczaj grzejnik elektryczny, który jest zamontowany w tej samej obudowie, co filtr cząstek stałych DPF, najczęściej bezpośrednio przed filtrem.

To, ile energii elektrycznej zostanie zużyte, zależy zwłaszcza od wielkości filtra cząstek stałych DPF oraz od tego, czy do wspomagania regeneracji stosowany jest dodatkowo płyn FBC.

W przypadku pojazdów lekkich i średnich, w których pojemność skokowa silnika mieści się w przedziale 2-7 dm3, stosowane są zazwyczaj grzejniki o mocy od 1 do 1,5 kW (jeżeli stosowany jest dodatek FBC) oraz o mocy od 2 do 3,5 kW, jeżeli procedura pozbawiona jest pasywnego wspomagania. Określa się, że do przeprowadzenia pojedynczego procesu regeneracji konieczne jest utrzymanie działania grzejnika w czasie od dwóch do czterech minut.

Regeneracja może zostać aktywowana wówczas, gdy poziom obciążenia filtra cząstek stałych sadzą przekroczy dopuszczalne granice. Przyjmuje się za nie zakres od 15 do 20 g/m2. W sytuacji, gdy monolit filtra DPF zostanie podgrzany do temperatury z przedziału 380-400 stopni Celsjusza (gdy mowa o regeneracji wspomaganej pasywnie) bądź do temperatury 600-650 stopni Celsjusza (w sytuacji, gdy regeneracja nie jest w żaden sposób wspomagana), zostaje zainicjowany proces dopalania sadzy. Wówczas płomień w sposób samoistny rozprzestrzenia się po całej powierzchni monolitycznego wkładu.

Sprawność, a także szybkość regeneracji zapoczątkowanej w tej sposób jest uzależniona głównie od ilości dostępnego tlenu. Równie istotna jest grubość warstwy nagromadzonej sadzy. Efektywność regeneracji przeprowadzanej w ten sposób można opisać za pomocą dwóch zależności:

    • im więcej tlenu zostanie dostarczone wraz z silnikami do obszaru wypalania sadzy, tym bardziej efektywna i szybka jest regeneracja,

    • im grubsza jest warstwa cząsteczek węgla zgromadzonych na powierzchni monolitu, tym szybciej i bardziej efektywnie zachodzi proces dopalania sadzy.

 

Aktywna regeneracja termiczna DPF z zastosowaniem elektrycznego modułu grzewczego
Termiczna aktywna regeneracja systemu filtracji DPF z zastosowaniem elektrycznego modułu grzewczego

  

W kontekście omawiania systemu aktywnej regeneracji DPF warto podkreślić, że jest to metoda dość kosztowna, a przy tym skomplikowana w realizacji. Wynika to ze znacznego zapotrzebowania na energię elektryczną, a także z wysokich temperatur powodujących przyspieszone zużywanie się elementów układu, a nawet występowanie uszkodzeń w ich obrębie.


1. Zalety i wady termicznej aktywnej regeneracji systemu filtracji DPF z elektrycznym modułem grzewczym

Metoda, którą opisaliśmy, ma kilka istotnych zalet i można nawet byłoby uznać, że przeważają one nad wadami. Oczywiście każdy kierowca z pewnością wyrazi swoją własną opinię, my natomiast skoncentrujemy się na ogólnych, obiektywnych cechach pozytywnych oraz negatywnych termicznej aktywnej regeneracji systemu filtracji DPF z elektrycznym modułem grzewczym.


- Zalety termicznej aktywnej regeneracji systemu filtracji DPF z elektrycznym modułem grzewczym

Plusy zastosowania termicznej aktywnej regeneracji systemu filtracji DPF bazującej swoim działaniem na zastosowaniu elektrycznego modułu grzewczego przedstawiają się następująco:

    • rozwiązanie to wykazuje dużą skuteczność działania,

    • przebieg regeneracji może być w pełni kontrolowany,

    • zastosowanie rozwiązania tego typu nie wpływa na ewentualne zwiększenie zużycia oleju napędowego;

    • użytkownicy posiadający samochody z owym systemem nie muszą martwić się o ograniczenia w zakresie poziomu zawartej w paliwie siarki.


- Wady termicznej aktywnej regeneracji systemu filtracji DPF z elektrycznym modułem grzewczym

Obok plusów warto wymienić także minusy charakteryzowanego systemu. Za zasadnicze wady można zatem uznać:

    • konieczność zapewnienia wydajnego źródła energii elektrycznej,

    • skomplikowaną technicznie budowę systemu,

    • wysokie koszty ponoszone przez użytkowników samochodów z tym modułem,

    • dużą podatność na uszkodzenia o charakterze mechanicznym,

    • jest to ponadto system oceniany jako niepraktyczny w zastosowaniach pokładowych do pojazdów drogowych.


Aktywna regeneracja systemu filtracji DPF z wykorzystaniem zapłonu sadzy dzięki elektrycznym świecom zapłonowym

W tej metodzie dopalanie sadzy jest możliwe dzięki zastosowaniu dodatku do paliwa typu FBC. Używa się go po to, by temperatura, w której wypalają się nagromadzone cząsteczki węgla, była obniżona, a sam proces dopalania - przyspieszony.

Mechanizm zapłonu sadzy w tego typu systemach jest bardzo prosty. Umożliwia go zastosowanie elektrycznych świec zapłonowych. Ich końcówki dotykają sadzy nagromadzonej na powierzchni wkładu filtra cząstek stałych, dzięki czemu nagromadzony osad może się wypalić.

 

Co ważne, regeneracja rozumiana jako wypalanie sadzy może być inicjowana już w temperaturze gazów spalinowych osiągającej pułap od 150 do 160 stopni Celsjusza. Miejscowe podniesienie temperatury sadzy zakumulowanej na powierzchni monolitycznego wkładu DPF za pomocą świec zapłonowych umożliwia rozpoczęcie reakcji spalania sadzy przyjmującej charakter egzotermiczny. Procedura regeneracji jest inicjowana, jeżeli kluczowe w jej kontekście parametry wykażą właściwe wartości. Do parametrów owych należy:

  1. Średnia wartość przeciwciśnienia gazów wylotowych przed filtrem cząstek stałych DPF. Wartość ta stanowi także pośrednią miarę obciążenia DPF cząstkami stałymi PM.

  2. Zmierzone chwilowe wartości przeciwciśnienia gazów wylotowych przed filtrem cząstek stałych DPF, które wskazują na warunki eksploatacji pojazdu.

  3. Zmierzonej temperatury tylnej części obudowy filtra cząstek stałych w celu dokonania oceny temperatury nagrzania monolitycznego wkładu.

 

Aktywna regeneracja DPF z wykorzystaniem zapłonu sadzy dzięki elektrycznym świecom zapłonowym
Aktywna regeneracja systemu filtracji DPF z wykorzystaniem zapłonu sadzy dzięki elektrycznym świecom zapłonowym

   


1. Zalety i wady aktywnej regeneracji systemu filtracji DPF z wykorzystaniem zapłonu sadzy dzięki elektrycznym świecom zapłonowym

Przedstawione przez nas w tej części artykułu rozwiązanie w kontekście oczyszczania spalin charakteryzuje się większą ilością zalet niż wad. Na pochwałę z pewnością zasłuży wysoka skuteczność, natomiast kolejne cechy pozytywne oraz negatywne opiszemy poniżej.


- Zalety aktywnej regeneracji systemu filtracji DPF z wykorzystaniem zapłonu sadzy dzięki elektrycznym świecom zapłonowym

Aktywna regeneracja systemu filtracji DPF zyskuje pozytywne opinie dzięki następującym cechom:

    • wykazuje dużą skuteczność działania w module oczyszczania gazów wylotowych,

    • przebieg regeneracji wzbogacony jest możliwością kontrolowania go,

    • tankowane paliwo nie musi podlegać żadnym ograniczeniom w zakresie zawartości siarki,

    • budowa układu charakteryzuje się niskim poziomem skomplikowania.


- Wady aktywnej regeneracji systemu filtracji DPF z wykorzystaniem zapłonu sadzy dzięki elektrycznym świecom zapłonowym

Wymienione powyżej zalety warto skonfrontować z wadami, jakimi charakteryzuje się system filtracji DPF, w którym zapłon sadzy inicjowany jest za pomocą elektrycznych świec zapłonowych. Jako cechy negatywne tego rozwiązania wymienić należy:

    • ryzyko mechanicznych uszkodzeń monolitu filtrującego,

    • konieczność dostarczania do układu energii elektrycznej,

    • podatność świec żarowych na uszkodzenia,

    • konieczność uzupełniania układu dodatkiem do paliwa typu FBC.


Aktywna regeneracja systemu filtracji DPF z wykorzystaniem zapłonu sadzy za pomocą promieniowania ciepła

Tego typu układ filtracji DPF tworzy filtr cząstek stałych z wkładem utworzonym ze spieków metalicznych (SMF). Ściśle współpracuje z nim układ odpowiadający za dozowanie dodatku FBC do zbiornika paliwa. Dookoła tylnej części monolitycznego wkładu zlokalizowane jest uzwojenie grzewcze. Jeżeli instalacja elektryczna w samochodzie ma 12V, moc uzwojenia osiąga 1000 W. W przypadku instalacji 24V, uzwojenie grzewcze osiąga 2200 W.

Funkcjonowanie układu wzbogacone jest o odrębny system elektroniczny, który monitoruje parametry pracy filtra cząstek stałych, a także steruje jego procedurami dopalania sadzy. Regeneracja rozumiana jako dopalanie cząsteczek węgla jest aktywowana, gdy filtr DPF osiągnie założony poziom obciążenia cząstkami stałymi, a spaliny nagrzeją się do około 150 stopni Celsjusza.

Inicjacja opisywanej procedury odbywa się poprzez włączenie zasilania elektrycznego uzwojenia grzewczego. Zazwyczaj jest ono aktywowane na około dwie minuty. Mechanizm składający się ze zwojów szybko nagrzewa się do wysokich temperatur. Promieniujące wokół systemu ciepło jest czynnikiem, który powoduje zapłon sadzy w monolicie. Zainicjowany w ten sposób proces regeneracji, który jest dodatkowo wspomagany spalaniem dodatku FBC wraz z paliwem, samoistnie przesuwa się wzdłuż osi filtra.


1. Zalety i wady aktywnej regeneracji systemu filtracji DPF z wykorzystaniem zapłonu sadzy za pomocą promieniowania ciepła

Działanie aktywnej regeneracji systemu filtracji DPF, w której stosuje się promieniowanie ciepła w celu uzyskania zapłonu sadzy, ma zdecydowanie więcej zalet niż wad. Jeżeli jesteś ciekaw, jakimi cechami pozytywnymi oraz negatywnymi odznacza się tego typu układ, zapraszamy do lektury!


- Zalety aktywnej regeneracji systemu filtracji DPF z wykorzystaniem zapłonu sadzy za pomocą promieniowania ciepła

Poniżej wymieniliśmy liczne zalety, którymi odznacza się opisywany system - należą do nich:

    • wysoka skuteczność, a także niezawodność działania,

    • możliwość kontrolowania przebiegu całej procedury regeneracji,

    • brak występowania ograniczeń dotyczących zawartości siarki w paliwie,

    • o wiele mniejsze zużycie energii elektrycznej w porównaniu do układów bazujących na zastosowaniu modułu grzewczego,

    • procesy regeneracji są w pełni zautomatyzowane i nie mają związku z ECU silnika,

    • filtr cząstek stałych DPF wykazuje dużą pojemność w zakresie obciążenia popiołem,

    • budowa systemu jest bardzo prosta,

    • stosunkowo niskie koszty utrzymania oraz obsługi systemu,

    • szerokie możliwości montażu i zastosowania systemu zarówno w nowoczesnych pojazdach, jak i w nieco starszych poddanych procesowi retrofittingu.


- Wady aktywnej regeneracji systemu filtracji DPF z wykorzystaniem zapłonu sadzy za pomocą promieniowania ciepła

Regeneracja aktywna DPF bazująca na wykorzystaniu zapłonu sadzy za pomocą promieniowania ciepła ma także nieliczne wady, wśród których podkreślić należy:

  • konieczność zapewnienia energii elektrycznej w systemie,

  • konieczność zastosowania dodatku typu FBC do paliwa.


Aktywna regeneracja DPF z zastosowaniem palnika pełnego przepływu

Moduł oczyszczania spalin tego rodzaju funkcjonuje dzięki użyciu specjalnego palnika, który spala najczęściej to samo paliwo, którym zasilana jest jednostka napędowa. Palnik zazwyczaj zlokalizowany jest w przedniej części obudowy filtra cząstek stałych DPF, gdyż tam ma dostęp do pełnego strumienia gazów spalinowych, które wydostają się z silnika. Układ, który steruje pracą całego systemu, monitoruje stopień obciążenia filtra sadzą i w sposób zdalny uruchamia zapłon palnika w sytuacji, gdy staje się to konieczne. Wówczas temperatura gazów spalinowych osiąga wysoki pułap 600-700 stopni Celsjusza, co sprawia, że sadza może zostać utleniona bardzo szybko.

Gdy palnik pełnego przepływu jest stosowany jako jedyny moduł wspomagania procesu regeneracji DPF, wielkość zużycia oleju napędowego niezbędnego do ogrzania spalin jest bardzo wysoka, sięga bowiem od 20 do 50% zużycia paliwa przez jednostkę napędową.

Sytuacja ta powoduje, że często przed filtrem cząstek stałych DPF montuje się katalizator DOC. Działanie to pozwala na obniżenie temperatury ogrzewania gazów wylotowych z jednostki napędowej. Palnik stosowany w tego typu systemach to urządzenie skomplikowane w swojej budowie. Jego konstrukcja bazuje na zastosowaniu odpowiedniego nawiewu, który zapewnia homogeniczne zmieszanie powietrza z rozpylonym paliwem dostarczanym do palnika. Następnie konieczne jest nadanie płomieniowi odpowiedniego kształtu, by proces spalania był stabilny i umożliwiał maksymalnie równomierne nagrzewanie powierzchni wkładu filtra cząstek stałych lub katalizatora oksydacyjnego. Kluczowe w tej kwestii jest dobre wymieszanie spalin generowanych przez palnik z tymi pochodzącymi z silnika.

Charakteryzowany układ wymaga także równomiernego promieniowego rozkładu temperatury na powierzchni czołowej nagrzewanego monolitycznego wkładu. Musi zachodzić to niezależnie od warunków pracy jednostki napędowej. Kryteria te są kluczowe dla procesu regeneracji przebiegającego z niezawodnością i w równomierny sposób, a także dla żywotności i trwałości samego wkładu monolitycznego.

Innym elementem systemu, który także musi odznaczać się niezawodnością, jest zapłon palnika powodowany działaniem świecy zapłonowej. Jeżeli moduł ten nie funkcjonuje poprawnie, niezapalony olej napędowy przedostaje się do wnętrza monolitu, gdzie zostaje zniszczony w sposób termiczny, gdyż struktura monolitu zostaje uszkodzona. Najczęściej występujące uszkodzenia to stopienie lub popękanie wkładu, co prowadzi do konieczności wymiany filtra DPF na nowy.

Proces spalania w palniku musi charakteryzować się takim przebiegiem, w którym sam palnik nie generuje dodatkowych cząstek stałych PM obciążających filtr cząstek stałych. Podczas aktywacji, czyli zapłonu palnika, nie może wyciekać z niego paliwo, gdyż może to stać się przyczyną zakoksowania końcówki wylotowej, a także do powstawania dodatkowej emisji tlenku węgla oraz węglowodorów.

 

Aktywna regeneracja filtra cząstek stałych DPF z zastosowaniem palnika pełnego przepływu
Aktywna regeneracja DPF z zastosowaniem palnika pełnego przepływu

  

1. Zalety i wady aktywnej regeneracji DPF z zastosowaniem palnika pełnego przepływu

W kwestii opinii na temat aktywnej regeneracji systemu filtracji DPF z użyciem palnika pełnego przepływu warto podkreślić, że wady nieznacznie przeważają nad zaletami. Zarówno pozytywne, jak i negatywne cechy owego modułu opisaliśmy poniżej.


- Zalety aktywnej regeneracji DPF z zastosowaniem palnika pełnego przepływu

Wśród zalet opisywanego przez nas rozwiązania, które ma na celu dopalanie sadzy w filtrze cząstek stałych, wyróżnić należy:

    • możliwość realizowania skutecznej i pełnej regeneracji filtra cząstek stałych DPF niezależnie od tego, w jakich warunkach pracuje jednostka napędowa,

    • wynikająca z faktu spalania paliwa dostępność dowolnej ilości energii,

    • brak generowanej emisji wtórnej,

    • możliwość kontrolowania procesu dopalania sadzy.


- Wady aktywnej regeneracji DPF z zastosowaniem palnika pełnego przepływu

Aktywna regeneracja filtra cząstek stałych DPF bazująca na użyciu palnika pełnego przepływu charakteryzuje się także określonymi wadami, których nie można pominąć w jej charakterystyce. Za wady postrzegane są następujące cechy:

    • złożoność, a także wysoki poziom zaawansowania technologicznego systemu,

    • wysokie koszty wytworzenia modułów tego typu,

    • duże koszty eksploatacji systemu w pojeździe,

    • bardzo wysokie zużycie energii wynikające ze zwiększonego zużycia paliwa,

    • istotne ryzyko uszkodzenia monolitu filtrującego,

    • awaryjność palnika.


Aktywna regeneracja DPF za pomocą dławienia przepływu

Wówczas, gdy jednostka napędowa pracuje w zakresie niskich obciążeń silnika, prostą i dość skuteczną metodą na podwyższenie temperatury gazów spalinowych jest dławienie przepływającego powietrza w układzie dolotowym jednostki napędowej.

Działanie tego typu powoduje obniżenie ciśnienia w układzie dolotowym za przepustnicą dławiącą. Stanowi to bezpośrednią przyczynę obniżenia ciśnienia w komorach spalania silnika wówczas, gdy suw sprężania jest w fazie początkowej i zmniejsza się ilość powietrza dostarczanego do komór spalania. Opisane działanie stanowi także przyczynę obniżenia ciśnienia oraz temperatury na końcu suwu sprężania. Praca mechaniczna silnika jest wówczas zwiększana.

Wartości temperatury spalania oraz temperatury gazów wylotowych ulegają podwyższeniu wskutek zmniejszania współczynnika nadmiaru powietrza wytwarzanej mieszanki paliwowo-powietrznej. Owocuje to skutkami ubocznymi w postaci zwiększonego zużycia paliwa oraz nadmiernej emisji sadzy, wzrasta także emisja NOX. Warto jednak podkreślić, że dławienie przepływu jest zazwyczaj aktywowane na krótki czas, około 10 minut, w odstępach mieszczących się w przedziale od 8 do 10 godzin. W tego typu okolicznościach ujemne skutki regeneracji DPF w opisywanym systemie są stosunkowo niewielkie. Jeżeli silnik pracuje pod obciążeniem około 20-25%, za pomocą charakteryzowanej metody można nawet dwukrotnie podnieść temperaturę gazów wylotowych. Z uwagi na fakt, że wówczas znacznie wzrasta poziom emisji spalin, temperatura zazwyczaj jest podwyższana o około 30-50%. Jest to w pełni uzasadnione, gdyż w znacznie mniejszym stopniu wpływa na emisję sadzy.

Typowe dla tego układu dławienie przepływu powietrza w układzie dolotowym może być w łatwy sposób realizowane dzięki przepustnicy z elektronicznym sterowaniem wielkości jej otwarcia. Podobny efekt wyrażający się w podwyższeniu temperatury gazów wylotowych przed filtrem cząstek stałych DPF można uzyskać poprzez dławienie spalin w układzie wylotowym. Warto jednak wiedzieć, że utrudnia to usuwanie gazów spalinowych z komór spalania silnika, a także ogranicza chłodzenie komór spalania poprzez napływ powietrza o niższej temperaturze przez układ dolotowy do silnika. Zwiększa to temperaturę gazów wylotowych. Należy pamiętać, że w tym przypadku przepustnica jest narażona na znacznie wyższe temperatury, które z kolei mają negatywny wpływ na jej trwałość oraz prawidłowe działanie. Wyposażenie jednostki napędowej w turbodoładowanie generuje jeszcze większą ilość problemów, ponieważ zamieszczona przed turbiną przepustnica powoduje podciśnienie. Stanowi ono zagrożenie dla łożysk turbiny oraz ich uszczelnień. Gdy ulegną one uszkodzeniom, olej smarowy przedostaje się do układu wylotowego oraz do filtra cząstek stałych DPF. Problem powstawania przeciwciśnienia może zostać w prosty sposób wyeliminowany, gdy przepustnica jest zainstalowana za chłodnicą powietrza sprężarki turbo.

 

Aktywna regeneracja filtra cząstek stałych DPF za pomocą dławienia przepływu
Aktywna regeneracja DPF za pomocą dławienia przepływu

   


1. Zalety i wady aktywnej regeneracji DPF za pomocą dławienia przepływu

Wypalanie sadzy za pomocą dławienia przepływu powietrza w układzie dolotowym ma w praktyce tyle samo zalet, co wad. Niewątpliwie duży kontrast widać zwłaszcza wówczas, gdy odniesiemy niskie koszty montażu systemu ze kosztami, które kierowca musi inwestować w częste tankowanie, ponieważ pobór oleju napędowego okazuje się znacznie zwiększony.


- Zalety aktywnej regeneracji DPF za pomocą dławienia przepływu

Wśród niewątpliwych zalet aktywnej regeneracji DPF, w której wykorzystywany jest mechanizm dławienia przepływu, warto wymienić następujące cechy pozytywne:

    • stosunkowo prosta budowa oraz nieskomplikowany mechanizm sterowania układem,

    • niewielkie koszty instalacji opisywanego modułu oczyszczania spalin,

    • możliwość w pełni skutecznego podnoszenia temperatury spalin nawet w niskich obciążeniach jednostki napędowej,

    • możliwość zachowania pełnej kontroli nad procedurą regeneracji.


- Wady aktywnej regeneracji DPF za pomocą dławienia przepływu

Obok cech pozytywnych system bazujący na aktywnej regeneracji DPF z dławieniem przepływu powietrza w układzie dolotowym silnika ma także kilka wad, których nie warto pomijać. Wśród cech uznawanych za minusy tego rozwiązania w układzie wydechowym Diesla wyliczyć można:

  • zwiększone zużycie paliwa przez jednostkę napędową,

  • podwyższoną emisję cząstek stałych PM oraz NOX podczas tak zwanego dławienia powietrza,

  • zawodność działania przepustnicy zlokalizowanej w układzie wylotowym silnika,

  • możliwość wystąpienia uszkodzeń w obrębie monolitu filtrującego.


Aktywna regeneracja DPF za pomocą gromadzenia ciepła oraz zarządzania nim

Nazwa tego systemu wydaje się być naprawdę skomplikowana, dlatego też postaramy się go scharakteryzować w jak najprostszy sposób. Wymieniony w nagłówku tej części artykułu system filtracji spalin składa się z kilku niewielkich monolitów filtrujących, które są zamieszczone w jednej obudowie, lecz oddzielone od siebie. Monolity te zazwyczaj są wykonane z SiC, czyli z węglika krzemu.

Poszczególne filtry w systemie kolejno otwierają się i docierają do nich spaliny z silnika, podczas gdy inne monolity pozostają w pozycji zamkniętej. Wykazujące niskie temperatury gazy spalinowe generowane przy niskim obciążeniu silnika, przepływają przez kolejne monolity i obciążają je sadzą. Gdy zawartość sadzy w danym monolicie przyjmie maksymalny poziom, jest on otwierany tylko wówczas, gdy spaliny osiągają wysoką temperaturę, optymalną do wypalenia nagromadzonych osadów. Powtórzone kilka razy otwarcie monolitu wypełnionego sadzą sprawia, że proces regeneracji jest inicjowany, a następnie realizowany. Inne monolity, przez które przepływają spaliny o niższej temperaturze, stopniowo gromadzą cząsteczki węgla. Po tym, jak wypalanie sadzy zostanie zrealizowane w jednym z monolitów, procesowi ulega kolejny z nich, który zgromadził dużą zawartość cząsteczek węgla. W tego typu układach można zaobserwować, że często jest w nich instalowany katalizator oksydacyjny DOC. Znajduje się on zazwyczaj przed filtrem cząstek stałych DPF i ma ma zadanie obniżenie temperatury zapłonu sadzy. Do katalizatora DOC za pomocą specjalnego wtryskiwacza dostarczane jest paliwo z układu zasilania jednostki napędowej. Dzięki temu temperatura gazów spalinowych przed DOC może zostać podniesiona.

 

Aktywna regeneracja DPF za pomocą gromadzenia ciepła oraz zarządzania nim
Aktywna regeneracja DPF za pomocą gromadzenia ciepła oraz zarządzania nim

 


1. Zalety i wady aktywnej regeneracji DPF za pomocą gromadzenia ciepła oraz zarządzania nim

Aktywna regeneracja za pomocą zarządzania nagromadzonym ciepłem to dość skomplikowany w swej konstrukcji system, w którym także można wyróżnić kilka zalet oraz wad. Sprawdź, co chwalą w ich kontekście specjaliści od Diesla oraz na co warto uważać.


- Zalety aktywnej regeneracji DPF za pomocą gromadzenia ciepła oraz zarządzania nim

W gruncie rzeczy opisywana metoda dopalania sadzy ma tylko dwie zalety, jednakże oceniamy je jako bardzo istotne. Wśród plusów stosowania tego modułu wymienić warto:

    • skuteczne funkcjonowanie nawet wówczas, gdy jednostka napędowa pracuje w niskim obciążeniu, zatem gazy wylotowe osiągają niskie średnie temperatury,

    • niewielkie prawdopodobieństwo powstawania uszkodzeń monolitu o charakterze termicznym.


- Wady aktywnej regeneracji DPF za pomocą gromadzenia ciepła oraz zarządzania nim

Minusy wynikające ze stosowania systemu aktywnej regeneracji DPF z pomocą zarządzania nagromadzonym ciepłem przedstawiają się zatem następująco:

    • dla kierowców mocno odczuwalne jest zwiększone zużywanie paliwa przez silnik,

    • DPF charakteryzuje się złożoną, skomplikowaną budową,

    • monitorowanie składającego się z kilku monolitów filtra cząstek stałych DPF jest skomplikowane, podobnie jak samo sterowanie układem regeneracji.


Inne rozwiązania mające na celu usunięcie sadzy z filtra cząstek stałych DPF

Oprócz tych systemów, które już pokrótce scharakteryzowaliśmy, w celu maksymalnie skutecznego oczyszczania spalin z cząstek stałych stosuje się szereg innych, rozbudowanych układów, które zazwyczaj stanowią połączenie układu aktywnego i pasywnego. Zazwyczaj systemy tego typu charakteryzują się złożonością nie tylko w budowie, ale także w sterowaniu, mają jednakże one na celu zapewnienie całkowicie sprawnej i niezawodnej regeneracji niezależnie od tego, w jakich warunkach pracuje silnik oraz jak jest użytkowany.

Warto zauważyć, że wysoki poziom zaawansowania technologicznego owych systemów prowadzi jednak do tego, że ich budowa jest bardzo złożona, co wyraża się także w dużych rozmiarach modułów. Zazwyczaj ich cena nie należy do najniższych, jednak należy je stosować, by emitowane do środowiska naturalnego spaliny wykazywały jak najmniejszy poziom toksyczności i szkodliwości.

 

Inne rozwiązania mające na celu usunięcie sadzy z filtra cząstek stałych DPF
Inne rozwiązania mające na celu usunięcie sadzy z filtra cząstek stałych DPF

Komentarze

Mati 2021-08-25 08:44:38

Własciwie ten artykul dal mi odpowiedz na pytanie: jak usunac popiol z dpr wraz z sadza... Na pewno zdecyduje sie niedlugo na regeneracje filtra w serwisie, aby odswiezyc jego stan i przedluzyc jego dzialanie.

Dodaj komentarz

Loader
Wystąpił błąd.
Wystąpił błąd.
Wystąpił błąd.

Ostatnio dodane

17 września 2021

DPF a moc silnika

Umieszczenie filtra cząstek stałych nie powinno być odbierane...

16 września 2021

DPF | Usuwać czy nie?

Filtr cząstek stałych jest niezwykle bardzo ważnym podzespołem,...

15 września 2021

Zapchany DPF | Jak wyczyścić?

Zapchany filtr cząstek stałych jest to bardzo częsty problem...

Korzystając ze strony wyrażasz zgodę na używanie cookie, zgodnie z aktualnymi ustawieniami przeglądarki. Korzystanie z naszego serwisu internetowego bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zapisane w pamięci urządzenia. Więcej informacji można znaleźć w naszej Polityce prywatności. RODO
Call icon
Zadzwoń i sprawdź +48 725 803 803
Call icon

Zadzwoń do nas

+48 725 803 803
lub

Zostaw nam swój numer

Tel loader
Wpisz poprawny numer