”
Zwięzła informacja na temat historii wykorzystywania filtrów cząstek stałych wraz z uzasadnieniem z punktu widzenia ustawodawstwa. Opis przeznaczenia i możliwości rozwiązań wykorzystywanych w przemyśle samochodowym.
- Angielska nazwa DPF (Diesel Particle Filter).
- Francuska nazwa FAP (Filtre Anti Particules)
Pionierem we wprowadzaniu filtrów cząstek stałych były Stany Zjednoczone. Rygorystyczne podejście do silników diesla, zmusiło konstruktorów do tworzenia systemów zmniejszających ich wpływ na zanieczyszczanie środowiska.. Te surowe środki podejmowane w celu zmniejszania poziomu emisji zostały stopniowo przyjęte także przez prawodawstwo państw UE oraz większości krajów azjatyckich.
Pierwsze filtry cząstek stałych pojawiły się w stacjonarnych silnikach diesla już w roku 1980. Później, w roku 1985 przyszła kolej na ciężkie maszyny, a w roku 1996 transport towarowy. W segmencie samochodów osobowych, pierwsze zastosowanie na szeroką skalę miało miejsce w silnikach HDi, koncernu PSA (Peugeot Citroen).
Co ciekawe, żadna ustawa nie zawiera nakazu montażu filtrów cząstek stałych. Jest to po prostu konsekwencja wprowadzenia surowych norm,znanych jako EURO, 4, 5 oraz przygotowywanej EURO 6, które wyraźnie ograniczają dopuszczalny poziom emisji zanieczyszczeń dla wszystkich kategorii pojazdów.
Dla porównania podajemy dopuszczalne limity emisji silników diesla, według poszczególnych norm EURO (EURO/rok wejścia w życie) – dla silnikowych pojazdów osobowych klasy M. (PM – particulate matter = cząstki stałe).
| EURO3/rok 2000 | EURO4/rok 2005 | EURO5/rok 2009 | EURO6/rok 2014 | |
| CO | 0,64 | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
| NOx | 0,5 | 0,25 | 0,18 | 0,08 |
| NOx + HC | 0,56 | 0,3 | 0,23 | 0,17 |
| PM | 0,05 | 0,025 | 0,005 | 0,0025* |
*Dla klasy samochodów kategorii N1-I a II wynosi przy EURO6 wartość PM 0,005.
Dlaczego tak surowo oceniane są właśnie cząstki stałe?
Cząstki stałe to produkty niepełnego spalania, które jest typowe zwłaszcza podczas pracy zimnego silnika, gwałtownego przyspieszania oraz dla starszych, zużytych silników.
Przy niepełnym spalaniu paliwa dochodzi do przemiany paliw węglowodorowych na węgiel stały – sadzę. Na nim osadzają się resztki paliwa, siarczany, metalowe cząstki oraz tlenki metali ze zużytych mechanicznych elementów silnika oraz inne substancje toksyczne będące produktami spalania. Stają się one nośnikami substancji rakotwórczych i mutagennych. Ich wielkość wynosi około 0,05 mikrometra (0,00005 mm). Dla organizmu ludzkiego niebezpiecznymi są już cząstki mniejsze niz 0,25 mm, których układ oddechowy nie potrafi odfiltrować, przez co dostają się głęboko do płuc. Mniejsze cząstki sadzy przenikają nawet do organów wewnętrznych, gdzie ich obecność jest niezwykle niebezpieczna.
Producenci samochodów problemy te rozwiązują przede wszystkim poprzez dodatkowe modyfikacje istniejących już silników – chodzi głównie o stosowanie filtrów cząstek stałych. Opracowanie nowych silników jest o wiele bardziej czasochłonne i bardzo kosztowne. Eksperci w tej dziedzinie są nawet przekonani, że spełnienie limitów EURO6 nie będzie już bez wykorzystania tych filtrów możliwe.
Z konstrukcyjnego punktu widzenia, filtr cząstek stałych składa się z przypominającego plaster miodu, ceramicznego wkładu o porowatej konsystencji – węgliku krzemu. Wkład posiada mikroskopijne kanaliki, które na swoich końcach są na przemian zamknięte, dzięki czemu spaliny zmuszane są do przejścia przez ich ściany. Pod mikroskopem można zobaczyć, że węglik krzemu stworzył doskonałą, mikroporowatą strukturę z mikroigiełkami na jej powierzchni (przypominają krótką gestą „sierść“).
Wkład ceramiczny umieszczony jest w metalowej obudowie odpornej na ciepło, wyposażonej w kołnierze łączące oraz otwory na sondy miernika ciśnienia różnicowego.
Z upływem czasu dochodzi do zatkania filtra, więc konstruktorzy uzupełnili go o elementy monitorujące stopień jego zapełnienia. Jeśli stan zapełnienia osiągnie założoną watrość, (np. 60%) rozpoczyna się proces regeneracji filtra. Przez regenerację rozumie się przemianę cząstek stałych w stan gazowy – ich wypalenie, a następnie usunięcie z filtra. Odbywa się to poprzez krótkotrwały wzrost temperatury spalin lub zmniejszenie temperatury spalania cząstek stałych przy pomocy użycia dodatków do paliwa.
Ceramiczne filtry możemy następnie podzielić na:
-
Ceramiczne filtry monolityczne z dodatkowym systemem dodatków do paliwa – starsze rozwiązania.
-
Ceramiczne filtry monolityczne z dodatkowym systemem podgrzewania – rozwiązanie dla samochodów ciężarowych, maszyn roboczych i silników stacjonarnych, w wyjątkowoych przypadkach dla samochodów osobowych.
-
Ceramiczne filtry monolityczne z kataliczną częścią w jednym monolicie lub oddzielnie jako dwa niezależne elementy – nowoczesne rozwiązania dla samochodów osobowych i użytkowych.
System dodatków do paliwa umożliwia dodawanie ich bezpośrednio do paliwa w zbiorniku lub do spalin. Celem jest zmniejszenie temperatury spalania cząstek stałych.
Dodatkowe systemy podgrzewania działają odwronie – zwiększają temperaturę spalin. Stosowane są w nich następujące rozwiązania:
-
Elektryczny podgrzewacz
– Elektryczny grzejnik oporowy,
– Mikrofalowy system podgrzewania. -
Paliwowy podgrzewacz
– Wtrysk paliwa do przewodu wydechowego.
Współczesne filtry DPF produkowane są z różnych materiałów.
-
Ceramiczne:
– Kordieryt: stosunkowo tani materiał ceramiczny. Wadą jest niska temperatura topienia, około 1200oC, która nie odpowiada przeprowadzeniu regeneracji. Do zastosowania tylko przed katalizatorem utleniającym.
– Węglik krzemu SiC – karborund. W przyrodzie rzadko występujący. Sztucznie produkowany, jest znacznie droższy od kordierytu. Ma wysoką temperaturę topienia – nawet 2700°C. Jest to najczęściej stosowany materiał w przemyśle samochodowym.
– Filtry z różnych włókien ceramicznych. Mogą być formowane w różne kształty, są tanie, mają stosunkowo wysoką temperaturę topienia – ponad 1200°C, oraz posiadają mniejszy opór przejściowy. Są mniej skuteczne.
-
Metalowe:
– Włókna metalowe z metali szlachetnych, plecione do gęstych kratek. Są prostsze, ale mniej skuteczne niż kordieryt i węglik krzemu. Właściwości drutu oporowego umożliwiają łatwą regenerację poprzez rozgrzanie go przy pomocy energii elektrycznej. Są one droższe niż filtry ceramiczne.
W kolejnej części opiszemy działanie filtrów cząstek stałych oraz ich techniczne rozwiązania we współczesnych pojazdach.
”
Zapraszamy do zapoznania się z naszą ofertą:
Czyszczenie DPF
Regeneracja Denoxtronic / AdBlue
Regeneracja przekładni kierowniczych
Regeneracja turbosprężarek
Regeneracja pomp wtryskowych
Regeneracja pompowtryskiwaczy
Regeneracja wtryskiwaczy