DPF-FAP-GPF-SCR-CAT

Istorie și aplicare.

Istoria sistemelor de post-tratare a gazelor de eșapament din automobile este una lungă, legată de creșterea gradului de conștientizare a problemelor de mediu și de reglementările care urmăreau reducerea poluării aerului.

În anii 1960, problema poluării aerului cauzată de autovehicule a început să primească atenție în Statele Unite. California, în special Los Angeles, avea probleme grave de smog. În 1966, California a introdus primele reglementări pentru controlul emisiilor auto. Acestea au fost urmate, în 1970, de reglementări federale privind emisiile, în conformitate cu Clean Air Act.

Primele convertoare catalitice trifuncționale au apărut în anii 1970, în principal ca răspuns la reglementările mai stricte privind emisiile din SUA. Catalizatorii trifuncționali erau capabili să reducă trei poluanți principali: oxizi de azot (NOx), monoxid de carbon (CO) și hidrocarburi (HC).

În anii 1980 au fost introduse sisteme mai avansate de control al emisiilor, cum ar fi recircularea gazelor de eșapament (EGR), injecția de combustibil și senzorii de oxigen (sonde lambda), care au îmbunătățit eficiența convertoarelor catalitice. Țările europene au început, de asemenea, să introducă propriile reglementări privind emisiile, cum ar fi Euro 1 în 1992.

Anii 1990 au fost o perioadă de înăsprire a standardelor de emisii atât în SUA, cât și în Europa. Au fost introduse standardele Euro 2 (1996), Euro 3 (2000) și Euro 4 (2005), care impuneau tehnologii din ce în ce mai avansate de post-tratare a gazelor de eșapament, inclusiv utilizarea catalizatorilor de oxidare și a filtrelor de particule diesel (DPF/FAP) la autovehiculele diesel.

Creșterea popularității autovehiculelor diesel a necesitat introducerea de noi tehnologii de post-tratare a gazelor de eșapament, cum ar fi sistemele de reducere catalitică selectivă (SCR), care utilizează AdBlue® (soluție apoasă de uree) pentru a reduce NOx. Filtrele de particule GPF au fost, de asemenea, introduse pentru mașinile cu motoare pe benzină. Reglementările actuale, cum ar fi standardele Euro 6d din Europa, impun utilizarea unor tehnologii și mai avansate de post-tratare a gazelor de eșapament, inclusiv o combinație de catalizatori SCR, filtre DPF/FAP și sisteme de neutralizare a amoniacului (NH3).

Construcție și principiu de funcționare.

Catalizator trifuncțional și catalizator de oxidare.

Convertorul catalitic cu trei funcții (cunoscut și sub denumirea de convertor catalitic cu trei căi sau reactor catalitic) este una dintre cele mai importante componente ale sistemului de posttratare a gazelor de eșapament al autovehiculelor moderne cu motoare pe benzină. Sarcina sa este de a transforma cele trei substanțe nocive principale produse în timpul arderii combustibilului în compuși mai puțin nocivi:

1. Monoxid de azot (NOx) - reducere la azot (N2) și oxigen (O2)
2. Monoxid de carbon (CO) - oxidare la dioxid de carbon (CO2)
3. Hidrocarburi (HC) - oxidare în dioxid de carbon (CO2) și apă (H2O) 

Catalizatorul tri-funcțional constă din:

1. Miezul, realizat din ceramică sau metal, are o structură tip fagure de albine care oferă o suprafață mare de contact pentru reacțiile chimice.
2. Un strat activ care acoperă miezul, format din metale prețioase precum platină (Pt), paladiu (Pd) și rodiu (Rh).
3. Carcasa - de obicei metalică, care protejează convertorul catalitic și îl menține în poziția corectă în sistemul de evacuare.

Pentru ca un convertor catalitic trifuncțional să funcționeze eficient, acesta trebuie să funcționeze în anumite condiții:

1. Temperatura - catalizatorul își atinge eficiența maximă la temperaturi cuprinse între aproximativ 250°C și 900°C. Dacă temperatura este prea scăzută, reacțiile chimice nu se desfășoară suficient de rapid.
2. Compoziția amestecului carburant/aer - compoziția optimă a amestecului (raportul aer/carburant) este de aproximativ 14,7:1 (raport stoechiometric). Un amestec prea bogat (prea mult combustibil) sau prea sărac (prea mult aer) poate reduce eficiența convertorului catalitic.
3. Senzori de oxigen (sonde lambda) - situați în amonte și în aval de convertorul catalitic, monitorizează nivelul de oxigen din gazele de eșapament, permițând sistemului de gestionare a motorului (ECU) să regleze cu precizie compoziția amestecului de aer și combustibil.

În timp ce un convertor catalitic trifuncțional este utilizat în sistemul de evacuare al motoarelor pe benzină, motoarele diesel au de obicei un catalizator de oxidare. Acesta oxidează oxizii de carbon și hidrocarburile, dar este lipsit de capacitatea de reducere a NOx din cauza faptului că motoarele diesel funcționează cu amestecuri sărace.

Filtre de particule diesel (DPF/FAP) și motoare pe benzină (GPF).

Filtrul de particule diesel (DPF) este o componentă cheie utilizată la autovehiculele diesel pentru a reduce emisiile de particule, care reprezintă una dintre principalele surse de poluare a aerului. 

DPF este de obicei realizat din materiale cu structură poroasă, cum ar fi carbura de siliciu (SiC) sau cordierit. Structura filtrului seamănă cu un fagure de miere, cu canalele de intrare și de ieșire închise alternativ, forțând gazele de evacuare să treacă prin pereții poroși ai filtrului. Particulele (funingine, cenușă) sunt prinse pe pereții poroși, iar restul gazelor de evacuare scapă din filtru. Pe măsură ce particulele se acumulează în interiorul filtrului, rezistența la fluxul gazelor de evacuare crește, ceea ce duce la scăderea performanțelor motorului. Controlerul motorului monitorizează cât de plin este filtrul de particule, printre altele, prin intermediul unui senzor de presiune diferențială, care compară presiunea gazelor de evacuare în amonte și în aval de filtru. De îndată ce valorile programate sunt depășite, acesta inițiază proceduri pentru a ajuta la curățarea (regenerarea) filtrului de particule. Conducerea frecventă pe distanțe scurte împiedică regenerarea eficientă a DPF, ceea ce poate duce la umplerea excesivă a filtrului și la funcționarea necorespunzătoare a motorului.

Producătorii de vehicule utilizează două soluții principale de filtre de particule diesel:

• filtre "uscate
• filtre "umede

Sistemele cu filtru "uscat" nu utilizează aditivi chimici, iar creșterea temperaturii gazelor de evacuare necesară pentru regenerarea și golirea filtrului de particule de particulele de funingine acumulate se realizează prin măsuri precum creșterea dozei de carburant injectat, întârzierea injecției, dezactivarea sistemului de recirculare a gazelor de evacuare etc. Unii producători au utilizat, de asemenea, soluții sub forma unui injector suplimentar montat în sistemul de evacuare, care injectează combustibil direct în fluxul de evacuare în amonte de filtrul de particule în timpul fazei de regenerare a acestuia.

Sistemele de filtrare "umede" utilizează un aditiv special care, atunci când este adăugat la combustibil, reduce temperatura de ardere a funinginii, permițând procesului de regenerare a DPF să aibă loc la o temperatură mai scăzută. Funinginea acumulată într-un DPF necesită în mod normal o temperatură ridicată (aproximativ 600°C) pentru a arde. Aditivul scade această temperatură la aproximativ 450°C, făcând procesul de regenerare mai ușor și mai rapid, în special la turații și temperaturi scăzute ale motorului. Lichidul este depozitat într-un rezervor special din mașină și este dozat automat în rezervorul de combustibil în cantități mici. Sistemul de gestionare a motorului (ECU) controlează doza de aditiv pentru a asigura cantitatea corectă în combustibil. Atunci când combustibilul este ars în motor, ceriul conținut în aditiv rămâne sub formă de particule, care sunt captate de DPF împreună cu funinginea. Atunci când particulele de ceriu se acumulează în DPF, acestea reduc temperatura la care funinginea începe să ardă. Acest lucru permite ca procesul de regenerare a filtrului să aibă loc eficient chiar și în timpul condusului normal în oraș.

În prezent, producătorii de autovehicule se străduiesc să obțină cel mai eficient, dar și compact sistem de posttratare a gazelor de eșapament posibil. Rezultatul este reprezentat de modele de filtre de particule echipate cu SCR care combină funcțiile a două componente - un DPF și un convertor catalitic SCR.

Filtrul de particule (GPF) este utilizat și la autovehiculele cu motor pe benzină, în special la cele cu injecție directă. Acest lucru se datorează faptului că aceste motoare emit niveluri mai ridicate de particule în comparație cu motoarele tradiționale cu injecție indirectă. Multe țări, în special din Uniunea Europeană, au standarde de emisii din ce în ce mai stricte, cum ar fi Euro 6. Aceste standarde impun vehiculelor să emită mai puține particule, forțând producătorii să utilizeze tehnologii precum GPF pentru a respecta aceste standarde. GPF este proiectat să capteze eficient aceste particule, reducând emisiile de particule din sistemul de evacuare. Similar cu un DPF, gazele de eșapament trec prin filtru, iar particulele sunt prinse pe pereții poroși ai acestuia. Spre deosebire de DPF, GPF prezintă mai puține probleme, deoarece temperatura gazelor de eșapament în motoarele pe benzină este de obicei mai ridicată. Procesul de regenerare implică arderea particulelor de funingine acumulate, care are loc automat în timpul funcționării normale a motorului, în special la sarcini și temperaturi ridicate.

Catalizatori SCR.

Este o componentă cheie a sistemului de reducere catalitică selectivă (SCR), în care au loc reacții chimice care transformă NOx în azot (N2) și apă (H2O). Acest lucru este posibil prin dozarea unui agent reducător special, o soluție apoasă de uree (AdBlue®), în fluxul de gaze de eșapament din amonte de convertorul catalitic SCR. Adesea, în sistemul de evacuare din amonte de convertorul catalitic SCR există un mixer special (blender), care este utilizat pentru a amesteca bine și uniform aditivul injectat în gazele de evacuare.

Structura sa este similară cu cea a unui catalizator trifuncțional sau de oxidare. Convertorul catalitic SCR are un miez din material ceramic sau metalic în formă de fagure acoperit cu un strat catalitic. Acesta conține compuși precum oxizi metalici (de exemplu, oxid de aluminiu, oxid de titan) și metale prețioase (de exemplu, platină, paladiu).

Procesul de remanufacturare.

Serviciul nostru constă în curățarea chimică a filtrelor de particule și a convertoarelor catalitice printr-o metodă sigură, rapidă și eficientă. Filtrul, care a fost scos din vehicul, este supus unui proces de curățare care utilizează substanțe chimice și un jet de apă la temperatura și presiunea corespunzătoare. Acest proces îndepărtează toate particulele PM10, uleiul și depunerile de ceriu (în cazul filtrelor "umede"). Aceasta este o metodă foarte eficientă, care nu prezintă riscul de a deteriora cartușul filtrului (așa cum se poate întâmpla cu metodele de curățare bazate pe temperaturi ridicate). Metoda utilizată garantează restabilirea performanțelor filtrului până la 98%, fără a interfera cu structura filtrului. Dispozitivul permite măsurarea nivelului debitului prin filtru înainte și după ciclul de curățare, precum și imprimarea rezultatelor acestor teste, ceea ce permite evaluarea clară a eficienței procesului.

Această metodă de curățare a filtrului de particule are multe avantaje față de așa-numita regenerare de serviciu:

• nicio sarcină mecanică crescută asupra motorului din cauza funcționării la turație mare în timpul procesului de regenerare a serviciului
• nu crește sarcina termică a componentelor din sistemul de evacuare (turbocompresor, convertor catalitic, miezul filtrului de particule)
• nu este necesară schimbarea uleiului de motor după regenerarea serviciului

Singura condiție pentru procesul de curățare a filtrelor este să nu existe deteriorări mecanice, în special la nivelul miezului filtrului. Fiecare filtru pe care îl acceptăm este supus unei verificări amănunțite a stării și unei inspecții vizuale a cartușului filtrului, efectuate cu ajutorul unei camere endoscopice. În cazul în care interiorul filtrului sau al convertorului catalitic se dovedește a fi deteriorat din punct de vedere mecanic, adesea putem propune regenerarea acestuia, care implică înlocuirea cartușului filtrant.

Cauze și tipuri de daune

Simptome ale unui filtru de particule/catalizator deteriorat sau suprasaturat:

1. Scăderea performanțelor motorului
2. Funcționare inegală a motorului la turații joase
3. Consum sporit de combustibil
4. Lumina motorului ("check engine") sau a filtrului (DPF/SCR) aprinsă
5. Fum de la sistemul de evacuare

Cea mai frecventă deteriorare a filtrului de particule/convertorului catalitic:

1. Contaminare - scurgeri de ulei de motor, lichid de răcire, saturarea excesivă a filtrului de particule cu funingine sau cenușă
2. Supraîncălzire - proces anormal de ardere a combustibilului, defecțiune la sistemul de injecție, recircularea gazelor de evacuare, reglajul motorului etc.
3. Deteriorarea mecanică a miezului - căldură, șoc termic, impact, vibrații.