DPF-FAP-GPF-SCR-CAT

Geneza in uporaba.

Zgodovina sistemov za naknadno obdelavo izpušnih plinov v avtomobilih je dolga in povezana z vse večjo okoljsko ozaveščenostjo in predpisi, katerih cilj je bil zmanjšati onesnaževanje zraka.

V šestdesetih letih prejšnjega stoletja so v Združenih državah Amerike začeli posvečati pozornost problemu onesnaževanja zraka, ki ga povzročajo avtomobili. Kalifornija, zlasti Los Angeles, je imela resne težave s smogom. Leta 1966 so v Kaliforniji uvedli prve predpise za nadzor emisij avtomobilov. Leta 1970 so temu sledili zvezni predpisi o emisijah na podlagi zakona o čistem zraku.

Prvi trifunkcijski katalizatorji so se pojavili v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja, predvsem zaradi strožjih predpisov o emisijah v ZDA. Trifunkcijski katalizatorji so lahko zmanjšali količino treh glavnih onesnaževal: dušikovih oksidov (NOx), ogljikovega monoksida (CO) in ogljikovodikov (HC).

V osemdesetih letih prejšnjega stoletja so bili uvedeni naprednejši sistemi za nadzor emisij, kot so recirkulacija izpušnih plinov (EGR), vbrizgavanje goriva in senzorji kisika (lambda sonde), ki so izboljšali učinkovitost katalitičnih pretvornikov. Tudi evropske države so začele uvajati svoje predpise o emisijah, kot je Euro 1 leta 1992.

V devetdesetih letih prejšnjega stoletja so se v ZDA in Evropi še bolj zaostrili emisijski standardi. Uvedeni so bili standardi Euro 2 (1996), Euro 3 (2000) in Euro 4 (2005), ki so zahtevali vse naprednejše tehnologije za naknadno obdelavo izpušnih plinov, vključno z uporabo oksidacijskih katalizatorjev in filtrov za trdne delce (DPF/FAP) v dizelskih avtomobilih.

Zaradi vse večje priljubljenosti dizelskih avtomobilov je bilo treba uvesti nove tehnologije za naknadno obdelavo izpušnih plinov, kot so sistemi selektivne katalitične redukcije (SCR), ki za zmanjšanje NOx uporabljajo AdBlue® (vodno raztopino sečnine). Za uporabo v avtomobilih z bencinskimi motorji so bili uvedeni tudi filtri trdnih delcev GPF. Današnji predpisi, kot so standardi Euro 6d v Evropi, zahtevajo uporabo še naprednejših tehnologij za naknadno obdelavo izpušnih plinov, vključno s kombinacijo katalizatorjev SCR, filtrov DPF/FAP in sistemov za nevtralizacijo amonijaka (NH3).

Konstrukcija in načelo delovanja.

Trifunkcijski katalizator in oksidacijski katalizator.

Trifunkcijski katalizator (znan tudi kot tristranski katalizator ali katalitični reaktor) je eden najpomembnejših sestavnih delov sistema za naknadno obdelavo izpušnih plinov v sodobnih avtomobilih z bencinskim motorjem. Njegova naloga je pretvoriti tri glavne škodljive snovi, ki nastajajo pri zgorevanju goriva, v manj škodljive spojine:

1. Dušikov monoksid (NOx) - redukcija na dušik (N2) in kisik (O2)
2. Ogljikov monoksid (CO) - oksidacija v ogljikov dioksid (CO2)
3. Ogljikovodiki (HC) - oksidacija v ogljikov dioksid (CO2) in vodo (H2O) 

Trifunkcijski katalizator je sestavljen iz:

1. Jedro, izdelano iz keramike ali kovine, ima strukturo satovja, ki zagotavlja veliko stično površino za kemične reakcije.
2. Aktivni sloj, ki prekriva jedro in je sestavljen iz plemenitih kovin, kot so platina (Pt), paladij (Pd) in rodij (Rh).
3. Ohišje - običajno kovinsko, ki ščiti katalizator in ga drži na pravem mestu v izpušnem sistemu.

Da bi trifunkcijski katalizator deloval učinkovito, mora delovati pod določenimi pogoji:

1. Temperatura - katalizator doseže polno učinkovitost pri temperaturah med približno 250 °C in 900 °C. Če je temperatura prenizka, kemijske reakcije ne potekajo dovolj hitro.
2. Sestava mešanice goriva in zraka - optimalna sestava mešanice (razmerje med zrakom in gorivom) je približno 14,7:1 (stehiometrično razmerje). Preveč bogata mešanica (preveč goriva) ali preveč revna mešanica (preveč zraka) lahko zmanjša učinkovitost katalizatorja.
3. Senzorji kisika (lambda sonde) - Nahajajo se pred in za katalizatorjem in spremljajo raven kisika v izpušnih plinih, kar sistemu za upravljanje motorja (ECU) omogoča natančno nastavitev sestave mešanice goriva in zraka.

Medtem ko se v izpušnem sistemu bencinskih motorjev uporablja trifunkcijski katalizator, imajo dizelski motorji običajno oksidacijski katalizator. Ta oksidira ogljikove okside in ogljikovodike, ne more pa zmanjšati NOx, ker dizelski motorji delujejo z revnimi zmesmi.

Filtri za trdne delce za dizelske motorje (DPF/FAP) in bencinske motorje (GPF).

Filter trdnih delcev (DPF) je ključni sestavni del dizelskih avtomobilov, ki zmanjšuje emisije trdnih delcev, ki so eden glavnih virov onesnaževanja zraka. 

Filter DPF je običajno izdelan iz materialov s porozno strukturo, kot sta silicijev karbid (SiC) ali kordierit. Struktura filtra spominja na satovje z izmenično zaprtimi dovodnimi in odvodnimi kanali, kar sili izpušne pline, da prehajajo skozi porozne stene filtra. Delci (saje, pepel) se ujamejo na poroznih stenah, preostali izpušni plini pa uhajajo iz filtra. Ko se v filtru nabirajo trdni delci, se poveča upor pri pretoku izpušnih plinov, zaradi česar se zmanjša zmogljivost motorja. Krmilnik motorja med drugim spremlja, kako poln je filter za delce, s senzorjem diferenčnega tlaka, ki primerja tlak izpušnih plinov pred in za filtrom. Takoj ko so programirane vrednosti presežene, sproži postopke za pomoč pri čiščenju (regeneraciji) filtra trdnih delcev. Pogoste vožnje na kratke razdalje preprečujejo učinkovito regeneracijo filtra DPF, zaradi česar je lahko filter prepoln, motor pa ne deluje pravilno.

Proizvajalci vozil uporabljajo dve glavni rešitvi filtrov za trdne delce:

• suhi" filtri
• mokri" filtri

Sistemi s "suhim" filtrom ne uporabljajo nobenih kemičnih dodatkov, višja temperatura izpušnih plinov, ki je potrebna za regeneracijo in izpraznitev filtra trdnih delcev nakopičenih delcev saj, pa se doseže z ukrepi, kot so povečanje odmerka vbrizganega goriva, zakasnitev vbrizga, izklop sistema recirkulacije izpušnih plinov itd. Nekateri proizvajalci so uporabili tudi rešitve v obliki dodatnega injektorja, vgrajenega v izpušni sistem, ki dovaja gorivo neposredno v tok izpušnih plinov pred filtrom trdnih delcev med fazo regeneracije.

Sistemi mokrih filtrov uporabljajo poseben dodatek, ki po dodajanju gorivu zniža temperaturo izgorevanja saj, kar omogoča, da postopek regeneracije filtra DPF poteka pri nižji temperaturi. Za izgorevanje saj, ki se naberejo v DPF, je običajno potrebna visoka temperatura (približno 600 °C). Dodatek to temperaturo zniža na približno 450 °C, zaradi česar je postopek regeneracije lažji in hitrejši, zlasti pri nižjih vrtljajih in temperaturah motorja. Tekočina je shranjena v posebni posodi ali rezervoarju v avtomobilu in se v majhnih količinah samodejno dozira v rezervoar za gorivo. Sistem za upravljanje motorja (ECU) nadzoruje odmerjanje dodatka, da se zagotovi ustrezna količina v gorivu. Ko gorivo v motorju zgori, cerij iz dodatka ostane v obliki delcev, ki jih skupaj s sajami zajame DPF. Ko se delci cerija naberejo v DPF, zmanjšajo temperaturo, pri kateri saje začnejo goreti. To omogoča učinkovito regeneracijo filtra tudi med običajno mestno vožnjo.

Današnji proizvajalci vozil si prizadevajo za čim bolj učinkovit in hkrati kompakten sistem za naknadno obdelavo izpušnih plinov. Rezultat tega je zasnova filtrov trdnih delcev, opremljenih s SCR, ki združujejo funkcije dveh komponent - filtra trdnih delcev in katalizatorja SCR.

Filter trdnih delcev (GPF) se uporablja tudi v avtomobilih z bencinskim motorjem, zlasti v tistih z neposrednim vbrizgavanjem. Ti motorji namreč v primerjavi s tradicionalnimi motorji s posrednim vbrizgavanjem izpuščajo večje količine trdnih delcev. Številne države, zlasti v Evropski uniji, imajo vse strožje emisijske standarde, kot je Euro 6. Ti standardi zahtevajo, da vozila izpuščajo manj trdnih delcev, zaradi česar so proizvajalci prisiljeni uporabljati tehnologijo, kot je GPF, da bi izpolnili te standarde. GPF je zasnovan tako, da učinkovito zajema te delce in tako zmanjšuje emisije trdnih delcev iz izpušnega sistema. Podobno kot pri DPF izpušni plini tečejo skozi filter, delci pa se ujamejo na njegovih poroznih stenah. Za razliko od DPF pa GPF predstavljajo manj težav, saj je temperatura izpušnih plinov v bencinskih motorjih običajno višja. Postopek regeneracije vključuje zgorevanje nakopičenih delcev saj, ki poteka samodejno med običajnim delovanjem motorja, zlasti pri višjih obremenitvah in temperaturah.

katalizatorji SCR.

Je ključni sestavni del sistema selektivne katalitične redukcije (SCR), v katerem potekajo kemične reakcije, pri katerih se NOx pretvorijo v dušik (N2) in vodo (H2O). To je mogoče z doziranjem posebnega redukcijskega sredstva, vodne raztopine sečnine (AdBlue®), v tok izpušnih plinov pred katalitičnim pretvornikom SCR. Pogosto je v izpušnem sistemu pred katalizatorjem SCR poseben mešalnik (blender), ki se uporablja za temeljito in enakomerno mešanje vbrizganega dodatka v izpušne pline.

Njegova struktura je podobna strukturi trifunkcijskega ali oksidacijskega katalizatorja. Katalitični pretvornik SCR ima jedro iz keramičnega ali kovinskega satovja, prevlečeno s katalitičnim premazom. Vsebuje spojine, kot so kovinski oksidi (npr. aluminijev oksid, titanov oksid) in plemenite kovine (npr. platina, paladij).

Postopek regeneracije.

Naša storitev obsega kemično čiščenje filtrov za trdne delce in katalizatorjev z varno, hitro in učinkovito metodo. Filter, ki je bil odstranjen iz vozila, se očisti s kemikalijami in vodnim curkom pri ustrezni temperaturi in tlaku. Pri tem se odstranijo vsi delci PM10, olje in cerijeve usedline (pri "mokrih" filtrih). To je zelo učinkovita metoda, pri kateri ni nevarnosti, da bi se poškodoval vložek filtra (kar se lahko zgodi pri metodah čiščenja, ki temeljijo na visoki temperaturi). Uporabljena metoda zagotavlja, da se zmogljivost filtra ponovno vzpostavi na raven 98% brez kakršnih koli posegov v strukturo filtra. Naprava omogoča merjenje stopnje pretoka skozi filter pred in po ciklu čiščenja ter izpis rezultatov teh preskusov, kar omogoča jasno oceno učinkovitosti postopka.

Ta metoda čiščenja filtra za trdne delce ima številne prednosti pred tako imenovano servisno regeneracijo:

• ni povečane mehanske obremenitve motorja zaradi visoke hitrosti med postopkom regeneracije.
• brez povečane toplotne obremenitve sestavnih delov izpušnega sistema (turbopolnilnika, katalizatorja, jedra filtra za trdne delce).
• po servisni regeneraciji ni potrebna menjava motornega olja

Edini pogoj za čiščenje filtra je, da ne pride do mehanskih poškodb, zlasti na jedru filtra. Pri vsakem filtru, ki ga sprejmemo, opravimo temeljit pregled stanja in vizualni pregled vložka filtra z endoskopsko kamero. Če se ugotovi, da je notranjost filtra ali katalizatorja mehansko poškodovana, lahko pogosto predlagamo njegovo regeneracijo, ki vključuje zamenjavo filtrskega vložka.

Vzroki in vrste poškodb

Simptomi poškodovanega ali prenasičenega filtra/katalizatorja delcev:

1. Zmanjšanje zmogljivosti motorja
2. Neenakomerno delovanje motorja pri nizkih vrtljajih
3. Večja poraba goriva
4. Prižgana lučka motorja ("preveri motor") ali filtra (DPF/SCR)
5. Dim iz izpušnega sistema

Najpogostejše okvare filtra za trdne delce/katalitičnega pretvornika:

1. Onesnaženje - iztekanje motornega olja, hladilne tekočine, prekomerna zasičenost filtra za trdne delce s sajami ali pepelom.
2. Pregrevanje - nepravilen proces izgorevanja goriva, napaka v sistemu vbrizgavanja, recirkulacija izpušnih plinov, nastavitev motorja itd.
3. Mehanske poškodbe jedra - vročina, toplotni šok, udarci, vibracije.