DPF-FAP-GPF-SCR-CAT

História a aplikácia.

História systémov dodatočnej úpravy výfukových plynov v automobiloch je dlhá a súvisí s rastúcim environmentálnym povedomím a predpismi, ktorých cieľom bolo znížiť znečistenie ovzdušia.

V 60. rokoch 20. storočia sa v Spojených štátoch začala venovať pozornosť problému znečistenia ovzdušia spôsobeného automobilmi. Kalifornia, najmä Los Angeles, mala vážne problémy so smogom. V roku 1966 Kalifornia zaviedla prvé predpisy na kontrolu emisií z automobilov. V roku 1970 nasledovali federálne predpisy o emisiách podľa zákona o čistote ovzdušia.

Prvé trojfunkčné katalyzátory sa objavili v 70. rokoch 20. storočia, najmä ako reakcia na prísnejšie emisné predpisy v USA. Trifunkčné katalyzátory boli schopné redukovať tri hlavné znečisťujúce látky: oxidy dusíka (NOx), oxid uhoľnatý (CO) a uhľovodíky (HC).

V 80. rokoch 20. storočia sa zaviedli pokročilejšie systémy regulácie emisií, ako napríklad recirkulácia výfukových plynov (EGR), vstrekovanie paliva a kyslíkové senzory (lambda sondy), ktoré zlepšili účinnosť katalyzátorov. Aj európske krajiny začali zavádzať svoje emisné predpisy, napríklad Euro 1 v roku 1992.

Deväťdesiate roky boli obdobím ďalšieho sprísňovania emisných noriem v USA aj v Európe. Boli zavedené normy Euro 2 (1996), Euro 3 (2000) a Euro 4 (2005), ktoré si vyžadovali čoraz dokonalejšie technológie dodatočnej úpravy výfukových plynov vrátane používania oxidačných katalyzátorov a filtrov pevných častíc (DPF/FAP) v dieselových vozidlách.

Nárast popularity dieselových vozidiel si vyžiadal zavedenie nových technológií následnej úpravy výfukových plynov, ako sú systémy selektívnej katalytickej redukcie (SCR), ktoré na zníženie emisií NOx používajú AdBlue® (vodný roztok močoviny). Filtre pevných častíc GPF boli tiež zavedené na použitie v automobiloch s benzínovým motorom. Dnešné predpisy, ako napríklad normy Euro 6d v Európe, vyžadujú používanie ešte pokročilejších technológií následnej úpravy výfukových plynov vrátane kombinácie katalyzátorov SCR, filtrov DPF/FAP a systémov neutralizácie amoniaku (NH3).

Konštrukcia a princíp fungovania.

Trifunkčný katalyzátor a oxidačný katalyzátor.

Trojfunkčný katalyzátor (známy aj ako trojcestný katalyzátor alebo katalytický reaktor) je jednou z najdôležitejších súčastí systému dodatočnej úpravy výfukových plynov moderných automobilov s benzínovým motorom. Jeho úlohou je premeniť tri hlavné škodlivé látky vznikajúce pri spaľovaní paliva na menej škodlivé zlúčeniny:

1. Oxid dusnatý (NOx) - redukcia na dusík (N2) a kyslík (O2)
2. Oxid uhoľnatý (CO) - oxidácia na oxid uhličitý (CO2)
3. Uhľovodíky (HC) - oxidácia na oxid uhličitý (CO2) a vodu (H2O) 

Trojfunkčný katalyzátor pozostáva z:

1. Jadro vyrobené z keramiky alebo kovu má voštinovú štruktúru, ktorá poskytuje veľkú kontaktnú plochu pre chemické reakcie.
2. Aktívna vrstva pokrývajúca jadro pozostáva z drahých kovov, ako je platina (Pt), paládium (Pd) a ródium (Rh).
3. Kryt - zvyčajne kovový, ktorý chráni katalyzátor a drží ho v správnej polohe vo výfukovom systéme.

Aby trojfunkčný katalyzátor fungoval efektívne, musí pracovať za určitých podmienok:

1. Teplota - katalyzátor dosahuje plnú účinnosť pri teplotách približne od 250 °C do 900 °C. Ak je teplota príliš nízka, chemické reakcie neprebiehajú dostatočne rýchlo.
2. Zloženie zmesi paliva a vzduchu - optimálne zloženie zmesi (pomer vzduchu a paliva) je približne 14,7:1 (stechiometrický pomer). Príliš bohatá zmes (príliš veľa paliva) alebo príliš chudobná zmes (príliš veľa vzduchu) môže znížiť účinnosť katalyzátora.
3. Kyslíkové snímače (lambda sondy) - Umiestnené pred a za katalyzátorom monitorujú hladinu kyslíka vo výfukových plynoch, čo umožňuje systému riadenia motora (ECU) presne nastaviť zloženie zmesi paliva a vzduchu.

Zatiaľ čo vo výfukovom systéme benzínových motorov sa používa trojfunkčný katalyzátor, naftové motory majú zvyčajne oxidačný katalyzátor. Ten oxiduje oxidy uhlíka a uhľovodíky, ale nemá schopnosť redukovať NOx vzhľadom na to, že dieselové motory pracujú s chudobnými zmesami.

Filtre pevných častíc (DPF/FAP) a benzínové motory (GPF).

Filter pevných častíc (DPF) je kľúčový komponent používaný v dieselových vozidlách na zníženie emisií pevných častíc, ktoré sú jedným z hlavných zdrojov znečistenia ovzdušia. 

DPF je zvyčajne vyrobený z materiálov s poréznou štruktúrou, ako je karbid kremíka (SiC) alebo kordierit. Štruktúra filtra sa podobá včeliemu plástu so striedavo uzavretými vstupnými a výstupnými kanálmi, čo núti výfukové plyny prechádzať cez porézne steny filtra. Pevné častice (sadze, popol) sa zachytávajú na poréznych stenách a zvyšok výfukových plynov uniká z filtra. Keď sa vo filtri nahromadia pevné častice, zvýši sa odpor pri prúdení výfukových plynov, čo vedie k zníženiu výkonu motora. Riadiaca jednotka motora monitoruje zaplnenie filtra pevných častíc okrem iného pomocou snímača diferenčného tlaku, ktorý porovnáva tlak výfukových plynov pred a za filtrom. Hneď ako sa prekročia naprogramované hodnoty, spustí postupy, ktoré pomôžu vyčistiť (regenerovať) filter pevných častíc. Častá jazda na krátke vzdialenosti zabraňuje účinnej regenerácii DPF, čo môže mať za následok prílišné zaplnenie filtra a nesprávny chod motora.

Výrobcovia vozidiel používajú dve hlavné riešenia filtrov pevných častíc:

• suché" filtre
• mokré" filtre

Systémy so "suchým" filtrom nepoužívajú žiadne chemické prísady a zvýšená teplota výfukových plynov potrebná na regeneráciu a vyprázdnenie filtra pevných častíc od nahromadených častíc sadzí sa dosahuje takými opatreniami, ako je zvýšenie dávky vstrekovaného paliva, oneskorenie vstrekovania, vypnutie systému recirkulácie výfukových plynov atď. Niektorí výrobcovia použili aj riešenia v podobe dodatočného vstrekovača namontovaného vo výfukovom systéme, ktorý privádza palivo priamo do prúdu výfukových plynov pred filtrom pevných častíc počas jeho regeneračnej fázy.

Systémy "mokrého" filtra používajú špeciálnu prísadu, ktorá po pridaní do paliva znižuje teplotu spaľovania sadzí, čo umožňuje, aby proces regenerácie DPF prebiehal pri nižšej teplote. Sadze nahromadené v DPF si zvyčajne vyžadujú vysokú teplotu (približne 600 °C), aby sa spálili. Prísada znižuje túto teplotu na približne 450 °C, čím uľahčuje a urýchľuje proces regenerácie, najmä pri nižších otáčkach a teplotách motora. Kvapalina je uložená v špeciálnej nádrži alebo zásobníku vo vozidle a automaticky sa v malých množstvách dávkuje do palivovej nádrže. Systém riadenia motora (ECU) kontroluje dávkovanie aditíva, aby sa zabezpečilo jeho správne množstvo v palive. Keď sa palivo v motore spaľuje, cér obsiahnutý v aditívu zostáva vo forme častíc, ktoré sa zachytávajú v DPF spolu so sadzami. Keď sa častice céru nahromadia v DPF, znížia teplotu, pri ktorej sa začnú spaľovať sadze. To umožňuje, aby proces regenerácie filtra prebiehal efektívne aj počas bežnej jazdy v meste.

Dnešní výrobcovia vozidiel sa snažia o čo najúčinnejší a zároveň najkompaktnejší systém dodatočnej úpravy výfukových plynov. Výsledkom sú konštrukcie filtrov pevných častíc vybavené SCR, ktoré kombinujú funkcie dvoch komponentov - DPF a katalyzátora SCR.

Filter pevných častíc (GPF) sa používa aj v automobiloch s benzínovým motorom, najmä s priamym vstrekovaním. Dôvodom je, že tieto motory emitujú vyššie množstvo pevných častíc v porovnaní s tradičnými motormi s nepriamym vstrekovaním. V mnohých krajinách, najmä v Európskej únii, platia čoraz prísnejšie emisné normy, napríklad Euro 6. Tieto normy vyžadujú, aby vozidlá vypúšťali menej pevných častíc, čo núti výrobcov používať technológie, ako je GPF, aby tieto normy splnili. GPF je navrhnutý tak, aby účinne zachytával tieto častice, čím znižuje emisie PM z výfukového systému. Podobne ako pri DPF filtri výfukové plyny prúdia cez filter a častice sa zachytávajú na jeho poréznych stenách. Na rozdiel od DPF filtrov predstavujú GPF filtre menej problémov, pretože teplota výfukových plynov v benzínových motoroch je zvyčajne vyššia. Proces regenerácie zahŕňa spaľovanie nahromadených častíc sadzí, ktoré prebieha automaticky počas bežnej prevádzky motora, najmä pri vyššom zaťažení a teplotách.

SCR katalyzátor.

Je kľúčovou súčasťou systému selektívnej katalytickej redukcie (SCR), v ktorom prebiehajú chemické reakcie, pri ktorých sa NOx premieňajú na dusík (N2) a vodu (H2O). To je možné vďaka dávkovaniu špeciálneho redukčného činidla, vodného roztoku močoviny (AdBlue®), do prúdu výfukových plynov pred katalyzátorom SCR. Vo výfukovom systéme pred katalyzátorom SCR sa často nachádza špeciálny zmiešavač (blender), ktorý sa používa na dôkladné a rovnomerné premiešanie vstrekovaného aditíva do výfukových plynov.

Jeho štruktúra je podobná štruktúre trifunkčného alebo oxidačného katalyzátora. SCR katalyzátor má jadro z keramického alebo kovového voštinového materiálu pokrytého katalytickým povlakom. Obsahuje zlúčeniny, ako sú oxidy kovov (napr. oxid hlinitý, oxid titaničitý) a drahé kovy (napr. platina, paládium).

Proces regenerácie.

Naša služba spočíva v chemickom čistení filtrov pevných častíc a katalyzátorov bezpečnou, rýchlou a účinnou metódou. Filter, ktorý bol demontovaný z vozidla, sa podrobí čistiacemu procesu s použitím chemikálií a prúdu vody pri vhodnej teplote a tlaku. Tým sa odstránia všetky častice PM10, olej a cerové usadeniny (v prípade "mokrých" filtrov). Ide o veľmi účinnú metódu, ktorá nepredstavuje riziko poškodenia filtračnej vložky (ako sa to môže stať pri metódach čistenia založených na vysokej teplote). Použitá metóda zaručuje obnovenie výkonu filtra na úroveň 98% bez akéhokoľvek zásahu do štruktúry filtra. Zariadenie umožňuje merať úroveň prietoku cez filter pred a po čistiacom cykle a vytlačiť výsledky týchto testov, čo umožňuje jasne posúdiť účinnosť procesu.

Tento spôsob čistenia filtra pevných častíc má mnoho výhod oproti tzv. servisnej regenerácii:

• žiadne zvýšené mechanické zaťaženie motora v dôsledku prevádzky pri vysokých otáčkach počas procesu servisnej regenerácie
• žiadne zvýšené tepelné zaťaženie komponentov výfukového systému (turbodúchadlo, katalyzátor, jadro filtra pevných častíc)
• po servisnej regenerácii nie je potrebná výmena motorového oleja

Jedinou podmienkou čistenia filtra je, aby nedošlo k mechanickému poškodeniu, najmä jadra filtra. Každý prijatý filter prechádza dôkladnou kontrolou stavu a vizuálnou kontrolou filtračnej vložky, ktorá sa vykonáva pomocou endoskopickej kamery. Ak sa zistí, že vnútro filtra alebo katalyzátora je mechanicky poškodené, často vieme navrhnúť jeho regeneráciu, ktorá zahŕňa výmenu filtračnej vložky.

Príčiny a typy poškodenia

Príznaky poškodeného alebo presýteného filtra/katalyzátora pevných častíc:

1. Zníženie výkonu motora
2. Nerovnomerný chod motora pri nízkych otáčkach
3. Zvýšená spotreba paliva
4. Svieti kontrolka motora ("check engine") alebo filtra (DPF/SCR)
5. Dym z výfukového systému

Najčastejšie poruchy filtra pevných častíc/katalyzátora:

1. Znečistenie - únik motorového oleja, chladiacej kvapaliny, nadmerné nasýtenie filtra pevných častíc sadzami alebo popolom
2. Prehriatie - abnormálny proces spaľovania paliva, chyba vstrekovacieho systému, recirkulácia výfukových plynov, nastavenie motora atď.
3. Mechanické poškodenie jadra - teplo, tepelný šok, náraz, vibrácie.