المواضيع:
- عام
- أصل جزيئات السخام
- تشغيل مرشح الجسيمات
- مرشح الجسيمات ذاتي التوليد
- مرشح جسيمات شبه مفتوح
- غازات العادم من محرك الديزل
عموما:
يتم استخدام مرشح الجسيمات في محركات الديزل. الغرض من مرشح الجسيمات هو السماح لغازات العادم بالمرور والاحتفاظ بجزيئات السخام. في الوقت الحاضر، تم تجهيز كل محرك ديزل في سيارة جديدة بمرشح جسيمات لتلبية المتطلبات البيئية الصارمة. في بعض المدن الكبيرة، يُحظر بالفعل قيادة سيارات الديزل "القذرة" التي لا تحتوي على مرشح جسيمات وسيارات البنزين التي لا تحتوي على محول حفاز.
أصل جزيئات السخام:
يتم دائمًا إنتاج جزيئات السخام أثناء عملية الاحتراق في محرك الديزل. السخام هو علامة على الاحتراق غير الكامل. جزيئات السخام عبارة عن كرات كربونية صغيرة ذات قلب من الكربون النقي، ويبلغ قطرها حوالي 0,05 ميكرومتر. تلتصق بعض المواد الضارة، بما في ذلك الهيدروكربونات والكبريت وأكاسيد المعادن، بقلب هذا الكربون. بعض الهيدروكربونات يمكن أن تكون ضارة بالصحة.
يعتمد تكوين وكمية جزيئات السخام بشكل أساسي على الاستخدام وإمدادات الهواء والحقن واحتراق المحرك. خاصة عندما يكون هناك نقص في الأكسجين، تزداد انبعاثات السخام لأن الخليط غني جدًا وبالتالي يكون الاحتراق غير كامل. يمكن أن يكون ضبط الرقاقة أيضًا سببًا لانبعاثات السخام المفرطة.
أبعاد جزيئات السخام هي نفسها تقريبًا في محركات الديزل ذات الحقن غير المباشر المزودة بغرفة دوامية، والحقن المباشر، والسكك المشتركة، ومحركات حاقنة الوحدة.
تشغيل مرشح الجسيمات:
يتكون مرشح الجسيمات من جسم خزفي على شكل قرص العسل مصنوع من كربيد السيليكون وموجود في غلاف معدني. يتكون الجسم الخزفي من العديد من الممرات المجهرية المتوازية، والتي تكون مغلقة بالتناوب من جانب واحد.
عندما تتدفق غازات العادم عبر مرشح الجسيمات، يتم الاحتفاظ بالجزيئات في قنوات الدخول، بينما تمر المكونات الغازية الأخرى لغاز العادم عبر الجدران المسامية للمرشح.
مرشح الجسيمات ذاتية التوليد:
يعمل مرشح الجسيمات ذاتي التوليد على حجب حوالي 90% من السخام المنبعث من المحرك. ونظرًا لبقاء العديد من جزيئات السخام في مرشح الجسيمات المولد ذاتيًا بعد فترة من الوقت، فقد يصبح مسدودًا دون اتخاذ أي تدابير. ولمنع ذلك يجب تجديد الفلتر بانتظام (كل 200-1000 كم). وهذا ما يسمى "عملية التجديد". وهذا يعني أن جزيئات السخام المتراكمة يتم حرقها. عند حرقها، تتحول الجزيئات إلى مواد غير ضارة مثل ثاني أكسيد الكربون والماء. تبلغ درجة حرارة احتراق جزيئات السخام 600 درجة مئوية على الأقل بالنسبة لمرشحات الجسيمات التي لا تحتوي على طلاء محفز، ولكن غازات العادم غالبًا ما لا تكون ساخنة بدرجة كافية للقيام بذلك. لحرق جزيئات السخام يمكن استخدام الطرق التالية:
- مرشح الجسيمات مع طلاء الحفاز:
يحتوي هذا النوع من مرشحات الجسيمات على طلاء محفز، مما يجعل من الممكن حرق جزيئات السخام عند درجة حرارة 250 درجة مئوية. ومع ذلك، يجب وضع مرشح الجسيمات في أقرب وقت ممكن من المحرك، وإلا سيتم فقدان الكثير من الحرارة. يتم استخدام طريقة التجديد هذه، من بين أمور أخرى، لمرشحات الجسيمات شبه المفتوحة والمتجددة باستمرار. - استخدم محفز الأكسدة: باستخدام محفز الأكسدة، يتم تحويل أكاسيد النيتروجين الموجودة في غازات العادم جزئيًا إلى ثاني أكسيد النيتروجين. ثاني أكسيد النيتروجين هذا شديد التفاعل، مما يعني أن السخام يشتعل بسهولة أكبر وبالتالي عند درجة حرارة أقل. لذلك، يتم دائمًا وضع محفز الأكسدة قبل مرشح الجسيمات، وعادةً ما يتم ذلك مباشرة بعد مشعب العادم. في بعض الأحيان يتم تثبيت حتى 2 من هذه المحفزات. (انظر الصورة)
- التسخين الخارجي: من خلال وضع ملف توهج أو حاقن وقود في العادم يمكن الوصول إلى درجة الحرارة اللازمة لإشعال جزيئات السخام. ويتم التحكم بذلك عن طريق وحدة التحكم في المحرك. يقوم هذا بتسجيل القيم من مستشعرات الضغط التفاضلي التي تقيس قبل وبعد الفلتر أن مرشح الجسيمات بدأ يمتلئ.
- حقن الوقود الإضافي: من خلال إضافة وقود إضافي إلى الفوهات أثناء شوط العادم، تزيد درجة حرارة غاز العادم، مما يمكن أن يحقق عملية التجديد.
مرشح الجسيمات شبه المفتوح:
تم تصميم مرشحات الجسيمات شبه المفتوحة للسيارات غير المزودة بمرشح جسيمات بشكل قياسي. ولذلك يتم تركيب هذا النوع من مرشحات الجسيمات بعد ذلك. أصبح عدد مرشحات الجسيمات شبه المفتوحة أقل وأقل، لأن جميع السيارات الجديدة مجهزة الآن بمرشح جسيمات بشكل قياسي.
تحتوي مرشحات الجسيمات شبه المفتوحة على هيكل مفتوح يسمح لغازات العادم بالتدفق دون عوائق عبر المرشح. تلتصق بعض جزيئات السخام بالجدران. يحتوي الفلتر على طبقة محفزة من الداخل، مما يجعل من الممكن تجديد (حرق) جزيئات السخام عند درجات حرارة منخفضة. يحدث التجديد بشكل مستمر عند درجة حرارة عالية. احتمالية انسداد الفلتر ضئيلة، بشرط تسخين الفلتر بين الحين والآخر. العيب الرئيسي هو أن الانبعاثات لا يمكن تخفيضها إلا بنسبة أقصاها 60% خلال الظروف المثلى والانبعاثات في ظل ظروف أقل مثالية، وهو ما يحدث غالبًا أثناء الاستخدام العادي، لا يمكن تخفيضها إلا بنسبة 30%.
غازات العادم من محرك الديزل:
في الصورة على اليمين والشرح أدناه يمكنك أن ترى مما تتكون غازات العادم في محرك الديزل.
- 67% نيتروجين (N2)
- 12% ثاني أكسيد الكربون (CO2)
- 11% ماء (H2O)
- 10% أكسجين
- 0,3% مواد أخرى، بما في ذلك جزيئات السخام (PM)، الهيدروكربونات (HC)، أكاسيد النيتروجين (NOx)، أول أكسيد الكربون (CO).
للحد من انبعاثات أكاسيد النيتروجين، تستخدم محركات الديزل بشكل متزايد واحدا محفز SCR مع نظام جرعات AdBlue.
