Μαθήματα:
- Γενικός
- Προέλευση των σωματιδίων αιθάλης
- Λειτουργία φίλτρου σωματιδίων
- Αυτοπαραγόμενο φίλτρο σωματιδίων
- Ημι-ανοικτό φίλτρο σωματιδίων
- Καυσαέρια από κινητήρα ντίζελ
Γενικά:
Ένα φίλτρο σωματιδίων χρησιμοποιείται σε κινητήρες ντίζελ. Ο σκοπός ενός φίλτρου σωματιδίων είναι να αφήνει τα καυσαέρια να περάσουν και να συγκρατούν τα σωματίδια αιθάλης. Σήμερα, κάθε κινητήρας ντίζελ σε ένα νέο αυτοκίνητο είναι εξοπλισμένος με φίλτρο σωματιδίων για να πληροί αυστηρές περιβαλλοντικές απαιτήσεις. Σε ορισμένες μεγάλες πόλεις, τα «βρώμικα» πετρελαιοκίνητα αυτοκίνητα χωρίς φίλτρο σωματιδίων και τα βενζινοκίνητα αυτοκίνητα χωρίς καταλυτικό μετατροπέα απαγορεύεται ήδη να οδηγούν.
Προέλευση των σωματιδίων αιθάλης:
Τα σωματίδια αιθάλης παράγονται πάντα κατά τη διαδικασία καύσης ενός κινητήρα ντίζελ. Η αιθάλη είναι σημάδι ατελούς καύσης. Τα σωματίδια αιθάλης είναι μικρές σφαίρες άνθρακα με πυρήνα καθαρού άνθρακα, με διάμετρο περίπου 0,05 μικροχιλιοστά. Ορισμένες επιβλαβείς ουσίες, συμπεριλαμβανομένων των υδρογονανθράκων, του θείου και των οξειδίων μετάλλων, προσκολλώνται στον πυρήνα αυτού του άνθρακα. Ορισμένοι υδρογονάνθρακες μπορεί να είναι επιβλαβείς για την υγεία.
Ο σχηματισμός και η ποσότητα των σωματιδίων αιθάλης εξαρτώνται κυρίως από τη χρήση, την παροχή αέρα, την έγχυση και την καύση του κινητήρα. Ιδιαίτερα όταν υπάρχει έλλειψη οξυγόνου, οι εκπομπές αιθάλης αυξάνονται επειδή το μείγμα είναι πολύ πλούσιο και επομένως η καύση είναι ατελής. Ο συντονισμός chip μπορεί επίσης να είναι αιτία υπερβολικών εκπομπών αιθάλης.
Οι διαστάσεις των σωματιδίων αιθάλης είναι ουσιαστικά οι ίδιες σε κινητήρες ντίζελ έμμεσης έγχυσης με θάλαμο στροβιλισμού, άμεσης έγχυσης, κοινής ράβδου και κινητήρες μονάδας έγχυσης.
Λειτουργία φίλτρου σωματιδίων:
Το φίλτρο σωματιδίων αποτελείται από ένα κεραμικό σώμα σε σχήμα κηρήθρας από καρβίδιο του πυριτίου που στεγάζεται σε μεταλλικό περίβλημα. Το κεραμικό σώμα αποτελείται από πολλά παράλληλα, μικροσκοπικά περάσματα, τα οποία κλείνουν εναλλάξ στη μία πλευρά.
Όταν τα καυσαέρια ρέουν μέσα από το φίλτρο σωματιδίων, τα σωματίδια συγκρατούνται στα κανάλια εισόδου, ενώ τα άλλα αέρια συστατικά των καυσαερίων διέρχονται από τα πορώδη τοιχώματα του φίλτρου.
Φίλτρο σωματιδίων που δημιουργεί μόνοι τους:
Ένα αυτοπαραγόμενο φίλτρο σωματιδίων μπλοκάρει περίπου το 90% όλης της αιθάλης που εκπέμπεται από τον κινητήρα. Επειδή πολλά σωματίδια αιθάλης παραμένουν στο αυτοπαραγόμενο φίλτρο σωματιδίων μετά από λίγο, θα φράξει χωρίς μέτρα. Για να αποφευχθεί αυτό, το φίλτρο πρέπει να αναγεννάται τακτικά (κάθε 200-1000 km). Αυτό ονομάζεται «διαδικασία αναγέννησης». Αυτό σημαίνει ότι τα συσσωρευμένα σωματίδια αιθάλης καίγονται. Όταν καίγονται, τα σωματίδια μετατρέπονται σε αβλαβείς ουσίες διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Η θερμοκρασία καύσης των σωματιδίων αιθάλης είναι τουλάχιστον 600ºC για φίλτρα σωματιδίων χωρίς καταλυτική επίστρωση, αλλά τα καυσαέρια συχνά δεν είναι αρκετά ζεστά για αυτό. Για την καύση των σωματιδίων αιθάλης, μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι ακόλουθες μέθοδοι:
- Φίλτρο σωματιδίων με καταλυτική επίστρωση:
Αυτός ο τύπος φίλτρου σωματιδίων έχει καταλυτική επίστρωση, η οποία καθιστά δυνατή την καύση των σωματιδίων αιθάλης σε θερμοκρασία 250ºC. Ωστόσο, το φίλτρο σωματιδίων πρέπει να τοποθετηθεί όσο το δυνατόν πιο κοντά στον κινητήρα, διαφορετικά θα χαθεί πολλή θερμότητα. Αυτή η μέθοδος αναγέννησης χρησιμοποιείται, μεταξύ άλλων, για ημι-ανοικτά και συνεχώς αναγεννόμενα φίλτρα σωματιδίων. - Χρησιμοποιήστε έναν καταλύτη οξείδωσης: Με έναν καταλύτη οξείδωσης, τα οξείδια του αζώτου στα καυσαέρια μετατρέπονται εν μέρει σε διοξείδιο του αζώτου. Αυτό το διοξείδιο του αζώτου είναι πολύ αντιδραστικό, πράγμα που σημαίνει ότι η αιθάλη αναφλέγεται πολύ πιο εύκολα και επομένως σε χαμηλότερη θερμοκρασία. Επομένως, ο καταλύτης οξείδωσης τοποθετείται πάντα πριν από το φίλτρο σωματιδίων, συνήθως ακόμη και αμέσως μετά την πολλαπλή εξαγωγής. Μερικές φορές ακόμη και 2 από αυτούς τους καταλύτες εγκαθίστανται. (δείτε την εικόνα)
- Εξωτερική θέρμανση: Τοποθετώντας ένα πηνίο πυράκτωσης ή μπεκ ψεκασμού καυσίμου στην εξάτμιση είναι δυνατό να επιτευχθεί η απαραίτητη θερμοκρασία για να αναφλεγούν τα σωματίδια αιθάλης. Αυτό ελέγχεται μέσω της μονάδας ελέγχου κινητήρα. Αυτό καταγράφει τις τιμές από τους αισθητήρες διαφορικής πίεσης που μετρούν πριν και μετά το φίλτρο ότι το φίλτρο σωματιδίων αρχίζει να γεμίζει.
- Πρόσθετος ψεκασμός καυσίμου: Με την προσθήκη επιπλέον καυσίμου στα ακροφύσια κατά τη διάρκεια της διαδρομής της εξάτμισης, η θερμοκρασία των καυσαερίων αυξάνεται, γεγονός που μπορεί να επιτύχει την αναγέννηση.
Ημι-ανοικτό φίλτρο σωματιδίων:
Τα ημι-ανοικτά φίλτρα σωματιδίων είναι σχεδιασμένα για αυτοκίνητα που δεν διαθέτουν στάνταρ φίλτρο σωματιδίων. Επομένως, αυτός ο τύπος φίλτρου σωματιδίων εγκαθίσταται εκ των υστέρων. Ο αριθμός των ημι-ανοικτών φίλτρων σωματιδίων γίνεται όλο και λιγότερος, επειδή όλα τα νέα αυτοκίνητα είναι πλέον εξοπλισμένα με φίλτρο σωματιδίων στάνταρ.
Τα ημι-ανοικτά φίλτρα σωματιδίων έχουν μια ανοιχτή δομή που επιτρέπει στα καυσαέρια να ρέουν ανεμπόδιστα μέσα από το φίλτρο. Μερικά από τα σωματίδια αιθάλης κολλάνε στους τοίχους. Το φίλτρο έχει μια καταλυτική επίστρωση στο εσωτερικό, η οποία καθιστά δυνατή την αναγέννηση (κάψιμο) των σωματιδίων αιθάλης σε χαμηλές θερμοκρασίες. Η αναγέννηση γίνεται συνεχώς σε υψηλή θερμοκρασία. Η πιθανότητα να βουλώσει το φίλτρο είναι μικρή, με την προϋπόθεση ότι το φίλτρο ζεσταίνεται κάθε τόσο. Το σημαντικότερο μειονέκτημα είναι ότι οι εκπομπές μπορούν να μειωθούν μόνο κατά 60% το πολύ σε βέλτιστες συνθήκες και οι εκπομπές υπό λιγότερο βέλτιστες συνθήκες, όπως συμβαίνει συχνά κατά την κανονική χρήση, μπορούν να μειωθούν μόνο κατά 30%.
Καυσαέρια από κινητήρα ντίζελ:
Στην εικόνα στα δεξιά και στην επεξήγηση παρακάτω μπορείτε να δείτε από τι αποτελούνται τα καυσαέρια ενός κινητήρα ντίζελ.
- 67% άζωτο (N2)
- 12% διοξείδιο του άνθρακα (CO2)
- 11% Νερό (H2O)
- 10% Οξυγόνο
- 0,3% άλλες ουσίες, συμπεριλαμβανομένων των σωματιδίων αιθάλης (PM), υδρογονάνθρακες (HC), οξείδια του αζώτου (NOx), μονοξείδιο του άνθρακα (CO).
Για τη μείωση των εκπομπών NOx, οι κινητήρες ντίζελ χρησιμοποιούν όλο και περισσότερο ένα Καταλύτης SCR με σύστημα δοσομέτρησης AdBlue.
