فاعل، موضوع:
- عمومی
- منشا ذرات دوده
- عملکرد فیلتر ذرات
- فیلتر ذرات خود مولد
- فیلتر ذرات نیمه باز
- دود اگزوز موتور دیزل
جلبک:
فیلتر ذرات در موتورهای دیزلی استفاده می شود. هدف فیلتر ذرات این است که به گازهای خروجی اجازه عبور داده و ذرات دوده را حفظ کند. امروزه، هر موتور دیزلی در یک خودروی جدید مجهز به فیلتر ذرات برای برآورده کردن الزامات زیست محیطی سختگیرانه است. در برخی شهرهای بزرگ، خودروهای دیزلی "کثیف" بدون فیلتر ذرات و خودروهای بنزینی بدون مبدل کاتالیزوری از قبل از رانندگی منع شده اند.
منشا ذرات دوده:
ذرات دوده همیشه در طی فرآیند احتراق یک موتور دیزل تولید می شوند. دوده نشانه احتراق ناقص است. ذرات دوده کره‌های کربنی کوچکی هستند که هسته‌ای از کربن خالص دارند و قطر آنها تقریباً 0,05 میکرومیلی‌متر است. مواد مضر خاصی از جمله هیدروکربن ها، گوگرد و اکسیدهای فلزی به هسته این کربن می چسبند. برخی از هیدروکربن ها می توانند برای سلامتی مضر باشند.
تشکیل و مقدار ذرات دوده عمدتاً به استفاده، تامین هوا، تزریق و احتراق موتور بستگی دارد. به ویژه هنگامی که کمبود اکسیژن وجود دارد، انتشار دوده افزایش می یابد زیرا مخلوط بسیار غنی است و بنابراین احتراق ناقص است. تنظیم تراشه همچنین می تواند دلیل انتشار بیش از حد دوده باشد.
ابعاد ذرات دوده در موتورهای دیزل تزریق غیر مستقیم با محفظه چرخشی، تزریق مستقیم، ریل مشترک و موتورهای انژکتور واحد تقریباً یکسان است.
عملکرد فیلتر ذرات:
فیلتر ذرات شامل یک بدنه سرامیکی لانه زنبوری است که از کاربید سیلیکون ساخته شده است که در یک محفظه فلزی قرار گرفته است. بدنه سرامیکی از تعداد زیادی گذرگاه موازی و میکروسکوپی تشکیل شده است که به طور متناوب از یک طرف بسته می شوند.
هنگامی که گازهای خروجی از فیلتر ذرات عبور می کنند، ذرات در کانال های ورودی حفظ می شوند، در حالی که سایر اجزای گازی گاز خروجی از دیواره های متخلخل فیلتر عبور می کنند.
فیلتر ذرات خود مولد:
یک فیلتر ذرات خود مولد تقریباً 90 درصد از دوده ساطع شده از موتور را مسدود می کند. از آنجایی که بسیاری از ذرات دوده پس از مدتی در فیلتر ذرات خود مولد باقی می مانند، بدون اندازه گیری مسدود می شود. برای جلوگیری از این امر، فیلتر باید به طور منظم (هر 200-1000 کیلومتر) بازسازی شود. این "فرایند بازسازی" نامیده می شود. این بدان معنی است که ذرات دوده انباشته شده سوزانده می شوند. هنگام سوزاندن، ذرات به مواد بی ضرر دی اکسید کربن و آب تبدیل می شوند. دمای احتراق ذرات دوده برای فیلترهای ذرات بدون پوشش کاتالیزوری حداقل 600 درجه سانتیگراد است، اما گازهای خروجی اغلب برای این کار به اندازه کافی گرم نیستند. برای سوزاندن ذرات دوده می توان از روش های زیر استفاده کرد:
- فیلتر ذرات با پوشش کاتالیزوری:
این نوع فیلتر ذرات دارای پوشش کاتالیزوری است که امکان سوزاندن ذرات دوده را در دمای 250 درجه سانتی گراد فراهم می کند. اما فیلتر ذرات باید تا حد امکان نزدیک به موتور قرار گیرد، در غیر این صورت گرمای زیادی از بین می رود. این روش بازسازی، از جمله، برای فیلترهای ذرات نیمه باز و به طور مداوم بازسازی می شود. - استفاده از کاتالیزور اکسیداسیون: با کاتالیزور اکسیداسیون، اکسیدهای نیتروژن موجود در گازهای خروجی تا حدی به دی اکسید نیتروژن تبدیل می شود. این دی اکسید نیتروژن بسیار واکنش پذیر است، به این معنی که دوده بسیار راحت تر و در نتیجه در دمای پایین تر مشتعل می شود. بنابراین کاتالیزور اکسیداسیون همیشه قبل از فیلتر ذرات قرار می گیرد، معمولاً حتی بلافاصله بعد از منیفولد اگزوز. گاهی حتی 2 عدد از این کاتالیزورها نصب می شود. (تصویر را ببینید)
- گرمایش خارجی: با قرار دادن کویل درخشنده یا انژکتور سوخت در اگزوز می توان به دمای لازم برای مشتعل شدن ذرات دوده رسید. این از طریق واحد کنترل موتور کنترل می شود. این مقادیر را از سنسورهای فشار تفاضلی که قبل و بعد از فیلتر اندازه گیری می کنند، ثبت می کند که فیلتر ذرات شروع به پر شدن می کند.
- پاشش سوخت اضافی: با افزودن سوخت اضافی به نازل ها در هنگام کورس اگزوز، دمای گاز خروجی افزایش می یابد که می تواند بازسازی شود.
فیلتر ذرات نیمه باز:
فیلترهای ذرات نیمه باز برای خودروهایی طراحی شده اند که به صورت استاندارد دارای فیلتر ذرات نیستند. این نوع فیلتر ذرات پس از آن نصب می شود. تعداد فیلترهای ذرات نیمه باز کمتر و کمتر می شود، زیرا همه خودروهای جدید اکنون به طور استاندارد به فیلتر ذرات مجهز هستند.
فیلترهای ذرات نیمه باز ساختاری باز دارند که به گازهای خروجی اجازه می دهد بدون مانع از فیلتر عبور کنند. برخی از ذرات دوده به دیواره ها می چسبند. این فیلتر دارای یک پوشش کاتالیزوری در داخل است که امکان بازسازی (سوزاندن) ذرات دوده را در دماهای پایین ممکن می سازد. بازسازی به طور مداوم در دمای بالا انجام می شود. احتمال گرفتگی فیلتر اندک است، مشروط بر اینکه فیلتر هر از چند گاهی گرم شود. نقطه ضعف اصلی این است که انتشار گازهای گلخانه ای را می توان تنها تا حداکثر 60٪ در شرایط بهینه کاهش داد و انتشار گازهای گلخانه ای در شرایط کمتر بهینه، که اغلب در استفاده معمولی اتفاق می افتد، تنها تا 30٪ کاهش می یابد.
گازهای خروجی از موتور دیزل:
در تصویر سمت راست و توضیحات زیر می توانید مشاهده کنید که گازهای خروجی یک موتور دیزل از چه چیزی تشکیل شده است.
- 67% نیتروژن (N2)
- 12% دی اکسید کربن (CO2)
- 11٪ آب (H2O)
- 10 درصد اکسیژن
- 0,3٪ مواد دیگر، از جمله ذرات دوده (PM)، هیدروکربن ها (HC)، اکسیدهای نیتروژن (NOx)، مونوکسید کربن (CO).
برای کاهش انتشار NOx، موتورهای دیزلی به طور فزاینده ای از یکی استفاده می کنند کاتالیزور SCR با سیستم دوز AdBlue.
