Aiheet:
- Yleinen
- Nokihiukkasten alkuperä
- Hiukkassuodattimen toiminta
- Itsestään muodostuva hiukkassuodatin
- Puoliavoin hiukkassuodatin
- Dieselmoottorin pakokaasut
yleinen:
Hiukkassuodatinta käytetään dieselmoottoreissa. Hiukkassuodattimen tehtävänä on päästää pakokaasut läpi ja pitää nokihiukkaset. Nykyään jokainen uuden auton dieselmoottori on varustettu hiukkassuodattimella tiukkojen ympäristövaatimusten täyttämiseksi. Joissakin suurissa kaupungeissa "likaisilla" dieselautoilla ilman hiukkassuodatinta ja bensiiniautoilla, joissa ei ole katalysaattoria, ajaminen on jo kielletty.
Nokihiukkasten alkuperä:
Nokihiukkasia syntyy aina dieselmoottorin palamisprosessissa. Noki on merkki epätäydellisestä palamisesta. Nokihiukkaset ovat pieniä hiilipalloja, joiden ydin on puhdasta hiiltä ja joiden halkaisija on noin 0,05 mikromillimetriä. Tietyt haitalliset aineet, mukaan lukien hiilivedyt, rikki ja metallioksidit, tarttuvat tämän hiilen ytimeen. Jotkut hiilivedyt voivat olla haitallisia terveydelle.
Nokihiukkasten muodostuminen ja määrä riippuvat pääasiassa käytöstä, ilmansyötöstä, ruiskutuksesta ja moottorin palamisesta. Varsinkin hapen puutteessa nokipäästöt lisääntyvät, koska seos on liian rikasta ja siksi palaminen on epätäydellistä. Sirun viritys voi myös olla syynä liiallisiin nokipäästöihin.
Nokihiukkasten mitat ovat käytännössä samat epäsuorassa ruiskutusdieselmoottoreissa, joissa on pyörrekammio, suoraruiskutus, yhteispaineruiskutus ja yksikköruiskutusmoottorit.
Hiukkassuodattimen toiminta:
Hiukkassuodatin koostuu piikarbidista valmistetusta hunajakennomaisesta keraamisesta rungosta, joka on sijoitettu metallikoteloon. Keraaminen runko koostuu useista yhdensuuntaisista, mikroskooppisista kanavista, jotka on vuorotellen suljettu toiselta puolelta.
Kun pakokaasut virtaavat hiukkassuodattimen läpi, hiukkaset jäävät sisääntulokanaviin, kun taas pakokaasun muut kaasumaiset komponentit kulkevat suodattimen huokoisten seinien läpi.
Itsestään muodostuva hiukkassuodatin:
Itsestään muodostuva hiukkassuodatin estää noin 90 % kaikesta moottorin päästämästä noesta. Koska itsemuodostuvaan hiukkassuodattimeen jää jonkin ajan kuluttua paljon nokihiukkasia, se tukkeutuisi ilman toimenpiteitä. Tämän estämiseksi suodatin on regeneroitava säännöllisesti (200-1000 km:n välein). Tätä kutsutaan "regeneraatioprosessiksi". Tämä tarkoittaa, että kertyneet nokihiukkaset poltetaan. Poltettaessa hiukkaset muuttuvat vaarattomiksi aineiksi hiilidioksidiksi ja vedeksi. Nokihiukkasten palamislämpötila on vähintään 600 ºC hiukkassuodattimissa, joissa ei ole katalyyttipinnoitetta, mutta pakokaasut eivät usein ole tarpeeksi kuumia tähän. Nokihiukkasten polttamiseen voidaan käyttää seuraavia menetelmiä:
- Hiukkassuodatin katalyyttipinnoitteella:
Tämän tyyppisessä hiukkassuodattimessa on katalyyttinen pinnoite, joka mahdollistaa nokihiukkasten polttamisen 250 ºC:n lämpötilassa. Hiukkassuodatin on kuitenkin sijoitettava mahdollisimman lähelle moottoria, muuten paljon lämpöä menetetään. Tätä regenerointimenetelmää käytetään muun muassa puoliavoimissa ja jatkuvasti regeneroituvissa hiukkassuodattimissa. - Käytä hapetuskatalyyttiä: Hapetuskatalyytin avulla pakokaasujen typen oksidit muuttuvat osittain typpidioksidiksi. Tämä typpidioksidi on erittäin reaktiivista, mikä tarkoittaa, että noki syttyy paljon helpommin ja siksi alemmassa lämpötilassa. Hapetuskatalyytti sijoitetaan siksi aina ennen hiukkassuodatinta, yleensä jopa suoraan pakosarjan jälkeen. Joskus jopa 2 näistä katalyytteistä asennetaan. (katso kuva)
- Ulkoinen lämmitys: Asettamalla hehkukierukka tai polttoainesuutin pakoputkeen on mahdollista saavuttaa tarvittava lämpötila nokihiukkasten sytyttämiseksi. Tätä ohjataan moottorin ohjausyksikön kautta. Tämä rekisteröi ennen ja jälkeen suodattimen mittaavien paine-eroanturien arvot, että hiukkassuodatin alkaa täyttyä.
- Lisäpolttoaineen ruiskutus: Lisäämällä ylimääräistä polttoainetta suuttimiin pakotahdin aikana, pakokaasun lämpötila nousee, mikä voi saavuttaa regeneraation.
Puoliavoin hiukkassuodatin:
Puoliavoimet hiukkassuodattimet on suunniteltu autoihin, joissa ei ole vakiona hiukkassuodatinta. Tämän tyyppinen hiukkassuodatin asennetaan siksi jälkikäteen. Puoliavoimien hiukkassuodattimien määrä vähenee koko ajan, koska kaikki uudet autot on nyt varustettu vakiona hiukkassuodattimella.
Puoliavoimissa hiukkassuodattimissa on avoin rakenne, joka mahdollistaa pakokaasujen esteettömän virtauksen suodattimen läpi. Osa nokihiukkasista kiinnittyy seiniin. Suodattimen sisäpuolella on katalyyttinen pinnoite, joka mahdollistaa nokihiukkasten regeneroinnin (polttamisen) matalissa lämpötiloissa. Regenerointi tapahtuu jatkuvasti korkeassa lämpötilassa. Suodattimen tukkeutumisen mahdollisuus on pieni, jos suodatin lämmitetään silloin tällöin. Suurin haittapuoli on, että päästöjä voidaan vähentää vain enintään 60 % optimaalisissa olosuhteissa ja päästöjä vähemmän optimaalisissa olosuhteissa, kuten normaalikäytössä usein tapahtuu, voidaan vähentää vain 30 %.
Dieselmoottorin pakokaasut:
Oikeanpuoleisesta kuvasta ja alla olevasta selityksestä näet, mistä dieselmoottorin pakokaasut koostuvat.
- 67 % typpeä (N2)
- 12 % hiilidioksidia (CO2)
- 11 % vettä (H2O)
- 10 % happea
- 0,3 % muita aineita, mukaan lukien nokihiukkaset (PM), hiilivedyt (HC), typen oksidit (NOx), hiilimonoksidi (CO).
NOx-päästöjen vähentämiseksi dieselmoottorit käyttävät yhä enemmän sellaista SCR-katalysaattori AdBlue-annostelujärjestelmällä.
