科目：
- 一般
- すす粒子の起源
- パティキュレートフィルターの動作
- 自己生成微粒子フィルター
- セミオープンパティキュレートフィルター
- ディーゼルエンジンからの排気ガス
一般：
パティキュレートフィルターはディーゼルエンジンに使用されます。 パティキュレートフィルターの目的は、排気ガスを通過させ、すす粒子を保持することです。 現在、新車のすべてのディーゼル エンジンには、厳しい環境要件を満たすためにパティキュレート フィルターが装備されています。 一部の大都市では、微粒子フィルターのない「汚れた」ディーゼル車や触媒コンバーターのないガソリン車の走行がすでに禁止されている。
すす粒子の起源:
すす粒子は、ディーゼル エンジンの燃焼プロセス中に常に生成されます。 煤は不完全燃焼の兆候です。 すす粒子は、純粋な炭素を核とした直径約 0,05 マイクロミリメートルの小さな炭素球です。 この炭素の中心部には、炭化水素、硫黄、金属酸化物などの特定の有害物質が付着しています。 一部の炭化水素は健康に害を及ぼす可能性があります。
すす粒子の形成と量は、主にエンジンの使用、空気供給、噴射、燃焼に依存します。 特に酸素が不足すると、混合気が濃くなりすぎて燃焼が不完全になるため、煤の排出が増加します。 チップのチューニングも過剰な煤の排出の原因となる可能性があります。
すす粒子の寸法は、スワールチャンバーを備えた間接噴射ディーゼルエンジン、直接噴射エンジン、コモンレールエンジン、およびユニットインジェクターエンジンで実質的に同じです。
パティキュレートフィルターの動作:
パティキュレートフィルターは、金属ハウジング内に収容された炭化ケイ素製のハニカム形状のセラミック体で構成されています。 セラミック本体は、片側が交互に閉じられた多数の平行な微細な通路で構成されています。
排気ガスが微粒子フィルターを通って流れるとき、粒子は入口チャネルに保持される一方、排気ガスの他のガス成分はフィルターの多孔質壁を通過します。
自己生成微粒子フィルター:
自己生成微粒子フィルターは、エンジンから排出されるすべてのすすの約 90% をブロックします。 自家生成パティキュレートフィルターには、時間が経つと多くの煤粒子が残るため、対策を講じないと目詰まりを起こしてしまいます。 これを防ぐには、フィルターを定期的に (200 ～ 1000 km ごと) 再生する必要があります。 これを「再生プロセス」と呼びます。 これは、蓄積された煤粒子が燃焼することを意味します。 燃焼すると、粒子は二酸化炭素と水という無害な物質に変わります。 触媒コーティングのないパティキュレートフィルターの場合、すす粒子の燃焼温度は少なくとも 600℃ ですが、多くの場合、排気ガスはこれに十分な温度ではありません。 すす粒子を燃焼するには、次の方法を使用できます。
- 触媒コーティングを施した微粒子フィルター:
このタイプの微粒子フィルターには触媒コーティングが施されており、これによりすす粒子を 250°C の温度で燃焼させることができます。 ただし、微粒子フィルターはエンジンにできるだけ近づけて配置する必要があります。そうしないと、大量の熱が失われます。 この再生方法は、とりわけ、半開放型および連続再生微粒子フィルターに使用されます。 - 酸化触媒を使用する: 酸化触媒を使用すると、排気ガス中の窒素酸化物の一部が二酸化窒素に変換されます。 この二酸化窒素は非常に反応性が高いため、すすはより容易に発火し、したがってより低い温度で発火します。 したがって、酸化触媒は常にパティキュレートフィルターの前に、通常は排気マニホールドの直後にも配置されます。 場合によっては、これらの触媒が 2 つ設置されることもあります。 (写真を参照)
- 外部加熱: 排気管にグロー コイルまたは燃料インジェクターを配置することで、すす粒子に点火するのに必要な温度に到達することができます。 これはエンジンコントロールユニットを介して制御されます。 これは、パティキュレートフィルターが満杯になり始めるフィルターの前後を測定する差圧センサーからの値を登録します。
- 追加燃料噴射: 排気行程中にノズルに追加の燃料を追加することで、排気ガス温度が上昇し、再生を実現できます。
セミオープン微粒子フィルター:
セミオープンパティキュレートフィルターは、パティキュレートフィルターが標準装備されていない車両用に設計されています。 したがって、このタイプのパティキュレートフィルターは後から取り付けられます。 現在ではすべての新車にパティキュレート フィルターが標準装備されているため、セミオープン パティキュレート フィルターの数はますます少なくなっています。
セミオープンパティキュレートフィルターは、排気ガスが妨げられることなくフィルターを通過できる開放構造を備えています。 すすの粒子の一部は壁に付着します。 フィルターの内側には触媒コーティングが施されており、低温で煤粒子を再生（燃焼）させることができます。 再生は高温で継続的に行われます。 フィルターが時々暖められていれば、フィルターが詰まる可能性は低いです。 主な欠点は、最適な条件下では排出量が最大 60% しか削減できず、通常の使用時によくある、最適ではない条件下では排出量が 30% しか削減できないことです。
ディーゼルエンジンからの排気ガス:
右の画像と以下の説明で、ディーゼル エンジンの排気ガスがどのような成分で構成されているかがわかります。
- 67% 窒素 (N2)
- 12% 二酸化炭素 (CO2)
- 11% 水 (H2O)
- 10% 酸素
- 煤粒子 (PM)、炭化水素 (HC)、窒素酸化物 (NOx)、一酸化炭素 (CO) を含むその他の物質 0,3%。
NOx 排出量を削減するために、ディーゼル エンジンでは NOx の使用が増加しています。 AdBlue 添加システムを備えた SCR 触媒.
