Przedmioty:
- Zarys ogólny
- Pochodzenie cząstek sadzy
- Działanie filtra cząstek stałych
- Samogenerujący się filtr cząstek stałych
- Półotwarty filtr cząstek stałych
- Spaliny z silnika Diesla
Ogólne:
W silnikach wysokoprężnych stosowany jest filtr cząstek stałych. Zadaniem filtra cząstek stałych jest przepuszczanie gazów spalinowych i zatrzymywanie cząstek sadzy. Obecnie każdy silnik wysokoprężny w nowym samochodzie jest wyposażony w filtr cząstek stałych, aby spełnić rygorystyczne wymagania środowiskowe. W niektórych dużych miastach obowiązuje już zakaz jazdy „brudnymi” samochodami z silnikiem Diesla bez filtra cząstek stałych i samochodami benzynowymi bez katalizatora.
Pochodzenie cząstek sadzy:
Cząsteczki sadzy powstają zawsze podczas procesu spalania silnika wysokoprężnego. Sadza jest oznaką niepełnego spalania. Cząsteczki sadzy to małe kulki węglowe z rdzeniem z czystego węgla, o średnicy około 0,05 mikromilimetra. Do rdzenia tego węgla przylegają pewne szkodliwe substancje, w tym węglowodory, siarka i tlenki metali. Niektóre węglowodory mogą być szkodliwe dla zdrowia.
Powstawanie i ilość cząstek sadzy zależy głównie od sposobu użytkowania, dopływu powietrza, wtrysku i spalania silnika. Zwłaszcza przy niedoborze tlenu wzrasta emisja sadzy, ponieważ mieszanka jest zbyt bogata i w związku z tym spalanie jest niepełne. Chip tuning może być również przyczyną nadmiernej emisji sadzy.
Wymiary cząstek sadzy są praktycznie takie same w silnikach wysokoprężnych z wtryskiem pośrednim, z komorą wirową, z wtryskiem bezpośrednim, z systemem Common Rail i pompowtryskiwaczami.
Działanie filtra cząstek stałych:
Filtr cząstek stałych składa się z ceramicznego korpusu w kształcie plastra miodu, wykonanego z węglika krzemu, umieszczonego w metalowej obudowie. Korpus ceramiczny składa się z wielu równoległych, mikroskopijnych kanałów, które są naprzemiennie zamknięte z jednej strony.
Kiedy spaliny przepływają przez filtr cząstek stałych, cząsteczki zatrzymują się w kanałach wejściowych, natomiast pozostałe gazowe składniki spalin przechodzą przez porowate ścianki filtra.
Samogenerujący filtr cząstek stałych:
Samogenerujący się filtr cząstek stałych blokuje około 90% sadzy emitowanej przez silnik. Ponieważ po pewnym czasie w samogenerującym się filtrze cząstek stałych pozostaje wiele cząstek sadzy, bez podjęcia działań mógłby on zostać zatkany. Aby temu zapobiec należy regularnie regenerować filtr (co 200-1000 km). Nazywa się to „procesem regeneracji”. Oznacza to, że nagromadzone cząsteczki sadzy zostają spalone. Podczas spalania cząsteczki przekształcają się w nieszkodliwe substancje, dwutlenek węgla i wodę. Temperatura spalania cząstek sadzy wynosi co najmniej 600°C w przypadku filtrów cząstek stałych bez powłoki katalitycznej, ale gazy spalinowe często nie są do tego wystarczająco gorące. Aby spalić cząstki sadzy, można zastosować następujące metody:
- Filtr cząstek stałych z powłoką katalityczną:
Ten typ filtra cząstek stałych posiada powłokę katalityczną, która umożliwia spalanie cząstek sadzy już w temperaturze 250°C. Jednak filtr cząstek stałych musi być umieszczony jak najbliżej silnika, w przeciwnym razie nastąpi utrata dużej ilości ciepła. Tę metodę regeneracji stosuje się m.in. do półotwartych i regenerujących się w sposób ciągły filtrów cząstek stałych. - Użyj katalizatora utleniającego: Za pomocą katalizatora utleniającego tlenki azotu w spalinach są częściowo przekształcane w dwutlenek azotu. Ten dwutlenek azotu jest bardzo reaktywny, co oznacza, że sadza zapala się znacznie łatwiej i dlatego w niższej temperaturze. Dlatego katalizator utleniający umieszcza się zawsze przed filtrem cząstek stałych, zwykle nawet bezpośrednio za kolektorem wydechowym. Czasami instalowane są nawet 2 takie katalizatory. (Zobacz zdjęcie)
- Ogrzewanie zewnętrzne: Umieszczając cewkę żarową lub wtryskiwacz paliwa w spalinach, można osiągnąć temperaturę niezbędną do zapalenia cząstek sadzy. Sterowanie odbywa się za pośrednictwem sterownika silnika. Rejestruje ono wartości z czujników różnicy ciśnień, które mierzą przed i za filtrem, wskazując, że filtr cząstek stałych zaczyna się zapełniać.
- Dodatkowy wtrysk paliwa: Dodając dodatkową ilość paliwa do dysz podczas suwu wydechu, wzrasta temperatura spalin, co umożliwia regenerację.
Półotwarty filtr cząstek stałych:
Filtry cząstek stałych półotwarte przeznaczone są do samochodów, które nie są standardowo wyposażone w filtr cząstek stałych. Dlatego ten typ filtra cząstek stałych jest instalowany później. Liczba półotwartych filtrów cząstek stałych staje się coraz mniejsza, ponieważ wszystkie nowe samochody są obecnie standardowo wyposażone w filtr cząstek stałych.
Półotwarte filtry cząstek stałych mają otwartą konstrukcję, która umożliwia swobodny przepływ gazów spalinowych przez filtr. Niektóre cząsteczki sadzy przyklejają się do ścian. Filtr posiada od wewnątrz powłokę katalityczną, która umożliwia regenerację (spalenie) cząsteczek sadzy w niskich temperaturach. Regeneracja odbywa się w sposób ciągły w wysokiej temperaturze. Ryzyko zatkania filtra jest niewielkie, pod warunkiem, że filtr jest od czasu do czasu podgrzewany. Główną wadą jest to, że emisję można zmniejszyć maksymalnie o 60% w optymalnych warunkach, a emisję w mniej optymalnych warunkach, co często ma miejsce podczas normalnego użytkowania, można zmniejszyć jedynie o 30%.
Spaliny z silnika Diesla:
Na obrazku po prawej stronie i objaśnieniu poniżej można zobaczyć, z czego składają się gazy spalinowe silnika wysokoprężnego.
- 67% azot (N2)
- 12% Dwutlenek węgla (CO2)
- 11% Woda (H2O)
- 10% tlenu
- 0,3% innych substancji, w tym cząstki sadzy (PM), Węglowodory (HC), Tlenki azotu (NOx), Tlenek węgla (CO).
Aby zmniejszyć emisję NOx, silniki Diesla coraz częściej go wykorzystują Katalizator SCR z systemem dozowania AdBlue.
