Предмети:
- Загальний
- Походження частинок сажі
- Робота сажового фільтра
- Самогенеруючий сажовий фільтр
- Напіввідкритий сажовий фільтр
- Вихлопні гази від дизеля
Загальне:
На дизельних двигунах використовується сажовий фільтр. Мета сажового фільтра — пропускати вихлопні гази та утримувати частинки сажі. Сьогодні кожен дизельний двигун нового автомобіля оснащений сажовим фільтром, щоб відповідати суворим екологічним вимогам. У деяких великих містах вже заборонено їздити на «брудних» дизельних автомобілях без сажового фільтра та бензинових без каталітичного нейтралізатора.
Походження частинок сажі:
Частинки сажі завжди утворюються в процесі згоряння дизельного двигуна. Сажа є ознакою неповного згоряння. Частинки сажі — це маленькі вуглецеві кульки з ядром із чистого вуглецю діаметром приблизно 0,05 мікроміліметра. Деякі шкідливі речовини, включаючи вуглеводні, сірку та оксиди металів, прилипають до ядра цього вуглецю. Деякі вуглеводні можуть бути шкідливими для здоров'я.
Утворення та кількість частинок сажі в основному залежать від використання, подачі повітря, впорскування та згоряння двигуна. Особливо, коли є дефіцит кисню, викиди сажі збільшуються, тому що суміш надто багата і, отже, згоряння відбувається неповно. Чіп-тюнінг також може бути причиною надмірних викидів сажі.
Розміри частинок сажі практично однакові в дизельних двигунах з непрямим упорскуванням із вихровою камерою, безпосереднім уприскуванням, системою Common Rail і двигунами з насос-форсунками.
Робота сажового фільтра:
Сажовий фільтр складається з керамічного корпусу у формі стільника, виготовленого з карбіду кремнію, у металевому корпусі. Керамічне тіло складається з багатьох паралельних мікроскопічних ходів, які по черзі закриті з одного боку.
Коли вихлопні гази проходять через сажовий фільтр, частинки затримуються у вхідних каналах, тоді як інші газоподібні компоненти вихлопних газів проходять через пористі стінки фільтра.
Самогенеруючий сажовий фільтр:
Самогенеруючий сажовий фільтр блокує приблизно 90% усієї сажі, що викидається двигуном. Через деякий час у самогенеруючому сажовому фільтрі залишається багато частинок сажі, без заходів він може забитися. Щоб запобігти цьому, фільтр необхідно регулярно регенерувати (кожні 200-1000 км). Це називається «процесом регенерації». Це означає, що накопичені частинки сажі спалюються. При спалюванні частинки перетворюються на нешкідливі речовини вуглекислий газ і воду. Температура згоряння частинок сажі становить щонайменше 600ºC для сажових фільтрів без каталітичного покриття, але вихлопні гази часто недостатньо гарячі для цього. Щоб спалити частинки сажі, можна використовувати такі методи:
- Сажовий фільтр з каталітичним покриттям:
Цей тип сажевого фільтра має каталітичне покриття, яке дозволяє спалювати частинки сажі при температурі 250ºC. Однак сажовий фільтр необхідно розташувати якомога ближче до двигуна, інакше буде втрачено багато тепла. Цей метод регенерації використовується, серед іншого, для напіввідкритих і безперервно регенерованих сажових фільтрів. - Використовуйте каталізатор окислення: за допомогою каталізатора окислення оксиди азоту у вихлопних газах частково перетворюються на діоксид азоту. Цей діоксид азоту дуже реакційноздатний, а це означає, що сажа запалюється набагато легше, а отже, при нижчій температурі. Тому каталізатор окислення завжди розміщується перед сажовим фільтром, зазвичай навіть безпосередньо після випускного колектора. Іноді встановлюють навіть 2 таких каталізатора. (див. малюнок)
- Зовнішнє нагрівання: Розмістивши спіраль розжарювання або паливний інжектор у вихлопі, можна досягти необхідної температури для запалювання частинок сажі. Це управляється через блок керування двигуном. Це реєструє значення від датчиків перепаду тиску, які вимірюють перед і після фільтра, що сажовий фільтр починає заповнюватися.
- Додаткове впорскування палива: шляхом додавання додаткового палива до форсунок під час такту вихлопу температура вихлопних газів підвищується, що може досягти регенерації.
Напіввідкритий сажовий фільтр:
Напіввідкриті сажові фільтри призначені для автомобілів, які стандартно не оснащені сажовим фільтром. Тому цей тип сажового фільтра встановлюється пізніше. Кількість напіввідкритих сажових фільтрів стає все менше і менше, тому що всі нові автомобілі тепер оснащені сажовим фільтром у стандартній комплектації.
Напіввідкриті сажові фільтри мають відкриту структуру, яка дозволяє вихлопним газам безперешкодно проходити через фільтр. Деякі частинки сажі прилипають до стінок. Фільтр має каталітичне покриття з внутрішньої сторони, що дозволяє регенерувати (спалювати) частинки сажі при низьких температурах. Регенерація відбувається безперервно при високій температурі. Імовірність засмічення фільтра невелика, якщо фільтр час від часу прогрівати. Основним недоліком є те, що викиди можна зменшити максимум на 60% за оптимальних умов, а викиди за менш оптимальних умов, що часто буває під час нормального використання, можна зменшити лише на 30%.
Вихлопні гази від дизельного двигуна:
На зображенні праворуч і в поясненні нижче ви можете побачити, з чого складаються вихлопні гази дизельного двигуна.
- 67% азоту (N2)
- 12% вуглекислого газу (CO2)
- 11% води (H2O)
- 10% кисню
- 0,3% інші речовини, включаючи частинки сажі (PM), вуглеводні (HC), оксиди азоту (NOx), чадний газ (CO).
Щоб зменшити викиди NOx, дизельні двигуни все частіше використовують один Каталізатор SCR з системою дозування AdBlue.
