DPF co to jest?

Od 1 września 2009 roku w Unii Europejskiej wprowadzono nowy ekostandard spalin do samochodów osobowych – Euro-5. W Rosji stosowanie tego standardu stało się obowiązkowe od 1 stycznia 2016 r. Od tego momentu samochody importowane lub produkowane na terytorium naszego kraju muszą spełniać określone ograniczenia dotyczące zawartości szkodliwych zanieczyszczeń w produktach do spalania silników spalinowych (Ice). W przypadku samochodów z silnikiem diesla oznacza to obowiązkową obecność tak zwanych filtrów cząstek stałych.

Filtr cząstek stałych (zwany także filtrem cząstek stałych, z ang. Filtr cząstek stałych Diesla (DPF) to urządzenie przeznaczone do filtrowania produktów spalania silników wysokoprężnych z małych cząstek sadzy. Wysokiej jakości filtry cząstek stałych zmniejszają emisję sadzy do środowiska o prawie 99,9%.

W zależności od różnych parametrów (jakość użytego paliwa, tryb pracy silnika spalinowego itp.) cząstki sadzy mogą mieć inny skład chemiczny. Cząstki sadzy są amorficznym węglem z domieszką cząstek metalicznych tlenków, wody, węglowodorów, siarki i innych pierwiastków chemicznych. Rozmiary tych cząstek wahają się od 10 do 1000 nanometrów. Tworzenie sadzy występuje z powodu niepełnego spalania paliwa, co może być spowodowane wieloma przyczynami (duża ilość zanieczyszczeń w paliwie, które utrudniają samozapłon, brak tlenu itp.). Powstałe podczas spalania paliwa w cylindrach silnika spalinowego cząstki sadzy wchodzą do układu wydechowego, gdzie są wychwytywane przez filtr cząstek stałych.

Strukturalnie filtry cząstek stałych składają się z ceramicznej matrycy umieszczonej w hermetycznej metalowej obudowie.
Matryca składa się z wielu kwadratowych komórek (istnieją modyfikacje z ulepszonymi ośmiokątnymi komórkami), które są wąskimi kanałami naprzemiennie zamkniętymi po obu stronach.
Wewnętrzna powierzchnia każdego kanału wykonana jest z porowatego materiału, który jest elementem filtrującym. Lokalizacja filtra cząstek stałych w układzie wydechowym zależy od jego modelu i konfiguracji.
Najczęściej znajduje się bezpośrednio za katalizatorem, jednak w niektórych modyfikacjach te dwa elementy są połączone. W neutralizatorach typu utleniającego filtr cząstek stałych znajduje się za kolektorem wydechowym. Ta lokalizacja nie jest przypadkowa, ponieważ tutaj temperatura spalin pochodzących z silnika spalinowego ma maksymalną wartość. Kanały komórek matrycy w tym przypadku są pokryte katalizatorem, który utlenia niespalone cząstki paliwa.

Podczas pracy filtra cząstki sadzy stopniowo wypełniają się materiałem filtracyjnym ścian kanałów matrycy. Gdy ich stężenie osiągnie wartość krytyczną, utrudniają przepływ spalin przez układ wydechowy, co negatywnie wpływa na wydajność silnika (zmniejsza się moc). Osobnym problemem są małe cząstki sadzy o rozmiarach rzędu 0,1 µm, ponieważ są one bardzo trudne do wychwycenia przez filtr cząstek stałych. I chociaż ich udział w całkowitej objętości sadzy emitowanej przez ICE wynosi około 5%, cząstki te stanowią największe zagrożenie dla ludzi: cząstki mniejsze niż 5 mikronów nie są filtrowane w górnych drogach oddechowych, w wyniku czego sadza gromadzi się w płucach. Dlatego oprócz etapu filtracji w filtrze cząstek stałych wyróżnia się etap regeneracji. Regeneracja pozwala pozbyć się nagromadzonej sadzy i zwiększyć jej zdolność filtracyjną.

Regenerację filtra cząstek stałych można przeprowadzić w dwóch wersjach: aktywnej i pasywnej.

Dzięki biernej regeneracji katalizator umieszczony w komórkach pod wpływem temperatury spalin przyspiesza proces utleniania (spalania) przefiltrowanych cząstek sadzy. Czasami, aby poprawić ten efekt, do oleju napędowego dodaje się specjalne dodatki, które pozwalają rozpocząć reakcję utleniania sadzy przy niższych wartościach temperatury. Jednak w niektórych przypadkach (praca silnika spalinowego na biegu jałowym, małe obciążenia, ruch w korkach itp.) nie osiąga się niezbędnej wartości temperatury do rozpoczęcia regeneracji pasywnej. W takich przypadkach stosuje się aktywną regenerację.
Aktywna regeneracja oznacza zastosowanie wyższych wartości temperatury. W przypadku wymuszonej regeneracji temperatura gazów w filtrze wzrasta do 600 stopni Celsjusza. Można to osiągnąć na kilka sposobów, które są stosowane zarówno kompleksowo, jak i indywidualnie. Obejmują one opóźnienie w dostawie oleju napędowego do komory spalania silnika spalinowego, dodatkowe dostarczanie paliwa do cylindrów w cyklu wydechowym, rozpylanie niewielkiej ilości paliwa do gazów spalinowych wchodzących do filtra cząstek stałych, podgrzewanie gazów przed filtrem na różne sposoby (włókna żarowe, mikrofale) i inne.
W nowoczesnych filtrach cząstek stałych stosuje się zarówno regenerację pasywną, jak i aktywną. Opracowanie nowych norm środowiskowych wymaga ciągłej optymalizacji i udoskonalania konstrukcji i zasad działania filtrów cząstek stałych. Do tej pory najczęstsze są filtry cząstek stałych z powłoką katalityczną i filtry cząstek stałych z systemem wprowadzania dodatków do paliwa.

Filtry pierwszego typu są instalowane w samochodach produkowanych przez koncern Volkswagen, a także niektórych innych producentów.

Jako katalizator w tych filtrach stosuje się platynę i jej związki. Ze względu na działanie katalizatora sadza znajdująca się w filtrze spala się pod wpływem temperatury spalin, po czym jest usuwana z filtra. W procesie utleniania cząstek sadzy tlenki azotu NO, ze względu na obecność katalizatora, utleniają się do dwutlenku NO2. Dwutlenek azotu, oddziałując z sadzą (której główną częścią jest węgiel), tworzy dwa związki – tlenki azotu i węgla (tlenek węgla). Powstałe tlenki są następnie utleniane tlenem i tworzą odpowiednie dwutlenki. Temperatura procesu zwykle nie przekracza 500 stopni Celsjusza.

W przypadku, gdy poszczególne elementy układu sterowania (na przykład czujnik przepływu powietrza (przepływomierz), Czujniki temperatury na wlocie i wylocie filtra, czujniki ciśnienia itp.) sygnalizują spadek przepustowości filtra, wymagana jest aktywna regeneracja, podczas której temperatura wewnątrz filtra cząstek stałych osiąga 650 stopni Celsjusza. Gdy czujniki układu sterowania sygnalizują zmniejszenie przepustowości, jednostka sterująca zwiększa ilość dostarczanego paliwa do cylindrów, jednocześnie ograniczając ilość dopływającego powietrza (tlenu). W takich warunkach temperatura gazów wzrasta do wartości niezbędnych do aktywnej regeneracji.

Filtry cząstek stałych z systemem wprowadzania dodatków do paliwa działają zgodnie z innymi zasadami. Ten typ filtra cząstek stałych został opracowany przez koncern Peugeot-Citroen (PSA). Ze względu na fakt, że francuscy producenci aktywnie wprowadzili te filtry do masowej produkcji, nie jest to anglojęzyczny Skrót DPF, ale francuskojęzyczny FAP (Filtre a Particules). Po pewnym czasie filtry te w swoich samochodach zaczęły być instalowane przez Forda i Toyotę.

Ze względu na brak katalizatora w komórkach filtracyjnych do spalania sadzy, strukturalnie takie filtry są instalowane oddzielnie od katalizatora. W takim przypadku do paliwa dodaje się specjalny dodatek (na bazie ceru i jego związków), który zmniejsza minimalną wymaganą temperaturę spalania cząstek sadzy do 450-500 stopni Celsjusza. W niektórych przypadkach podobne wartości temperatury podczas regeneracji pasywnej są nieosiągalne, dlatego w filtrze zachodzi stopniowa akumulacja cząstek sadzy. Po osiągnięciu ich wartości krytycznej należy zastosować aktywną regenerację.

Dodatek wprowadzony do paliwa w celu zapewnienia spalania sadzy znajduje się w osobnym pojemniku o pojemności do pięciu litrów. Ta ilość dodatku zwykle wystarcza na 80-120 tysięcy kilometrów samochodu i charakteryzuje żywotność filtra cząstek stałych. Ilość pozostałego dodatku jest stale monitorowana za pomocą czujnika pływakowego. Ilość dodanego dodatku jest kontrolowana elektronicznie i jest proporcjonalna do ilości paliwa dostarczanego do zbiornika paliwa podczas tankowania samochodu.

Zastosowanie dodatku do paliwa do spalania sadzy powoduje obecność produktów spalania ceru w spalinach, które są również wychwytywane przez filtr, ale w przeciwieństwie do cząstek sadzy, nie palą się nawet przy aktywnej regeneracji. Ogranicza to okres działania filtra cząstek stałych. Nowoczesne filtry cząstek stałych z systemem dodatków do paliwa utrzymują swoją wydajność przez 120 000 km przebiegu, ale już dziś producenci twierdzą, że wkrótce pojawią się filtry, które mogą skutecznie wykonywać swoje funkcje przez 250 000 km przebiegu.

Po opracowaniu zasobu filtra cząstek stałych należy go wymienić na nowy. Jednak ze względu na ich wysoki koszt często kierowcy nie instalują nowego filtra cząstek stałych w samochodzie, ale zwracają się do naszej usługi czyszczenia filtrów cząstek stałych.