Filtr cząstek stałych

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Filtr cząstek stałych (Nissan M9R)

Filtr cząstek stałych (skrót DPF od ang. diesel particulate filter lub FAP od fr. filtre à particules) - filtr montowany w układach wydechowych silników wysokoprężnych, oczyszczający gazy spalinowe z cząstek sadzy i popiołu. Stosowane od 1980 roku, a w silnikach samochodowych od 1996 roku. Ich wprowadzenie pozwoliło wyeliminować emisję czarnego dymu, charakterystycznego dla starszych pojazdów z silnikami Diesla.

W celu eliminacji większej ilości cząstek stałych, jak również innych związków trujących, filtry cząstek stałych stosowane są w połączeniu z innymi układami zmniejszającymi ich ilość, tj. katalizatorami oxicat, DeNOx lub ich kombinacją w postaci katalizatorów czterofunkcyjnych[1][2]. Przykładem może być układ CRT będący połączeniem katalizatora oxicat i filtra cząstek stałych[3].

Duża ilość cząstek stałych powstałych przy spalaniu paliwa w silnikach diesla powoduje, że silnik diesla nie spełnia rygorystycznej normy emisji spalin EURO 5 bez zastosowania filtra cząstek stałych. Silniki diesla bez filtra cząstek stałych osiągają jedynie normę EURO 4.

Zasada działania[edytuj | edytuj kod]

Filtr ma postać przestrzennej struktury o bardzo dużej całkowitej powierzchni ścianek. Cząstki sadzy osiadają na porowatych ściankach lub włóknach, wykonanych z metalu, materiałów ceramicznych, lub specjalnego papieru (tylko w przypadku filtrów jednorazowych). Wydajność prawidłowo działającego filtra zawiera się w przedziale od 85% do 100%, co oznacza, że do atmosfery przedostaje się nie więcej niż 15% pierwotnej zawartości zanieczyszczeń w fazie stałej[4].

Regeneracja[edytuj | edytuj kod]

Gromadzące się w filtrze cząstki sadzy powodują jego stopniowe zapychanie i utratę wydajności. W części pojazdów stosuje się filtry jednorazowe, wymagające wymiany po zapełnieniu filtra. Bardziej zaawansowanym rozwiązaniem jest samooczyszczanie filtra polegające na katalitycznym spalaniu sadzy po osiągnięciu przez filtr odpowiednio wysokiej temperatury (sadza spala się w temperaturze wyższej niż 600 st. Celsjusza). System ten nosi nazwę regeneracji pasywnej.

Stosowane są też aktywne systemy wypalania zgromadzonej w filtrze sadzy - na przykład okresowa zmiana trybu pracy silnika, w wyniku czego emituje on zwiększone ilości dwutlenku azotu, który przepływając przez filtr powoduje utlenianie zgromadzonej sadzy. Jeszcze innym sposobem aktywnej regeneracji filtra jest okresowe podgrzewanie go dodatkowym płomieniem wtryskiwanej do filtra mieszanki, w wyniku czego sadza ulega spaleniu.

Wśród cząstek stałych znajduje się też popiół pochodzący między innymi z oleju, dodatków do paliw, czy produktów zużycia i korozji silników.[5] Popiół, w przeciwieństwie do sadzy nie ulega spaleniu do postaci gazowej w procesie regeneracji, tym samym akumulując się w filtrze cząstek stałych. Z tego powodu z czasem stopień zapełnienia filtra nieodwracalnie rośnie i okresy pomiędzy procesami regeneracji maleją. W momencie osiągnięcia przez filtr krytycznego poziomu napełnienia popiołem nie pozwalającego na jego zmniejszenie przez proces regeneracji komputer pokładowy sygnalizuje błąd w układzie oczyszczania spalin i konieczna jest wymiana, bądź mechaniczna regeneracja filtra poza pojazdem.


Przypisy

  1. Dodatkowo redukcja wydzielanych cząstek stałych możliwa jest poprzez odpowiednią regulację pracy silnika.
  2. Jerzy Merkisz: Emisja cząstek stałych przez silniki spalinowe o zapłonie samoczynnym - wybrane zagadnienia. Poznań: Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, 1997, s. 133-143. ISBN 83-7143-162-7.
  3. Jerzy Merkisz: Ekologiczne problemy silników spalinowych. T. 2. Poznań: Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, 1999, s. 281-293. ISBN 83-7143-039-6.
  4. Cząstki sadzy w spalinach silnika Diesla (ang. Diesel particulate matter, DPM) mają typowo rozmiary rzędu 100 nm i w miarę oziębiania spalin mogą tworzyć agregaty o długości rzędu mikrometrów.
  5. http://dieselnet.com/tech/dpf_ash.php