Назначение противосажевого фильтра
При сгорании топлива образуются следующие вещества: углекислый газ (CO2), угарный газ (CO), углеводороды (HC), оксиды азота (NOХ) и сажа. Максимально полное сгорание топлива и, следовательно, снижение доли вредных веществ в отработавших газах обеспечивается за счет высокоточного управления впуском воздуха и впрыском топлива. В результате очистки отработавших газов из них удаляется максимально возможное количество остаточных вредных веществ. Нейтрализатор окислительного типа для дизельных двигателей снижает достаточное высокое содержание оксидов азота (NOХ) в отработавших газах. Он преобразует оксиды азота в азот, который является одним из элементов воздуха. С внедрением систем впрыска топлива с общей топливной рампой (CRDI) выброс твердых частиц на один автомобиль снизился, однако вследствие высокого давления впрыска оставшиеся твердые частицы стали крайне небольшими и, следовательно, более опасными для людей. Для соответствия стандартам с жесткими требованиями по содержанию в отработавших газах твердых частиц (EURO 4, 25 мг/км) на автомобили с двигателями объемом 2,0 л и более устанавливаются противосажевые фильтры.
Твердые частицы (РМ)
Данный термин появился в 1987 году, когда Управление по охране окружающей среды США разработало национальный стандарт качества воздуха в отношении твердых частиц (кратко — стандарт РМ). Данный стандарт кардинально изменил процесс определения выброса вредных веществ. С появлением стандарта основное внимание переключилось с определения количества вредных веществ в целом на вдыхаемые вредные вещества. В настоящее время самое существенное влияние на загрязнение воздуха и здоровье людей оказывают именно твердые частицы. Они становятся причиной проблем с дыханием (например, кашля), астмы и даже рака легких. Чем меньше твердые частицы (менее 0,1 микрона в диаметре), тем глубже они проникают в легкие. В твердых частицах содержатся следующие вещества:
– растворимые органические частицы: не сгоревшие частицы топлива, частицы масла;
– твердые частицы: пыль, сажа, дым, туман и другие мельчайшие твердые частицы, находящиеся в воздухе;
– сульфаты: кислота или вода, например.
Конструкция и принцип работы
В автомобилестроении широко применяются два типа противосажевых фильтров: противосажевый фильтр для дизельных двигателей (DPF) и противосажевый фильтр каталитического типа (CPF). Противосажевый фильтр DPF изготавливается отдельно от нейтрализатора окислительного типа, а фильтр CPF выполнен заодно с нейтрали-затором. Фильтры DPF и CPF задерживают содержащиеся в отработавших газах частицы сажи с помощью пористого фильтрующего элемента. Фильтрующий элемент может быть изготовлен из различного пористого материала, чаще всего это волокно или порошок. Волокно и порошок включают в себя керамические частицы, обычно кордиерит и карбид кремния (SiC). Фильтр имеет канальную структуру, каналы закрыты с обоих концов пористыми заглушками. Отработавшие газы проходят через пористые керамические стенки. Противосажевые фильтры характеризуются высокой степенью задержки (> 95 частиц всех размеров. Обычно противосажевые фильтры приводят к повышению расхода топлива. Причиной тому служит регенерация (подвпрыск) и противодавление отработавшим газам, создаваемое противосажевым фильтром. Однако, в эксплуатации это практически незаметно.
Циклы движения и регенерация фильтра
Отложения твердых частиц (сажи) на стенках фильтра приводят к разнице давления, вызванной проходом отработавших газов. Таким образом, эти частицы повышают перепад давления. Для предотвращения чрезмерного противодавления выпуску отработавших газов в дизельных двигателях необходимо периодически сжигать отложившие частицы при высоком перепаде давления. Этот процесс называют регенерацией. Функция контроля перепада давления и осуществление процесса регенерации возложена на ЭБУ двигателя/ЭБУ силовой передачи. Частицы сажи сгорают при высокой температуре. Температуру отработавших газов можно повысить различными, но не противоречащими друг другу способами.
Городской цикл движения
Городской цикл движения характеризуется низкой температурой отработавших газов — примерно 200°C. В этом цикле движения в отработавших газах преобладают следующие вредные вещества: углеводороды (HC) и угарный газ (CO). Они окисляются при прохождении через нейтрализатор окислительного типа. В результате очистки из выхлопной трубы выходят только углекислый газ (СО2) и пар.
Загородный цикл движения
Для загородного цикла движения характерна температура отработавших газов, равная 300 450°C. Частицы сажи скапливаются в задней части противосажевого фильтра, как показано на рисунке 1. В этом цикле движения образуется оксид азота. При соответствующей температуре, которая характерна, например, для движения с высокой скоростью, оксид азота взаимодействует с содержащимся в отработавших газах кислородом. Химическая реакция образования диоксида азота (NO2) из оксида азота происходит в нейтрализаторе. NO2 — это химически активный газ. Как показано красной линией на рисунке 2, можно снизить отложение сажи или даже сжечь ее. Оксид азота — промежуточный продукт сгорания сажи — окисляется в нейтрализаторе и превращается в диоксид азота.
Движение по автомагистралям
При движении по автомагистралям температура отработавших газов превышает 600°C. На рисунке 3 изображен фильтр, заполненный сажей. Благодаря высокой скорости движения температура отработавших газов достаточно высока для сжигания сажи. Сжигание сажи начинается в передней части фильтра (показано красными линиями). В результате образуется промежуточный продукт — угарный газ (СО). В нейтрализаторе он окисляется и превращается в углекислый газ (СО2). При этом температура повышается, что способствует дальнейшему сжиганию сажи. Чем ближе к задней части фильтра, тем активнее протекает процесс сгорания. В этом режиме движения происходит полная регенерация фильтра без вмешательства системы управления двигателем.
Динамическая регенерация
Для повышения температуры отработавших газов до 600°C в городском цикле движения необходимо специальное управление двигателем. На рисунке 4 изображен фильтр, задняя часть которого забита сажей. В городском цикле движения реакции с диоксидом азота (NO2) недостаточно для удаления сажи. Для повышения температуры отработавших газов система управления двигателем производит два дополнительных подвпрыска. Сажа накаляется и сгорает (см. рисунок 5). При сгорании, как обычно, образуется углекислый газ (СО2). Угарный газ (СО) окисляется в нейтрализаторе. Образующееся при реакции тепло способствует дальнейшему сгоранию сажи. В таких условиях происходит полная регенерация фильтра.
Обзор системы
Система каталитического противосажевого фильтра (CPF) включает в себя два датчика температуры отработавших газов (EGTS) и один датчик перепада давления (DPS). По сигналам датчиков осуществляется контроль степени засорения противосажевого фильтра и активируется цикл регенерации.
|
| Категория: Противосажевый фильтр каталитического типа | Добавил: admin (06.11.2016)
|
| Просмотров: 1249
| Рейтинг: 0.0/0 |
|
