Войти
Дизельный сажевый фильтр (вверху слева) в Peugeot 
Off-Road - установка DPF A дизельный сажевый фильтр (DPF ) - устройство, предназначенное для удаления твердых частиц дизельного топлива или сажи из выхлопных газов двигателя дизельный двигатель.
Настенные фильтры твердых частиц для дизельного топлива обычно удаляют 85% или более сажи, а при определенных условиях могут достигать эффективности удаления сажи, приближающейся к 100%. Некоторые фильтры одноразовые, предназначены для утилизации и замены после заполнения скопившейся золы. Другие предназначены для сжигания накопившихся твердых частиц либо пассивно с помощью катализатора, либо с помощью активных средств, таких как топливная горелка, которая нагревает фильтр до температуры сгорания сажи. Это достигается путем программирования двигателя на работу (когда фильтр заполнен) таким образом, чтобы повышать температуру выхлопных газов, в сочетании с дополнительной топливной форсункой в выхлопном потоке, которая впрыскивает топливо для реакции с каталитическим элементом для сжигания накопленной сажи в выхлопном потоке. Фильтр DPF или другими способами. Это называется регенерацией фильтра. Очистка также требуется в рамках периодического обслуживания, и ее следует выполнять осторожно, чтобы не повредить фильтр. Отказ топливных форсунок или турбонагнетателей, приводящий к загрязнению фильтра неочищенным дизельным топливом или моторным маслом, также может потребовать очистки. Процесс регенерации происходит на скоростях движения выше, чем обычно можно достичь на городских улицах; транспортным средствам, движущимся исключительно на низких скоростях в городском движении, могут потребоваться периодические поездки на более высоких скоростях для очистки DPF. Если водитель игнорирует контрольную лампу и слишком долго ждет, чтобы управлять автомобилем со скоростью выше 60 км / ч (40 миль / ч), DPF может не регенерировать должным образом, и продолжение работы после этого момента может полностью испортить DPF, поэтому его необходимо заменить. Некоторые более новые дизельные двигатели, а именно те, которые установлены в комбинированных транспортных средствах, также могут выполнять так называемую «Паркованную регенерацию», когда двигатель увеличивает обороты примерно до 1400 оборотов в минуту на стоянке, чтобы повысить температуру выхлопных газов.
Дизельные двигатели производят различные частицы при сгорании топливно-воздушной смеси из-за неполного сгорания. Состав частиц сильно различается в зависимости от типа двигателя, возраста и характеристик выбросов, которым двигатель был разработан. Двухтактные дизельные двигатели производят больше твердых частиц на единицу мощности, чем четырехтактные дизельные двигатели, поскольку они менее полно сжигают топливно-воздушную смесь.
Дизель. твердые частицы, образующиеся в результате неполного сгорания дизельного топлива, образуют частицы сажи (сажи ). Эти частицы включают крошечные наночастицы - размером менее одного микрометра (одного микрона). Сажа и другие частицы из дизельных двигателей усугубляют загрязнение воздуха твердыми частицами и вредны для здоровья.
Новые фильтры для твердых частиц могут улавливать от 30% до более 95% вредной сажи. При использовании оптимального сажевого фильтра (DPF) выбросы сажи могут быть уменьшены до 0,001 г / км или менее.
Качество топлива также влияет на образование этих частиц. Например, дизельное топливо с высоким содержанием серы производит больше частиц. Топливо с низким содержанием серы производит меньше частиц и позволяет использовать фильтры твердых частиц. Давление впрыска дизельного топлива также влияет на образование мелких частиц.
Фильтрация дизельных твердых частиц была впервые рассмотрена в 1970-х годах из-за опасений относительно воздействия вдыхаемых твердых частиц. Фильтры твердых частиц используются на внедорожной технике с 1980 года, а в автомобилях с 1985 года. Исторически выбросы дизельных двигателей средней и большой мощности не регулировались до 1987 года, когда было введено первое в Калифорнии правило для тяжелых грузовиков, ограничивающее твердые частицы выбросы при 0,60 г / л. с. в час. С тех пор все более жесткие стандарты были введены для легковых и тяжелых дорожных дизельных транспортных средств, а также для дизельных двигателей повышенной проходимости. Подобные правила также были приняты Европейским Союзом и некоторыми отдельными европейскими странами, большинством азиатских стран и остальными странами Северной и Южной Америкой.
. В связи с явным введением фильтров в обязательном порядке все более строгие нормы выбросов, которым должны соответствовать производители двигателей, означают, что в конечном итоге все дорожные дизельные двигатели будут оснащены ими. Ожидается, что в Европейском Союзе фильтры потребуются для соответствия нормативам выбросов двигателей тяжелых грузовиков Euro.VI, которые в настоящее время обсуждаются и планируются на период 2012-2013 годов. В 2000 году, предвидя будущие нормы Euro 5 PSA Peugeot Citroën стала первой компанией, сделавшей стандартные фильтры для легковых автомобилей.
По состоянию на декабрь 2008 года Калифорнийский совет по воздушным ресурсам (CARB) установил Правило для грузовых автомобилей и автобусов штата Калифорния 2008 года, которое - с разницей в зависимости от типа, размера и использования транспортного средства - требует, чтобы внедорожные дизельные тяжелые грузовики и автобусы в Калифорнии быть модернизированы, переоборудованы или заменены, чтобы сократить выбросы твердых частиц (ТЧ) как минимум на 85%. Одним из способов выполнения этого требования является дооснащение двигателей дизельными сажевыми фильтрами, одобренными CARB. В 2009 году Закон о восстановлении и реинвестициях в Америке предоставил финансирование, чтобы помочь владельцам компенсировать стоимость модернизации дизельных двигателей для их автомобилей. Другие юрисдикции также начали программы модернизации, в том числе:
Неправильно обслуживаемые фильтры твердых частиц на автомобилях с дизельными двигателями склонны к накоплению сажи, что может вызвать проблемы с двигателем из-за высокого противодавления.
В 2018 году Великобритания внесла изменения в свои требования к испытаниям MOT, в том числе более жесткая проверка дизельных автомобилей. Одним из требований было наличие правильно подогнанного и работающего сажевого фильтра. За вождение без DPF может взиматься штраф в размере 1000 фунтов стерлингов.
Кордиеритовый дизельный сажевый фильтр на GM 7.8 Isuzu В отличие от каталитического нейтрализатора, который является проточным устройство DPF задерживает более крупные частицы выхлопных газов, заставляя газ проходить через фильтр; однако сажевый фильтр не задерживает мелкие частицы, а сажевый фильтр, не требующий обслуживания, разбивает более крупные частицы на более мелкие. На рынке представлено множество технологий дизельных сажевых фильтров. Каждый из них разработан с учетом одинаковых требований:
Наиболее распространенный фильтр изготавливается из кордиерита (керамический материал, который также используется в качестве опор (сердечников) каталитического нейтрализатора). Кордиеритовые фильтры обеспечивают превосходную эффективность фильтрации, относительно недороги и обладают тепловыми свойствами, которые упрощают их упаковку для установки в автомобиле. Главный недостаток заключается в том, что кордиерит имеет относительно низкую точку плавления (около 1200 ° C), а субстраты кордиерита, как известно, плавятся во время регенерации фильтра. Это в основном проблема, если фильтр был загружен более сильно, чем обычно, и является большей проблемой для пассивных систем, чем для активных систем, если не происходит сбоя системы.
Сердечники кордиеритового фильтра выглядят как каталитический нейтрализатор сердечники, у которых были забиты альтернативные каналы - заглушки заставляют выхлопной газ проходить через стенку, и твердые частицы собираются на входной поверхности.
Второй по популярности фильтрующий материал представляет собой карбид кремния или SiC. У него более высокая температура плавления (2700 ° C), чем у кордиерита, однако он не так стабилен термически, что создает проблемы с упаковкой. Малые сердечники из карбида кремния изготавливаются из отдельных частей, тогда как более крупные сердечники делаются сегментами, которые разделены специальным цементом, так что тепловое расширение сердечника будет поглощаться цементом, а не корпусом. Сердечники из карбида кремния обычно дороже, чем сердечники из кордиерита, однако они производятся в аналогичных размерах, и один часто может использоваться для замены другого. Сердечники фильтров из карбида кремния также выглядят как сердечники каталитического нейтрализатора, у которых были забиты альтернативные каналы - снова заглушки заставляют поток выхлопных газов проходить через стенку, и частицы собираются на входной поверхности.
Характеристики дизельного топлива, протекающего через стенку. частиц подложки фильтра являются:
Волокнистые керамические фильтры изготавливаются из нескольких различных типов керамических волокон, которые смешиваются вместе, образуя пористую Средняя. Этому носителю можно придать практически любую форму, и его можно настроить для различных приложений. Пористость можно регулировать, чтобы обеспечить высокую скорость потока, более низкую эффективность или высокую эффективность фильтрации при меньшем объеме. Волокнистые фильтры имеют преимущество перед конструкцией с проточной стенкой, так как они создают более низкое противодавление. Волокнистые керамические фильтры почти полностью удаляют частицы углерода, включая мелкие частицы диаметром менее 100 нанометров (нм), с эффективностью более 95% по массе и более 99% по количеству частиц в широком диапазоне условий эксплуатации двигателя. Поскольку непрерывный поток сажи в фильтр в конечном итоге заблокирует его, необходимо «регенерировать» фильтрационные свойства фильтра путем регулярного сжигания собранных твердых частиц. При сжигании частиц сажи образуется вода и CO 2 в небольших количествах, составляющих менее 0,05% CO 2, выделяемого двигателем.
Некоторые сердечники сделаны из металлических волокон - обычно волокна «сплетены» в монолит. Такие сердечники имеют то преимущество, что через монолит может проходить электрический ток для нагрева сердечника с целью регенерации, позволяя фильтру регенерировать при низких температурах выхлопных газов и / или малых расходах выхлопных газов. Сердцевины из металлических волокон обычно дороже, чем сердцевины из кордиерита или карбида кремния, и, как правило, не взаимозаменяемы с ними из-за электрических требований.
Одноразовые бумажные сердечники используются в некоторых специальных областях применения, без стратегии регенерации. Угольные шахты являются обычными пользователями - выхлопные газы обычно сначала проходят через водоотделитель для его охлаждения, а затем через фильтр. Бумажные фильтры также используются, когда дизельная машина должна использоваться в помещении в течение коротких периодов времени, например, на вилочном погрузчике, который используется для установки оборудования внутри магазина.
Есть различные устройства, обеспечивающие фильтрацию твердых частиц более 50%, но менее 85%. Частичные фильтры бывают из самых разных материалов. Единственная общая черта между ними заключается в том, что они создают большее противодавление, чем каталитический нейтрализатор, и меньше, чем сажевый фильтр. Технология частичных фильтров популярна для модернизации.
Фильтры требуют большего обслуживания, чем каталитические нейтрализаторы. Зола, побочный продукт потребления масла при нормальной работе двигателя, накапливается в фильтре, поскольку не может быть преобразована в газ и проходить через стенки фильтра. Это увеличивает давление перед фильтром. Предупреждения передаются водителю до того, как ограничение фильтра вызовет проблемы с управляемостью или повреждение двигателя или фильтра. Регулярное обслуживание фильтра является необходимостью.
Фильтры DPF проходят процесс регенерации, который удаляет сажу и снижает давление в фильтре. Существует три типа регенерации: пассивная, активная и принудительная. Пассивная регенерация обычно происходит во время движения, когда нагрузка на двигатель и ездовой цикл транспортного средства создают температуры, которые достаточно высоки для восстановления отложений сажи на стенках сажевого фильтра. Активная регенерация происходит во время эксплуатации автомобиля, когда низкая нагрузка на двигатель и более низкие температуры выхлопных газов препятствуют естественной пассивной регенерации. Датчики перед и после DPF (или датчика перепада давления) выдают показания, которые инициируют дозированное добавление топлива в поток выхлопных газов. Существует два метода впрыска топлива: впрыск ниже по потоку непосредственно в поток выхлопных газов, после турбонаддува или впрыск топлива в цилиндры двигателя на такте выпуска. Эта смесь топлива и выхлопных газов проходит через катализатор окисления дизельного топлива (DOC), создавая достаточно высокую температуру, чтобы сжечь накопившуюся сажу. Как только падение давления на DPF снижается до расчетного значения, процесс заканчивается, пока снова не начнется накопление сажи. Это хорошо работает для транспортных средств, которые едут на большие расстояния с небольшим количеством остановок, по сравнению с теми, которые совершают короткие поездки с большим количеством пусков и остановок. Если фильтр создает слишком высокое давление, необходимо использовать последний тип регенерации - принудительную регенерацию. Этого можно добиться двумя способами. Оператор транспортного средства может инициировать регенерацию с помощью переключателя, установленного на приборной панели. Для запуска этого процесса требуются различные сигнальные блокировки, такие как стояночный тормоз, передача в нейтральном положении, температура охлаждающей жидкости двигателя и отсутствие кодов неисправностей двигателя (зависит от производителя и приложения). Когда накопление сажи достигает уровня, который потенциально может повредить двигатель или выхлопную систему, решение предполагает использование в гараже компьютерной программы для запуска регенерации DPF вручную.
В 2011 году компания Ford отозвала 37 400 грузовиков F-Series с дизельными двигателями после того, как утечки топлива и масла привели к возгоранию сажевых фильтров грузовиков. До отзыва травм не было, хотя был зажжен один травяной пожар. Аналогичный отзыв был выпущен для дизелей Jaguar S-Type и XJ 2005–2007 годов, в которых большое количество сажи попало в сажевый фильтр. В затронутых транспортных средствах дым и огонь исходили из нижней части автомобиля, а также из задней части выхлопной трубы. Тепло от огня может вызвать нагревание через трансмиссионный туннель во внутреннюю часть, расплавление внутренних компонентов и потенциально вызвать внутренние пожары.
Дозирующий насос для впрыска дизельного топлива или присадок, 3 л / ч при 5 бар 
Схема регенерации 
грузовика Hino и его селективного каталитического восстановления (SCR) рядом с DPF с процессом регенерации посредством позднего впрыска топлива для контроля температуры выхлопных газов для выжигания сажи. Регенерация - это процесс сжигания (окисления) накопленной сажи на фильтре. Это делается либо пассивно (за счет тепла выхлопных газов двигателя при нормальной работе, либо путем добавления катализатора в фильтр), либо путем активного введения очень сильного тепла в выхлопную систему. Встроенное управление активным фильтром может использовать различные стратегии:
Все бортовые активные системы используют дополнительное топливо, будь то сжигание для нагрева DPF или обеспечение дополнительной мощности для электрической системы DPF, хотя использование топливного катализатора значительно снижает требуемую энергию. Обычно компьютер контролирует один или несколько датчиков, которые измеряют противодавление и / или температуру, и на основе предварительно запрограммированных заданных значений компьютер принимает решения о том, когда активировать цикл регенерации. Дополнительное топливо можно подавать с помощью дозирующего насоса . Слишком частое выполнение цикла при низком уровне противодавления в выхлопной системе приведет к высокому расходу топлива. Если цикл регенерации не запущен достаточно быстро, это увеличивает риск повреждения двигателя и / или неконтролируемой регенерации (тепловой разгон ) и возможного отказа DPF.
Твердые частицы дизельного топлива загораются при температуре выше 600 ° C. Эта температура может быть снижена примерно до 350–450 ° C за счет использования катализатора на топливе. Фактическая температура выгорания сажи будет зависеть от используемого химического состава. Начало горения вызывает дальнейшее повышение температуры. В некоторых случаях, в отсутствие катализатора на топливе, сгорание твердых частиц может привести к повышению температуры выше порога структурной целостности фильтрующего материала, что может вызвать катастрофическое разрушение подложки. Для ограничения этой возможности были разработаны различные стратегии. Обратите внимание, что в отличие от двигателя с искровым зажиганием, который обычно имеет менее 0,5% кислорода в потоке выхлопных газов перед устройством (а) контроля выбросов, дизельные двигатели имеют очень высокую долю доступного кислорода. В то время как количество доступного кислорода делает возможной быструю регенерацию фильтра, это также способствует неконтролируемым проблемам регенерации.
Некоторые приложения используют регенерацию вне платы. Внешняя регенерация требует вмешательства оператора (т.е. машина либо подключается к настенной / напольной станции регенерации, либо фильтр снимается с машины и помещается в станцию регенерации). Внешняя регенерация не подходит для дорожных транспортных средств, за исключением ситуаций, когда автомобили припаркованы на центральном складе, когда они не используются. Внешняя регенерация в основном используется в промышленности и горнодобывающей промышленности. Угольные шахты (с сопутствующим риском взрыва из-за угольной влаги) используют внешнюю регенерацию, если установлены одноразовые фильтры, причем станции регенерации расположены в зоне, где разрешено использование недопустимого оборудования.
Многие вилочные погрузчики могут также использовать внешнюю регенерацию - обычно горнодобывающая техника и другое оборудование, которые проводят свой срок эксплуатации в одном месте, что делает практичным наличие стационарной станции регенерации. В ситуациях, когда фильтр физически снимается с машины для регенерации, также есть преимущество, заключающееся в возможности ежедневно проверять сердечник фильтра (сердечники DPF для внедорожных применений обычно рассчитаны на использование в течение одной смены, поэтому регенерация
 | Викискладе есть медиафайлы, связанные с сажевыми фильтрами. |
| На Викискладе есть медиафайлы, относящиеся к дизельным сажевым фильтрам. |
.
