filtr pevných částic fap 1. část - základy | Aktuality | autoweek.cz

Filtr pevných částic FAP 1. část - základy

Filtr pevných částic FAP 1. část - základy

19.11.2016 | Rybecký Vladimír | Aktuality

Při spalování nafty ve vznětovém motoru vzniká určité množství pevných částic (sazí). Jedná se o výsledek komplexní chemické reakce při spalování. Spalování v co nejvíce dokončené formě minimalizuje vznik pevných částic. Zachycení těch vzniklých zajišťuje filtr pevných částic FAP (DPF).
Vztah mezi maximálním množstvím paliva a vzduchu ve spalovacím prostoru a zároveň optimální poměr směsi omezuje produkci emisí. Při správném spalování vznikají neznečišťující látky dusík (N - 71,2 %), oxid uhličitý (CO2 - 19 %) a voda (H2O - 7,2 %). Současně se produkuje malé množství nežádoucích sloučenin - oxidy dusíku (NOX - 1,9 %), oxid uhelnatý (CO - 0,5 %), nespálené uhlovodíky (HC - 0,2 %) a saze.
 
Co jsou pevné částice (saze)
Pevné částice se skládají z navzájem propojených zrnek uhlíku obklopených částicemi uhlovodíků v plynné a kapalné fázi a sírany (SO4). Ve výfukových plynech mají rozměr cca 0,09 µm. Množství pevných částic závisí na technologii motoru a provozních podmínkách. Při analýze emisí se jako pevné částice považují prvky s rozměry menšími než 10 µm (klasifikace PM10).
 
Počínaje motory Euro 5, uvedenými na trh po 1. září 2009, jsou povoleny maximální emise pevných částic 5 g/km. Stejná hodnota platí i pro v současné době vyráběné motory Euro 6. Je to pětina hodnoty předepsané pro motory Euro 4 a desetina proti Euro 3. Uvedené snížení nelze dosáhnout bez použití filtru pevných částic.
 
Oxidační katalyzátor
Oxidační katalyzátor umožňuje oxidaci oxidu uhelnatého (CO) a nespálených uhlovodíků (HC) jejich přeměnou na oxid uhličitý (CO2) a vodní páru (H2O). Chemická reakce zvyšuje teplotu výfukových plynů spalováním nespálených uhlovodíků z dodatečně vstřikovaného paliva. Od teploty 140 °C začíná katalytická konverze a přeměna uhlovodíků. Oxidační katalyzátor je umístěn před filtrem pevných částic a tvoří jej keramická mřížka impregnovaná ušlechtilými kovy (platina, paladium) uložená v obalu z nerezového materiálu.
 
Teplotní snímače sledují teplotu výfukových plynů na vstupu do katalyzátoru a po katalytické konverzi. Rozdíl mezi oběma hodnotami udává, zda bylo dosaženo maximální účinnosti katalytické konverze pro umožnění efektivní regenerace filtru pevných částic.
 
Filtr pevných částic FAP (DPF)
Filtr pevných částic je vyroben z karbidu křemíku. Je umístěn ve výfukovém potrubí. Jeho úkolem je snížení emisí pevných částic z výfukových plynů až o 99 %. Dosahuje extrémně vysoké filtrovací kapacity až do velikosti částic 0,1 µm. Filtr je odolný vůči tepelnému namáhání a má schopnost po dostatečně dlouhou dobu filtrovat a ukládat saze.
 
Saze z výfukových plynů se zachycují ve filtru a postupně jej spolu s aditivem a dalšími nespalitelnými látkami (síran vápenatý, zinek, fosfáty, kotelní/vodní kámen) ucpávají a omezují tak průchodnost filtru. Proto je potřeba pravidelná regenerace periodickým spalováním sazí usazených ve filtru. K odstranění nastřádaných nespalitelných částic je po určité době provozu (100 000 km až 200 000 km) nutné filtr vyměnit.
 
Aditiva
Přirozená hodnota hoření sazí je 600 °C. Tuto teplotu je ale obtížné ve filtru dosáhnout. Například v městském provozu teplota výfukových plynů dosahuje jen 150 °C. Aby se zvýšila teplota výfukových plynů ve výfukovém potrubí, využívají se dodatečné vstřiky paliva a zvýšení zatížení motoru aktivací elektrických spotřebičů. Teplota po katalytické reakci se tak zvýší na 300 °C. Za speciálních podmínek lze dosáhnout teplotu okolo 450 °C, což ale stále neumožňuje oxidaci usazených sazí. Pro dosažení úspěšné regenerace při teplotě už 450-500 °C se ve vozech koncernu PSA (Peugeot, Citroën, DS) používá aditivum přidávané do paliva, které snižuje teplotu oxidace sazí.
 
Aditivum usnadňuje průchod kyslíku mezi částicemi, což snižuje teplotu jejich hoření a zkracuje čas potřebný na regeneraci. Aktivní látka aditiva se při spalování váže na částice sazí. Aditivum se používá ve formě anorganického roztoku uloženého v nádrži poblíž nádrže paliva. Pro vytvoření optimálního poměru aditiva ve směsi s palivem se aditivum přidává samočinně při každém tankování v potřebném množství odpovídajícím množství doplněného paliva. Proto je potřeba se vyvarovat opakovanému doplňování malého objemu paliva (do 5 l), které měřicí jednotka nezaznamená. Používaná aditiva se nesmí vzájemně míchat a nejsou zaměnitelná. Proto se také nesmějí používat speciální přídavky do nafty, aby nedošlo k nežádoucí chemické reakci.
 
Schéma systému zachytávání pevných částic
1 - Filtr pevných částic a před ním oxidační katalyzátor
2 - Snímače monitorující tlak a teplotu ve filtru pevných částic
3 - Řídicí jednotka vstřikování HDi (vysokotlaký akumulační systém Common rail) se softwarem PSA Gruppe pro obsluhu filtru pevných částic integrovaná v řídicí jednotce motoru. Software zajišťuje regeneraci filtru a autodiagnostické funkce systému.
4 - Integrovaný systém aditivace nafty, který zajišťuje při každém doplňování paliva jeho přesnou aditivaci přesnou dávkou (vyobrazen je systém plnící emisní standard Euro 5, u současných systémů už není jednotka pro aditivace oddělena)
5 - Specifický signál během vstřikování nafty pro umožnění regulace teploty výfukových plynů dodatečnými vstřiky paliva
6 - Oxidační katalyzátor
7 - Filtr pevných částic

Pokračování zde.
  • Filtr pevných částic FAP 1. část - základy
  • Filtr pevných částic FAP 1. část - základy
  • Filtr pevných částic FAP 1. část - základy
  • Filtr pevných částic FAP 1. část - základy