Dyzelinių variklių kietųjų dalelių filtrai (DPF) yra svarbus šiuolaikinių dyzelinių automobilių komponentas, skirtas mažinti kenksmingų kietųjų dalelių išmetimą į aplinką. Šie filtrai sulaiko suodžių daleles iš variklio išmetimo sistemos, neleidžiant joms patekti į atmosferą. DPF filtrai yra skirtingi nuo katalitinio konverterio, kurio paskirtis - mažinti dujinės fazės teršalų išmetimą. DPF filtro pagrindinė funkcija - sulaikyti ir kaupti kietąsias daleles, kol jos bus sudegintos pačiame filtre.
DPF filtro konstrukcija ir veikimo principas
Įprasti dyzelinių variklių kietųjų dalelių filtrai yra koriniai keraminiai filtrai, turintys daugybę mažų kanalų. Kiekvieno antro kanalo galas yra uždarytas, o tai priverčia teršalus, turinčius suodžių, tekėti pro porėtas filtro sieneles. Išmetamosioms dujoms pereinant per sieneles, suodžių dalelės sulaikomos filtro porose ir ant kanalėlių paviršiaus. Tokia korinė filtro konstrukcija, dar vadinama pertvariniu filtru, užtikrina didelį filtravimo plotą ir minimalius slėgio nuostolius, todėl tapo standartine daugumoje dyzelinių variklių išmetamųjų dujų filtravimo sistemų.
Karščiui atsparios keraminės medžiagos yra plačiai naudojamos dalelių filtrams gaminti. Kiekviename DPF filtro kvadratiniame centimetre yra kelios dešimtys kanalų (celių), dažniausiai apie 30 c/cm³. Kadangi pusė kanalų uždari priekyje, o kita pusė - gale, suodžius kaupia tik pusė kanalų. Tai reiškia, kad teršalų srautas patenka tik į tuos kanalėlius, kurie yra atviri įleidimo pusėje, o išleidimo pusėje esantys kanalėliai lieka švarūs. Dėl itin mažų filtro porų ir korinės konstrukcijos, DPF filtrų kietųjų dalelių filtravimo efektyvumas gali siekti net 99% ar daugiau.
Suodžių dalelės DPF filtre surenkamos ir sulaikomos dviem būdais: giluminiu filtravimu filtro porose ir paviršiniu filtravimu palei kanalėlių sieneles. Iš pradžių nedidelė dalis suodžių susikaupia filtro porose, o vėliau susidaro sluoksnis ant kanalėlių sienelių. Didėjant suodžių kiekiui filtre, didėja ir filtro efektyvumas, nes susikaupę suodžiai sudaro papildomą sluoksnį, sulaikantį naujas daleles.
Daugumos komercinių DPF akytumas svyruoja nuo maždaug 40% iki 60%. Šių filtrų sienelėse suformuotas sudėtingas porų tinklas, kurio porų skersmuo svyruoja nuo 10 iki 30 mikrometrų. Naujo ar švaraus DPF filtro paviršius greitai prisipildo suodžių. Nors tik nedidelė dalis suodžių susikaupia filtro mikroporose, tai prisideda prie filtro slėgio kritimo padidėjimo. Toliau besikaupiantys suodžiai DPF filtre suformuoja sluoksnį ant kanalėlių sienelių, dėl to filtro slėgis krinta lėčiau ir laipsniškiau.
DPF filtro regeneracija
Siekiant sumažinti filtro slėgio kritį dėl suodžių kaupimosi, filtras yra regeneruojamas - sudeginami (oksiduojami) suodžiai. Plačiai naudojami du pagrindiniai regeneracijos procesų tipai, dažnai derinami komercinėse sistemose.
Aktyvi regeneracija
Šiam procesui būtina padidinti išmetamųjų dujų temperatūrą iki lygio, kuriame suodžiai galėtų oksiduotis esant deguonies pertekliui. Suodžių degimui deguonyje paprastai reikalinga temperatūra, aukštesnė nei 550 °C. Kadangi tokia temperatūra varikliui veikiant įprastai nepakyla, siekiant aktyviai padidinti išmetamųjų dujų temperatūrą, naudojamos kelios strategijos:
- Dyzelinis degiklis, tiesiogiai kaitinantis į DPF patenkančias išmetamąsias dujas.
- Dyzelino oksidacijos katalizatorius (DOC), kuris oksiduoja dyzelinį kurą per katalizatorių, taip didindamas DPF temperatūrą.
Naudojant DOC, išmetamosiose dujose turi būti dyzelinio kuro perteklius. Tam naudojamas kuro purkštukas (angliavandenilių dozatorius), montuojamas išmetamajame vamzdyje prieš DOC, arba įpurškimo funkcija po degimo. Dyzelino oksidacijos katalizatorius kartu su kurą dozavimo sistema yra dažniausiai naudojama aktyvios regeneracijos forma transporto priemonėse. Paprastai aktyvios regeneracijos ciklas vidutiniškai trunka nuo 20 iki 30 minučių. Kai DPF filtre susikaupia didelis suodžių kiekis, gali prireikti stovinčios transporto priemonės regeneracijos, kuri gali trukti keletą valandų, per kurias suodžiai lėtai išdeginami kontroliuojamomis sąlygomis.
Pasyvi regeneracija
Ši strategija paremta suodžių oksidacija, naudojant NO2, ir gali vykti daug žemesnėje temperatūroje - nuo 250 °C iki 400 °C. Tam naudojamas katalizatorius, kuris paverčia išmetamosiose dujose esantį NO į NO2. Šiems katalizatoriams palengvinti reakciją reikalingi taurieji metalai, ypač platina (Pt). Kai kuriais atvejais katalizatorius dengiamas tiesiai ant DPF (katalizuojamame DPF - K-DPF), arba naudojamas prieš filtrą montuojamas dyzelino oksidacijos katalizatorius (DOK). Daugelyje komercinių sistemų naudojamas DOK ir K-DPF derinys. Idealiu atveju, jei variklis tam tikrą laiką veikia „pasyvios regeneracijos temperatūros lange“, aktyvi regeneracija gali būti nereikalinga. Tačiau varikliui ilgą laiką veikiant žemoje temperatūroje, pavyzdžiui, tuščiąja eiga ar esant mažoms apkrovoms, ypač šaltame klimate, aktyvios regeneracijos gali prireikti.
Dyzelino kietųjų dalelių filtro veikimas
DPF filtro eksploatacija ir priežiūra
Jei vairuojate modernų dyzelinį automobilį, DPF filtras yra neatsiejama jo dalis. Kietųjų dalelių filtrų integravimas į dyzelinius automobilius išaugo 2006 m. pabaigoje, įsigaliojus EURO 4 taršos reikalavimams. Nors ilgą laiką vairuotojai siekė sumažinti degalų sąnaudas ir prailginti variklio ilgaamžiškumą, šalinant ar išjungiant DPF filtrus, šiandien jie yra būtini norint atitikti taršos standartus.
DPF filtro sistemoje įmontuota talpykla, kurioje kaupiasi suodžiai. Kai suodžių masė pasiekia tam tikrą lygį, automobilyje prasideda valymo procesas. Apie tai praneša prietaisų skydelyje deganti lemputė, padidėję variklio sūkiai bei išaugusios kuro sąnaudos. Jei pastebėjote, kad vyksta DPF filtro valymas, svarbu neužgesinti automobilio variklio iki kol procesas pasibaigs.
Kartais filtras automatiškai neišsivalo, ir kyla poreikis priverstiniam - mechaniniam - filtro valymui. Populiariausias ir efektyviausias būdas tvarkyti užsikimšusį DPF filtrą - jo išėmimas ir išplovimas profesionaliuose servisuose, turinčiuose specialią įrangą. Atlikus šią procedūrą, iš filtro pašalinama beveik 100% suodžių ir pelenų.
Jei prietaisų skydelyje įsižiebė DPF filtro įspėjamoji lemputė, tai reiškia, kad filtras perkrautas suodžiais ir reikia imtis veiksmų. Pirmiausia, pabandykite leisti filtrui išsivalyti važiuodami didesniu greičiu (pvz., užmiestyje), jei automobilio kompiuteris leidžia tai padaryti automatiškai. Važiuokite apie 15-30 minučių pastoviu greičiu (apie 60-70 km/h) su aukštesnėmis variklio apsukomis (ne mažiau 2500 rpm), vengiant dažnų stabdymų ir sustojimų.
DPF filtras yra viena iš sistemų, tiesiogiai tikrinama techninės apžiūros (TA) metu, ypač nuo 2013 m., kai sugriežtintos išmetamųjų dujų normos. Patikros metu tikrinamas ne tik dūmingumas, bet ir fizinis filtro buvimas. Todėl net programiškai „išjungtas“ DPF filtras gali būti identifikuotas.
DPF filtro trūkumai ir galimos problemos
Nepaisant savo efektyvumo, DPF filtrai turi tam tikrų problemų. Viena dažniausių yra filtro užsikimšimas, kai sulaikytos kietosios dalelės kaupiasi filtre ir riboja išmetamųjų dujų srautą. Dėl to gali sumažėti variklio galia ir padidėti degalų sąnaudos. Be to, regeneravimo procesui aktyvuoti reikalingos specifinės sąlygos (pastovus greitis, aukštesnės apsukos). Jei automobilis eksploatuojamas tik miesto sąlygomis, kur variklis nuolat veikia esant nuolatiniams apkrovos ar važiavimo sąlygų pokyčiams, filtro regeneracijos procesas negali aktyvuotis, kas lemia filtro degeneraciją ir sistemos gedimą, dėl kurio gali tekti atlikti brangiai kainuojančius remonto darbus.
Jei DPF filtro regeneracija nevyksta, automobilis gali susidurti su šiomis problemomis:
- DPF ilgainiui vis labiau užsikemša, ribojamas išmetamųjų dujų srautas, sumažėja variklio galia, didėja kuro sąnaudos.
- Padidėja automobilio išmetamųjų dujų tarša, kadangi užterštas DPF filtras nebegali tinkamai sulaikyti kietųjų dalelių. Dėl to gali stipriai padidėti dūmingumas ir automobilis gali nepraeiti privalomosios techninės apžiūros.
- Šios sistemos gedimai dažnai sukelia brangias remonto išlaidas, kurios gali susidėti iš DPF filtro keitimo, EGR ar išmetimo sistemų remonto.
Neveikiančios DPF regeneracijos požymiai gali būti: prietaisų skydelyje įsižiebusi įspėjamoji DPF arba variklio lemputė, netinkamai veikiantis variklis, padidėjusios kuro sąnaudos, stiprus dyzelino kvapas, arba automobilio aktyvuotas avarinis režimas su apribota variklio galia.
DPF filtro keitimas ir kaina
Vidutiniškai DPF filtrai tarnauja iki 200 tūkst. kilometrų, tačiau konkretus tarnavimo laikas priklauso nuo ankstesnės priežiūros. Jei susidūrėte su sistemos problemomis ties šia rida, viso filtro keitimas nauju gali būti vienintelis optimalus sprendimas. DPF filtro kaina priklauso nuo automobilio modelio ir filtro kokybės. Pigiausi filtrai kainuoja apie 200-300 eurų, o brangesni gali siekti ir tūkstantį eurų. Tinkamo filtro parinkimą reikėtų patikėti specialistams.
Jei naujo originalaus DPF filtro kaina yra per didelė, galima rinktis alternatyvų kito gamintojo DPF filtrą. Taip pat siūlomos DPF filtro valymo paslaugos, kurios atstato filtro pralaidumą iki 98%. Išplautas DPF filtras gali tarnauti tiek pat, kiek ir naujas, apie 120 000-180 000 km.
Nors kai kurie servisai siūlo DPF filtrų išpjovimą ir išprogramavimą, tai dažnu atveju yra nelegalu ir automobilis nebeatitinka nustatytų TA reikalavimų. Toks sprendimas gali tapti galvos skausmu naujam savininkui. Taip pat nelegalu ir techninėje apžiūroje lengvai patikrinama, ar DPF filtro bakelis nėra tuščias.
Naudojant DPF valymo priemones reguliariai (kas 3-6 mėnesius), galima ištirpinti susidariusius suodžių sluoksnius ir pašalinti juos su išmetamųjų dūjų srautu. Supilkite priemonę į kuro sistemą pagal instrukciją ir važiuokite transporto priemone įprastu važiavimo stiliumi, kad priedas pradėtų veikti.
Apibendrinant, DPF filtrai atlieka gyvybiškai svarbų vaidmenį mažinant oro taršą ir tausojant aplinką, tačiau jie kelia iššūkių variklio konstrukcijai ir patikimumui. DPF filtrų sudėtingumas reikalauja didelių išlaidų eksploatacijos ar remonto metu, tačiau tinkamai eksploatuojant transporto priemonę galima išvengti didesnių priešlaikinių investicijų.