Filtr cząstek stałych (DPF) 2,7 l (Discovery 3)

W pojazdach począwszy od roku modelowego 2008 opcjonalnie dostępny jest filtr cząstek stałych (DPF).

UWAGA: Układ wydechowy bez DPF jest również dostępny w pojazdach począwszy od roku modelowego 2008.

System DPF redukuje emisję cząstek stałych do znikomego poziomu.

Elementy układu DPF

Nazwa przedmiotu	Numer katalogowy części zamiennej	Opis
1		Czujnik temperatury spalin (przed katalizatorem)
2		Czujnik temperatury spalin (za katalizatorem)
3		Rurka czujnika wysokiego ciśnienia
4		Czujnik różnicy ciśnień
5		Rurka czujnika niskiego ciśnienia
6		Czujnik temperatury spalin (za DPF)
7		Filtr cząstek stałych
8		Katalizator

Emisje cząstek stałych występują w postaci czarnego dymu emitowanego przez silnik wysokoprężny w określonych warunkach obciążenia. Spaliny stanowią złożoną mieszaninę pierwiastków stałych i ciekłych, przy czym cząstkami stałymi są przede wszystkim mikrosfery węgla, na których kondensują węglowodory uwalniane z paliwa i smarów silnikowych.



Układ DPF składa się z następujących elementów:

• Filtr cząstek stałych
• Oprogramowanie sterujące DPF wbudowane w moduł sterujący silnika (ECM)
• Czujnik różnicy ciśnień

Filtr cząstek stałych

DPF znajduje się w układzie wydechowym, za katalizatorem. Główną cechą DPF jest jego zdolność do regeneracji. Regeneracja polega na spalaniu cząstek stałych uwięzionych w filtrze, co zapobiega zatykaniu filtra i umożliwia swobodny przepływ spalin. Proces regeneracji zachodzi w wyliczonych odstępach czasu i jest niezauważalny dla kierowcy samochodu.

Regeneracja jest bardzo ważna, ponieważ przepełnienie filtra może spowodować uszkodzenie silnika na skutek zbyt dużego przeciwciśnienia spalin, a sam filtr może również pęknąć lub ulec zniszczeniu. Produkty wychwytywane przez filtr to głównie cząstki węgla wraz z zaabsorbowanymi węglowodorami.

Nazwa przedmiotu	Numer katalogowy części zamiennej	Opis
A		Przód z naprzemiennie zamkniętymi komórkami
B		Widok z boku przedstawiający przepływ spalin przechodzący przez filtr i cząstki stałe gromadzące się w filtrze
C		Tylna strona z naprzemiennie zamkniętymi komórkami

DPF wykorzystuje technologię filtracji opartą na filtrze z powłoką katalityczną. Filtr DPF wykonany jest z węglika krzemu zamkniętego w stalowym pojemniku, który charakteryzuje się doskonałą odpornością na szok termiczny i przewodnością cieplną. Filtr DPF zaprojektowano tak, aby spełniał potrzeby operacyjne w zakresie utrzymania optymalnego przeciwciśnienia.



Porowata powierzchnia filtra składa się z wielu małych, równoległych kanałów rozmieszczonych wzdłużnie w stosunku do układu wydechowego. Sąsiednie kanały w filtrze są na końcu naprzemiennie zamykane. Taka konstrukcja wymusza przejście gazów spalinowych przez porowate ścianki filtra, które pełnią rolę medium filtrującego. Substancje stałe zbyt duże, aby przejść przez porowatą powierzchnię, gromadzą się i gromadzą w kanałach.

Jeśli ciała stałe gromadzące się na filtrze nie zostaną usunięte, przepływ gazów spalinowych może zostać utrudniony. Aby usunąć cząstki stałe, stosuje się proces regeneracji, podczas którego cząstki stałe ulegają utlenieniu.

Regeneracją DPF steruje temperatura spalin i DPF. Powierzchnia filtra DPF jest pokryta "powłoką płuczącą", która zawiera platynę i inne składniki aktywne i jest podobna do obróbki katalizatora. W określonej temperaturze spaliny i "płaszcz płuczący" DPF aktywują spalanie cząstek stałych, a także utlenianie tlenku węgla i węglowodorów.

Temperaturą spalin i DPF steruje oprogramowanie DPF w ECM. Oprogramowanie DPF monitoruje obciążenie DPF na podstawie stylu jazdy, przebytej odległości oraz sygnałów z czujników różnicy ciśnień i czujników temperatury. Po osiągnięciu określonego poziomu objętości cząstek stałych następuje aktywna regeneracja filtra DPF. Odbywa się to we współpracy z ECM poprzez regulację różnych funkcji zarządzania silnikiem, takich jak:

• wtrysk paliwa
• regulacja przepływu powietrza dolotowego za pomocą przepustnicy
• układ recyrkulacji spalin
• kontrola ciśnienia doładowania

Proces regeneracji jest możliwy dzięki elastyczności silnika z układem wtryskowym Common Rail, który zapewnia precyzyjną kontrolę podawania paliwa, ciśnienia paliwa i wtrysku. Parametry te mają fundamentalne znaczenie dla zapewnienia skutecznego procesu regeneracji.



Do regeneracji DPF wykorzystuje się dwa filtry – aktywny i pasywny.

Regeneracja pasywna

Regeneracja pasywna nie wymaga specjalnej interwencji ze strony układu sterującego silnikiem i zachodzi podczas normalnej pracy silnika. W wyniku regeneracji pasywnej cząstki stałe osadzone w filtrze DPF powoli przekształcają się w dwutlenek węgla. Proces ten jest aktywny, gdy temperatura DPF osiągnie 250°C (482°F). Przy dużych prędkościach i dużym obciążeniu silnika proces ten ma charakter ciągły.

Podczas regeneracji pasywnej tylko część substancji stałych przekształcana jest w dwutlenek węgla. Dzieje się tak, ponieważ proces reakcji chemicznej jest skuteczny tylko w normalnym zakresie temperatur roboczych od 250°C do 500°C (482°F do 932°F).

Powyżej tego zakresu temperatur skuteczność przekształcania cząstek stałych w dwutlenek węgla wzrasta wraz ze wzrostem temperatury filtra DPF. Takie temperatury można osiągnąć jedynie poprzez aktywny proces regeneracji.

Aktywna regeneracja

Aktywna regeneracja rozpoczyna się, gdy ilość cząstek stałych w DPF osiągnie poziom progowy monitorowany lub określany przez oprogramowanie sterujące DPF. Obliczenia progowe uwzględniają styl jazdy, przebytą odległość i sygnały ciśnienia wstecznego z czujnika różnicy ciśnień.

Z reguły regeneracja czynna następuje co 725 km, jednak częstotliwość regeneracji jest w dużym stopniu uzależniona od warunków jazdy pojazdu. Przykładowo, gdy samochód jedzie z niewielkim obciążeniem w ruchu miejskim, aktywna regeneracja będzie występować częściej. Jest to spowodowane szybszym gromadzeniem się cząstek stałych w filtrze DPF w porównaniu do trybów, w których pojazd jedzie z dużą prędkością i następuje regeneracja pasywna.



Oprogramowanie DPF zawiera licznik przebiegu, który inicjuje regenerację i służy do wspomagania aktywnej regeneracji. Regeneracja jest żądana na podstawie przebytej odległości, chyba że jest inicjowana przez sygnał przeciwciśnienia z czujnika różnicy ciśnień.

Aktywna regeneracja DPF rozpoczyna się, gdy temperatura DPF wzrośnie do temperatury spalania cząstek stałych. Temperatura filtra DPF wzrasta w wyniku wzrostu temperatury spalin. Osiąga się to poprzez wprowadzenie dodatkowego wtrysku po wtrysku wstępnym i głównym.

Oprogramowanie DPF monitoruje sygnały z dwóch czujników temperatury DPF w celu określenia temperatury DPF. W zależności od temperatury DPF oprogramowanie DPF żąda od ECM wykonania jednego lub dwóch dodatkowych cykli wtrysku paliwa:

• Pierwszy dodatkowy wtrysk paliwa spowalnia spalanie wewnątrz cylindra, co powoduje wzrost temperatury spalin.
• Drugi dodatkowy wtrysk paliwa następuje później w cyklu suwu mocy. Paliwo jest częściowo spalane w cylindrze; część niespalonego paliwa przedostaje się do układu wydechowego, gdzie inicjuje reakcję egzotermiczną w katalizatorze, dodatkowo zwiększając temperaturę filtra DPF.

Proces aktywnej regeneracji trwa około 20 minut. Pierwsza faza zwiększa temperaturę DPF do 500°C (932TF). Druga faza dodatkowo podnosi temperaturę DPF do 600°C (1112°F), co stanowi optymalną temperaturę do spalania cząstek stałych. Tę temperaturę utrzymuje się przez 15-20 minut, aby całkowicie wypalić cząstki stałe w filtrze DPF. Proces spalania przekształca cząstki węgla w dwutlenek węgla i wodę.



Temperatura aktywnej regeneracji DPF jest dokładnie kontrolowana przez oprogramowanie DPF, aby utrzymać wymaganą temperaturę 600°C (1112°F) na wlocie DPF. System zarządzania temperaturą zapewnia, że dopuszczalne temperatury pracy turbosprężarki i katalizatora nie zostaną przekroczone. Temperatura na wlocie turbosprężarki nie może przekraczać 830°C (1526 TF), temperatura katalizatora nie może przekraczać 800°C (1472 TF), a temperatura spalin nie może przekraczać 750°C (1382°F).

Podczas regeneracji aktywnej zachodzą następujące procesy kontrolowane przez ECM:

• Turbosprężarka pozostaje w pozycji całkowicie otwartej. Minimalizuje to przenoszenie ciepła ze spalin do turbosprężarki i zmniejsza natężenie przepływu spalin, umożliwiając optymalne ogrzewanie filtra DPF. Jeśli kierowca chce zwiększyć moment obrotowy, łopatki turbosprężarki można w razie potrzeby zamknąć.
• Zawór przepustnicy zamyka się, ponieważ pomaga to zwiększyć temperaturę spalin i zmniejsza natężenie przepływu spalin, co skraca czas potrzebny na rozgrzanie filtra DPF do optymalnej temperatury.
• Zawór recyrkulacji spalin (EGR) zamyka się. Zastosowanie EGR obniża temperaturę spalin i w związku z tym nie pozwala na osiągnięcie optymalnej temperatury DPF.

Jeżeli ze względu na użytkowanie pojazdu i/lub styl jazdy nie można przeprowadzić procesu aktywnej regeneracji lub nie można zregenerować DPF, dealer może przeprowadzić wymuszoną regenerację DPF. Można to zrobić, jeżdżąc pojazdem, aż silnik osiągnie normalną temperaturę roboczą, a następnie jechać z prędkością co najmniej 48 km/h przez 20 minut, lub podłączając pojazd do zatwierdzonego przez firmę Land Rover systemu diagnostycznego, który pomoże. specjalista wykona procedurę automatycznej regeneracji w celu oczyszczenia filtra DPF.

Układ kontroli filtra cząstek stałych

Aby osiągnąć optymalną wydajność filtra DPF i zapobiec zatykaniu, należy stale monitorować stan filtra DPF. ECM zawiera oprogramowanie DPF, które steruje monitorowaniem i działaniem układu DPF, a także monitoruje inne dane pojazdu w celu określenia okresów regeneracji i interwałów konserwacji.

Oprogramowanie DPF można podzielić na trzy oddzielne moduły sterujące: moduł sterujący DPF, moduł zarządzania paliwem DPF i moduł kontroli przepływu powietrza w DPF.

Te trzy moduły są kontrolowane przez czwarty moduł oprogramowania zwany modułem dopasowywania DPF. Dopasowany moduł steruje pracą pozostałych modułów w przypadku otrzymania żądania aktywnej regeneracji. Moduł sterujący DPF jest podsystemem modułu dopasowującego DPF.

Moduł kontroli zużycia paliwa DPF

Moduł zarządzania paliwem DPF steruje następującymi funkcjami:

• Synchronizacja czterech osobnych wtrysków na jeden skok roboczy i ilości wtryskiwanego paliwa (wtryski wstępny, główny i dwa dodatkowe).
• Ciśnienie wtrysku i przełączanie pomiędzy trzema różnymi poziomami kalibracji wtrysku.

Powyższe funkcje zależą od stanu katalizatora i DPF.

Oprócz pomiaru aktywności katalizatora i DPF, kontrolowany wtrysk określa wymagany poziom wtrysku. System zarządzania paliwem oblicza ilość paliwa i moment czterech oddzielnych wtrysków dla każdego z trzech poziomów kalibracji ciśnienia wtrysku, a także kontroluje przełączanie między poziomami.

Aby oddzielić funkcje podnoszenia temperatury gazów w cylindrze od produkcji węglowodorów, konieczne są dwa dodatkowe wtryski. Pierwszy wtrysk doładowujący służy do wygenerowania wyższej temperatury gazu w cylindrze przy jednoczesnym zachowaniu tego samego momentu obrotowego silnika, co podczas normalnej pracy silnika (bez regeneracji). Drugi wtrysk doładowujący służy do produkcji węglowodorów poprzez kierowanie niespalonego paliwa do katalizatora bez zwiększania momentu obrotowego silnika.

Moduł kontroli przepływu powietrza DPF

Moduł kontroli przepływu powietrza DPF steruje następującymi funkcjami:

• Układ sterowania EGR
• Układ kontroli ciśnienia doładowania
• Układ kontroli temperatury i ciśnienia powietrza dolotowego

Podczas regeneracji aktywnej EGR jest wyłączany i obliczana jest aktywacja regulatora ciśnienia doładowania w pętli zamkniętej. Moduł kontroli przepływu powietrza monitoruje poziom ciśnienia i temperatury powietrza w kolektorze dolotowym. Kontrola ta jest konieczna, aby w cylindrze panowały odpowiednie warunki umożliwiające stabilne i niezawodne spalanie dodatkowo wtryskiwanego paliwa.

Moduł kontroluje temperaturę powietrza dolotowego poprzez aktywację przepustnicy EGR i regulację ciśnienia doładowania.

Moduł dopasowujący DPF

Moduł dopasowujący DPF po otrzymaniu żądania regeneracji z modułu sterującego inicjuje i negocjuje następujące żądania regeneracji DPF:

• Wyłączenie EGR
• Kontrola ciśnienia doładowania
• Zwiększone obciążenie silnika
• Kontrolowanie ciśnienia i temperatury powietrza w kolektorze dolotowym
• Sterowanie wtryskiem paliwa

Gdy moduł sterujący wysyła żądanie regeneracji, odpowiedni moduł żąda wyłączenia EGR i podania ciśnienia doładowania wymaganego do regeneracji. Następnie czeka na informację zwrotną z układu EGR potwierdzającą, że zawór EGR jest zamknięty.

Kiedy zawór EGR zamyka się, moduł sterujący inicjuje żądanie zwiększenia obciążenia silnika poprzez kontrolowanie temperatury i ciśnienia powietrza dolotowego.

Po otrzymaniu potwierdzenia, że warunki dolotowe są pod kontrolą lub że upłynął czas kalibracji, moduł dopasowujący przechodzi w stan oczekiwania w momencie zwolnienia przez kierowcę pedału przyspieszenia. Jeżeli to nastąpi lub upłynie czas kalibracji, moduł dopasowujący generuje żądanie sterowania wtryskiem paliwa w celu podniesienia temperatury spalin.

Czujnik różnicy ciśnień

Nazwa przedmiotu	Numer katalogowy części zamiennej	Opis
1		Przyłącze niskociśnieniowe
2		Rura wysokociśnieniowa
3		Złącze elektryczne

Czujnik różnicy ciśnień montowany jest na wsporniku przymocowanym do skrzynki rozdzielczej.

Czujnik różnicy ciśnień jest wykorzystywany przez oprogramowanie do monitorowania stanu DPF. Dwie rury czujnika są połączone rurkami ze stroną wlotową i wylotową filtra DPF. Rurki umożliwiają czujnikowi pomiar ciśnienia DPF na wlocie i wylocie.

Wraz ze wzrostem ilości cząstek stałych zatrzymanych w filtrze DPF wzrasta ciśnienie po stronie wlotowej filtra DPF w stosunku do strony wylotowej. Oprogramowanie DPF wykorzystuje to porównanie w połączeniu z innymi danymi do obliczenia skumulowanej liczby wychwyconych cząstek.

Mierząc różnicę ciśnień pomiędzy wlotem i wylotem DPF oraz temperaturę DPF, oprogramowanie DPF może określić, czy filtr DPF jest zatkany i wymaga regeneracji.

Czujniki temperatury DPF

Układ DPF wykorzystuje trzy czujniki temperatury. Pierwszy czujnik montuje się bezpośrednio za turbosprężarką w rurze dolotowej katalizatora, drugi montuje się w rurze wylotowej katalizatora, a trzeci czujnik montuje się w rurze stożkowej wydechu DPF.

Czujniki mierzą temperaturę spalin na wylocie turbosprężarki, za katalizatorem i po przejściu przez DPF i dostarczają informacji niezbędnych do obliczenia temperatury DPF.

Informacje te są wykorzystywane w połączeniu z innymi danymi do obliczenia ilości nagromadzonych cząstek stałych i kontrolowania temperatury filtra DPF.

Wskazanie na tablicy przyrządów

Jeśli pojazd regularnie pokonuje krótkie trasy z małą prędkością, skuteczna regeneracja filtra DPF może nie być możliwa.

W takim przypadku oprogramowanie DPF stwierdza, że DPF jest zatkany na podstawie sygnałów z czujnika różnicy ciśnień i wyświetla kierowcy następujące ostrzeżenia:

Nazwa przedmiotu	Numer katalogowy części zamiennej	Opis
1		"PEŁNA WIZYTA DEALERA DPF"
2		"DPF PEŁNY"

Pojazdy wyposażone w filtr DPF i wysoko umieszczony zestaw wskaźników wykorzystują komunikaty na wyświetlaczu centrum komunikatów, aby ostrzegać kierowcę o stanie filtra DPF.

Gdy DPF jest pełny, kierowca jest informowany komunikatem "DPF PEŁNY", któremu towarzyszy symbol odniesienia. Zgodnie z opisem w instrukcji obsługi kierowca powinien prowadzić pojazd do momentu, aż silnik osiągnie normalną temperaturę roboczą, a następnie jechać z prędkością co najmniej 48 km/h przez 20 minut. Po pomyślnym zakończeniu regeneracji DPF komunikat "DPF PEŁNY" nie będzie już wyświetlany.

Jeżeli oprogramowanie DPF wykryje, że DPF jest nadal zatkany, wyświetli się komunikat "PEŁNA ODWIEDŹ DEALERA DPF". Kierowca powinien udać się do autoryzowanego dealera w celu wykonania wymuszonej regeneracji filtra DPF.

Skutki uboczne filtra cząstek stałych (DPF)

W poniższej sekcji opisano niektóre skutki uboczne spowodowane procesem aktywnej regeneracji.

Rozcieńczanie oleju silnikowego

Rozcieńczenie oleju silnikowego może nastąpić na skutek przedostania się niewielkich ilości paliwa do skrzyni korbowej w fazie po wtrysku. Z tego powodu wprowadzono obliczenia oparte na stylu jazdy, aby w razie potrzeby skrócić okresy międzyobsługowe wymiany oleju. O konieczności wymiany oleju kierowca jest informowany komunikatem na desce rozdzielczej.

Oprogramowanie DPF monitoruje styl jazdy pojazdu oraz częstotliwość i czas trwania aktywnej regeneracji. Na podstawie tych informacji można wykonać obliczenia dotyczące rozcieńczenia oleju silnikowego. Gdy oprogramowanie DPF obliczy, że rozcieńczenie oleju silnikowego osiągnęło zadany próg (paliwo stanowi 7% objętości oleju), na tablicy wskaźników pojawia się komunikat serwisowy.

W zależności od stylu jazdy niektóre pojazdy mogą wymagać wymiany oleju wcześniej niż w zaplanowanym terminie. Jeśli wyświetli się komunikat serwisowy, pojazd musi zostać poddany pełnemu przeglądowi, a licznik okresów międzyobsługowych zostanie wyzerowany.

Zużycie paliwa

Podczas aktywnego procesu regeneracji DPF wzrasta zużycie paliwa. Ponieważ jednak aktywna regeneracja występuje rzadko i przez ograniczony okres czasu, całkowite zużycie paliwa wzrasta o około 2%. Dodatkowe paliwo zużyte podczas procesu aktywnej regeneracji jest dodawane do chwilowego zużycia paliwa, a średnie zużycie paliwa jest wyświetlane na desce rozdzielczej.