POZNÁMKA: Výfukový systém bez DPF je dostupný aj pre vozidlá od modelového roku 2008.
Systém DPF znižuje emisie pevných častíc nafty na zanedbateľnú úroveň.
Prvky systému DPF
Názov položky | Číslo náhradného dielu | Popis |
1 | Snímač teploty výfukových plynov (pred katalyzátorom) | |
2 | Snímač teploty výfukových plynov (po katalyzátore) | |
3 | trubica snímača vysokého tlaku | |
4 | Senzor diferenčného tlaku | |
5 | Rúrka snímača nízkeho tlaku | |
6 | Snímač teploty výfukových plynov (po DPF) | |
7 | filter pevných častíc | |
8 | Katalyzátor |
Častice sú emitované ako čierny dym z dieselového motora pri určitých podmienkach zaťaženia. Výfukové plyny sú zložitou zmesou tuhých a kvapalných prvkov, pričom časticami sú najmä mikroguľôčky uhlíka, na ktorých kondenzujú uhľovodíky uvoľnené z paliva a motorových mazív.
Systém DPF pozostáva z nasledujúcich prvkov:
- filter pevných častíc
- Softvér na ovládanie DPF zabudovaný do riadiaceho modulu motora (ECM)
- Senzor diferenčného tlaku
Filter pevných častíc
DPF sa nachádza vo výfukovom systéme za katalyzátorom. Hlavnou charakteristikou DPF je jeho schopnosť regenerácie. Regenerácia je spaľovanie pevných častíc zachytených vo filtri, čo zabraňuje upchatiu filtra a umožňuje voľný priechod výfukových plynov. Proces regenerácie prebieha vo vypočítaných intervaloch a vodič si ho nevšimne.
Regenerácia zohráva veľmi dôležitú úlohu, pretože preplnený filter môže spôsobiť poškodenie motora v dôsledku príliš vysokého protitlaku výfukových plynov a samotný filter sa môže zlomiť alebo zničiť. Produkty zachytené filtrom sú hlavne uhlíkové častice s adsorbovanými uhľovodíkmi.
Názov položky | Číslo náhradného dielu | Popis |
A | Predná strana so striedavo uzavretými bunkami | |
B | Bočný pohľad znázorňujúci prietok výfukových plynov cez filter a častice zhromaždené vo filtri | |
C | Zadná strana so striedajúcimi sa uzavretými bunkami |
DPF využíva filtračnú technológiu založenú na filtri s katalytickým povlakom. DPF je vyrobený z karbidu kremíka uzavretého v oceľovej nádobe, ktorá má vynikajúcu odolnosť proti tepelným šokom a tepelnú vodivosť. DPF je navrhnutý s ohľadom na prevádzkové potreby na udržanie optimálneho protitlaku.
Pórovitý povrch filtra pozostáva z mnohých malých paralelných kanálikov umiestnených pozdĺžne vzhľadom na výfukový systém. Susedné kanály vo filtri sú na konci striedavo uzavreté. Táto konštrukcia núti výfukové plyny prechádzať cez porézne steny filtra, ktoré fungujú ako filtračné médium. Pevné látky príliš veľké na to, aby prešli cez porézny povrch, sa zhromažďujú a ukladajú v kanáloch.
Ak sa pevné častice, ktoré sa hromadia na filtri, neodstránia, môže byť zablokovaný priechod výfukových plynov. Na odstránenie pevných častíc sa používa proces regenerácie, pri ktorom dochádza k oxidácii pevných častíc.
Regenerácia DPF je riadená teplotou výfukových plynov a DPF. DPF má povrchovo upravený filter "wash coat", ktorý obsahuje platinu a ďalšie aktívne zložky a je podobný spracovaniu katalyzátora. Pri určitých teplotách výfukových plynov a DPF "wash coat" okrem oxidácie oxidu uhoľnatého a uhľovodíkov aktivuje spaľovanie pevných častíc.
Teploty výfukových plynov a DPF sú riadené softvérom DPF v ECM. Softvér DPF monitoruje zaťaženie DPF na základe štýlu jazdy, prejdenej vzdialenosti a signálov zo snímačov diferenčného tlaku a snímačov teploty. Keď sa dosiahne vopred stanovená úroveň objemu pevných látok, DPF sa aktívne regeneruje. Vykonáva sa v spolupráci s ECM prostredníctvom regulácie rôznych funkcií riadenia motora, ako napríklad:
- vstrekovanie paliva
- ovládanie prietoku nasávaného vzduchu pomocou škrtiacej klapky
- systém recirkulácie výfukových plynov
- ovládanie plniaceho tlaku
Na regeneráciu DPF sa používajú dva filtre – aktívny a pasívny.
Pasívna regenerácia
Pasívna regenerácia nevyžaduje špeciálny zásah zo strany riadiaceho systému motora a prebieha počas normálnej prevádzky motora. Vďaka pasívnej regenerácii sa pevné častice usadené v DPF pomaly premieňajú na oxid uhličitý. Tento proces je aktívny, keď teplota DPF dosiahne 250°C (482°F). Pri vysokých rýchlostiach a veľkom zaťažení motora sa tento proces stáva nepretržitým.
Pri pasívnej regenerácii sa len časť pevných častíc premení na oxid uhličitý. Je to preto, že proces chemickej reakcie je účinný len v rámci normálneho rozsahu prevádzkových teplôt od 250°C do 500°C (482°F až 932°F).
Nad týmto teplotným rozsahom sa účinnosť premeny pevných častíc na oxid uhličitý zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou DPF. Tieto teploty je možné dosiahnuť len aktívnym procesom regenerácie.
Aktívna regenerácia
Aktívna regenerácia začína, keď množstvo pevných častíc v DPF dosiahne prahovú úroveň, ktorá je monitorovaná alebo určená riadiacim softvérom DPF. Výpočet prahu berie do úvahy štýl jazdy, prejdenú vzdialenosť a signály protitlaku zo snímača diferenčného tlaku.
K aktívnej regenerácii dochádza spravidla každých 725 km, ale frekvencia regenerácie je značne závislá od jazdných podmienok vozidla. Napríklad pri jazde autom s malým nákladom v mestskej premávke bude aktívna regenerácia prebiehať častejšie. Je to spôsobené rýchlejšou akumuláciou pevných častíc v DPF v porovnaní s režimami, kde vozidlo jazdí vysokou rýchlosťou a dochádza k pasívnej regenerácii.
Softvér DPF obsahuje počítadlo kilometrov, ktoré spúšťa regeneráciu a slúži na zálohovanie aktívnej regenerácie. Regenerácia sa vyžaduje na základe prejdenej vzdialenosti, pokiaľ nie je iniciovaná signálom protitlaku z vysielača rozdielu tlaku.
Aktívna regenerácia DPF sa spustí, keď teplota DPF stúpne na teplotu spaľovania pevných častíc. Teplota DPF sa zvyšuje zvýšením teploty výfukových plynov. To sa dosiahne zavedením dodatočného vstrekovania po pilotnom a hlavnom vstreku.
Softvér DPF monitoruje signály z dvoch snímačov teploty DPF, aby určil teplotu DPF. V závislosti od teploty DPF softvér DPF požiada modul ECM o vykonanie jedného alebo dvoch cyklov po vstreknutí paliva:
- Prvým dodatočným vstrekom paliva sa spomalí spaľovanie vo vnútri valca, čím sa zvýši teplota výfukových plynov.
- K druhému vstrekovaniu paliva po vstreknutí dôjde neskôr v cykle elektrického zdvihu. Palivo čiastočne horí vo valci; časť nespáleného paliva vstupuje do výfukového systému, kde iniciuje exotermickú reakciu v katalyzátore, čím ďalej zvyšuje teplotu DPF.
Teplota aktívnej regenerácie DPF je starostlivo kontrolovaná softvérom DPF, aby sa udržala požadovaná teplota 600°C (1112°F) na vstupe DPF. Systém regulácie teploty zabraňuje tomu, aby turbodúchadlo a katalyzátor prekročili limity prevádzkovej teploty. Vstupná teplota turbodúchadla nesmie prekročiť 830°C (1526TF), teplota katalyzátora nesmie prekročiť 800°C (1472TF), a výstupná teplota musí zostať pod 750°C (1382°F).
Počas aktívnej regenerácie prebiehajú nasledujúce procesy riadené ECM:
- Turbodúchadlo je udržiavané v úplne otvorenej polohe. Tým sa minimalizuje prenos tepla z výfukových plynov do turbodúchadla a znižuje sa prietok výfukových plynov, aby sa dosiahlo optimálne zahriatie DPF. Ak si vodič želá zvýšiť krútiaci moment, v prípade potreby je možné zatvoriť lopatky turbodúchadla.
- Škrtiaca klapka sa zatvorí, pretože to pomáha zvyšovať teplotu výfukových plynov a znižuje prietok výfukových plynov, čo skracuje čas na zahriatie DPF na optimálnu teplotu.
- Ventil recirkulácie výfukových plynov sa zatvorí (EGR). Použitie EGR znižuje teplotu výfukových plynov a preto nedosahuje optimálnu teplotu DPF.
Riadiaci systém filtra pevných častíc
Pre dosiahnutie optimálneho výkonu DPF a zabránenie upchávania je potrebné stav DPF neustále monitorovať. ECM obsahuje softvér DPF, ktorý riadi monitorovanie a prevádzku systému DPF a tiež monitoruje ďalšie údaje vozidla, aby určil periódy regenerácie a servisné intervaly.
Softvér DPF možno rozdeliť do troch samostatných modulov riadiaceho softvéru: riadiaci modul DPF, modul riadenia prietoku paliva DPF a modul riadenia prietoku vzduchu DPF.
Tieto tri moduly sú riadené štvrtým softvérovým modulom, ktorý sa nazýva modul prispôsobenia DPF. Zodpovedajúci modul riadi činnosť ostatných modulov, keď sa požaduje aktívna regenerácia. Riadiaci modul DPF je podsystémom modulu prispôsobenia DPF.
Modul riadenia paliva DPF
Modul riadenia paliva DPF riadi nasledujúce funkcie:
- Synchronizácia štyroch samostatných vstrekov na pracovný zdvih a množstva vstrekovaného paliva (predbežná, hlavná a dve dodatočné injekcie).
- Vstrekovací tlak a prepínanie medzi tromi rôznymi úrovňami kalibrácie vstrekovania.
Okrem merania aktivity katalyzátora a DPF, riadené vstrekovanie určuje požadovanú úroveň vstrekovania. Systém riadenia paliva vypočítava množstvo paliva a časovanie štyroch samostatných vstrekov pre každú z troch úrovní kalibrácie vstrekovacieho tlaku a riadi prepínanie medzi jednotlivými úrovňami.
Na oddelenie funkcií zvýšenia teploty plynov vo valci a produkcie uhľovodíkov sú potrebné dve dodatočné vstreky. Prvý dodatočný vstrek sa používa na vytvorenie vyššej teploty plynov vo valcoch pri súčasnom zachovaní rovnakého krútiaceho momentu motora ako pri normálnom (nie počas regenerácie) chod motora. Druhý post-vstrekovanie sa používa na generovanie uhľovodíkov nasmerovaním nespáleného paliva do katalyzátora bez zvýšenia krútiaceho momentu motora.
Modul riadenia prietoku vzduchu DPF
Modul riadenia prietoku vzduchu DPF riadi nasledujúce funkcie:
- Riadiaci systém EGR
- systém riadenia plniaceho tlaku
- Systém kontroly teploty a tlaku nasávaného vzduchu
Modul riadi teplotu nasávaného vzduchu ovládaním škrtiacej klapky EGR a úpravou plniaceho tlaku.
Modul zhody DPF
Koordinačný modul DPF po prijatí požiadavky na regeneráciu z riadiaceho modulu iniciuje a koordinuje nasledujúce požiadavky na regeneráciu DPF:
- Zakázať EGR
- Ovládanie plniaceho tlaku
- Zvýšené zaťaženie motora
- Regulácia tlaku vzduchu a teploty v potrubí
- Ovládanie vstrekovania paliva
Keď sa ventil EGR zatvorí, koordinačný modul spustí požiadavku na zvýšenie zaťaženia motora riadením teploty a tlaku nasávaného vzduchu.
Po prijatí potvrdenia, že podmienky nasávania sú pod kontrolou alebo že čas kalibrácie uplynul, prejde prispôsobovací modul do stavu čakania, kým vodič uvoľní pedál plynu. Ak sa tak stane alebo uplynie čas kalibrácie, prispôsobovací modul vygeneruje požiadavku na riadenie vstrekovania paliva na zvýšenie teploty výfukových plynov.
Senzor diferenčného tlaku
Názov položky | Číslo náhradného dielu | Popis |
1 | Nízkotlakové pripojenie | |
2 | Vysokotlakové pripojenie | |
3 | elektrický konektor |
Snímač diferenčného tlaku je namontovaný na konzole pripevnenej k prenosovej skrini.
Senzor diferenčného tlaku používa softvér na monitorovanie stavu DPF. Dve rúrky na snímači sú spojené rúrkami so vstupnou a výstupnou stranou DPF. Rúry umožňujú senzoru merať tlak DPF v sacom a výfukovom potrubí.
So zvyšujúcim sa množstvom pevných častíc zachytených DPF sa zvyšuje tlak na sacej strane DPF v porovnaní s výfukovou stranou. Softvér DPF používa toto porovnanie v kombinácii s inými údajmi na výpočet akumulovaného počtu zachytených častíc.
Meraním tlakového rozdielu medzi vstupom a výstupom DPF a teplotou DPF dokáže softvér DPF určiť, či je DPF upchatý a je potrebné ho regenerovať.
DPF snímače teploty
Systém DPF využíva tri snímače teploty. Prvý snímač je umiestnený hneď za turbodúchadlom vo vstupnom potrubí katalyzátora, druhý je umiestnený vo výstupnom potrubí katalyzátora a tretí snímač je vo výstupnom kužeľovom potrubí DPF.
Snímače merajú teplotu výfukových plynov na výstupe z turbodúchadla, za katalyzátorom a po prechode cez DPF a poskytujú informácie potrebné na výpočet teploty DPF.
Tieto informácie sa používajú v spojení s ďalšími údajmi na výpočet nahromadených častíc a na kontrolu teploty DPF.
Indikácia na prístrojovej doske
Ak vozidlo pravidelne vykonáva krátke jazdy nízkou rýchlosťou, účinná regenerácia DPF nemusí byť možná.
V tomto prípade softvér DPF určí, že DPF je upchatý na základe signálov zo snímača diferenčného tlaku a vydá vodičovi nasledujúce upozornenia:
Názov položky | Číslo náhradného dielu | Popis |
1 | 'DPF FULL VISIT DEALER' (DPF PLNÝ, NAVŠTÍVTE PREDAJCU) | |
2 | 'DPF FULL' (DPF PLNY) |
Vozidlá vybavené DPF a združeným prístrojom na vysokej úrovni používajú správy na displeji centra správ, aby upozornili vodiča na stav DPF.
Keď sa DPF naplní, vodič bude informovaný správou "DPF FULL", za ktorým nasleduje symbol vyhľadávania. Ako je popísané v návode na obsluhu, vodič musí jazdiť s vozidlom, kým sa motor nezohreje na normálnu prevádzkovú teplotu, a potom pokračovať v jazde rýchlosťou aspoň 30 mph (48 km/h) po dobu 20 minút. Po úspešnom dokončení regenerácie DPF sa zobrazí hlásenie "DPF FULL" sa prestane zobrazovať.
Ak softvér DPF zistí, že DPF je stále upchatý, zobrazí sa správa "DPF FULL VISIT DEALER". Vodič by mal navštíviť autorizovaného predajcu kvôli nútenej regenerácii DPF.
Vedľajšie účinky filtra pevných častíc (DPF)
Nasledujúca časť popisuje niektoré vedľajšie účinky spôsobené procesom aktívnej regenerácie.
Riedenie motorového oleja
K zriedeniu motorového oleja môže dôjsť v dôsledku malého množstva paliva vstupujúceho do kľukovej skrine počas fázy po vstreknutí. Z tohto dôvodu boli zavedené výpočty založené na štýle jazdy, aby sa v prípade potreby skrátili servisné intervaly výmeny oleja. Na nutnosť výmeny oleja je vodič upozornený správou na prístrojovom paneli.
Softvér DPF monitoruje štýl jazdy, frekvenciu a trvanie aktívnej regenerácie. Na základe týchto informácií je možné vykonať výpočty týkajúce sa riedenia motorového oleja. Keď softvér DPF vypočíta, že riedenie motorového oleja dosiahlo vopred stanovený prah (palivo je 7% objemu ropy), na prístrojovej doske sa zobrazí servisná správa.
V závislosti od vášho štýlu jazdy môžu niektoré vozidlá vyžadovať výmenu oleja pred plánovaným intervalom. Ak sa zobrazí servisné hlásenie, vozidlo potrebuje úplný servis, po ktorom sa počítadlo servisných intervalov vynuluje.
Spotreba paliva
Počas procesu aktívnej regenerácie DPF sa zvyšuje spotreba paliva. Keďže však k aktívnej regenerácii dochádza zriedkavo a na obmedzený čas, celková spotreba paliva sa zvýši približne o 2 %. Dodatočné palivo spotrebované počas procesu aktívnej regenerácie sa pripočíta k okamžitej spotrebe paliva a priemerná spotreba paliva sa zobrazí na prístrojovej doske.
Komentáre k tomuto článku