Катализатор и сажевый фильтр в чем разница: Какая разница между катализатором и сажевым фильтром?

Разница между катализатором и сажевым фильтром. Чем отличаются. В чем есть сходства.

Существует два отдельных понятия – сажевый фильтр и катализатор. Они используются для обозначения устройств, монтируемых на автомобилях, работающих на разных типах топлива. Сажевый фильтр устанавливается на авто с дизельным мотором, а катализатор – на машины с бензиновым двигателем. Важно разграничивать эти понятия.

Катализатор

Катализатор или каталитический нейтрализатор – это компонент автомобиля, который внешне выполнен в форме цилиндра или прямоугольника, необходимый для нейтрализации вредных веществ, присутствующих в выхлопных газах, поставляемым мотором, функционирующем на бензине или газообразном топливе.

В структуре нейтрализатора имеется несколько частей:

• Внешний металлический кожух;
• Впускная воронка;
• Монтажный мат;
• Монолитная сердцевина из металла или керамики;
• Выпускная воронка.

Катализатор в поперечном разрезе имеет конструкцию с мелкоячеистыми сотами, у которых поверхность изнутри покрывается слоем драгметаллов платиновой группы, достаточно эффективно взаимодействующих с компонентами выхлопа – это родий, платина, палладий. При прохождении газов по пространству внутри катализатора вредные компоненты, образующиеся при сгорании бензина, вступают во взаимодействие с каталитическим слоем, преобразуются в соединения, не представляющие опасности для человека и окружающей среды – азот, водяной пар, диоксид углерода. Они выводятся в атмосферу. Катализатор улавливает твердые компоненты топливного распада, оседающие на стенках.

Все эти процессы обуславливают постепенное загрязнение катализатора по мере эксплуатации авто, в результате чего эта деталь совершенно утрачивает собственные функции, поэтому требуется провести ее чистку либо полноценную замену на новый компонент.

Сажевый фильтр

Сажевый фильтр используется только для моторов, которые работают на дизельном топливе. Это объясняется тем, что процесс сгорания дизельного топлива сопровождается выделением большего объема коптящего дыма. Сажевый фильтр предназначен для эффективного улавливания твердых частиц сажи, которые конденсируются из отработанных газов, а также нейтрализует вредные компоненты.

Внутренняя конструкция сажевого фильтра сильно разветвлена, напоминает лабиринт, в котором есть множество полостей для удержания сажи.

У некоторых типов сажевых фильтров есть титановые ячейки, которые обеспечивают нейтрализацию вредных компонентов – оксида азота и окиси углерода. Получается, что сажевый фильтр не только улавливает сажу, но и исполняет функции катализатора. По мере заполнения фильтра у транспортного средства существенно повышается потребление топлива, но мощность снижается.

Сходство сажевого фильтра и катализатора

• Улавливают и нейтрализуют продукты сгорания автомобильного топлива.
• Защищают окружающую среду от вредных веществ, присутствующих в отработанных газах.
• Монтируются на выпускном коллекторе автомобиля.
• Это обязательные компоненты для всех машин в зависимости от типа мотора, что регламентировано европейскими нормами экологической безопасности.
• Конструктивно выполнены в форме прямоугольника или цилиндра, у которого есть входящая и выходящая воронка. Снаружи корпус из металла, внутри бывает разным.
• Требуется периодическая регенерация или полная замена.
• Специальные датчики отслеживают степень загрязнения сажевого фильтра или катализатора.

Разница между катализатором и сажевым фильтром

• Тип мотора. Катализатор монтируется на авто, работающие на бензине, газу.
• Внутри структура выполнена с мелкоячеистыми сотами.
• Соты покрыты каталитическим слоем из благородных металлов, которые превращают вредные продукты в безопасные соединения.
• Внутренние каналы и ячейки имеют малую ширину.
• Срок эксплуатации зависит от множества параметров, а также от материала.
• Способ очистки. Если катализатор загрязнен не сильно, то можно очистить его без демонтажа посредством добавления в топливо химических реактивов. В случае существенных загрязнений требуется демонтировать компонент, чтобы промыть в специальной жидкости. Полностью вышедший из строя катализатор заменяется на новый.

Разница между катализатором и сажевым фильтром

06.12.2021

Со временем ряд деталей в автомобиле выходят из строя и требуют замены. И если вдруг вам говорят, что катализатор и сажевый фильтр — синонимичные понятия, то знайте, что это ошибка. Давайте разбираться, какие сходства и различия есть у запчастей. Начнем с определения каждого.

• Катализатором называют устройство для машины. Главное предназначение каталитического нейтрализатора состоит в очистке выхлопа от сажи и различных канцерогенных веществ. Важно, что устройство устанавливается на автомобилях с бензиновым двигателем или на транспортных средствах, работающих на газу.
• Сажевым фильтром называют устройство, очищающее выхлоп от сажи, но устанавливается оно в автомобилях с дизельным двигателем.

Сходства деталей

Запчасти похожи по ряду пунктов.

• Предназначение. Детали очищают выхлопные газы от вредных примесей и сажи.
• Расположение в автомобиле. Оба устройства — часть выпускного коллектора.
• Необходимость применения. В соответствии с европейскими стандартами все современные транспортные средства должны иметь каталитический нейтрализатор или фильтр в зависимости от типа двигателя.
• Внешняя конфигурация. Запчасти по форме напоминают цилиндр или параллелепипед, от которого отходят патрубки.
• Загрязнение и замена. И каталитический нейтрализатор, и фильтр со временем накапливают вредные частички, сажу и копоть, поэтому могут выйти из строя и потребовать обязательной замены на новую деталь. На современных автомобилях стоят датчики, которые позволяют контролировать степень загрязнения детали. Если устройство накопило незначительное количество сажи, то можно очистить соты или карманы без замены всей запчасти.

Различия запчастей

Основное различие двух устройств состоит в типе двигателей, с которыми они используются. Однако это не все характеристики. Поговорим про каждую из деталей подробнее.

• Каталитический нейтрализатор внешне похож на цилиндр или на прямоугольный параллелепипед. Внутри деталь покрыта специальными материалами, а именно – палладием или платиной. Это сделано специально, так как через запасную часть проходит огромное количество вредных веществ. В разрезе устройство выглядит как керамическая конструкция, напоминающая пчелиные соты. Также нейтрализатор изготавливают из стали с определенным уровнем теплопроводности. Когда выхлопные газы вступают в реакцию с керамикой или сталью, то продукты сгорания распадаются до безопасных химических соединений.
  Именно благодаря нейтрализации в атмосферу попадают очищенные выхлопы. Твердые частички задерживаются внутри. Со временем они накапливаются, из-за чего устройство портится и выходит из строя. Керамическая деталь служит меньше, чем стальная. Последняя более устойчива к перепадам температур, поэтому в среднем рассчитана на 150 тыс. км пробега. Керамика проходит 50-70 тыс. км.
• Фильтр захватывает сажу и не дает ей выйти наружу. Дизельные моторы вырабатывают гораздо больше вредных частиц, которые содержатся в копоти. Чтобы сажа осталась внутри, фильтр делают похожим на лабиринт. Материал используют не такой, как в каталитическом нейтрализаторе, а другой: карбид кремния. Также существуют гибридные фильтры с титановыми ячейками. Понять, что устройство вышло из строя, можно по резко возросшему объему потребления топлива, снижению мощности и глохнущему без причины двигателю. Сколько будет служить запчасть, зависит от условий использования. В среднем показатель варьируется от 50 до 120 тыс. км пробега.

Таким образом, структура запчастей, тип мотора, принцип действия и срок эксплуатации у деталей различаются. Теперь вы знаете, что представляют собой оба устройства. Если приедете в мастерскую или магазин, а вам назовут деталь, которой на авто с вашим двигателем быть не должно, то лучше смените станцию обслуживания или точку продаж на ту, где работают профессионалы.

Возникли вопросы?

Заполните форму обратной связи, наши менеджеры свяжутся с вами!

Задать вопрос

Возврат к списку

Поделиться:

КАТАЛИЗАТОР ОКИСЛЕНИЯ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ — ФИЛЬТР САЖЕЙ ДЛЯ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ / КАТАЛИТИЧЕСКИЕ ДИЗЕЛЬНЫЕ ФИЛЬТРЫ

 

Что такое катализатор окисления дизельного топлива?

Катализаторы окисления дизельных двигателей (DOC) — это каталитические нейтрализаторы, разработанные специально для дизельных двигателей и оборудования для снижения выбросов окиси углерода (CO), углеводородов (HC) и твердых частиц (PM). DOC просты, недороги, не требуют технического обслуживания и подходят для всех типов и применений дизельных двигателей.

Рисунок 1. Как работает катализатор окисления дизельного топлива (DOC)

Современные каталитические нейтрализаторы состоят из монолитной сотовой подложки, покрытой катализатором из металла платиновой группы, упакованной в контейнер из нержавеющей стали. Сотовая структура с множеством небольших параллельных каналов обеспечивает большую площадь каталитического контакта с выхлопными газами. Когда горячие газы контактируют с катализатором, некоторые загрязнители выхлопных газов превращаются в безвредные вещества: углекислый газ и воду.

Катализатор окисления дизельного топлива  предназначен для окисления моноксида углерода, углеводородов газовой фазы и фракции SOF дизельных твердых частиц до CO2 и H3O:

Выхлопные газы дизельных двигателей содержат достаточное количество кислорода, необходимого для вышеуказанных реакций. Концентрация O2 в выхлопных газах дизельного двигателя колеблется от 3 до 17 % в зависимости от нагрузки двигателя. Типичная эффективность преобразования CO и HC в катализаторе окисления дизельного топлива Nett® представлена ​​на рисунке 2. Активность катализатора увеличивается с температурой. Минимальная температура отработавших газов около 200°C необходима для того, чтобы катализатор «загорелся». При повышенных температурах конверсия зависит от размера и конструкции катализатора и может превышать 90%.

Рисунок 2. Каталитическая конверсия окиси углерода и углеводородов

Преобразование твердых частиц в дизельном топливе является важной функцией современного дизельного катализатора окисления . Катализатор проявляет очень высокую активность в окислении органической фракции (СОФ) дизельных частиц. Конверсия SOF может достигать и превышать 80%. При более низких температурах, скажем, 300°C, общая конверсия ДПМ обычно составляет от 30 до 50% (рис. 3). При высоких температурах, выше 400°С, в катализаторе может протекать контрпродуктивный процесс. Это окисление диоксида серы до триоксида серы, который соединяется с водой с образованием серной кислоты:

Происходит образование частиц сульфата (SO4), что перевешивает пользу от снижения содержания SOF. На Рисунке 3 показана примерная ситуация, когда при 450°C суммарные выбросы DPM при выключенном двигателе и катализаторе равны. В действительности образование сульфатов сильно зависит от содержания серы в топливе, а также от состава катализатора. Можно уменьшить выбросы ДФМ с помощью катализатора даже при высоких температурах, при условии, что используется подходящий состав катализатора и топливо хорошего качества с низким содержанием серы. С другой стороны, 9Катализатор окисления дизельного топлива 0003 , используемый с топливом с высоким содержанием серы, увеличит общий выход DPM при более высоких температурах. Вот почему дизельные катализаторы получили более широкое распространение только после промышленного внедрения дизельного топлива с низким содержанием серы.

Рисунок 3. Каталитическая конверсия DPM

Катализатор окисления дизельного топлива t, в зависимости от его состава, также может проявлять некоторую ограниченную активность в отношении восстановления оксидов азота в дизельных выхлопах. Обычно наблюдается конверсия NOx на уровне 10-20%. Конверсия NOx имеет максимум при температуре среды около 300°C.

DOC сокращают содержание монооксида углерода (CO) и углеводородов (HC), включая растворимую органическую фракцию (SOF) дизельных твердых частиц (DPM). Катализаторы окисления дизельных двигателей (DOC) серии M (металлические)

Катализаторы окисления дизельных двигателей (DOC) серии M (металлические)

• Технология Metallic DOC
• Сертифицировано EPA для стационарного применения
• Не требующее технического обслуживания, надежное и экономичное решение для контроля выбросов
• Доступны как универсальные конструкции, так и конструкции с прямой посадкой (в базе данных Nett Technologies имеется более 10 000 конструкций глушителей с прямой посадкой)
• Глушители полностью изготовлены из коррозионно-стойких материалов : алюминированная и нержавеющая сталь
• Время и стоимость установки сокращаются до минимума
• Каталитические глушители DOC соответствуют или превосходят оригинальные глушители по характеристикам шумоподавления и обратного давления, а также имеют превосходные характеристики выбросов
• Отлично подходит для снижения вредных выбросов, таких как угарный газ (CO) и углеводороды (HC).

Серия M – технология

В каталитических нейтрализаторах дизельных выхлопных газов Nett серии M используются металлические монолитные катализаторы. Опоры изготовлены из гофрированной фольги из высокотемпературной нержавеющей стали. Пакеты из нескольких слоев фольги помещаются в корпуса из нержавеющей стали и фиксируются кольцами из нержавеющей стали. Специальный рисунок гофра фольги в виде елочки создает ячеистую структуру со смешанным потоком. Выхлопные газы дизельного катализатора окисления (DOC) принудительно переходят в режим турбулентного потока, что обеспечивает лучший контакт между газом и катализатором, улучшенные условия массопереноса и более высокую эффективность преобразования. Отдельные физические свойства металлических монолитов Nett перечислены в таблице ниже.

Катализатор наносится на фольгу до формирования подложки. Специальный процесс нанесения покрытия из фольги обеспечивает непревзойденный контроль однородности покрытия, адгезии и эффективного использования катализатора. Скопление толстого слоя в углах ячеек, характерное для других конструкций металлических подложек, полностью исчезает при использовании технологии предварительного покрытия фольгой.

Катализаторы окисления дизельных двигателей серии D (керамические) (Doc)

• Керамическая технология DOC с цеолитами, предназначенная для расширения рабочих характеристик дизельных каталитических нейтрализаторов в низкотемпературном диапазоне
• Не требующее технического обслуживания, надежное и экономичное решение для контроля выбросов
• Доступны как универсальные конструкции, так и конструкции с прямой посадкой (в базе данных Nett Technologies имеется более 10 000 конструкций глушителей с прямой посадкой)
• Глушители полностью изготовлены из коррозионно-стойких материалов : алюминированная и нержавеющая сталь
• Время и стоимость установки сокращаются до минимума
• Каталитические глушители DOC соответствуют или превосходят оригинальные глушители по характеристикам шумоподавления и обратного давления, а также имеют превосходные характеристики выбросов
• Великолепно снижает опасные выбросы, такие как угарный газ (CO) и углеводороды (HC)

Серия D – технология

Катализаторы окисления дизельных двигателей (DOC) доступны на керамических подложках. Круглые кордиеритовые подложки с квадратной геометрией ячеек используются во всех катализаторах серии D. Отдельные свойства субстратов перечислены в Таблице 1 ниже.

Катализированные субстраты заворачиваются в специальный упаковочный мат и упаковываются в стальную тару по технологии упаковки жгутом. Tourniquet известен как лучшая технология упаковки каталитических нейтрализаторов, производящая самые прочные и долговечные нейтрализаторы.

Керамические подложки дают несколько больший перепад давления, чем металлические подложки тех же размеров, из-за их более толстых стенок. Однако для большинства применений катализаторы серии D имеют больший размер, чем катализаторы окисления дизельных двигателей (DOC) серии M, чтобы обеспечить достаточный объем ловушки углеводородов. Используя каталитические подложки серии D большего диаметра и большей лобовой площади, можно добиться сравнимых потерь давления для катализаторов серии M и серии D при установке на одинаковые двигатели.

Большинство сравнений падения давления между керамическими и металлическими носителями катализатора основаны на голых (не покрытых) субстратах. Хотя непокрытые керамические подложки имеют более толстые стенки (таблица 1), разница в толщине стенок уменьшается после нанесения каталитического покрытия. Это объясняется присущей керамическим подложкам пористостью, которая «впитывает» часть каталитического покрытия в поры стенок. Поскольку металлические подложки непористые, все покрытие катализатора остается на их поверхности. Следовательно, когда одинаковая загрузка каталитического материала применяется к керамической и металлической подложке, это создает более толстый слой покрытия и большее ограничение потока в металлической подложке.

---

Фильтрация твердых частиц в дизельных двигателях

Фильтры твердых частиц в дизельных двигателях улавливают частицы сажи из выхлопных газов двигателя, предотвращая их попадание в окружающую среду. В отличие от каталитического нейтрализатора, который предназначен для уменьшения выбросов газовой фазы, протекающих через катализатор, сажевый фильтр предназначен для улавливания и удержания твердых частиц до тех пор, пока частицы не смогут окислиться или сгореть в самом DPF посредством процесса, называемого регенерацией.

Наиболее распространенными широко используемыми сажевыми фильтрами являются ячеистые керамические сотовые фильтры с каналами, которые заглушены на чередующихся концах, как показано на рис. через пористые стенки фильтра. В то время как выхлопной газ может проходить через стенки, частицы сажи задерживаются в порах фильтра и в слое поверх стенок канала. Сотовая конструкция обеспечивает большую площадь фильтрации при минимальных потерях давления и стала стандартным так называемым фильтром с пристенным потоком для большинства приложений фильтрации выхлопных газов дизельных двигателей. Керамические материалы широко используются для сажевых фильтров, учитывая их хорошую термическую стойкость, при этом наиболее распространенными керамическими материалами являются: кордиерит, карбид кремния и титанат алюминия.

Сажевый фильтр для большегрузных автомобилей (а), поперечный разрез, показывающий процессы фильтрации в нескольких каналах DPF (б), и крупный план улавливания и отложения частиц на стенках канала (в).

Детали процесса фильтрации показаны на Рисунке 1(b), на котором показаны частицы сажи, захваченные вдоль впускного канала, который открыт на переднем конце, но закупорен на заднем конце. DPF содержат несколько сотен каналов или ячеек на квадратный дюйм (cpsi), наиболее распространенным из которых является 200 cpsi. Поскольку половина каналов заглушена в передней части сажевого фильтра, а другая половина — в задней части фильтра, только половина каналов фильтра накапливает сажу или пепел. То есть только каналы, открытые на входе, подвергаются воздействию «грязного» выхлопного потока, а каналы, открытые на стороне выхода, остаются чистыми. Учитывая небольшой размер пор и конструкцию сотовых фильтров, фильтры DPF могут достигать эффективности улавливания частиц 99% и выше. Благодаря высокой эффективности улавливания и конструкции ячеек DPF видимая сажа или пепел не должны проходить через стенки фильтра. Черные полосы или видимая сажа в выходных каналах — верный признак неисправности фильтра.

Частицы сажи улавливаются и задерживаются в DPF за счет сочетания глубинной фильтрации внутри пор фильтра и поверхностной фильтрации вдоль стенок канала. На вставке к рисунку 1(в) показаны эти два процесса, когда небольшая часть сажи сначала скапливается в порах фильтра (1), а затем образует слой вдоль стенок канала (2). По мере увеличения количества сажи в фильтре повышается и его эффективность улавливания, поскольку накопленная сажа образует дополнительный слой для улавливания поступающих частиц. Конкретные механизмы фильтрации сажи, будь то в порах на поверхности стенок, играют важную роль в определении общего увеличения противодавления выхлопных газов (или перепада давления на фильтре), как показано на Рисунке 2.9.0009

Рис. 2. Эволюция перепада давления при накоплении сажи в DPF, показывающая быстрый начальный рост перепада давления из-за накопления сажи в порах фильтра (1) с последующим постепенным увеличением по мере образования слоя сажи вдоль стенок (2).

Пористость большинства коммерческих DPF колеблется от 40% до 60%. Стенки этих фильтров содержат сложную сеть пор диаметром от 10 до 30 микрометров (микрон) [2]. В новом или чистом DPF поверхность фильтра подвергается воздействию выхлопных газов, и сажа быстро накапливается в поверхностных порах. Хотя в микропорах фильтра накапливается лишь небольшая часть общего количества сажи, она способствует резкому увеличению перепада давления на фильтре, показанному на рис. 2. Последующее накопление сажи в DPF образует слой (слой осадка) вдоль стенок фильтра. канала, что приводит к более медленному и постепенному росту перепада давления на фильтре. В зависимости от уровня содержания сажи и типа фильтра накопление пор может составлять 50% падения давления на фильтре, а в некоторых случаях и больше. Нелинейная реакция DPF на накопление материала усложняет определение уровней загрузки фильтра сажей или золой только на основе перепада давления

Регенерация фильтра

Чтобы уменьшить падение давления на фильтре из-за накопления сажи, фильтр регенерируется путем сжигания (окисления) сажи. Существует две широкие категории процессов регенерации, хотя в большинстве коммерческих приложений используется их комбинация. Это особенно верно для транспортных средств или оборудования, испытывающих длительные периоды работы с низкой температурой выхлопных газов, например, длительные периоды холостого хода или рабочие циклы с низкой скоростью/нагрузкой.

Активная регенерация требует добавления тепла к выхлопным газам для повышения температуры сажи до точки, при которой она будет окисляться в присутствии избытка кислорода в выхлопных газах. Для сжигания сажи в кислороде обычно требуется температура выше 550 °C (1 000 °F). Поскольку эти высокие температуры обычно НЕ возникают при нормальной работе двигателя, используется ряд стратегий для активного повышения температуры выхлопных газов. Системы активной регенерации могут включать использование дизельной горелки для непосредственного нагрева выхлопных газов, поступающих в сажевый фильтр, или использование катализатора окисления дизельного топлива (DOC) для окисления дизельного топлива над катализатором в качестве средства повышения температуры сажевого фильтра. Использование DOC также требует избытка дизельного топлива в выхлопе, что может быть достигнуто с помощью топливной форсунки (дозатора углеводорода), установленной в выхлопе перед DOC, или с помощью стратегий позднего впрыска в цилиндр. Другие формы активной регенерации включают использование электрических нагревательных элементов, микроволн или плазменных горелок.

Использование DOC в сочетании с некоторой формой дозирования топлива в выхлопных газах является наиболее распространенной стратегией активной регенерации, используемой в настоящее время для дорожных и внедорожных приложений. Продолжительность активной регенерации обычно составляет в среднем от 20 до 30 минут при нормальных условиях эксплуатации. В некоторых случаях, таких как сильное засорение сажевым фильтром DPF, может потребоваться регенерация в режиме ожидания, которая может длиться до нескольких часов, чтобы медленно сжечь сажу в более контролируемых условиях. Независимо от конкретной стратегии, активная регенерация всегда требует дополнительного подвода энергии (дополнительного топлива) для нагрева выхлопных газов и сажевого фильтра до необходимой температуры.

Пассивная регенерация, , как следует из названия, не требует дополнительной энергии для выполнения процесса регенерации. Вместо этого эта стратегия основана на окислении сажи в присутствии NO2, которое может происходить при гораздо более низких температурах в диапазоне от 250 °C до 400 °C (от 480 °F до 750 °F). Катализатор используется для преобразования NO, присутствующего в выхлопных газах, в NO2. Эти катализаторы требуют использования драгоценных металлов для облегчения реакции, в частности платины (Pt), что увеличивает стоимость системы. В некоторых случаях каталитическое покрытие наносится непосредственно на сажевый фильтр, как в случае с каталитическим сажевым фильтром (C-DPF), или также может использоваться предшествующий катализатор окисления (DOC). Многие коммерческие системы используют комбинацию DOC и C-DPF. Использование катализаторов позволяет производить NO2 и окислять сажу при температурах, которые возникают при нормальной работе двигателя или автомобиля.

В идеальном случае, если работа двигателя приводит к нахождению определенного времени в пределах этого «температурного окна» пассивной регенерации, активная регенерация может не понадобиться. В действительности, однако, работа при низких температурах может иметь место в течение продолжительных периодов времени, таких как длительные периоды простоя или работы с низкой нагрузкой, особенно в холодном климате, и все же может потребоваться некоторая активная регенерация. При отсутствии активной регенерации периоды работы при низких температурах могут дополняться периодами работы при высоких температурах (например, длительное вождение по шоссе), чтобы вызвать пассивную регенерацию.

Для снижения расхода топлива предпочтение отдается пассивной регенерации, хотя в большинстве коммерческих систем активная регенерация все еще используется в той или иной степени, в зависимости от ездового цикла и условий эксплуатации. Независимо от метода регенерации окисление сажи (активное или пассивное) приводит к образованию негорючего материала или золы, которая не может быть сожжена и остается в сажевом фильтре. Понимание основных различий между пеплом и сажей, а также их влияния на производительность DPF важно при выборе наиболее подходящего метода очистки фильтра.

Почему это важно для очистки от золы DPF?

Понимание конструкции и работы DPF для сбора и улавливания частиц, будь то в порах или на поверхности, оказывает большое влияние на то, насколько легко частицы могут быть впоследствии удалены. Сажа принципиально отличается от золы тем, что сажа может быть окислена и удалена путем регенерации, а зола является негорючей и остается в сажевом фильтре до обслуживания сажевого фильтра для очистки от золы.

Накопление золы в дизельных сажевых фильтрах

Накопление золы в сажевых фильтрах является одним из наиболее важных факторов, ограничивающих срок службы фильтра, и было описано как одна из наиболее важных проблем, с которыми сталкиваются производители дизельных двигателей [Sachdev 1983][Konstandopoulos 2000]. Несмотря на значительное внимание и работу по пониманию и оптимизации характеристик DPF только для накопления сажи, реальность совершенно иная. В отличие от этих идеализированных случаев, в реальных условиях DPF всегда содержит некоторое количество золы. На самом деле, чаще всего количество золы в фильтре может значительно превышать количество сажи, для улавливания которой DPF изначально был разработан. Рисунок 1 лучше всего иллюстрирует масштабы проблемы, так как на нем представлена ​​доля золы от общей массы материала, накопленного в DPF (зола и сажа), при максимальном предельном уровне содержания сажи в 6 г/л.

Судя по рисунку 1, всего лишь после 33 000 миль (53 000 км) эксплуатации по дорогам примерно 50 % материала, скопившегося в сажевом фильтре, составляет зола. Другими словами, количество золы равно количеству сажи при максимально допустимом пределе содержания сажи в 6 г/л. Кроме того, после 150 000 миль (241 000 км) эксплуатации, что соответствует минимальному интервалу очистки от золы EPA, зола составляет более 80% материала, попавшего в DPF, при этом меньшую часть составляет сажа.

Концептуальное описание.  При длительном использовании в DPF накапливается зола, так как негорючий материал остается после регенерации фильтра и окисления сажи. Зола состоит из различных металлических соединений, происходящих из присадок к смазочным материалам, микроэлементов в топливе, продуктов износа и коррозии двигателя. Накопление золы в DPF изменяет геометрию фильтра, как показано на рис. 2, на котором показаны различия между фильтром, не содержащим золы, и фильтром, содержащим значительное количество золы.

Как показано на рис. 2, зола может занимать большую часть объема фильтра, так как она может скапливаться тонким слоем вдоль стенок канала или скапливаться пробками по направлению к задней части каналов фильтра. Один из эффектов золы заключается в уменьшении эффективного объема фильтра или площади фильтрации и снижении емкости фильтра для накопления сажи. Отложение золы также изменяет распределение накопленной сажи, обычно смещая ее к передней части фильтра. Эти комбинированные эффекты служат для ограничения диаметра канала и уменьшения эффективной длины фильтра. В результате зола способствует увеличению ограничения потока выхлопных газов.

Кроме того, уменьшение диаметра канала и длины фильтра из-за накопления золы приводит к увеличению скорости канала DPF и скорости стенки, что может еще больше изменить свойства скопившейся сажи и повлиять на чувствительность фильтра к перепаду давления. Учитывая зависимость от измерений перепада давления на фильтре при оценке сажевой нагрузки на фильтр, необходимо тщательное понимание этих эффектов золы, чтобы компенсировать вызванные золой изменения реакции фильтра на перепад давления с течением времени.

На рис. 2 также показан слой золы, образующий барьер, физически отделяющий сажу от стенок канала. Это важно по двум причинам. Во-первых, после продолжительного старения и с некоторым уровнем накопления золы именно зола выполняет большую часть, если не всю, фильтрацию сажи. В этом смысле подложка фильтра действует как опора для «нового» фильтрующего материала, который в основном состоит из золы. Учитывая небольшой размер пор зольного слоя, повышение эффективности фильтрации обычно наблюдается в сажевых фильтрах даже при низком уровне (< 2 г/л) зольности [Viswanathan 2012]. Во-вторых, слой золы также физически отделяет накопленную сажу от катализатора, который может осаждаться на поверхности катализируемого DPF. Это не только предотвращает любой контакт между сажей и частицами катализатора, но и дополнительно увеличивает необходимую длину диффузии для окисления сажи с помощью NO2.

Влияние на производительность.  Из-за длительных периодов времени, в течение которых зола накапливается в сажевых фильтрах (несколько тысяч часов и от десятков до сотен тысяч миль), значительный прогресс в понимании влияния золы на производительность фильтра был ограничен до широкого внедрения сажевых фильтров в 2007 г. В большинстве ранних исследований воздействия золы до 2007 г. использовались различные подходы к ускорению старения фильтров и накопления золы, чтобы определить различные источники золы и средства, с помощью которых зола может влиять на производительность системы дополнительной обработки дизельного топлива. Эта первоначальная работа привела к следующим общепринятым наблюдениям и выводам:

• Накопление золы в сажевом фильтре увеличивается с увеличением расхода масла и содержания золы в смазочных материалах, поскольку присадки к смазочным материалам обычно являются самым большим источником золы [Givens 2003][Bardasz 2005][Sutton 2004].
• Зола, полученная из присадок к смазочным материалам, состоит в основном из цинка, кальция и магния в форме сульфатов, фосфатов и оксидов [MECA 2005][Givens 2003][Bardasz 2005][Manni 2006].
• Прогноз выбросов золы на выходе из двигателя, основанный исключительно на объемном потреблении масла и уровнях сульфатной зольности смазочных материалов, приводит к завышенной оценке выбросов золы из-за летучести смазочного материала и различий в нормах потребления масла [Sutton 2004][Manni 2006][Aravelli 2007].
• Падение давления на сажевом фильтре не является показателем общего содержания золы [Kimura 2006][Bardasz 2005][Aravelli 2007].
• На работу катализатора могут негативно влиять определенные элементы, связанные с зольностью, в первую очередь сера и фосфор [Nemoto 2004][Bunting 2005][Bardasz 2004].
• На распределение золы внутри сажевого фильтра, будь то вдоль стенок или в торцевых заглушках канала, могут влиять условия эксплуатации фильтра и стратегия регенерации [Gaiser 2004][Piesche 2003].

В 2007 году компания Bodek провела подробный обзор литературы, в котором представлены дополнительные сведения о влиянии золы на компоненты систем доочистки дизельных двигателей, включая технологии DOC, SCR и LNT, в дополнение к сажевым фильтрам [Bodek 2007]. На Рисунке 3 представлена ​​сводка ранее известного влияния накопления золы в DPF на увеличение противодавления выхлопных газов для различных смазочных материалов, технологий фильтрации и ездовых циклов. Более свежие результаты показывают, что зола, полученная из смазочных материалов из масел спецификации CJ-4, содержащая не более 1,0% сульфатной золы, что приводит к примерно удвоению падения давления DPF после 4680 часов или 188 000 миль (303 000 км) эквивалентного использования на дороге. [Сапок 2009].

рисунок 3 . Влияние золы на измеренное увеличение противодавления в зависимости от смоделированного расстояния вождения

Эффекты экономии топлива.  Накопление золы в DPF напрямую влияет на расход топлива двумя путями: (1) увеличение ограничения потока выхлопных газов и противодавления и (2) сокращение интервалов регенерации фильтра (увеличение частоты регенерации) за счет уменьшения емкости фильтра для накопления сажи. Кроме того, зола может также снижать эффективность регенерации в каталитических системах, что требует более активного использования активной регенерации или работы при более высоких температурах для успешного пассивного окисления сажи.

Несмотря на то, что в нескольких исследованиях была проведена количественная оценка увеличения расхода автомобильного топлива, связанного с DPF, в большинстве из них рассматривается только влияние накопления сажи на противодавление выхлопных газов и интервалы регенерации. Сообщается, что в зависимости от частоты регенерации и уровня сажи увеличение расхода топлива, связанное с DPF, составляет от 4,5% до 7,0% [Singh 2009]. В действительности, однако, увеличение расхода топлива, связанное с DPF, может быть больше, поскольку все эти исследования не учитывают дополнительное увеличение ограничения потока выхлопных газов и частоты регенерации из-за накопления золы в течение срока службы фильтра.

Вклад увеличения противодавления, связанного с золой, в увеличение общего расхода топлива оценивается от 2% до 3%, что включает комбинированное воздействие золы, повышающее чувствительность фильтра к перепаду давления к накоплению сажи. Что касается увеличения частоты регенерации, другие исследования показали увеличение частоты регенерации в два раза после примерно 240 000 миль накопления золы, если эффекты золы не учитываются должным образом в схемах управления регенерацией на основе давления. Однако, даже при идеальном знании количества и распределения золы в DPF, увеличение частоты регенерации в 1,6 раза на пробеге 240 000 миль неизбежно, в лучшем случае, из-за значительного объема фильтра, занимаемого золой и уменьшение емкости сажевого накопителя DPF

До и после очистки DPF

В чем разница между CAT и DPF с точки зрения сервисной замены?

Менеджер научно-исследовательского центра Klarius Даг Бентли дает ответы на вопрос, который не так очевиден, как вы думаете. Вы также можете посмотреть ответы на YouTube и на веб-сайте Klarius, поскольку он снял короткое пояснительное видео… [Посмотреть здесь]

Есть некоторое сходство между стандартной CAT и DPF, они оба используют керамический или металлический элемент, который отводит газы. проходят, основное отличие состоит в том, что DPF по сути является фильтром, который собирает сажу и является сервисным компонентом. Катализатор изменяет химический состав выхлопных газов, а не фильтрует их, выхлопные газы проходят через КПП и происходит реакция на поверхности керамического блока или монолита, покрытого смесью платины, палладия или родия.

Керамический монолит CAT и режимы отказа DPF

CAT, при идеальных условиях эксплуатации, не заполнится и не изнашивается, он должен теоретически прослужить весь срок службы автомобиля. На самом деле, как правило, возникают проблемы с двигателем, которые, например, создают очень высокие температуры из-за того, что несгоревшее топливо попадает в уже горячий каталитический блок и воспламеняется, что приводит к эффективному повреждению ядра. Другие проблемы с двигателем, из-за которых масло выдувается из выпускного коллектора, могут быстро покрыть поверхности монолита прочным черным налетом, который останавливает его работу и очень трудно удаляется.

Также следует учитывать механические повреждения: камни, выброшенные с дороги, могут разрушить керамический кирпич, если они ударятся не в том месте, как и прямые удары скоростных успокаивающих насыпей. Такой же эффект может вызвать температурный шок, вызванный погружением горячего катализатора или сажевого фильтра в очень холодную воду в зимний день. Во всех случаях CAT или DPF требуют замены.

Металлический сердечник более устойчив к повреждениям от ударов и перепадам температуры, но подавляющее большинство современных CAT являются керамическими по соображениям стоимости — металлические версии невероятно дороги. Большинство запасных частей для вторичного рынка изготовлены из керамики, что означает 9В 9% случаев, когда вы заменяете аналогичный, когда вы выбираете замену хорошего качества послепродажного обслуживания, она также, вероятно, будет на порядок дешевле, чем деталь, поставляемая производителем.

Как сравниваются продукты различных производителей послепродажного обслуживания?

Некоторые заменители низкого качества имеют керамические монолиты меньшего размера (в некоторых случаях вдвое меньше и в результате гораздо менее эффективны). установлены.

Особые режимы отказа DPF

Большая разница с DPF заключается в том, что со временем они заполняются сажей и другими твердыми частицами в результате сгорания и периодически проходят цикл обновления, при котором сажа, в основном углерод, выгорает. . Этот процесс каждый раз создает небольшое количество пепла, который в конечном итоге заблокирует сажевый фильтр и потребует его замены.

Когда требуется замена из-за того, что он заполнен пеплом до такой степени, что вызывает проблемы, могут сильно различаться, автомобили с особенно грязными двигателями, которые используются только для коротких поездок, где температура двигателя редко достигает идеальных рабочих условий, создадут больше сажи, чаще заполняйте сажевый фильтр, чаще регенерируйте и быстрее заполняйтесь пеплом.

Замена может потребоваться уже через 20 тысяч миль, но чаще это происходит на отметке 60-80 000 миль. Для некоторых автомобилей с более обедненными двигателями, совершающими длительные поездки, сажевые фильтры могут никогда не нуждаться в замене, а в крайних случаях они могут прослужить 250 000 миль — остается то, что многие автомобили потребуют замены в какой-то момент в течение их жизни.

Когда устанавливаются CAT и DPF?

Вы не найдете DPF на автомобилях с бензиновым двигателем – буква «D» означает дизельное топливо, однако каждый автомобиль с бензиновым двигателем, выпущенный с марта 2006 года, будет иметь CAT. Многие современные дизели будут иметь как DPF, так и CAT, чтобы соответствовать еще более строгим стандартам выбросов.

В некоторых случаях блоки являются отдельными и могут быть заменены по отдельности, но многие из них объединены в одну часть, и все чаще наблюдается тенденция перемещать оба блока ближе к выпускному коллектору, чтобы они быстрее нагрелись до рабочей температуры. Некоторые, например, многие недавние Ford, объединили фильтр и катализатор в одну канистру и сделали ее частью самого выпускного коллектора. Это больше защищает блок от холодных брызг и механических ударов, но его замена обходится дороже, если проблемы с работой двигателя приводят к повреждению.

Заключение и совет

Итак, у вас есть это: основные различия и сходства между CAT и DPF с точки зрения обслуживания; замена обоих обходится дорого, особенно когда они изготавливаются как один компонент, но только один из них действительно является элементом обслуживания.

Стоит отметить, что разница в качестве между некачественной заменой послепродажного обслуживания и устройством премиум-класса, таким как, например, полностью одобренный тип, произведенный в Великобритании компанией Klarius, может быть не так очевидна снаружи, но может быть незаметной. -день внутри, хотя цены, вероятно, будут очень похожими. И CAT, и DPF, и комбинированные блоки от Klarius имеют полноразмерные керамические монолиты и большое количество поверхностного покрытия из драгоценных металлов, что позволяет каталитическому процессу работать в случае CAT.