Filtr powietrza w systemie wtryskowym: Budowa i zasada działania
- Szczegóły
Artykuły na tej stronie pisane są w możliwie prosty sposób bez zbytniego bełkotu technicznego tak, aby trafiały do ludzi nie mających doktoratów z nauk technicznych,a chcących wiedzieć więcej na temat samochodów ich budowy i działania. Jeżeli kogoś to nie zadowoli i będzie chciał poszerzyć swoją wiedzę, zapraszam na koniec strony tam staram się umieszczać spis prawdziwej literatury fachowej na dany temat.
Filtr cząstek stałych (DPF, FAP, GPF)
Filtr cząstek stałych, inaczej DPF, FAP, GPF jest to filtr oczyszczający spaliny ze stałych cząstek sadzy oraz popiołu.
Pierwsze filtry były stosowane już od roku 1980, a w samochodach od 1996 roku - francuskie jednostki napędowe - HDI. W 2005 roku w życie weszła norma Euro4, która wymusiła stosowanie DPF, choć niektórym producentom udało się tego uniknąć.
Jak sama nazwa wskazuje, filtr cząstek stałych ma zadanie zatrzymanie stałych cząstek będących efektem ubocznym spalania paliwa. Aby wydłużyć żywotność, co pewien czas dokonuje się regeneracja aktywna, inaczej zwana samoczynnym oczyszczaniem przez wypalanie.
Najpopularniejsze skróty to FAP (z fr. filtre à particules), DPF (z ang. diesel particulate filter lub z niem. diesel partikel filter) są to filtry przeznaczone do silników wysokoprężnych. Ogólnie przyjęło się również, iż skrót FAP przypisuje się do mokrych filtrów stosowanych głównie w silnikach francuskich oraz suche DPF.
Przeczytaj także: Sędziszów Filtr Powietrza do Astry H - Testy i Opinie
W silnikach benzynowych filtr cząstek stałych inaczej GPF (z ang.
Budowa i działanie filtrów DPF/FAP
Sama zasada działania i budowa filtrów w obydwu systemach jest podobna. Niezależnie od tego czy jest to system suchy czy mokry filtr cząstek stałych składa się z ceramicznego korpusu umieszczonego razem z katalizatorem we wspólnej metalowej obudowie.
Budowa filtra DPF nie jest skomplikowana, składa się on z ceramicznego wkładu i metalowej obudowy. Filtr cząstek stałych DPF jest trochę podobny do katalizatora, budowa przypomina plaster miodu, ale liczba kanalików jest większa, są one częściowo zatkane i są porowate.
Zasadnicza różnica polega na tym, że w systemie FAP/tzw. mokry/ do paliwa dodany jest specjalny płyn /EOLYS/ obniżający temperaturę spalania się sadzy co ułatwia regeneracje. Płyn taki mieści się w osobnym zbiorniku o pojemności 5l i wystarcza na ok. 80-240 tyś . km przebiegu.
Cząstki sadzy są większe niż pory, dzięki czemu zatrzymują się w filtrze i są później usuwane w procesie regeneracji. W przypadku mokrego filtra DPF/FAP stosowany jest dodatek do paliwa (tzw.
Przeczytaj także: Jak wymienić filtr w Vespa LX 50?
Korpus podzielony jest na setki kanalików jednostronnie zamkniętych przez które przepływają spaliny, a cząstki sadzy osadzają się na ich ściankach.
Niestety w czasie pracy silnika gromadząca się sadza zaczyna blokować przepływ spalin, co powoduje zmniejszanie osiągów silnika i ogranicza działanie filtra.
Regeneracja filtrów DPF/FAP
Aby temu zapobiec filtr taki musi być co pewien czas regenerowany Istnieją trzy sposoby regeneracji filtra cząstek stałych stałych:
- Pasywna
- Aktywna
- Wymuszona
Najprostszym sposobem jest regeneracja pasywna, która zachodzi wtedy gdy spaliny osiągną temp. ok. 400 -500 Celcjusza, w której sadza wchodzi w reakcje z materiałem filtra i zamienia się dwutlenek węgla.
Warunki do takiej regeneracji zachodzą tylko wtedy gdy samochód eksploatowany jest na wysokich obrotach z dużymi obciążeniami, na stosunkowo długich odcinkach drogowych czyli np. na autostradach.
Przeczytaj także: Oczyszczacz Duux: konserwacja filtra
Niestety podczas normalnego użytkowania samochody najczęściej poruszają się lub stoją w ruchu miejskim co powoduje, że warunki do regeneracji pasywnej nie występują i ilość sadzy stale narasta ograniczając działanie filtra i pogarszając prace samochodu.
Poziom nasycenia najłatwiej określić mierząc opory przepływu spalin przez filtr. Do tego celu służy tzw. czujnik różnicowy ciśnienia mierzący różnicę ciśnień pomiędzy wlotem, a wylotem z filtra.
Wartość ta jest stale kontrolowana przez sterownik silnika i po osiągnięciu wielkości progowej musi nastąpić regeneracja aktywna.
Regeneracja aktywna aktywowana jest przez sterownik silnik, który zwiększa temperature spalin poprzez dodatkowy dotrysk paliwa w fazie wydechowej, ECU opóźnia kąt wtrysku i zamyka zawór EGR. Regeneracje można rozpoznać po zmienionym dźwięku silnika i zwiększonym spalaniu chwilowym pokazywanym na komputerze pokładowym samochodu.
Procesem tym steruje komputer silnika w ten sposób aby temperatura spalin osiągneła wartości ponad 500 stopni nawet jeżeli nie jedziemy po autostradzie.
W tym celu sterownik silnika /komputer / dokonuje wielu zmian w sterowaniu pracą silnika takich jak np:
- zwiększa wszystkie możliwe obciążenia elektryczne -np.włącza ogrzewanie tylnej szyby,podgrzewanie lusterek zewnętrznych ,wentylator.
- wyłącza układ recyrkulacji spalin EGR
- opóźnia kąt wtrysku i dokonuje opóźniony wtrysk dodatkowy.
- zwiększa ciśnienie doładowania tak aby kierowca nie odczuł zmniejszenia mocy
Regeneracja taka trwa od 5 do 10 minut. Jeżeli będzie to przebiegać podczas jazdy szosowej kierowca może jej nie zauważyć. Zwykle taka regeneracji przeprowadzana jest co 200-600 km.
W przypadku kiedy samochód jest używany głównie w cyklu miejskim i nie ma możliwości osiągnięcia warunków do regeneracji aktywnej lub jest ona często przerywana przez wyłączenie silnika, następuje lawinowe ograniczenie przepływu filtra i na desce rozdzielczej zapala się kontrolka DPF.
Należy wtedy stworzyć warunki do wykonania regeneracji, czyli wyjechać na autostradę i jechać ze stałą dużą prędkością przez ok. 30 min.
Jeżeli to nie pomoże to samochód przejdzie w tzw. tryb awaryjny, co będzie sygnalizowane przez kontrolkę Check Engine i należy udać się do serwisu aby dokonać tzw. regeneracjj wymuszonej.
Ten typ regeneracji może wykonać tylko serwis wymuszając ją za pomocą urządzenia diagnostycznego. Regeneracje wymuszoną przeprowadza się w serwisie na unieruchomionym samochodzie na niepalnym podłożu.
Jeżeli filtr zapełni się do ok. 80% to wtedy nawet regeneracja wymuszona nie przywróci sprawności filtra i musi on zostać wymieniony na nowy.
Czujniki w filtrach DPF/FAP
Praca filtrów cząstek stałych nadzorowana jest przez kilka niezależnych czujników. Ich rodzaj oraz umiejscowienie w układzie zależy od marki pojazdu. Są to najważniejsze sensory w całym układzie oczyszczania spalin.
Czujnik różnicy ciśnień sprawdza różnicę ciśnienia spalin pomiędzy wejściem a wyjściem z filtra, dzięki czemu ECU może oszacować stopień zapchania filtra sadzą. Im ilość sadzy jest większa, tym przelot spalin jest utrudniony.
Możemy wyróżnić dwa rodzaje czujników, w pierwszym przypadku mierzą tylko ciśnienie przed filtrem, porównując je do ciśnienia wzorcowego zapisanego w sterowniku silnika, natomiast w drugim przypadku dokonują sprawdzenia ciśnienia przed filtrem i za filtrem DPF i je porównują. Są to tensometryczne czujniki ciśnienia, które działają w oparciu o układ tensometrycznego pomiaru odkształcenia membrany.
Ciśnienie spalin z filtra DPF podawane jest do czujników poprzez przewody metalowo-gumowe, oddziałuje ono na powłokę piezoelektryczną, a jego wartość zostaje przetworzona na sygnał elektryczny.
Układem aktywnym, który mierzy zmiany ciśnienia, jest niedużych rozmiarów płytka w którą wklejone są niedużej wielkości mikro-piezo rezystory, które reagują na zmianę ciśnienia.
Kolejnym elementem układu jest niewielkich rozmiarów komora próżniowa pełniąca rolę przepony, która ugina się pod wpływem ciśnienia. Komora umiejscowiona jest na ściance czujnika i pokryta silikonową warstwą ochronną. Z drugiej strony komora jest zakryta płytka szklaną.
Zmiany ciśnienia w filtrze DPF powodują zmianę rezystancji piezoelementu, co zmienia napięcia w obwodzie, które zostaje wykryte przez sterownik silnika. Czujnik działa tak samo, jak tensometr mierzący naprężenie odkształcalnych elementów, które jest miarą różnicy ciśnień przed DPF’em, a próżnią w komorze odniesienia.
Przy czujnikach do których doprowadzone jest ciśnienie z przed i z za filtra następuje reakcja warstwy ochronnej na odkształcenie przepony wynikające z dostarczonych ciśnień po obu jej stronach. W zależności od odkształcenia membrany zmienia się wartość sygnału czujników piezoelektrycznych (0,5 - 5 V), na tej podstawie ECU rozpoznaje stopień zapełnienia filtra.
Jeśli obwód jest przerwany lub czujnik uszkodzony to regeneracja aktywna zostaje zablokowana. Czujnik najczęściej montuje się w komorze silnika w bliskiej odległości od DPF’a tak, aby ciśnieniowe przewody elastyczne były jak najkrótsze, dzięki czemu ogranicza się wystąpienie awarii oraz zjawiska tętnienia ciśnienia, czy możliwości wystąpienia różnicy ciśnień w samym przewodzie.
Należy mieć na uwadze, że po każdej wymianie czujnika, powinno się zrobić jego dopasowanie przy użyciu urządzenia serwisowego, po to żeby sterownik silnika „wiedział”, że czujnik jest nowy i stosował inny algorytm wyliczał zapełnienie filtra.
Przepływomierz powietrza znajduje się jest w układzie dolotowym, za filtrem powietrza, a przed turbiną. Czujnik mierzy ilości powietrza zasysanego do silnika. Przy braku przepływu powietrza, powietrze o identycznej temperaturze wytwarzane przez element grzewczy przekazywane jest do obu oporników. Podczas przepływu, powietrze opływa płytkę i odbiera ciepło z przedniego rezystora. Temperatura drugiego rezystora jest stała (waha się w granicach 1-2%).
Sensory temperatury spalin w systemach oczyszczania spalin mają za zadnie kontrolować temperaturę spalin podczas procesów regeneracji filtra DPF’a. Sterownik silnika zbiera informacje z czujników i odpowiednio kontroluje akcją regeneracji filtra, ustala tryb regeneracji, ilość wtryskiwanego paliwa ściśle w oparciu o dane dostarczone z czujników. W układzie instalowanych jest od 1 do 4 czujników temperatury, najczęściej 2, jeden przed, a drugi za filtrem cząstek stałych.
Negatywne skutki stosowania filtrów cząstek stałych
Używając samochód głownie w cyklu miejskim musimy się liczyć z tym że co ok. 200-400 km będzie następowała regeneracja aktywna. Podczas każdej takiej regeneracji sterownik wymusza dodatkowy wtrysk paliwa, który nie spala się całkowicie i jego część dostaje się do oleju silnikowego.
Paliwo rozrzedza olej silnikowy i pogarsza jego wartości smarne co w konsekwencji może doprowadzić do poważnego uszkodzenia silnika. Pierwszym niepokojącym objawem tego zjawiska jest wzrost poziomu oleju w silniku.
Objawy zapychania się filtra DPF,FAP
- Ograniczenie mocy , co objawia się spadkiem prędkości maksymalnej.
- Zdecydowane pogorszenie przyspieszeń na niskich biegach /opóźniona reakcja na pedał gazu / zwiększenie tzw. turbo dziury.
- Częste przechodzenie samochodu w tzw. tryb serwisowy czyli utrata mocy ,ograniczenie prędkości obrotowej silnika ,zapalenie się kontrolki Check Engine.
Jak przedłużyć żywotnosć filtrów FAP DPF
Po pierwsze i najważniejsze należy starać się unikać takiego użytkowania auta podczas którego filtr musi gromadzić duże ilości sadzy. Największa emisja sadzy następuje podczas gwałtownych przyspieszeń na niskich obrotach silnika poniżej obrotów pełnej wydajności turbiny.
Czyli delikatnie z gazem na niskich obrotach.
- Należy unikać tankowania na niefirmowych stacjach benzynowych gdzie możemy trafić na paliwo złej jakości .
- Nie wolno używać tzw. biopaliw które mogą doprowadzić do trwałego uszkodzenia filtra
- O ile jest to możliwe to unikać jazdy na krótkich odcinkach / 200 m można przejść piechotą będzie zdrowiej i taniej /
- Stosować dobre oleje o niskiej zawartości siarki ,fosforu,potasu czyli tzw:Low SAPS.
- Zmieniać olej nie rzadziej niż co 10-12 tys. co zminimalizuje ewentualne rozrzedzanie oleju w czasie regeneracji filtra DPF /FAP
- Co jakiś czas przejechać kilka kilometrów na większych obciążeniach czyli np. na autostradzie 3-4 bieg ok. 3000 obr/min w celu oczyszczenia filtra .
- Należy bezwzględnie przestrzegać zasad użytkowania samochodu zawartych w instrukcji obsługi oraz stosować się do wskazówek podanych przez komputer pokładowy .
- Utrzymywać samochód w nienagannym stanie technicznym, nieraz drobne uszkodzenia mają olbrzymi wpływ na filtr DPF /FAP.
Najczęstszymi przyczynami pogarszającymi trwałość i skuteczność filtrów są wszelkie uszkodzenia doprowadzające do zwiększenia dawki paliwa lub zmniejszenia ilości powietrza dostarczanego do silnika. Typową przyczyną jest niesprawny przepływomierz ,nieszczelność w układzie dolotowym czy też lejący wtrysk.
System powietrza wtórnego
Ogólnoświatowej trosce o ekologię zawdzięczamy cały szereg dodatkowych rozwiązań, a nawet całych układów powszechnie stosowanych we współczesnych samochodach. Towarzyszące nam od dawna katalizatory, zawory EGR czy filtry DPF to tylko najpopularniejsze przykłady. Do kategorii tej należy zaliczyć również znacznie mniej znany system powietrza wtórnego - mniej znany, ale mnie mniej ważny. Dlaczego?
Z czego składa się system powietrza wtórnego?
Na całe szczęście dla właścicieli aut oraz mechaników, system powietrza wtórnego nie jest układem skomplikowanym, za to z reguły łatwo dostępnym. Całość można szybko zlokalizować po uniesieniu maski pojazdu, ponieważ montuje się go w widocznym miejscu w komorze silnika.
Klasyczny system powietrza wtórnego, zwłaszcza w swojej starszej wersji, składa się z następujących elementów:
- filtr powietrza - część wspólna systemu powietrza wtórnego i układu dolotowego,
- pompa powietrza wtórnego - serce i największa część systemu,
- zawór zwrotny powietrza wtórnego - mylnie nazywany czasem zaworem EGR,
- elektryczny zawór przełączający - sterujący pracą zaworu wtórnego.
W niektórych systemach pompa powietrza może posiadać własny filtr (jeśli powietrze do układu zasysane jest bezpośrednio z komory silnika), a w nowszych rozwiązaniach zawór elektryczny przełączający zintegrowany jest z zaworem zwrotnym.
Zasada działania systemu powietrza wtórnego
System powietrza wtórnego w samochodzie uruchamia się wraz z silnikiem. Pompa momentalnie zasysa dodatkową porcję powietrza, przesyła je przez zawór zwrotny i przewodami doprowadza do cylindra.
Sam system działa jedynie przez krótki czas (zwykle jest to ok. 90 sekund) po czym się wyłącza. W jakim celu doprowadza on dodatkową porcję powietrza do silnika?
Cel, dla którego powstał system powietrza wtórnego, jest tylko jeden - ekologia. Na czym polega jego zadanie? Najtrudniejszym momentem dla każdego silnika jest start. To wówczas poddawany jest największym obciążeniom przy najsłabszej ochronie.
tags: #filtr #powietrza #na #każdym #wtrysku #budowa
