Universitatea din Pitesti, Facultatea de ,,Mecanica si Tehnologie’’ ,,Trafic Rutier si Evaluarea Accidentelor de Circulatie’’

Poluarea mediului de catre autovehiculele rutiere

TEMA

Studiul constructiei si functionarii filtrelor de particule (DPF)

Prof.univ.dr.:Ivan Florian Masterand: Naftica George

1

CUPRINS

1. Introducere ............................................................................................................pag. 32. Modul de funcționare al filtrului de particule diesel (DPF)................................pag. 3/9

3. Curățare, regenerare Filtru Particule Diesel DPF/FAP....................................pag. 10/11

4. Filtru de particule – avantaje, probleme si solutii de inlocuire............................................pag. 11/155. Bibliografie

2

1. Introducere

Filtrele de particule sunt deja echipare standard la aproape toate maşinile diesel noi care se vând, dar de foarte multe ori ele devin o problemă foarte mare şi pot aduce costuri extrem de ridicate pentru înlocuire în caz de probleme. Sunt oare acestea utile pentru şoferul de rând sau sunt mai mult o problemă de care trebuie mereu avut grijă?

Filtrele de particule au început să apară la motoarele diesel cam acum 10 ani şi, la fel ca şi catalizatoarele de la motoarele pe benzină, ele sunt plasate pe traseul evacuării pentru a reține particule daunătoare sănătății. Sună foarte bine, dar nu pentru mult timp.

Probleme apar atunci când maşina circulă pentru prea mult timp în traficul urban şi filtrul ajunge să se colmateze. Sistemul este construit pentru ca o astfel de problemă să fie evitată, injecția având un mod de funcționare special prin care creşte foarte mult temperatura gazelor evacuate, încât filtrul este curățat şi procesul se tot repetă.

Însă regenerarea filtrului de particule nu se întâmplă mereu cum trebuie şi atunci se aprinde un martor în bord, special pentru această problemă. În acele moment, manualul maşinii spune să mergi cu viteză constantă, cu circa 60 km/h pentru mai mulți kilometri, până regenerarea are succes şi martorul din bord se stinge. Asta este foarte uşor de zis, dar mult mai greu de făcut, în special dacă locuieşti în oraş. Nu toată lumea are timp să iasă pe autostradă la fiecare câteva zile pentru a regenera filtrul de particule.

Din păcate, dacă nu aveți grijă de acest aspect, filtrul se poate colmata definitiv, fiind necesară înlocuirea lui, iar prețul este extrem de ridicat, putând ajunge fără probleme la peste 1.500 de euro, în funcție de modelul maşinii. Altă soluție este ca el să fie scos complet, în România existând firme care se ocupă de aşa ceva. Filtrul trebuie demontat fizic de pe maşină, iar apoi calculatorul maşinii trebuie rescris pentru ca maşina să ignore lipsa acestuia din sistem.

Maşinile foarte noi au început să aibe din ce în ce mai puține probleme cu acest filtru de particule, însă la modelele mai vechi există reale probleme şi foarte multă lume care se plânge de funcționare incorectă. Experiența ta cu acest sistem poate fi extrem de utilă pentru ceilalți, aşa că dacă ai avut probleme cu filtrul de particule spune şi celorlați ce soluții ai găsit.

2. Modul de funcționare al filtrului de particule diesel (DPF)

3

Emisia de particule este o particularitate a motorului diesel, în comparație cu motorul pe benzină. În funcție de procesul de ardere şi punctul de funcționare al motorului, emisiile conțin în mare parte particule de carbon precum şi aerosoli sau sulfiți.

Particulele sunt emisii poluante cu impact nociv asupra mediului (miros urât, vizibilitate scăzută, depuneri) şi a sănătății omului (efect cancerigen).

Datorită efectelor negative ale emisiilor de particule, organismele de reglementare a transportului rutier a impus reducerea progresivă a acestora. Începând cu normele de poluare Euro 1 până la Euro 6 emisiile de particule au fost reduse de 28 de ori.

Foto: Nivelul de emisii de particule [g/km] reglementat pentru comunitatea europeanăSursa: e-automobile.ro

Producătorii, pentru a putea omologa şi comercializa automobilele cu motoare diesel, au dezvoltat sisteme de reducere a poluării pre şi post-ardere.

Emisia de particule se datorează arderii incomplete a combustibilului. Acest fenomen se poate diminua prin optimizarea procesului de injecție şi ardere (pre-ardere) sau tratarea gazelor de evacuare (post-ardere).

În categoria post tratării gazelor de evacuare intră şi filtru de particule al unui motor diesel. Rolul filtrului de particule este de a separa particulele solide de gazele de eşapament. Filtrul este montat pe galeria de evacuare a motorului şi pentru a funcționa corespunzător mai are nevoie de o serie de senzori şi de un catalizator de oxidare. Utilizarea unui filtru de particule a devenit oarecum standard odată cu normele Euro 4 care a înjumătățit masa de particule emise comparativ cu normele Euro 3. Din acest motiv majoritatea automobilelor diesel Euro 4 sunt echipate şi cu filtru de particule.

4

Galeria de evacuare a unui motor diesel cu filtru de particule

Sursa: Renault

1. injectoare piezoelectrice2. rampă comună de combustibil (1600 bari)3. radiator de răcire a gazelor arse recirculate (EGR)4. catalizator de oxidare primar (DOC)5. injector pentru regenerarea filtrului6. senzor de presiune înainte de filtru7. senzor de temperatură intrare catalizator8. catalizator de oxidare secundar9. senzor de temperatură catalizator10. filtru de particule11. senzor de temperatură ieşire filtru12. senzor de presiune după filtru

5

Majoritatea filtrelor de particule sunt din material ceramic poros în formă de fagure. Volumul filtrului de particule depinde în principal de debitul de gaze arse. Cu cît cilindreea motorului este mai mare cu atât volumul filtrului trebuie crescut.

Foto: Filtru de particule – secțiune

Sursa: Wikimedia Commons

Cerințele unui filtru de particule sunt extrem de severe:

o filtrarea particulelor extrem de mici de până la 0.01 μmo reducerea la minim a rezistențelor la curgere a gazelor de evacuareo filtrarea particulelor în proporție de 95%, în funcție de mărimeo rezistență la temperaturi înalte de până la 1050 °C

Foto: Structura ceramică a unui filtru de particuleSursa: Wikimedia Commons

6

Datorită procesului de reținere a particulelo,r după un anumit număr de kilometri filtrul trebuie regenerat.Regenerarea filtrului înseamna arderea particulelor stocate în filtru. Dacă regenerarea filtrului nu se produce într-un anumit interval de kilometri, cantitatea de particule poate depăşi un prag critic care atrage după sine imposibilitatea regenerării.

Procesul de regenerare presupune continuarea procesului de ardere în filtru. Continuarea arderii în galeria de evacuare, în filtru, se poate face prin două moduri:

o utilizarea unui injector adițional pe galeria de evacuare (al 5-lea injector)o divizarea injecției de combustibil şi întîrzierea post-injecției

Sistemul cu al 5-lea injector utilizează un injector adițional care este montat înaintea catalizatorului de oxidare. Când se doreşte regenerarea filtrului se injectează motorină în galeria de evacuare care, datorită prezenței oxigenului din gazele arse şi datorită catalizatorului de oxidare, începe să ardă. Temperatura în filtru de particule ajunge în jurul valorii de 800 – 1000 °C particulele fiind arse.

Foto: Injector adițional pentru regenerarea filtrului de particuleSursa: Renault

Decizia de a regenera filtrul de particule este luată de calculatorul de injecție pe baza informațiilor primite de la senzori. Cu ajutorul senzorilor de presiune, înainte şi după filtru, se estimează gradul de încărcare al filtrului. Cu cât filtrul este mai încărcat cu atât diferența de presiune între cei doi senzori va fi mai mare. Există şi sisteme cu un singur senzor montat înaintea filtrului de particule care face diferența dintre presiunea gazelor de evacuare şi presiunea atmosferică.

7

Foto: Procesul de regenerare a unui filtru de particule utilizînd sistemul cu al 5-lea injectorSursa: Renault

1. filtru curat2. acumulare de particule3. regenerarea filtrului

Pentru a permite regenerarea filtrului de particule motorul trebuie să se situeze între anumiți parametrii. Temperatura gazelor de evacuare trebuie să fie peste o valoare minimă, turația motorului trebuie de asemenea să fie peste o valoare minimă, pentru a asigura un anumit debit de gaze arse. Dacă pragul de regenerare (cantitatea de particule stocată în filtru) a fost depăşit şi motorul, datorită condițiilor de exploatare, nu intră în parametrii necesari, calculatorul de injecție poate comanda regenerarea filtrului chiar şi la turația de ralanti. În acest caz sarcina motorului va fi crescută, funcționarea se va face cu amestec mai bogat şi turația de ralanti crescută.

Frecvența regenerărilor depinde de modul de exploatare al motorului. Cu cât motorul va fi împins mai des către zona de sarcină maximă, cu cât exploatarea se va face la temperaturi scăzute cu atît creşte cantitatea de particule din filtru. Având în vedere că regenerarea filtrului presupune utilizarea unei cantități adiționale de combustibil consumul automobilului va creşte proporțional cu numărul de regenerări.

8

Foto: Secțiune printr-un filtru de particule şi etapele regenerăriiSursa: Opel

1. gaze arse nefiltrate2. secțiune prin filtrul de particule3. modul de reținerea a particulelor4. senzor de presiune după filtru5. senzor de temperatură6. fazele funcționării filtrului (A - reținerea particulelor, B - arderea particulelor,

regenerarea)7. gaze arse filtrate

Al doilea mod de regenerare a filtrului de particule, fără utilizarea unui injector adițional, presupunedivizarea injecției şi întârzierea post-injecției foarte mult astfel încât arderea combustibilului să se producă în filtru.

9

3. Curățare, regenerare Filtru Particule Diesel DPF/FAP

Rezultatele bune a lucrarilor facute de firma noastra sunt garantate cu o experienta de 6 ani in domeniul curatarii filtrelor de particule de catre o echipa de profesionisti!

Soluțiile de curațare a filtrelor de particule folosite de firma noastră sunt exact aceeaşi pe care recomandă toți producătorii de filtre de particule. Unele firme oferă soluții de curățare cu ultrasunet, nanomoleculare, etc. cuvinte caresună bine pentru ureche, dar rezultatele sunt negative!!!

Un filtru de particule trebuie curățat la temperaturi ridicate fără chimicale si aditivi! Elementul filtrant in interiorul filtrului de particule nu se deteriorează la temperaturi ridicate pentru că aparatul special cu care lucrăm miscă aerul cald in filtru aşa fel incăt căldura este distribuită uniform!

Elementul filtrant este făcut dintr-un material rezistent la caldură mare. Problemele apar cănd filtrul este înfundat si gazele fierbinți nu au cum să treacă prin filtru si se adună intre turbosuflantă si elementul filtrant pe termen lung. In acest caz poate să apară o topire in elementul filtrant!

Au aparut multe firme pe piata care promit curatare in 2-3 ore, altele cu chimicale cu origine dubioasa, care nu au nici un efect din contra, distrug filtrul! Stim sigur acest lucru, pentru ca multe dintre acele filtre ulterior au ajuns la noi pentru curatare! Important pentru ei este sa ia banii de la clienti!!! Mai bine cumparati filtru particule nou sau second-hand!!!

REŢINEŢI!!! Un filtru de particule nu se curata pe masină!!! Nu se curata in 2, 3 sau 4 ore!!! La noi o curățare in 3 faze durează intre 18-24 ore, după care putem să garantăm că filtru de particule DPF/FAP este curat!!!

Acel filtru care este curat după curățirea pe maşină, fără să fie demontat nu a fost înfundat! Desfundarea acelui filtru poate să facă si proprietarul, conducând maşina in afara oraşului în treapta a treia cu o turație de 2500-3000 rot/min. timp de 20-25 minute constant sau trebuie schimbat una dintre senzori!

SPÃLAREA FILTRULUI DE PARTICULE CU AGENŢI CHIMICI SAU APÃiaraşi este o soluție care rezolvã problema pe termen scurt, eliminând particulele nearse doar superficial. Particulele nearse, lipite pe interiorul filtrului, ramân în interior!! Dupa cateva zile sau saptamani apa, chimicalele in contact cu funingine se intaresc ca betonul in elementul filtrant al filtrului de particule!

ANULAREA FILTRULUI DE PARTICULE DIN SOFT SAU ÎNLÃTURAREA ELEMENTULUI FILTRANT poate sã fie la prima vedere cea mai rapidã si ieftinã soluție având un cost redus, dar trebuie ştiut cã faceți cea mai mare greşealã!

10

Dezavantajele sunt:

fum negru dupa 1 luna de folosinta (probleme la I.T.P, R.A.R) creşterea consumului 2-3l/ 100km oprirea motorului, distrugerea turbosuflantei, injectoarelor şi nu în ultimul rând este foarte dãunãtor mediului

4. Filtru de particule – avantaje, probleme si solutii de inlocuire

Desi motoarele diesel sunt preferate de multi automobilisti in primul rand pentru performantele si economicitatea lor, acestea raman cele mai poluante motoare prin noxele eliberate in atmosfera, producand de 3-6 ori mai multi oxizi de azot (NOx) si de peste 100 de ori mai multe particule nearse (fumul negru) fata de cele pe benzina.

Desi ultimele tehnologii aplicate la motoarele diesel (injectia common rail-ul si sistemul EGR) au permis reducerea multor poluanti totusi oxizii de azot si particulele nearse raman principalii poluanti ce trebuie eliminati potrivit viitoarelor norme Euro-5. In motorul diesel amestecul aer-motorina atinge o temperatura de autoaprindere de circa 450 grade C, inferioara temperaturii la care are loc arderea in motoarele pe benzina (900 grade C). Din acest motiv noxele ce rezulta in motoarele diesel, desi sunt de acelasi fel cu cele din motoarele pe benzina, sunt mult mai multe si mai importante calitativ.

11

Temperatura mai mica din camera de ardere a motorului diesel nu pemite arderea completa a particulelor si ele au aspect de granule microscopice. Acestea dau aspectul negru al gazelor de esapament, asa numitul fum negru atat de cunoscut participantilor la traficul rutier, dar si pietonilor care il trag zilnic in piept. Particulele de fum emise de motoarele diesel sunt foarte toxice. Fiind de dimensiuni foarte mici ele afecteaza caile respiratorii depunandu-se in plamani si favorizand astmul si cancerul pulmonar.

Realizarea tratarii si colectarii particulelor este relativ simpla ca procedeu. Acest nou tip de filtru este compus dintr-un miez ceramic realizat din carbura de siliciu avand canale microscopice perforate. Gazul de esapament trece prin aceasta retea de canale si particulele se depun in ea. Aceste particule trebuie periodic sa fie arse pentru a se evita colmatarea filtrului si depasirea unei valori la contrapresiunea de evacuare. Problema de baza este curatarea elementului filtrant care dupa cca 500-1000km se incarca si blocheaza circulatia gazelor de evacuare. Pentru aceasta s-a impus necesitatea regenerarii filtrelor, operatie care este gestionata de ECU, in baza semnalelor primite de la sondele de temperatura si presiune montate pe DPF.

Practic regenerarea filtrelor poate fi activa sau pasiva.

La regenerarea pasiva, pentru cresterea temperaturii de ardere se utilizeaza aditivi speciali care se introduc in combustibil sau intr-un rezervor dedicat, acesta fiind alimentat de ECU la momentul stabilit pentru regenerare.

12

Regenerarea activa este folosita la majoritatea motorizarilor diesel de dupa 2006 aceasta facandu-se pe baza de postinjectie. Regenerarea filtrului prin arderea particulelor se face in mod automat, ori de cate ori contrapresiunea in filtru creste suficient de mult pentru a fi sesizata de detectorii de presiune.

13

Costul schimbarii unui filtru de particule pe un motor diesel common rail este destul de ridicat fiind cuprins intre 400 si 900 euro (600 euro in medie).

14

Desi la filtrele de particule care folosesc postinjectia durata de viata este mult mai mare, calitatea slaba a motorinei si mersul mai mult in mediu urban duc la colmatarea prematura a filtrului. Acest aspect face practic imposibila regenerarea iar autovehiculul merge in regim de avarie (performante reduse, consum marit, martor de avarie aprins).

Unii adopta solutia de spargere a monolitului ceramic pentru a face posibila evacuarea gazelor de evacuare, insa apoi intampina 2 noi probleme : consumul creste semnificativ si masina scoate fum negru care strica toata buna-dispozitie. Altii prefera varianta software pentru anularea erorii din bord si pacalirea ECU-ului privind absenta DPF-ului, insa nici aceasta tehnica nu rezolva problema fumului si mai ales a incadrarii in parametrii de poluare in cazul unei inspectii tehnice periodice.

Pentru posesorii de auto cu DPF care intampina astfel de probleme, PILOT power tuning ofera doua variante de filtre de particule :

1. Standard – bolt-on ceramice – similare produselor de origine. Produs aftermarket2. Metalice – sport, cu permitivitate marita. Acesta aduce urmatoarele avantaje :

- asigura oxidarea gazelor de esapament prin monolitul metalic primar, mentinand un procent optim al nivelului de CO si O2

- reduce nivelul NOx si PPM prin actiunea de regenerare a filtrului de particule cu grad ridicat de impregnare.

- asigura o contrapresiune optima si creste performanta motorului, gratie permitivitatii mari a substratului de filtrare

- scade cosnumul de combustibil, comanda de regenerare facandu-se practic foarte rar.

- permite functionarea in parametrii normali a senzorilor de presiune si temperatura.

- cost redus (300-500 euro in functie de motorizare) comparativ cu pretul unui filtru de particule nou de origine

15

filtru de particule, filtrul de particule, filtru particule, filtru, paticule, ceramic, metalic,dpf

16

BIBLIOGRAFIE

1. http://stiri.autovit.ro 2. http://www.autosaga.ro 3. http://www.e-automobile.ro 4. http://www.filtreparticule.ro 5. http://www.pilotauto.ro

17