Budowa, zasada działania i regeneracja filtra DPF w Audi A4 B7 2.0TDI

[WITT33]

Wszystko na przykładzie silnika 2.0 TDI Common Rail

Budowa

Filtr cząstek stałych i katalizator utleniający zamontowano oddzielnie od siebie we wspólnej obudowie.

W kierunku przepływu przed przed filtrem cząstek stałych zamontowany jest katalizator utleniający.

 

Zamontowanie z wstępnie doładowanym katalizatorem utleniającym w połączeniu z układem wtrysku Common-Rail ma następujące zalety:

– Temperatura spalin do czynności regeneracji może być w porównaniu do filtra cząstek stałych

z warstwą katalityczną bardziej dokładnie regulowana. Ciepło, które powstaje w katalizatorze

utleniającym podczas utleniania węglowodoru i tlenku węgla określane jest bezpośrednio przed

filtrem cząstek stałych, przez czujnik temperatury. W ten sposób ilość paliwa wtrysku uzupełniającego,

który służy do zwiększania temperatury spalin przy czynnośi regeneracji, może być dokładniej

obliczona.

– Duże bezpieczeństwo w trybie regeneracji filtra cząstek stałych.

– Podczas hamowania silnikiem unika się mocnego ochłodzenia filtra cząstek stałych przez zasysane

zimne powietrze, ponieważ katalizator utleniający w tym przypadku działa jak zasobnik temperatury.

Katalizator utleniający

Materiał nośny katalizatora utleniającego wykonany jest z metalu, aby szybko można było osiągnąć temperaturę z wydzielaniem ciepła.

Na korpusie metalowym znajduje się warstwa nośna z tlenku glinu. W tym wypadku, jako katalizator węglowodorów (HC) i dwutlenku węgla (CO) napylona jest warstwa platyny.

Zasada działania

Katalizator utleniający przekształca dużą część węglowodorów (HC) i tlenków węgla (CO) w parę wodną i dwutlenek węgla.

 

Filtr cząstek stałych DPF

Filtr cząstek stałych składa się z korpusu ceramicznego w formie tzw. „plastra miodu” z węglika krzemu.

Korpus ceramiczny zawiera mnóstwo małych kanalików, zamkniętych na przemian to zjednej, to z drugiej strony. Tworzą się w ten sposób kanały

wlotowe i wylotowe oddzielone od siebie filtrującymi porowatymi ceramicznymi ściankami.

Ścianki filtrujące są porowate i pokryte warstwą nośną z tlenku glinu (i tlenku ceru). Na tej warstwie nośnej

jest napylona warstwa metalu szlachetnego, którysłuży jako katalizator.

Zasada działania

Spaliny zawierające sadzę przepływają przez porowate ścianki filtra kanałów wlotowych. W przeciwieństwie

do składników gazowych spalin, cząsteczki sadzy zatrzymywane są w kanałach wlotowych.

 

Regeneracja DPF

Aby filtr cząstek stałych nie zapychał się cząsteczkami sadzy i mógł długo pełnić swoją funkcję, konieczna jest

jego regularna regeneracja. Polega ona na spaleniu (utlenieniu) zgromadzonych cząsteczek sadzy.

Regeneracja filtra cząstek stałych odbywa się w następujących etapach:

– regeneracja bierna,

– faza rozgrzewania,

– regeneracja aktywna,

– jazda regeneracyjna klienta,

– regeneracja w serwisie.

Faza rozgrzewania

W celu możliwie szybkiego rozgrzania zimnego katalizatora utleniającego i filtra cząstek stałych,

a przez to doprowadzenia do temperatury roboczej, wprowadzono celowo poprzez układ sterowania

silnika po wtrysku głównym wtrysk uzupełniający. To paliwo spala się w cylindrze i zwiększa się poziom

temperatury spalania. Powstające przy tym ciepło dociera wraz ze strumieniem powietrza w układzie

wylotowym do katalizatora utleniającego jak również do filtra cząstek stałych i ogrzewa oba podzespoły.

Faza rozgrzewania jest zakończona, gdy tylko w określonym czasie uzyskana zostanie temperatura

robocza katalizatora utleniającego i filtra cząstek stałych.

Regeneracja bierna

Regeneracja bierna polega na stałym spalaniu cząsteczek sadzy, które odbywa się bez ingerencji

układu sterowania silnika. Dzieje się to głównie przy dużym obciążeniu silnika (np. podczas jazdy na

autostradzie), gdy spaliny osiągają temperaturę od 350 do 500˚C. Cząstki sadzy w reakcji z dwutlenkiem azotu

zostają przekształcane w dwutlenek węgla.

Aktywna regeneracja

W szerokim zakresie warunków pracy silnika temperatury spalin są za niskie, aby zachodziła regeneracja

bierna. Ponieważ cząstki sadzy nie mogą wtedy ulec rozkładowi, dochodzi do nawarstwiania się sadzy

w filtrze. Gdy uzyskany zostanie odpowiedni stopień nagromadzenie sadzy w filtrze, rozpoczyna się regeneracja

aktywna uruchomiona przez układ sterowania silnika. Cząsteczki sadzy przy temperaturze spalin

od 600 do 650˚C spalane są do postaci dwutlenku węgla.

Działanie aktywnej regeneracji

Poziom zapełnienia sadzą filtra cząstek stałych jest obliczany przez sterownik silnika za pomocą dwóch algorytmów.

Pierwszy z nich ustalany jest na podstawie sposobu jazdy kierowcy oraz z sygnałów czujników temperatury spalin i sondy lambda.

Drugi algorytm określa stan zapełnienia sadzą na podstawie oporu przepływu spalin przez filtr

cząstek stałych. Opór ten jest obliczny z sygnałów czujnika ciśnienia 1 spalin -G450-, czujnika

temperatury spalin 3 -G495- przed filtrem cząstek stałych i z miernika masy powietrza -G70-

 

Czynności sterownika silnika -J623- podczas aktywnej regeneracji w celu zwiększenia temperatury spalin:

– Zasysane powietrze regulowane jest przez jednostkę sterowania przepustnicą -J338-

 

– Układ recyrkulacji spalin zostaje wyłączonyw celu zwiększenia temperatury spalania i zwiększenia ilości tlenu w komorze spalania.

 

– Krótko po „opóźnionym“ wtrysku głównym następuje pierwszy wtrysk uzupełniający w celu podwyższenia temperatury katalizatora.

 

– Później, po wtrysku głównym, następuje kolejny wtrysk uzupełniający. Paliwo z tego wtrysku nie spala się już w cylindrze, lecz jedynie odparowuje

w komorze spalania.

 

– Niespalone węglowodory pochodzące z tych oparów paliwa są utleniane w katalizatorze utleniającym. Powstające przy tym ciepło powoduje

wzrost temperatury spalin przed filtrem cząstek stałych do ok. 620˚C.

 

– Do obliczenia dawki wtrysku dla drugiego wtrysku uzupełniającego używany jest przez sterownik silnik -J623- sygnał z czujnika temperatury spalin

3 -G495- znajdującego się przed filtrem cząstek stałych.

 

– Ciśnienie doładowywania zostaje tak dostosowane, aby podczas procesu regeneracji kierowca nie odczuwał zmiany momentu obrotowego.

 

Jazda regeneracyjna wykonywana przez klienta

Jeżeli samochód jest eksploatowany stale na bardzo krótkich odcinkach, nie jest wtedy osiągana wystarczająco

wysoka temperatura spalin, aby nastąpiła regeneracja filtra. Jeżeli stan zapełnienia filtra cząstek stałych osiągnie

wartość graniczną, w zestawie wskaźników tablicy przyrządów zapala się lampka kontrolna filtra cząstek

stałych -K231-.

Za pomocą tego sygnału kierowca informowany jest o konieczności wykonania jazdy regeneracyjnej.

Samochód musi przy tym jechać przez krótki czas ze zwiększoną prędkością, aby uzyskać wystarczająco

wysoką temperaturę spalin i aby warunki pracy dla prawidłowej regeneracji pozostawały w pewnym okresie

czasu stałe.

Regeneracja w serwisie

Jeśli jazda regeneracyjna nie daje zadawalających efektów, a stan zapełnienia filtra cząstek stałych osiągnie 40 gramów, zapala się dodatkowo, oprócz

lampki kontrolnej filtra cząstek stałych -K231-, jeszcze lampka kontrolna czasu rozgrzewania świec żarowych -K29-.

Na wyświetlaczu zestawu wskaźników tablicy przyrządów pojawia się tekst „Uszkodzenie silnika – serwis“. W ten sposób kierowca informowany jest

o konieczności udania się do najbliższego serwisu. W celu uniknięcia uszkodzenia filtra cząstek stałych,

w tym przypadku regeneracja aktywna filtra cząstek stałych zostaje przez sterownik silnik zablokowana.

Filtr cząstek stałych może być wtedy regenerowany tylko w serwisie za pomocą testera VAS 5051 A lub B.

Stopnie regeneracji silnika 2,0 l TDI Common-Rail

 

[wrclaguna]

Fajny temacik dodam jeszcze stronkę z procedurą na VCDS

 

http://wiki.ross-tech.com/wiki/index.php/Diesel_Particle_Filter_Emergency_Regeneration

 

 

[Mario]

To ja też jeszcze dodam, że