dpf-system-016

Wyniki testów

WYNIKI TESTÓW SKUTECZNOŚCI

Nasze badania i testy jasno pokazały, że najbardziej skuteczną metodą udrażniania zablokowanych kanałów filtrów DPF / FAP / KAT jest czyszczenie strumieniem wody pod wysokim ciśnieniem z dobrze dobranym detergentem. Z drugiej strony najgorszą i najbardziej inwazyjną metodą okazało się czyszczenie chemiczne.

Czyszczenie hydrodynamiczne

Czyszczenie hydrodynamiczne tylko jako jedyne dawało szansę na pozbycie się wszystkich rodzajów cząstek stałych, zarówno z kanałów dolotowych jak i wylotowych wkładu filtra. Strumień cieczy roboczej w maszynie kierowany jest od strony wylotowej filtra, czyli z reguły drożnych kanałów wylotowych, następnie woda z detergentem przedostaje się poprzez mikropory w ściankach dzielących kanały do niedrożnych kanałów dolotowych. Filtr zapinany jest w maszynie pionowo, stroną wylotową od góry ( gdzie aplikowany jest strumień wody ). Takie ułożenie filtra pozwala na swobodne oczyszczanie się kanałów dolotowych filtra, które w tej pozycji mają otwarte kanały dołem, gdzie zanieczyszczona woda wraz ze wszystkimi złogami może bez oporów wydostawać się na zewnątrz filtra. Pozostałe metody nie gwarantowały już takiej skuteczności przy jednoczesnym zachowaniu bezpieczeństwa dla wkładu filtra.

Czyszczenie ultradźwiękami

Czyszczenie ultradźwiękami radzi sobie tylko z mało lub średnio zabrudzonymi filtrami. Niestety większość filtrów trafia do czyszczenia w ciężkim stanie. W takich filtrach woda z ultradźwiękami nie dociera do wszystkich zakamarków, pozostawiając niektóre kanały niedrożne. W tej metodzie również potrzebne jest końcowe przedmuchanie sprężonym powietrzem, które z większym lub mniejszym powodzeniem usuwa rozpuszczone złogi z kanałów wkładu filtra. Obróbka pneumatyczna kiepsko sobie radzi z czyszczeniem filtrów zanieczyszczonych olejem oraz z zapieczonymi złogami nagaru. Nie jest to rzadki przypadek. Awaria turbosprężarki, wtrysków często prowadzą do zalania olejem filtra DPF. W dodatku w tej metodzie zachodzi konieczność rozcięcia filtra, wyciągnięcia rdzenia filtra, potem spawania. Wypalanie w trybie serwisowym ma tylko sens w samochodach z naprawdę niskim przebiegiem, gdzie w zablokowanych kanałach czysta sadza stanowi przeważającą część. Taką sadzę łatwo wypalić do postaci gazowej. W samochodach z przebiegiem powyżej 100000 km, taki zabieg bardzo rzadko okazuje się skuteczny. Wypalona sadza uwalnia tylko małą część kanałów filtra, pozostała cześć w dalszym ciągu zablokowana jest popiołem.

Obróbka termiczna w piecu indukcyjnym

Obróbka termiczna w piecu indukcyjnym pozwala na wypalanie sadzy w kanałach filtra do postaci popiołu, inaczej niż odbywa się to w środowisku układu wydechowego, gdzie cząstki sadzy zachodzą w reakcję z dwutlenkiem azotu ze spalin, z czego powstają tlenek węgla oraz tlenek azotu. Te natomiast łączą się z tlenem, tworząc dwutlenki węgla i dwutlenki azotu wydostające się kanałami wylotowymi z układu. Mówiąc prosto, sadza utlenia się tam do postaci gazowej, której znacznie łatwiej wydostać się z filtra niż popiołowi.
Ponadto skuteczność tej metody uzależniona jest trochę od szczęścia. Zbyt krótki czas obróbki, powoduje, iż mocno skompresowana sadza, znajdująca się wewnątrz rdzenia filtra, nie zostanie spopielona, a filtr nie odzyska pełnej sprawności. Z drugiej strony, zbyt długi czas nagrzewania prowadzi do degradacji rdzenia filtra. Po obróbce termicznej kanały wkładu filtra zablokowane są popiołem, który zależnie od wcześniejszego procesu spalania sadzy, nadaje się bardziej, lub mniej do przedmuchania sprężonym powietrzem.

Czyszczenie preparatami chemicznymi

Czyszczenie preparatami chemicznymi to istna tortura dla wkładu filtra. W większości przypadków substancja chemiczna rozpuszcza się i łączy z cząstkami stałymi filtra, blokując go jeszcze w większym stopniu. W wielu przypadkach wkład filtra ulega uszkodzeniu mechanicznemu. Dzięki zdobytemu doświadczeniu wybraliśmy metodę czyszczenia strumieniem wody pod wysokim ciśnieniem. W pierwszej fazie skupiliśmy się na wyeliminowaniu potencjalnych wad, czyli : źle dobrany detergent, lub zbyt duża moc sprężonego powietrza w strumieniu roboczym cieczy. Aby sprostać wyzwaniu opracowaliśmy swój własny detergent oraz maszyny do czyszczenia. W wyniku podjętych działań powstała nasza autorska technologia.

Rodzaje zanieczyszczeń

Sadza

Produkt powstający w trakcie niepełnego spalania paliw.

Najogólniej możemy wyróżnić dwa rodzaje akumulacji sadzy :

Akumulacja porów

Cząstki stałe osadzają się w sieci porów wewnątrz materiału ścianki filtra.

Chociaż tylko niewielka część całkowitej sadzy gromadzi się w mikroporach filtra, przyczynia się to do gwałtownego wzrostu spadku ciśnienia w filtrze.

W zależności od poziomu załadowania sadzy i typu filtra akumulacja porów może w niektórych przypadkach stanowić 50% spadku ciśnienia filtra, lub nawet więcej.

Zbrylowanie sadzy

Wraz ze wzrostem ładunku sadzy w sieci porów, warstwa cząstek zaczyna tworzyć się wzdłuż powierzchni ścianek w kanałach wlotowych, a dominującym mechanizmem filtracji staje się filtracja zbrylania sadzy.

Rodzaje zanieczyszczeń

Popioły

Popiół gromadzi się w DPF podczas długotrwałego użytkowania, jako niepalny materiał pozostawiony po regeneracji filtra i utlenianiu sadzy. Popiół składa się z różnych związków metali pochodzących z dodatków smarnych, pierwiastków śladowych w paliwie oraz zużycia silnika i produktów korozji.

Jak pokazano na fig. 1, popiół może zajmować dużą część objętości filtra, ponieważ może gromadzić się w cienkiej warstwie wzdłuż ścian kanału lub zajmować miejsce w kierunku tylnej części kanałów filtra. Jednym z efektów gromadzenia popiołu jest zmniejszenie efektywnej objętości filtra, lub obszaru filtracji, i zmniejszenie zdolności magazynowania sadzy. Odkładanie się popiołu zmienia również rozkład nagromadzonej sadzy, zwykle przesuwając ją w kierunku przedniej części filtra. Te połączone zjawiska przyczyniają się do ograniczenia średnicy kanału i zmniejszenia efektywnej długości kanałów filtra. W rezultacie popiół przyczynia się do zwiększenia ograniczenia przepływu spalin.

Po drugie, warstwa popiołu fizycznie oddziela zgromadzoną sadzę od katalizatora spalin ( np. cząstki platyny ), który może być osadzony na powierzchni ścianek DPF. Zapobiega to nie tylko kontaktowi cząstek sadzy z katalizatorem spalin, ale dodatkowo zwiększa wymaganą długość dyfuzji do utleniania sadzy wspomaganego przez NO2 ( dwutlenek azotu ).

Rysunek 1 najlepiej ilustruje wielkość problemu, ponieważ przedstawia udział popiołu w całkowitej masie materiału nagromadzonego w DPF (popiół i sadza), przyjmując maksymalne obciążenie 6 g / L

Na podstawie rys. 2, po zaledwie 53 000 km użytkowania na drodze, około 50% materiału zgromadzonego w DPF stanowi popiół. Innymi słowy, ilość popiołu jest równa ilości sadzy przy maksymalnym dopuszczalnym limicie obciążenia sadzą wynoszącym 6 g / L. Ponadto, po 240 000 km, popiół to ponad 80% materiału uwięzionego w DPF, w tym mniejszość to sadza.

Zanieczyszczenia olejem silnikowym powstałe w wyniku nieszczelnego układu dolotowego ( np. awaria turbosprężarki ). Olej dostaje się do wkładu filtra ( monolitu ) gdzie ulega procesowi spiekania.

dpf-system-035

Metody czyszczenia DPF

Skuteczna metoda czyszczenia filtrów musi oczyścić kanały ( dolotowe i wylotowe ) filtra z sadzy, popiołów, nagarów, cząstek stałych tlenku ceru, oraz równocześnie być bezpieczna dla samego wkładu rdzenia filtra.

Czyszczenie hydrodynamiczne

Metoda czyszczenia z wykorzystaniem specjalistycznej maszyny, wytwarzającej strumień roboczy cieczy skierowany bezpośrednio do wnętrza filtra. Wymagane zastosowania środka czyszczącego – detergentu.

Zalety:

  • Bezpieczna dla powłoki katalitycznej filtra. Wysoka skuteczność, nawet do 98 % przepustowości.
  • Jako nieliczna ma możliwość skutecznego oczyszczenia kanałów filtra ze
    wszystkich cząstek stałych : sadzy, popiołów, nagaru, tlenku ceru.
  • Brak konieczności wycinania wkładu ceramicznego.
  • Szybki czas czyszczenia około 30 min.

Wady:

  • Skuteczność uzależniona od dobrze dobranego detergentu.

Obróbka termiczna

Wypalanie sadzy w piecu indukcyjnym. Umieszczenie wkładu ceramicznego rdzenia filtra w piecu na około 12 godzin.

Zalety:

  • Skutecznie usuwa ( wypala ) sadzę.

Wady:

  • Nie usuwa pozostałych cząstek stałych, np. popiołów, których nie ma możliwości wypalić.
  • Duże ryzyko uszkodzenia wkładu ceramicznego filtra, wyczulonego na zbyt gwałtowne zmiany
    temperatury.
  • Konieczność przecięcia filtra, wyciągniecie wkładu, spawanie.

Obróbka ultradźwiękowa

Metoda polegająca na całościowym zanurzeniu filtra w wannie z roztworem. Ultradźwięki w roztworze myjącym wytwarzają fale ciśnienia w postaci implodujących pęcherzyków, a te z kolei odrywają zanieczyszczenia z powierzchni mytych filtrów.

Zalety:

  • Pozwala na dobre oczyszczenie kanałów filtra, tak długa jak do wszystkich miejsc dociera woda.
  • Brak konieczność rozcinania filtra.

Wady:

  • W przypadku bardzo zablokowanych ( zapieczonych ) kanałów filtra woda z ultradźwiękami
    ma ograniczony dostęp i możliwości penetracji. Pozostawiając te miejsca nieudrożnione.
  • Wymaga przedmuchania sprężonym powietrzem.

Obróbka pneumatyczna

Filtr cząstek stałych umieszczany jest w specjalistycznej maszynie, w której poddawany jest przedmuchiwaniu sprężonym powietrzem.

Zalety:

  • Każdy kanał filtra adresowany jest indywidualnie podczas przedmuchiwania.
  • Stosunkowo mało inwazyjny dla wkładu filtra.
  • Czyszczenie bez użycia detergentu.

Wady:

  • Potrzeba przecięcia filtra, wyciągniecie wkładu, spawanie.
  • Mało skuteczny w przypadku wkładu filtra zalanego olejem.
  • Ogólna skuteczność na poziomie 70 %.

Wypalanie w trybie serwisowym

Za pomocą komputera diagnostycznego uruchamiany jest tryb, w którym silnik pracuje na dużych obrotach.
Dużo bogatsza mieszanka paliwowa, wpływa na zwiększenie temperatury spalin do poziomu nawet 600 stopni! W takich warunkach możliwe jest wypalanie sadzy.

Zalety:

  • Skutecznie wypala sadzę w jednostkach o małym przebiegu do 50.000 km.
  • Procedura bez demontażu filtra.

Wady:

  • Nie usuwa popiołów. Wypala tylko sadzę.
  • Bardzo mało skuteczny w przypadku samochodów z dużym przebiegiem, gdzie poziom popiołów
    stanowi przeważającą część zapchanego filtra.
  • Tryb serwisowy regeneracji w znacznym stopniu obciąża silnik ( zarzynanie silnika ).
  • Konieczność wymiany oleju.

Czyszczenie chemiczne

Czynność ta polega na wprowadzeniu do wnętrza filtra specjalnej chemii mającej na celu rozpuścić sadzę. Czyszczenie chemiczne złogów węgla jednym preparatem, a następnie spłukaniu ich drugim. Następnie mechanik podłącza do samochodu komputer serwisowy i uruchamia procedurę serwisową regeneracji filtra.

Zalety:

  • Nie wymaga rozcinania filtra. Aplikacja chemii bez demontażu filtra.

Wady:

  • Wypłukuje tylko najmniejsze cząstki stałe w kanałach dolotowych wkładu filtra.
  • Oczyszcza skutecznie tylko kanały wylotowe filtra, pozostawiając w kanałach
    dolotowych filtra ( zaślepione od strony wylotowej ) rozpuszczone złogi.
  • Metoda bardzo inwazyjna dla wkładu filtra.

Budowa DPF

Budowa DPF

Filtr cząstek stałych (DPF) usuwa cząstki stałe ze spalin silników Diesla poprzez filtrację fizyczną. Dostępnych jest wiele rodzajów filtrów, ale najczęściej spotykany jest monolit ceramiczny (kordieryt lub węglik krzemu) o strukturze plastra miodu.

Filtr cząstek stałych jest podobny do wkładów w katalizatorach (przekrój – plaster miodu). Jednakże kanaliki we wkładzie mają większą średnicę i porowate ścianki. Ponadto pokryte są powłoką katalityczną , stanowiącymi fundament dla cząstek metali katalitycznych.
Kanały zatkane po stronie wylotowej, nazywane są kanałami wlotowymi — to nimi spaliny wpadają do filtra. Natomiast kanały z zamkniętymi końcami po stronie dolotowej, to kanały wylotowe, którędy wydostają się spaliny. Spaliny chcąc przejść przez taką przeszkodę muszą przecisnąć się przez pory zostawiając większe cząsteczki uwięzione wewnątrz zaślepionych kanalików.

Monolity

Wykonane są z kordierytu, węglika krzemu, lub tytanianu aluminium.

Ściany wkładu filtra ( monolitu ) mają rozkład drobnych porów, które są dokładnie kontrolowane w procesie produkcyjnym. Całkowita porowatość materiału wynosi zwykle od 45 do 50% lub więcej, podczas gdy średnie rozmiary porów wynoszą zwykle od 10 do 20 μm. Mechanizm filtracji w monolitycznych filtrach ściennych jest kombinacją filtracji penetracji i zbrylowania sadzy. Filtracja penetracji jest dominującym mechanizmem, ponieważ cząstki stałe osadzają się w sieci porów wewnątrz materiału ścianki. Wraz ze wzrostem ładunku sadzy warstwa cząstek tworzy się wzdłuż powierzchni ściany w kanałach wlotowych, a dominującym mechanizmem staje się wtedy filtracja zbrylowania sadzy. Zazwyczaj filtry monolityczne mają wydajność filtracji między około 70 a 95% wszystkich cząstek stałych.

Powłoka katalityczna

Powłoka katalitycznaGłówną funkcją powłoki katalitycznej jest zapewnienie podłoża dla metali katalitycznych ( szlachetnych ). Ponadto powłoka katalityczna może fizycznie oddzielać się i zapobiegać niepożądanym reakcjom między składnikami złożonego układu katalitycznego.

Materiały powłoki katalitycznej obejmują nieorganiczne tlenki metali nieszlachetnych, takie jak tlenek glinu, tlenek krzemu, tlenek ceru, dwutlenek tytanu, tlenek cyrkonu, i zeolity.

Niektóre z nich są stosowane jako nośniki katalizatorów, inne dodaje się do powłoki katalitycznej jako promotory lub stabilizatory, jeszcze inne wykazują aktywność katalityczną.

Dobre materiały powłoki katalitycznej charakteryzują się wysoką stabilnością termiczną.

Powłokę katalityczną nakłada się monolit z zawiesiny na bazie wody.

Metale katalityczne ( szlachetne )

Metale katalityczne

Katalizator (y) metali szlachetnych mogą być obecne w zawiesinie powłoki katalitycznej, albo też są stosowane w drugim etapie nazywanym impregnacją. Podczas impregnacji, powleczony powłoką katalityczną monolit jest zanurzony w roztworze wodnym zawierającym katalityczne prekursory. Podsuszony katalizator suszy się i kalcynuje do ostatecznej postaci. Podczas kalcynacji prekursory katalizatora rozkładają się tworząc ostateczny katalizator, zwykle metal lub tlenek metalu. Najpowszechniejszymi katalizatorami są metale z grupy platyny (PGM), takie jak sama platyna (Pt), pallad (Pd) i ród (Rh).

Mata ceramiczna

Owinięta jest wokół monolitu. Zapewnia izolację termiczną, ochronę przed wstrząsami mechanicznymi i drganiami pojazdu.

Technologia czyszczenia

Technologia czyszczenia / regeneracji filtrów DPF / FAP oraz katalizatorów

Technologia czyszczenia

Nasze gorąco-wodne urządzenia wysokociśnieniowe wykorzystują siłę hydrodynamiki przepływu wody o charakterze turbulentnym (rys.1) oraz siłę impulsu sprężonego powietrza z kompresora. Ruch cieczy ( płynu roboczego ) wymuszany jest przez zewnętrzne ciśnienie, które musi pokonać opory przepływu w kanałach filtra. Przy przepływie turbulentnym (burzliwym) strugi cieczy mieszają się tworząc wiry, które w łatwy sposób przenikają i usuwają cząstki stałe w mikroporowatych przegrodach kanałów filtra.

Geometria przepływu filtra DPF

Podczas czyszczenia, geometria przepływu filtra DPF zapewnia opory z jednoczesnym tworzeniem przepływu o dużej prędkości, i wysokich naprężeniach ścinających, będących głównym mechanizmem usuwania skompresowanych złogów w kanałach filtra. Dodatkowo opór przepływu spowodowany jest odpowiednią lepkością środka czyszczącego, który sprawia, że podczas ruchu cząsteczek cieczy występuje zjawisko podobne w skutkach do tarcia. Metoda pozwala na bardzo dokładne usuwanie wszystkich rodzajów cząstek stałych ( sadza, popioły, oleje ) zarówno z kanałów wylotowych jak i dolotowych filtra.

W skład technologi wchodzi

  • specjalistyczna maszyna czyszcząca firmy DPF System
  • środek czyszczący
  • narzędzia pomiarowe – tester przeciwciśnienia, kamera inspekcyjna ( endoskopowa ).
  • profesjonalne urządzenie do suszenia gorącym powietrzem ( II stopień suszenia ).

Proces czyszczenia

1. Przeprowadzenie oględzin wkładu ceramicznego rdzenia filtra kamerą inspekcyjną.
Wkład filtra, który kwalifikuje się do czyszczenia nie może być popękany, przetopiony, zaklejony.

2. Zapięcie filtra w maszynie.

3. Test przeciwciśnienia, pokazujący stopień zapchania filtra przed czyszczeniem.

4. Aplikacja środka czyszczącego do wewnętrznej części obudowy filtra

5. Uruchomienie procesu czyszczenia. Temperatura wody 60 ℃.

6. Analiza brudnej wody wydobywającej się z filtra ( kolor, ilość oleju ).

7. Zakończenie czyszczenia (w przybliżeniu 1 godzina).

8. Suszenie (30 min).

9. Test przeciwciśnienia, pokazujący stopień zapchania filtra po czyszczeniu.
W przypadku braku pełnej przepustowości, powrót do pkt 5.

12. Wykonanie zdjęć wkładu filtra kamerą inspekcyjną.

13. Sporządzenie raportu. Wzór raportu.

Zalety metody

  • Dostępna dla wszystkich marek i modeli samochodów osobowych, dostawczych i ciężarowych.
  • Bezpieczna dla powłoki katalitycznej filtra.
  • Wysoka skuteczność, nawet do 98 % odzyskania przepustowości kanałów filtra.
  • Brak konieczności wycinania wkładu ceramicznego, spawania.
  • Szybki czas czyszczenia około 15-20 min.
  • Możliwość sprawdzenia rezultatu czyszczenia.
  • W przypadku filtrów samochodowych, czyści również katalizator znajdujący się obok filtra DPF.