Filtrácia výfukových plynov

Filtrácia výfukových plynov je technológia zameraná na zníženie emisií pevných častíc vo výfukových plynoch vznetových spaľovacích motorov. Filtre znižujú emisie pevných častíc na princípe ich mechanického zachytávania pričom sa cyklicky regenerujú spaľovaním zachytených pevných častíc.

Ako filtre sa používajú najmä keramické vložky.

Regenerácia filtrov upraviť

Regenerácia spočíva v spaľovaní zachytených častíc v prebytočnom kyslíku vo výfukových plynoch na povrchu filtra. Pre zvýšenie účinnosti keramických filtrov, zvýšenie rýchlosti reakcie, a zníženia teploty regenerácie sa pridáva do materiálu filtra ako katalytická prísada mangán (Mn). Zníženie teploty pod 400 °C je vhodné pre zamedzenie tvorenia sulfátov.

Počas procesu regenerácie dochádza ku zvýšeniu emisií CO, ale hodnota zvýšenia je pod legislatívne stanovenou hranicou. Výsledkom procesu filtrácie a regenerácie keramickými filtrami je síce zvýšenie počtu pevných častíc, ale pri ich výrazne menších rozmeroch a celkovom objeme.

Na inicializáciu regenerácie možno použiť niektorú z nasledovných metód ^[1]:

pridanie uhľovodíkov (paliva) do spalín pred filtrom
elektrické vyhrievanie filtra až po teplotu zapálenia zachytených častíc
regulácia prebytku kyslíka v spalinách.

Princípy regenerácie upraviť

Regeneráciu možno rozdeliť podľa princípu ^[2]:

Pri termálnej regenerácii filtrov sa dosahujú vhodné podmienky na začatie regenerácie vstrekovaním paliva do spalín pred filtrom. Horením paliva na teplom filtri sa jeho teplota ďalej zvyšuje až na teplotu pri ktorej dochádza k spaľovaniu zachytených častíc. Pri teplotách regenerácie nad 480 °C sa dosahuje účinnosť nad 90 %. Nevýhodou filtrov pracujúcich na uvedenom princípe je zvýšená spotreba paliva (asi o 9 %) a obmedzená životnosť filtra.
Pri katalytickej regenerácii sa zásluhou prísad (katalyzátorov) dosahuje zníženie teploty pre započatie regenerácie pri 220 °C. Katalytickými prísadami sú olovo a meď ktoré sa vo vhodných zlúčeninách pridávajú do paliva. Nevýhodou tohto spôsobu je zanášanie filtra katalytickými prísadami, ktoré sú zachytávané takmer na 100 %, čo značne obmedzuje životnosť katalyzátora (asi 10000 míľ). Ďalšou nevýhodou je zachytávanie prísad na vstrekovacích dýzach, ktoré s deformáciou palivového lúča vedie ku zvýšeniu emisií pevných častíc.

Riadenie regenerácie filtrov upraviť

Počas používania filtra narastá jeho prietokový odpor a tlakový spád potrebný na jeho prekonanie. Protitlak vo výfuku je teda vhodnou veličinou pre riadenie regenerácie filtra. Obmedzenie maximálnej prípustnej hodnoty protitlaku má za následok nižšie maximá teplôt počas regenerácie.

Rozdelenie keramických filtrov upraviť

Z vyššie uvedeného možno súčasne používané keramické filtre rozdeliť na 3 základné typy ^[3]:

keramický monolitický filter s katalytickou prísadou (v telese)
- výhody: je pasívny, pre svoju činnosť nepotrebuje ďalšie zariadenia
- nevýhody : vyžaduje vyššie zaťaženie motora pre regeneráciu, výrazne zhoršuje spotrebu paliva, vhodné podmienky pre vznik sulfátov, nízka spoľahlivosť
keramický monolitický filter s aditívami v palive
- výhody: jednoduchosť
- nevýhody: vyžaduje vyššie zaťaženie motora pre regeneráciu, používanie prísad, zvýšené opotrebenie motora, znehodnocovanie filtra prevádzkou, možné dopady na zdravie, stredne zhoršuje spotrebu paliva
keramický monolitický filter s horákom
- výhody: pracuje vo všetkých prevádzkových podmienkach, iba mierne zhoršuje spotrebu paliva
- nevýhody: zložitý a drahý.

Kovové filtre upraviť

Okrem keramických filtrov je možné použiť aj filtre s kovovou sieťkou (hliník) s obsahom platiny ^[4] alebo platiny a rhódia. Takýto filter pracuje na princípe oxidácie pevných častíc s využitím NO₂, ktorý vzniká na katalytickom povrchu platinovej sieťky. Mechanizmus umožňuje zníženie teploty regenerácie na 265 °C. Materiál sieťky sa volí tak, aby umožňoval selektívnu oxidáciu oxidov dusíka pri minimálnom vzniku oxidov síry. Podmienkou je však používanie nízkosírnych palív.

Pozri aj upraviť

Referencie upraviť

↑ Wiedemann B., Neumann K.H. : Vehicular Experience with Additives for Regeneration of Ceramic Diesel Filters. SAE paper 850017. International Congress and Exposition, Feb.1985..(in) Diesel Particulate Emissions: Measurement Techniques, Fuel Effects and Control Technology PT-42, (ed.) Johnson J.H., SAE,Inc Warrendale,PA USA,1992.
↑ Wade W.R., White J.E., Florek J.J., Cikanek H.A. : Thermal and Catalytic Regeneration of Diesel Particulate Traps. SAE paper 830083. International Congress and Exposition, Feb.1983..(in) Diesel Particulate Emissions: Measurement Techniques, Fuel Effects and Control Technology PT-42, (ed.) Johnson J.H., SAE,Inc Warrendale,PA USA,1992.
↑ MacDonald J.S., Simon G.M. : Development of a Particulate Trap System for a Heavy-Duty Diesel Engine. SAE paper 880006. International Congress and Exposition, Feb.1988.(in) Diesel Particulate Emissions: Measurement Techniques, Fuel Effects and Control Technology PT-42, (ed.) Johnson J.H., SAE,Inc Warrendale,PA USA,1992.
↑ Cooper B.J., Thos J.E. : Role of NO in Diesel Particulate Emission Control. SAE paper 890404. International Congress and Exposition, Feb.1989.(in) Diesel Particulate Emissions: Measurement Techniques, Fuel Effects and Control Technology PT-42, (ed.) Johnson J.H., SAE,Inc Warrendale,PA USA,1992.

[1] Wiedemann B., Neumann K.H. : Vehicular Experience with Additives for Regeneration of Ceramic Diesel Filters. SAE paper 850017. International Congress and Exposition, Feb.1985..(in) Diesel Particulate Emissions: Measurement Techniques, Fuel Effects and Control Technology PT-42, (ed.) Johnson J.H., SAE,Inc Warrendale,PA USA,1992.

[2] Wade W.R., White J.E., Florek J.J., Cikanek H.A. : Thermal and Catalytic Regeneration of Diesel Particulate Traps. SAE paper 830083. International Congress and Exposition, Feb.1983..(in) Diesel Particulate Emissions: Measurement Techniques, Fuel Effects and Control Technology PT-42, (ed.) Johnson J.H., SAE,Inc Warrendale,PA USA,1992.

[3] MacDonald J.S., Simon G.M. : Development of a Particulate Trap System for a Heavy-Duty Diesel Engine. SAE paper 880006. International Congress and Exposition, Feb.1988.(in) Diesel Particulate Emissions: Measurement Techniques, Fuel Effects and Control Technology PT-42, (ed.) Johnson J.H., SAE,Inc Warrendale,PA USA,1992.

[4] Cooper B.J., Thos J.E. : Role of NO in Diesel Particulate Emission Control. SAE paper 890404. International Congress and Exposition, Feb.1989.(in) Diesel Particulate Emissions: Measurement Techniques, Fuel Effects and Control Technology PT-42, (ed.) Johnson J.H., SAE,Inc Warrendale,PA USA,1992.

[1]

[2]

[3]

[4]