Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy

TYTUŁ: Systemy filtracji spalin do samochodowych silników z zapłonem samoczynnym – problemy regeneracji filtrów DPF

Autorzy: Zbigniew Stępień

OPIS PL

Światowe ustawodawstwa dotyczące szkodliwych emisji do atmosfery stanowią obszerną dziedzinę obejmującą ustawodawcze wymagania, ograniczenia i techniczne uregulowania dotyczące różnego typu silników spalinowych mających rozmaite zastosowania. Na najważniejszych rynkach światowych, takich jak Europa i USA, wprowadzane są coraz ostrzejsze przepisy w zakresie norm emisji odnoszących się między innymi do silników z zapłonem samoczynnym (ZS), które będą wymagały od producentów samochodów osobowych, jak i różnego rodzaju użytkowych konstruowania pojazdów niskoemisyjnych. Przepisy te, poza redukcją CO, HC i NOx, nakładają ostre wymagania dotyczące ograniczenia emisji cząstek stałych. Próba spełnienia systematycznie zaostrzanych przepisów w zakresie ograniczania emisji sprawia, że coraz większe znaczenie zyskują układy tzw. następczej obróbki spalin stosowane do oczyszczania gazów spalinowych. Układy takie są powszechnie stosowane pomimo znacznego postępu w zakresie rozwoju konstrukcji silników spalinowych. W odniesieniu do przyszłych norm emisji z silników ZS optymalnym rozwiązaniem umożliwiającym spełnienie nawet najbardziej surowych przepisów dotyczących emisji jest połączenie selektywnej redukcji katalitycznej (SCR) z filtrem cząstek stałych (DPF – Diesel Particulate Filter). DPF usuwają cząstki stałe z gazów spalinowych silników ZS poprzez filtrację spalin wydalanych z silnika. Jednak pomimo powszechnego stosowania już od ponad 15 lat DPF wymagają dalszych udoskonaleń i prowadzenia prac badawczo-optymalizacyjnych. Większość tych prac dotyczy obecnie stosowanych i przyszłych metod regeneracji filtrów, które są wciąż dalekie od doskonałości. Monografia ta stanowi kompendium wiedzy dotyczącej nieustannego zaostrzania przepisów w zakresie ograniczenia emisji cząstek stałych, konstrukcji, wydajności i zasad działania DPF, technologii i metod regeneracji DPF, a także opracowania systemu oczyszczania spalin z DPF regenerowanego przy wspomaganiu metodami pasywną i aktywną.
W pierwszym rozdziale omówiono: budowę i właściwości cząstek stałych, oddziaływanie wdychanych cząstek stałych na zdrowie, jak również obecne i przyszłe europejskie wymagania ustawodawcze w zakresie ograniczania emisji cząstek stałych.
W drugim rozdziale opisano konstrukcję DPF – materiały, z których wykonywane są monolity filtrujące, mechanizmy filtracji spalin, zalety i wady różnych filtrów, jak i działanie oraz właściwości użytkowe filtrów cząstek stałych. Ponadto przedstawiono konstrukcję i zastosowanie różnych systemów filtracji cząstek spalin pochodzących z silników ZS. Rozdział ten stanowi przegląd technologii wykorzystywanych do kontroli emisji cząstek stałych.
W trzecim rozdziale przedyskutowano metody regeneracji filtrów cząstek stałych, uwzględniając doświadczenia zdobyte podczas ich eksploatacji. Szczegółowo opisano i porównano strategie pasywnej i aktywnej regeneracji DPF. Rozważono stosowanie dodatków typu FBC (Fuel Borne Catalyst) do paliwa jako pasywnej metody wspomagania procesów regeneracji DPF w różnych warunkach eksploatacji. Zaakcentowano wciąż pojawiające się problemy w zakresie metod i procedur regeneracji DPF i omówiono przyszłe techniczne wyzwania z tym związane.
Celem ostatniego, czwartego rozdziału monografii było przedstawienie, w chronologicznej kolejności, procesu opracowywania, a następnie praktycznego badania i oceny systemu filtracji spalin do autobusów komunikacji miejskiej z DPF, w którym zastosowano metody pasywnego i aktywnego wspomagania regeneracji. Jest to skrócony raport zezrealizowanego projektu, w ramach którego praktycznie wykorzystano wiedzę dotyczącą konstrukcji, działania i regeneracji DPF do opracowania całego systemu filtracji spalin z zastosowaniem nowatorskiego dodatku typu FBC do pasywnego wspomagania procesów regeneracji DPF zweryfikowanych w warunkach rzeczywistej eksploatacji.

OPIS EN:

Worldwide emission legislations are a large field of legislative demands, limits and technical regulations for all the different internal combustion engine applications. Major world markets, such as Europe and USA, are legislating, among others, more and more severe diesel emission standards that will require manufacturers of passenger cars, and all ranges of commercial vehicles to develop low emissions vehicles. In addition to reduction in CO, HC and NOX, these regulations require stringent reductions of particulate emissions. In order to meet increasingly stringent emission standards, exhaust gas after treatment systems has increased in significance for internal combustion engines, despite the progress made with regard to engine modifications. For future emissions regulations concerning the Diesel engines, selective catalytic reduction (SCR) in combinations with diesel particulate filters (DPF) offers a unique and global solution for the most severe regulations. DPF remove particulate matter in diesel exhaust gases by filtering exhaust from engine. But, although DPFs have been in commercial production for more than 15 years, there is still much optimization activity in the field. Most investigations are focused on current and new regeneration methods which are still far from perfect. This monograph sets compendium of information about continuously tighten regulations with reference especially to particulate matter emission, DPF construction, performance and principle of operation, DPF regeneration technologies and procedures as well as presents development of real DPF systems with passive-active regeneration.
The first chapter introduces particulate matter composition and properties, health effects of inhaled particulate matter as well as current and future legislation on particle matter and particle number limits in Europe.
In the second chapter design of DPF, filter monolith materials, filtration mechanisms, advantages and disadvantages of various DPF, operation and operating characteristics as well as performance of DPFs has been extensively described. Furthermore, design and application different diesel particulate filtration systems were presented. It is something like diesel emission control technology review.
Chapter three discusses particulate trap regeneration methods and operating experience. Passive and active strategy for DPF regeneration has been in detail described and compared. The use of fuel borne catalyst (FBC) as a method of DPF passive regeneration supporting in a different driving conditions has been considered. Still occurrences problems with DPF regeneration procedures has been emphasized and the resultant technical challenges for the future were discussed.
The focus of the last, fourth chapter of the monograph was to present in chronological order developing and next practical evaluation of DPF system with combined regeneration method for city buses. So, this is a short report from the project of practical taking advantage of knowledge about DPF construction, operation and regeneration ways for development of novel FBC additive for passive supporting of DPF regeneration and all filtration system revised under real operating conditions.

Praca naukowa nr 207 jest dostępna w trybie open acces.

Zamówienie wersji drukowanej:

Cena egzemplarza: 60 zł netto (plus 5% VAT)

Koszt przesyłki: 5 zł brutto za sztukę – list polecony

Zamówienia prosimy składać e-mailowo: nafta-gaz@inig.pl lub telefonicznie 012 617 76 32.