Kvēpu filtra darbības pamati
Kvēpu daļiņu filtrēšana
Kvēpu filtrs darbojas, notverot kvēpu daļiņas no motora izplūdes, neļaujot tām nonākt vidē. Atšķirībā no katalītiskā neitralizatora, kas paredzēts gāzu fāžu emisiju samazināšanai caur katalizatoru, kvēpu filtrs ir paredzēts cieto daļiņu notveršanai un noturēšanai. Līdz kvēpus var oksidēt vai sadedzināt pašā kvēpu filtrā, izmantojot procesu, ko sauc par reģenerāciju.
Kvēpu filtru veidi un uzbūve
Visizplatītākais dīzeļdegvielas kvēpu filtrs ir šūnveida keramikas šūnveida filtrs ar kanāliem, kas ir pieslēgti mainīgajos galos. Parādīts 1.attēlā. Filtra gali, kas savienoti ar tā saucamā šaha gabala modeli, piespiež kvēpus saturošās izplūdes caurplūdi cauri porainām filtra sienām. Kamēr izplūdes gāzes var plūst caur sienām, kvēpu daļiņas tiek ieslodzītas filtra porās un slānī kanāla sienu augšpusē. Šūnveida konstrukcija nodrošina lielu filtrācijas laukumu. Vienlaikus samazinot spiediena zudumus, un ir kļuvusi par standarta, tā saukto sienas plūsmas filtru lielākajai daļai dīzeļdegvielas izplūdes gāzu filtrēšanas. Keramikas materiāli tiek plaši izmantoti makrodaļiņu filtros. Ņemot vērā to labo siltumizturību, un visizplatītākie keramikas materiāli ir: kordierīts, silīcija karbīds un alumīnija titanāts.
1. attēls. Dīzeļdegvielas kvēpu filtrs lieljaudas transportlīdzekļiem (a). Šķērsgriezuma attēlojums, kurā parādīti filtrēšanas procesi vairākos kvēpu filtra kanālos (b). Daļiņu uztveršanas un uzkrāšanās tuvplāna skats kanāla sienās (c).
Filtrēšanas process kvēpu filtrā
Sīkāka informācija par filtrēšanas procesu ir parādīta 1. attēlā (b) , kur parādītas kvēpu daļiņas, kas ieslodzītas gar ieplūdes kanālu, kas ir atvērts priekšpusē, bet noslēgts aizmugurē. Kvēpu filtrs satur vairākus simtus kanālu vai šūnu. Tā kā puse kanālu ir aizvērti kvēpu filtra priekšpusē, bet otra puse ir aizvērta filtra aizmugurē, tad tikai puse filtru kanālu uzkrāj kvēpus vai pelnus. Tas ir, tikai netīrās izplūdes plūsmas ietekmē ir atvērti kanāli, kas ir atvērti ieplūdes pusē, savukārt kanāli, kas ir atvērti uz izplūdes pusi, paliek tīri. Ņemot vērā šūnveida filtru nelielo poru izmēru un dizainu, kvēpu filtri var sasniegt 99% vai lielāku daļiņu uztveršanas efektivitāti [1]. Sakarā ar augsto kvēpu notveršanas efektivitāti un kvēpu filtra elementu noformējumu caur filtra sienām nedrīkst iziet redzami kvēpi vai pelni. Melnas svītras vai redzami kvēpi izplūdes kanālos ir droša filtra atteices pazīme.
Spiediena krituma veidošanās filtrēšanas procesā
Kvēpu daļiņas tiek notvertas un noturētas kvēpu filtrā, apvienojot dziļuma filtrēšanu filtra porās un virsmas filtrēšanu gar kanāla sienām. 1. c) attēlā redzamā atkāpe parāda šos divus procesus, kad neliela kvēpu daļa sākotnēji uzkrājas filtra porās (1) un pēc tam izveido slāni gar kanāla sienām (2). Palielinoties kvēpu slodzei filtrā, palielinās arī filtra notveršanas efektivitāte, jo uzkrājušies kvēpi nodrošina papildu slāni ienākošo daļiņu notveršanai. Īpašajiem kvēpu filtrēšanas mehānismiem neatkarīgi no tā, vai tie ir sienās esošajās porās, ir liela nozīme, nosakot kopējo izplūdes gāzu pretspiediena palielināšanos (vai spiediena kritumu visā filtrā), kā parādīts 2. attēlā .
2. attēls. Spiediena krituma veidošanās ar kvēpu uzkrāšanos kvēpu filtrā, parādot strauju sākotnējo spiediena krituma palielināšanos kvēpu uzkrāšanās dēļ filtra porās (1), kam seko pakāpeniska palielināšanās, jo sodrēji veido slāni gar sienām (2).
Jaunā vai tīrā kvēpu filtra virsma tiek pakļauta izplūdes gāzu plūsmai, un kvēpi ātri uzkrājas virsmas porās. Lai arī tikai neliela daļa no visiem sodrējiem uzkrājas filtra mikroporās, tas veicina strauju filtra spiediena krituma palielināšanos, kā parādīts 2. attēlā . Turpmākā kvēpu uzkrāšanās veido slāni (kūkas kārtu) gar kanāla sienām, kā rezultātā lēnāk un pakāpeniski palielinās filtra spiediena kritums. Atkarībā no kvēpu piepildīšanas līmeņa un filtra veida poru uzkrāšanās dažos gadījumos var radīt 50% vai vairāk no filtra spiediena krituma. Kvēpu filtra nelineārā reakcija uz materiāla uzkrāšanos sarežģī filtra kvēpu vai pelnu noslogojuma līmeņa noteikšanu, pamatojoties tikai uz spiediena kritumu.
Kvēpu filtra reģenerācija
Lai samazinātu filtra spiediena kritumu kvēpu uzkrāšanās dēļ, filtru reģenerē, izmantojot procesus, kas sadedzina (oksidē) kvēpus. Pastāv divas plašas reģenerācijas procesu kategorijas. Par to plašāk lasiet šeit.
