Odkiaľ pochádza popolček v DPF?

Hneď na úvod len stručne aký je rozdiel medzi popolčekom a sadzami v DPF. Sadze sa z DPF vypaľujú regeneráciou. Popoplček je nežiaduca časť sadzí, ktorá sa ukladá v DPF, lebo nechceme, aby sa dostala do ovzdušia. Popolček sa dlhodobo ukladá v DPF. Keď je DPF zaplnený popolčekom, musí sa vymeniť, alebo čistiť špeciálnymi metódami. Viac o rozdiele popolčeka a sadzí sme písali v tomto článku.

Odkiaľ pochádza popolček v DPF? Jednoducho povedané hlavným zdrojom popolčeka v DPF je motorový olej. Je to v tom prípade, že všetky komponenty v motore správne fungujú a auto je z väčšej časti prevádzkované na diaľnici.

Ale tak ako to v živote býva, nie je všetko také jasné a jednoduché ako sa zdá. Obrázok 1. ukazuje rôzne vzorky popolčeka odobrané z rôznych DPF filtrov. Už na prvý pohľad je vidno, že vzorky sa od seba líšia. Konkrétne sa jedná o prísady v oleji, ktoré prispievajú k tvorbe popolčeka v DPF. Ostatnými minoritnými zdrojmi popolčeka sú kovové častice motora vzniknuté opotrebením, korózia vo výfukovom potrubí a zdroje z okolitého prostredia.

zdroj-popolceka-usadenom-v-DPF

Obrázok 1. Popolček odobraný z rôznych DPF filtrov jasne ukazuje ich rozdiel v štruktúre aj zložení. 

 

Určenie zdrojov popolčeka hrá kľúčovú úlohu na to, aby bolo možné dohliadať na vlastnosti popolčeka, čo zásadne ovplyvňuje DPF a výkon motoru. Obrázok 1 ukazuje niekoľko rôznych vzoriek popolčeka. Vzorky sa líšia nielen zložením popolčeka, ale zo vzoriek je tiež vidno ako popolček reaguje na prevádzkové zmeny DPF ako je napríklad teplota. Ľavá ampulka v popredí obsahuje hustý spekaný popol, zataiľ čo pravá ampulka obsahuje popolček vo forme sypkého prášku. Na správne čistenie popolčeka je potrebné dobre poznať jeho chemické zloženie a tiež podmienky vo výfukovom prostredí.

Motorové oleje sú jedným z najväčších zdrojov popola v DPF. Konkrétne sa jedná o malé množstvo prísad v oleji, ktoré tvoria najviac popolčeka. Jedná sa o detergenty na báze kovov, ktoré slúžia na zníženie opotrebenia a antioxidanty. Zároveň tieto aditíva sú potrebné na ochranu komponentov v motore a boli vyvinuté ešte pred zavedením DPF. V dôsledku toho, že malá časť oleja sa spáli dochádza aj k spálenie prísad v oleji ktoré sa zachytávajú v DPF. Z tohoto dôvodu boli definované nové normy pre motorové oleje, ktoré sú určené práve pre DPF filtre. Tieto normy určujú maximálnu hodnotu sulfátového popolčeka v oleji.

Motorová nafta môže byť ďalším zdrojom popolčeka v DPF, Dokonca aj veľmi malé stopové množstvá (1 diel na milion ppm) nehorľavého materiálu v palive môže viesť časom vysokému zaneseniu DPF popolčekom. Našťastie v prípade väčšiny prémiových palív s týmto nie je problém. Problém ale môže vzniknúť pri biopalivách, ktoré neprešli inšpekčným,alebo certifikačným procesom a môžu obsahovať stopy sodíka, draslíka ktorý je zdrojom popolčeka v DPF.

Podobne aj niektoré aditíva môžu negatívne vplývať na tvorbu popolčeka v DPF. Dokonca priamo aditíva na podporu regenerácie DPF môžu prispieť k tvorbe popolčeka a to zvlášť vtedy, keď sa používajú na na podporu horenie prvky železa.

Čiastočky kovu a korózie, ktoré pochádzajú z oderu a opotrebovania motoru tvoria v popolčeku usadenom v DPF zvyčajne menej ako 10%. Čiastočky kovu pochádzajú z opotrebovania motorových kovových častíc, ktoré vzniká v priebehu času. Čiastočky hrdze pochádzajú prevažne z výfukového potrubia a tiež sú zachytené v DPF. Častice pochádzajúce z tohto zdroja sú oveľa väčšie ako častice, ktoré vznikajú z motorového oleja.

Environmentálne zdroje môžu tiež prispievať k tvorbe popolčeka v DPF, v závislosti od toho, kde sa motor alebo zariadenie prevádzkujú a v závislosti od toho v akom stave sú ďalšie systémy motoru (ako napríklad vzduchový filter). Prostredia, ako sú bane, vrtné miesta a iné miesta mimo diaľnic s vysokými koncentráciami jemných nehorľavých častíc, môžu viesť k tomu, že niektoré z týchto častíc budú prechádzať motorom a budú sa hromadiť v DPF. Príspevok týchto environmentálnych zdrojov k tvorbe  popolčeka v DPF sa môže zvýšiť nekvalitnou, alebo nepravidelnou údržbou motorových časti ako je napríklad pravidelná údržba vzduchového filtru.


Zloženie popolčeka v DPF

Popol DPF sa primárne skladá z oxidov kovov, sulfátov a fosfátov. Zloženie popolčeka v konkrétnych filtroch častíc závisí od primárnych zdrojov popola a tak isto závisí od teploty, pri ktorej sa popolček ukladá v DPF. Nižšie uvedený zoznam uvádza hlavné zložky popola na základe ich primárnych zdrojov.

Detergentné prísady v olejoch: sírany, fosforečnany alebo oxidy vápenaté alebo horečnaté

Proti oderové a anti-oxidačné prísady v olejoch: Sírany, fosfáty alebo oxidy na báze zinku

Prvky súvisiace s palivom: sodík, draslík

Opotrebenie alebo korózia: železo, meď, cín, hliník, chróm, olovo, striebro

Environmentálne zdroje: kremík, hliník, ostatné

Zdroj popola a jeho elementárne zloženie je dôležite, pretože kompozícia určuje kľúčové vlastnosti popola vrátane teploty tavenia alebo spekania, hustoty a štruktúry kryštálov a veľkosti častíc.

Teplota tavenia alebo spekania definuje spôsob ako sú sadze ovplyvnené vysokou teplotou  v DPF. Hoci priemerné teploty výfukových plynov počas aktívnej regenerácie sú v rozsahu od 550 °C do 650 °C, lokálna teplota vo vnútri DPF môže byť oveľa vyššia a v niektorých prípadoch sa na krátku dobu blíži k 900 °C až 1 000 °C. keď dochádza k spaľovaniu sadzí. Tieto vysoké teploty nie sú štandardné, ale môžu mať výrazný vplyv na zvyškový popol. V dôsledku vysokých teplôt dochádza k spekaniu, taveniu alebo rozkladu popola. Všeobecne sa zlúčeniny na báze zinku rozkladajú a rozpúšťajú (v niektorých prípadoch) pri oveľa nižšej teplote ako zložky popola na báze vápnika alebo horčíka. Aj krátkodobé vysoké teploty v DPF  ovplyvňujú výsledné vlastnosti popola a chemické zloženie, ako aj úroveň, do akej miery je popolček spojený s povrchom filtra.

Kryštálová štruktúra a veľkosť častíc tak isto závisí od zloženia popolčeka. Veľkosť častíc a ich štruktúra ovplyvňuje aglomeráciu, rast a nabalovanie sa popolčeka v DPF kanálikoch. Či sú častice popola sférické, podlhovasté alebo morfológne, to všetko ovplyvňuje vlastnosti výslednej vrstvy popolčeka usadeného v DPF, a tak isto to ovplyvňuje náročnosť jeho odstránenia z DPF. Teplota hrá významnú úlohu v aglomerácii a raste popola a môže mať veľký vplyv na kryštálovú štruktúry výsledného popola.

Hustota jednotlivých zložiek popola (vnútorná hustota) nepriamo ovplyvňuje objemovú hustotu - hustotu nahromadeného popola v DPF. Usadená látka obsahuje pórovitosť, pričom klasickým príkladom je sypký prášok, ktorý charakterizuje popolček v DPF. Hustota popola priamo súvisí s pórovitosťou popola a jeho priepustnosťou prietoku plynu. Hustota usadeného popolčeka tak ovplyvňuje stupeň prietoku výfukových plynov a aj úroveň spätného tlaku v prevádzke. Hustota usadeného popolčeka tiež ovplyvňuje metódy, akými sa bude čistiť DPF filter.

 

Prečo je to dôležité odstraňovanie popolčeka z DPF?

Zdroje popolčeka a jeho výsledné zloženie určujú aké vlastnosti bude mať popolček  usadený v DPF. Množstvo popolčeka v DPF má priamy vplyv na výkon motora a tiež na čistenie filtra častíc. Staršie motory s vysokou spotrebou motorového oleja môžu akumulovať popolček v DPF ovela rýchlejšie ako novšie motory, pri ktorých nie je takmer žiadna spotreba oleja. Dobrá údržba motora a tiež správna prevádzka auta môžu pomôcť znížiť hromadenie popola z rôznych zdrojov v DPF, čím sa predlžuje životnosť filtra.

 

Preložil:  Ing. Tomáš Antol  - tribotechnik a tribodiagnostik

Referencie

  1. Sappok, A., Munnis, S., and Wong, V., “Individual and Synergistic Effects of Lubricant Additive Components on Diesel Particulate Filter Ash Accumulation and Performance,” ASME Technical Paper ICES2012-81237, 2012.
  2. Aravelli, K. and Heibel, A., “Improved Lifetime Pressure Drop Management for Robust Cordierite (RC) Filters with Asymmetric Cell Technology (ACT),” SAE Technical Paper 2007-01-0920, 2007, doi:10.4271/2007-01-0920.
  3. Sappok, A., Kamp, C. and Wong, V., “Sensitivity Analysis of Ash Packing and Distribution in Diesel Particulate Filters to Transient Changes in Exhaust Conditions,” SAE Int. J. Fuels Lubr. 5(2):2012, doi: 10.4271/2012-01-1093.

Prihláste sa prosím znovu

Ospravedlňujeme sa, ale Váš CSRF token pravdepodobne vypršal. Aby sme mohli Vašu bezpečnosť udržať na čo najvyššej úrovni, potrebujeme, aby ste sa znovu prihlásili.

Ďakujeme za pochopenie.

Prihlásenie