【分享】DPF 的原理與作動、保養

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布萊恩Ex

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	開心 2015-8-5 10:22

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發表於 2015-8-24 16:55:49 |只看該作者 |正序瀏覽

本帖最後由布萊恩Ex 於 2015-8-24 17:04 編輯

網上找到的，供各位參考!!
切記，網路文章不可盡信，最好還是要加以驗證才比較好

作者：程冠華
前言
排放廢氣中碳粒(Particulate)比例過高一直是柴油引擎為人詬病的缺點之一，柴油引擎排放出來的微粒外觀如右圖所示，
是直徑μm，中心為碳粒，外層被碳氫化合物、水、硫化物所包覆的物質。
微粒會增加大氣含塵量，對人體呼吸器官具危害性，有鑑於歐洲市場柴油車佔有率的節節上升，
歐盟基於維護生活品質的一貫原則，遂制定越加嚴格的排放標準。下圖是歐盟各期排放標準的演化過程，
為了因應歐盟法規的要求，VAG集團必須加強開可以抑制碳粒排放量的新技術。

如何降低碳粒排放量

要降低微粒的排放量，就引擎內部可以著手的部分，如左圖所示有：
1. 改變進氣、排氣道的設計，也就是藉由改變進氣門、排氣門之行程、尺寸、位置等設計來改變燃燒特性。
2. 提高噴油壓力。更高的噴油壓力可提升柴油效率，進而降低微粒的排放量。
3. 改變燃燒室的形狀。燃燒室是汽缸蓋下緣與活塞上緣所形成的空間。
至於引擎外部的方式，可以在排氣部分加裝微粒收集裝置，以事後攔截的方式降低微粒排放量。
這方面的裝置，許多汽車廠均有自己的設計，VAG所開發的這套系統，是觸媒轉換器和集塵器(Diesel Particulate Filter)融合一體的設計。

DPF之結構
該裝置的剖析細部如下圖所示；蜂巢狀陶瓷構體包含許多平行相鄰的廢氣出口通道與廢氣出口通道，廢氣出口通道與廢氣出口通道之間以過濾層壁相隔，
而過濾層壁係以白金、碳化矽本體、載層所構成。過濾層壁是可供氣體流動的孔洞組織，引擎廢氣的碳微粒會附著在過濾層壁之上，
流通過的廢氣會進行類似傳統觸媒轉換器般轉化有毒氣體的作用，其反應過程為：
1. 氮氧化合物(NOx)與氧(O2)反應成為：二氧化氮(NO2)
2. 二氧化氮(NO2)與碳微粒中的碳(C)反應成為：一氧化碳(CO)與一氧化氮(NO)
3. 一氧化碳(CO)+一氧化氮(NO)+氧(O2)反應成為：二氧化碳(CO2)+-二氧化氮(NO2)

上述的排碳過程稱為被動再生(Passive Regeneration)，無法被被動再生去除的碳微粒，會累積在過濾層壁上，
當累積在過濾層壁上的碳微粒密度高到一定程度時，系統會啟動主動再生過程(Active Regeneration)。

何謂再生過程
主動再生係將上述的碳微粒轉化為二氧化碳的3道過程，藉由高溫的幫助，簡化為直接以氧氣將碳轉化為二氧化碳的過程。
要讓集塵器的溫度，從正常溫度的攝氏300~500度升高到600~650度，運用的方式如下：
1. 關閉廢氣循環回路以增加燃燒室溫度。
2. 增加噴油量，讓增加的噴油量，不經燃燒形成蒸發油氣，跟隨廢氣流入集塵器中燃燒，用以直接加溫。
3. 電子節氣門會控制進入引擎的空氣量到最低需求，以提升排氣溫度。
4. 渦輪增壓壓力隨之調整，以調整引擎出力，讓駕駛者感覺不出系統正在進行清除工作。

偵測微粒累積量的方式係利用各感應器所得之訊號，再經引擎控制電腦(下圖2支裝置)反差計算而成，其方式
為：假設進入引擎的空氣質量大約等於排出空器的質量，進入引擎的空氣質量可進氣流量器(下圖3之裝置)得知。
廢氣的體積可由測量碳微粒處理器進口與出口壓力差異的壓力差感應器(下圖10之裝置)得之，
廢氣的質量可以從碳微粒進口與出口的廢氣溫度(下圖8,11之裝置)和體積計算得之。計算進出空氣質量之間的差異，
以及集塵器廢氣進出口之壓力差便可得之集塵器內部的碳微粒累積量。

DPF的保養

如果經常行駛短距離、短時間的行程，集塵器在溫度不高的狀態下無法進行再生作用。
當集塵器內部的碳微粒數量過高時，儀錶板會亮出左圖所示的警示燈。遇到這種狀況，必須行駛以60km/hr的速度行駛15分鐘以上，
以便再生作用的進行。如果不予理會，集塵器有完全堵塞的可能，引擎將因此無法運轉。

無論是主動再生或被動再生，最理想的環境是引擎轉速2000rpm，檔位位於4、5檔，有機會就維持這樣的環境可延長集塵器的使用壽命。
燃油的選擇對於集塵器的壽命也非常重要；燃油的含硫量過高會損壞集塵器，應儘量避免。必須特別注意的是TDI車種多半會消耗機油，
這表示機油會流入集塵室中燃燒，所以配備集塵器車種務必使用合乎VW504/507規範之機油