ディーゼルエンジンは、その効率性と耐久性の高さから、長い間さまざまな産業で主力として使用されてきました。しかし、ディーゼル エンジンの大きな欠点の 1 つは、空気中に浮遊する小さな固体および液体の粒子からなる粒子状物質 (PM) の排出です。これらの粒子は健康と環境に重大な影響を与える可能性があり、世界中でディーゼル エンジンの排出ガスに対する規制が強化されています。ディーゼル微粒子フィルター (DPF) は、これらの有害な排出物を削減する上で重要なコンポーネントです。私は DPF サプライヤーとして、粒子状物質がどのように捕捉されるかを説明するためにここにいます。
ディーゼルエンジンにおける粒子状物質の基礎
DPF が粒子状物質を捕捉する仕組みを詳しく説明する前に、この粒子状物質が何なのかを理解することが重要です。ディーゼル粒子状物質は、固体粒子と液体粒子の複雑な混合物です。固体画分は主に炭素元素 (すす) で構成されており、ディーゼル燃料の不完全燃焼中に形成されます。液体留分には、炭化水素、硫酸塩、水が含まれます。これらの粒子のサイズはさまざまですが、最も有害なものは 2.5 マイクロメートル (PM2.5) および 10 マイクロメートル (PM10) 未満のものです。これらの微粒子は肺の奥深くまで浸透し、さらには血流に入り、呼吸器疾患や心血管疾患を引き起こす可能性があります。
ディーゼル微粒子フィルターの仕組み
ディーゼル微粒子フィルターは、ディーゼルエンジンの排気ガスから粒子状物質を捕捉して除去するように設計されています。 DPF にはいくつかの種類がありますが、最も一般的なのはウォールフロー フィルターです。
壁 - フローフィルター設計
ウォールフローフィルターは、通常はコーディエライトまたは炭化ケイ素などの多孔質セラミック材料で作られています。フィルターは、一連の平行なチャネルを備えたハニカム構造を持っています。 1 つおきのチャネルは、入口端と出口端で交互のパターンでブロックされます。これは、フィルターに入る排気ガスがチャネルの多孔質壁を通って流れ、出口チャネルに到達することを意味します。
濾過機構
DPF が粒子状物質を捕捉する主なメカニズムは 3 つあります。
- 傍受: フィルタ壁の細孔を通るガスの流れに従えない大きな粒子は、壁によって遮断されます。排気ガスが多孔質壁に近づくと、この大きな粒子が壁面に衝突して付着します。
- 慣性衝突: 排気ガスが多孔質壁を通って流れるときに方向を変えると、高い慣性を持つ粒子 (通常はより大きな粒子) が直線的に移動し続け、フィルター壁に衝突します。これは、車の乗客が車が急に曲がったときに前に進み続けるのと似ています。
- 拡散: より小さい粒子、特にサブマイクロメートル範囲の粒子は、ランダムなブラウン運動の影響を受けます。このランダムな動きにより、これらの粒子がフィルターの壁に衝突して捕捉されます。
蓄積と再生
DPF がより多くの粒子状物質を捕捉すると、フィルター全体の圧力損失が増加します。これにより、エンジンのパフォーマンスが低下し、燃料消費量が増加する可能性があります。これを防ぐためには、DPFを定期的に再生して蓄積した粒子状物質を除去する必要があります。
再生には、パッシブとアクティブの 2 つの主なタイプがあります。
- パッシブ再生: これは、通常の運転条件下で、排気ガスの温度が煤が酸化するのに十分な高さ (通常 250 ～ 300°C 以上) で発生します。一部の DPF はコーティングされています。ディーゼル酸化触媒煤が酸化できる温度を下げるため。触媒は、排気ガス中の一酸化窒素 (NO) の二酸化窒素 (NO2) への酸化を促進します。 NO₂ は酸素よりも強力な酸化剤であり、低温でもすすを酸化できます。
- 積極的な再生: 排気ガス温度がパッシブ再生するには十分に高くない場合、エンジン コントロール ユニット (ECU) はアクティブ再生プロセスを開始します。これには、排気システムに追加の燃料を噴射して排気ガス温度を上昇させたり、電気ヒーターを使用して DPF を加熱したりすることが含まれます。温度が約 600 ～ 650°C に達すると、蓄積した煤が燃焼し、フィルターの効率が回復します。
補完技術
DPF に加えて、有害な排出物をさらに削減するために、他の排出ガス制御技術が DPF と併用されることがよくあります。
選択的触媒還元 (SCR)
SCR システムは、ディーゼル エンジンからの窒素酸化物 (NOₓ) 排出量を削減するために使用されます。 SCR 触媒には主に 2 つのタイプがあります。Fe系SCR触媒そしてCu系SCR触媒。これらの触媒は、アンモニア (通常は尿素溶液の形態) と排気ガス中の NOₓ との反応を促進し、窒素と水を生成します。 SCR システムは NOₓ 排出量を削減することで、ディーゼル エンジンからの有害な汚染物質の全体的な削減にも役立ちます。
高品質のディーゼル微粒子フィルターを使用する利点
- 環境保護: DPF は粒子状物質を捕集することで、大気中に放出される有害な汚染物質の量を大幅に削減します。これは、大気の質を改善し、ディーゼルエンジンが環境に与える影響を軽減するのに役立ちます。
- 規制の遵守: 世界中の政府がより厳格な排出基準を導入しているため、これらの規制を満たすためにディーゼル車や機器には DPF の使用が必須となることがよくあります。
- エンジン性能: DPF は背圧のわずかな増加を引き起こす可能性がありますが、最新の DPF はこの影響を最小限に抑えるように設計されています。実際、DPF が適切に機能すると、排気システムがクリーンになるため、エンジンのパフォーマンスを維持できます。
当社のディーゼル微粒子フィルターが選ばれる理由
DPF サプライヤーとして、当社は最も厳しい排出基準を満たすように設計された高品質の DPF を提供することに誇りを持っています。当社のフィルターは最高の素材で作られており、長期的な耐久性と効率的な濾過を保証します。当社は高度な製造技術を使用して、一貫した品質と性能の DPF を製造しています。
当社の研究開発チームは、濾過効率の向上、圧力損失の低減、再生プロセスの最適化など、製品の改良に常に取り組んでいます。また、当社はお客様に包括的な技術サポートを提供し、設置、メンテナンス、トラブルシューティングを支援します。
調達に関するお問い合わせ
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参考文献
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- DB キッテルソン (1998)。エンジンとナノ粒子: レビュー。エアロゾル科学ジャーナル、29(5 - 6)、575 - 588。
