ちょっと、そこ！ディーゼル微粒子フィルター (DPF) のサプライヤーとして、私はこれらのフィルターがどのように機能するかについて、あらゆる詳細を理解することに熱心に取り組んできました。 DPF の再生に大きな影響を与える重要な要素の 1 つは、排気ガス温度です。それでは、早速本題に入り、この温度が再生プロセス全体にどのような影響を与えるかを見てみましょう。
まず、DPF とは何ですか?なぜ再生が重要なのでしょうか?ディーゼル・パティキュレート・フィルターは、排気ガスから粒子状物質 (PM) を捕集して除去するためにディーゼル エンジンに取り付けられる装置です。粒子状物質には、環境や人間の健康に有害なすすや灰などが含まれます。時間が経つにつれて、DPF はますます多くの PM を捕捉し、目詰まりを起こします。清掃を怠るとエンジンの性能が低下したり、燃費が悪化したり、場合によってはエンジンの損傷につながる可能性があります。ここで再生が登場します。再生とは、DPF 内に捕集された PM を燃焼して除去し、その濾過能力を回復するプロセスです。
さて、排気ガス温度についてお話します。排気ガスの温度は、DPF のパッシブ再生とアクティブ再生の両方において重要な役割を果たします。
パッシブ再生
パッシブ再生は、排気ガス温度が DPF 内の煤を燃焼させるのに十分なほど高い場合に自然に発生します。通常、パッシブ再生を行うには、排気ガス温度が約 250 ～ 450°C である必要があります。高速道路を定速で走行しているときなど、エンジンが高負荷条件で動作しているときは、排気ガス温度がこのレベルに達することがあります。
このような高温では、排気ガス中の酸素が DPF 内に捕捉された煤粒子と反応します。この化学反応は酸化プロセスであり、すす (主に炭素) が酸素と結合して二酸化炭素 (CO₂) を形成します。この反応は発熱反応であり、熱を放出します。放出された熱により DPF 内部の温度がさらに上昇し、再生プロセスの効率が向上します。
ただし、排気ガス温度が低すぎる場合、たとえば 250°C 未満の場合は、受動的再生は行われません。これは頻繁に停止と発進が行われる市街地走行時によく発生します。エンジンは低負荷条件で動作し、排気ガス温度は煤の酸化に必要なレベルに達しません。その結果、DPF内に煤が蓄積し、フィルターの目詰まりが早まります。
積極的な再生
受動的な再生では煤の蓄積に追いつかない場合は、能動的な再生が必要になります。アクティブ再生は、排気ガスの温度を上昇させて閉じ込められた煤を燃焼させる、人為的に引き起こされるプロセスです。積極的に再生するために排気ガス温度を高める方法はいくつかあります。
一般的な方法の 1 つは、排気システムに追加の燃料を噴射することです。この余分な燃料は排気中で燃焼し、熱を放出して温度を上昇させます。もう 1 つの方法は、燃料噴射タイミングを早めるなど、エンジンの動作パラメータを調整することです。これにより、排気ガス温度も上昇する可能性があります。
積極的な再生を成功させるには、排気ガス温度を約 600 ～ 650°C まで上げる必要があります。この温度では、すすが急速に燃焼し、DPF が洗浄されます。ただし、温度を注意深く管理することが重要です。温度が 700°C を超えると、DPF 基材が損傷する可能性があります。基板は通常セラミック材料でできており、過度の熱により基板に亀裂が入ったり溶けたりして、DPF が役に立たなくなる可能性があります。
DPF の性能と寿命への影響
排気ガス温度は再生プロセスだけでなく、DPF の全体的な性能と寿命にも影響します。排気ガス温度が常に低すぎる場合、DPF はより頻繁にアクティブな再生を行う必要があります。アクティブな再生を頻繁に行うと、温度を上げるために余分な燃料が使用されるため、燃料消費量が増加する可能性があります。さらに、アクティブな再生サイクルごとに DPF にストレスがかかり、DPF の寿命が短くなる可能性があります。
一方、排気ガス温度が高すぎると、DPF に熱ストレスが発生する可能性があります。前述したように、過熱すると基板が損傷する可能性があります。さらに、高温により、DPF 内の貴金属触媒 (存在する場合) が焼結する可能性があります。焼結は、触媒粒子が融合して表面積が減少し、触媒活性が低下するプロセスです。
触媒と排気ガス温度
触媒は、すすの酸化が起こる温度を下げるために DPF でよく使用されます。触媒にはさまざまな種類があります。Cu系SCR触媒、SCR触媒は中国船級協会によりユーロVIよりも優れたNOx排出基準で認定されました、 そしてバナジウムベースのSCR触媒。
これらの触媒は、すすの酸化反応に対して、より低い活性化エネルギーを伴う代替反応経路を提供することによって機能します。言い換えれば、低温で煤が酸素と反応しやすくなるのです。たとえば、触媒を使用すると、すすの酸化は触媒なしの通常の 250 ～ 450 °C ではなく、約 200 ～ 250 °C で開始されます。
監視と制御
DPF を適切に再生するには、排気ガス温度を監視することが不可欠です。最新のディーゼル エンジンには、排気システムに温度センサーが装備されています。これらのセンサーは排気ガス温度を継続的に測定し、データをエンジン コントロール ユニット (ECU) に送信します。
ECU はこの情報を使用して、いつアクティブな再生が必要かを判断します。 DPF 内のすすの負荷が特定のレベルに達し、排気ガス温度がパッシブ再生するには低すぎる場合、ECU はアクティブ再生サイクルを開始します。燃料噴射やその他のエンジンパラメータを制御して、排気ガス温度を煤燃焼に必要なレベルまで上昇させます。
結論
結論として、排気ガス温度はディーゼル微粒子フィルターの再生において重要な要素です。パッシブ再生であってもアクティブ再生であっても、捕集された煤を燃焼させて DPF を効果的に動作させるには、適切な温度が必要です。 DPF サプライヤーとして、私はお客様に最高の製品を提供するためにこれらのプロセスを理解することがいかに重要であるかを理解しています。
高品質の DPF をご購入の場合、または DPF の再生と排気ガス温度についてご質問がある場合は、お気軽にお問い合わせください。当社は、お客様のディーゼル エンジンのニーズに最適なソリューションを見つけるお手伝いをいたします。
参考文献
- JB ヘイウッド (1988)。内燃エンジンの基礎。マグロウ - ヒル。
- ボッシュ、R. (2007)。自動車ハンドブック。ロバート・ボッシュGmbH。
