Lab4 Dpf Gitlan C.e. G8405 Im [616138]

1 Laboratorul nr. 4
APLICAREA ANALIZEI ȘI INGINERIEI VALORII ÎN
INGINERIA MECANICĂ
(studiu de caz)
1.Prezentarea obiectului de studiu
Filtrul de particule diesel (DPF )
Filtrul de particule , este partea integrat ă a automobilului pozi ționat ă pe ruta de
eliminare a particulelor, care filtreaz ă și reține noxele rezultate prin arderea motorinei. Aceste
particule, extrem de d ăunatoare pentru natur ă și om, sunt captate de catre filtrul de particule,
înainte de a putea fi eliminate, urm ând ca ulter ior acestea s ă fie distruse la momentul potrivit.
Modul de funcționare al filtrului de particule diesel (DPF)
Emisia de particule este o particularitate a motorului diesel, în comparație cu motorul
pe benzină. În funcție de procesul de ardere și punctul de funcționare al motorului, emisiile
conțin în mare parte particule de carbon precum și aerosoli sau sulfiți.
Particulele sunt emisii poluante cu impact nociv asupra mediului (miros urât, vizibilitate
scăzută, depuneri) și a sănătății omului (efect cancer igen).
Datorită efectelor negative ale emisiilor de particule, organismele de reglementare a
transportului rutier a impus reducerea progresivă a acestora. Începând cu normele de poluare
Euro 1 până la Euro 6 emisiile de particule au fost reduse de 28 de ori.
Fig.1 Nivelul de emisii de particule [g/km] reglementat pentru comunitatea europeană
Producătorii, pentru a putea omologa și comercializa automobilele cu motoare diesel,
au dezvoltat sisteme de reducere a poluării pre și post -ardere. Emisia de particule se datorează
arderii incomplete a combustibilului. Acest fenomen se poate diminua prin optimizarea
procesului de injecție și ardere (pre -ardere) sau tratarea gazelor de evacuare (post -ardere).
GITLAN CONSTANTIN-EDUARD
GRUPA 8405-IM

2
În categoria post tratării gazelor de evacuare intră și filtru de particule al unui motor
diesel. Rolul filtrului de particule este de a separa particulele solide de gazele de eșapament.
Filtrul este montat pe galeria de evacuare a motorului și pentru a funcționa corespunzător mai
are nevoie de o serie de se nzori și de un catalizator de oxidare. Utilizarea unui filtru de particule
a devenit oarecum standard odată cu normele Euro 4 care a înjumătățit masa de particule emise
comparativ cu normele Euro 3. Din acest motiv majoritatea automobilelor diesel Euro 4 s unt
echipate și cu filtru de particule.

Fig.2 Galeria de evacuare a unui motor diesel cu filtru de particule

Părți componente:
1. injectoare piezoelectrice
2. rampă comună de combustibil (1600 bari)
3. radiator de răcire a gazelor arse recirculate ( EGR )
4. catalizator de oxidare primar ( DOC )
5. injector pentru regenerarea filtrului
6. senzor de presiune înainte de filtru
7. senzor de temperatură intrare catalizator
8. catalizator de oxidare secundar
9. senzor de temperatură catalizator
10. filtru de particule
11. senzor de temperatură ieșire filtru
12. senzor de presiune după filtru

Majoritatea filtrelor de particule sunt din material ceramic poros în formă de fagure.
Volumul filtrului de particule depinde în principal de debitul de gaze arse. Cu cît cilindreea
motorului este mai mare cu atât volumul filtrului trebuie crescut.

3

Fig.3 Filtru de particule – secțiune

Cerințele unui filt ru de particule sunt extrem de severe:
• filtrarea particulelor extrem de mici de până la 0.01 μm ;
• reducerea la minim a rezistențelor la curgere a gazelor de evacuare ;
• filtrarea particulelor în proporție de 95%, în funcție de mărime ;
• rezistență la temperatur i înalte de până la 1050 °C .

Fig.4 Structura ceramică a unui filtru de particule

4
Datorită procesului de reținere a particulelor după un anumit număr de kilometri filtrul
trebuie regenerat. Regenerarea filtrului înseamna arderea particulelor stocate în filtru. Dacă
regenerarea filtrului nu se produce într -un anumit interval de kilometri, cantitatea de particule
poate depăși un prag critic care atrage după sine imposibilitatea regenerării.
Procesul de regenerare presupune continuarea procesului de ardere în filtru. Continuarea
arderii în galeria de evacuare, în filtru, se poate face prin două moduri:
• utilizarea unui injector adițional pe galeria de evacuare (al 5 -lea injector) ;
• divizarea injecției de combustibil și întîrzierea post-injecției .
Sistemul cu al 5 -lea injector utilizează un injector adițional care este montat înaintea
catalizatorului de oxidare. Când se dorește regenerarea filtrului se injectează motorină în galeria
de evacuare care, datorită prezenței oxigenului din gazele arse și datorită catalizatorului de
oxidare, începe să ardă. Temperatura în filtru de particule ajunge în jurul valorii de 800 – 1000
°C particulele fiind arse.

Fig.5 Injector adițional pentru regenerarea filtrului de particule

Decizia de a regenera filtrul de particule este luată de calculatorul de injecție pe baza
informațiilor primite de la senzori. Cu ajutorul senzorilor de presiune, înainte și după filtru, se
estimează gradul de încărcare al filtrului. Cu cât filtrul este mai încărcat cu atât diferența de
presiune între cei doi senzori va fi mai mare. Există și sisteme cu un singur senzor montat
înaintea filtrului de particule care face diferența dintre presiunea gazelor de evacuare și
presiunea atmosferică.

5

Fig.6 Procesul de rege nerare a unui filtru de particule utilizînd sistemul cu al 5 -lea
injector
1.filtru curat ;
2.acumulare de particule ;
3.regenerarea filtrului .
Pentru a permite regenerarea filtrului de particule motorul trebuie să se situeze între
anumiți parametrii. Tempera tura gazelor de evacuare trebuie să fie peste o valoare minimă,
turația motorului trebuie de asemenea să fie peste o valoare minimă, pentru a asigura un anumit
debit de gaze arse. Dacă pragul de regenerare (cantitatea de particule stocată în filtru) a fost
depășit și motorul, datorită condițiilor de exploatare, nu intră în parametrii necesari, calculatorul
de injecție poate comanda regenerarea filtrului chiar și la turația de ralanti. În acest caz sarcina
motorului va fi crescută, funcționarea se va face cu amestec mai bogat și turația de ralanti
crescută.
Frecvența regenerărilor depinde de modul de exploatare al motorului. Cu cât motorul va
fi împins mai des către zona de sarcină maximă, cu cât exploatarea se va face la temperaturi
scăzute cu atît crește ca ntitatea de particule din filtru. Având în vedere că regenerarea filtrului
presupune utilizarea unei cantități adiționale de combustibil consumul automobilului va crește
proporțional cu numărul de regenerări.

6

Fig.7 Secțiune printr -un filtru de particule și etapele regenerării

1.gaze arse nefiltrate ;
2.secțiune prin filtrul de particule ;
3.modul de reținerea a particulelor ;
4.senzor de presiune după filtru ;
5.senzor de temperatură ;
6.fazele funcționării filtrului (A – reținerea particulelor, B – arderea particulelor, regenerarea) ;
7.gaze arse filtrate .
Al doilea mod de regenerare a filtrului de particule, fără utilizarea unui injector
adițional, presupune divizarea injecției și întârzierea post -injecției foarte mult astfel încât
arderea combustibilului să se producă în filtru.

7
2. Analiza funcțională. Dimensionarea tehnică a funcțiilor

Funcția Dimensiunea tehnică A B C
Param. U.M. Valoare Pr. Sec. Ob. Sub. Gen. Spec.
F1 – să fie fiabil MTBF ani / nr. de
km parcurși 2ani /
150.000 x x x
F2 – să fie
mentenabil MTR min. 100 x x x
F3 – să fie ușor de
instalat Timp de
instalare
(depinde de
modelul
autoturismului) min. 120-240 x x x
F4 – să fie etanș Pierderi de fluid cm3/h 0 x x x
F5 – să fie ușor Masa g max. 10000 x x x
F6 – să reziste la
acțiunea chimică a
gazelor Viteză de
coroziune mm/an 0,05 x x x
F7 – să asigure
regenerare a filtru lui Cantitatea
maximă de
cenușă atinsă g 62,45 x x x
F8 – să reziste la
vibrații Frecvența Hz. max. 250 x x x
F9 – să asigure
transmiterea rapidă a
informațiilor către
calculator Timp Sec. 10-1 x x x
F10 – să reziste la
temperaturi înalte Temperatura
lucru ◦C 1050 x x x
F11 – să fie estetic Aspect general
(cromatică;
formă;
dimensiuni) Calificativ/
punctaj frumos / 7 x x x
F12 – să asigure
filtrarea particulelor Concentrație /
dimensiuni % / μm 95 /
0,01 x x x
F13 – să asigure
cuplarea la coloana
de evacuare Ø (diametru) mm 50 x x x
F14 – să asigure
măsurarea
concentrației de
oxigen Concentrație % max. 1 x x x