Кіріспе

Дизельді бөлшектер сүзгісі (ДПФ) – дизельді қозғалтқыштың қағыс газынан дизельді бөлшектерді немесе күйе түйірін (саңды) тазартуға арналған құрылғы. Тазалау басқа әдістер арқылы да жүзеге асылуы мүмкін, бұл сүзгіні регенерациялау деп аталады. Фильтрді мерзімді жөндеу шараларының бірі ретінде тазалау қажет, және фильтрге зақым келтірмеу үшін мұқият жасалуы тиіс. Отын инжекторларының немесе турбокомпрессордың істен шығуы салдарынан фильтрдің шикі дизель отынымен немесе қозғалтқыш майымен ластануы да тазалауды талап етуі мүмкін. Регенерация процесі қала көшелерінде қол жеткізілмейтін жоғары жылдамдықтарда жүзеге асады. Тек қана қалалық қозғалыста төмен жылдамдықпен жүретін көліктерге ДПФ-ті тазалау үшін жоғары жылдамдықта жүру қажет болуы мүмкін. Егер жүргізуші ескерту шамдарын назарға алмаса және көлікті жоғары жылдамдықпен пайдалану үшін тым ұзақ күтсе, ДПФ дұрыс регенерацияланбауы мүмкін, ал осыдан кейін де пайдалану ДПФ-ті толығымен бүлдіре алады, сондықтан оны ауыстыру қажет. Кейбір жаңа дизельді қозғалтқыштар, әсіресе жүк көліктерінде орнатылатындар, «Тұрақталған регенерация» деп аталатын процесті де жүзеге асыра алады, онда қозғалтқыш тұрғанда айналу жиілігін (RPM) шамамен 1400-ге дейін көтеріп, қағыс газының температурасын арттырады. Дизельді қозғалтқыштар жанар-жағармай мен ауа қоспасының толық емес жануынан әртүрлі бөлшектерді шығарады. Бөлшектердің құрамы қозғалтқыштың түріне, жасына және оның шығарындылар стандартына байланысты өзгереді. Екі тактілі дизельді қозғалтқыштар төрт тактілі дизельді қозғалтқыштарға қарағанда бірлік қуатқа көбірек бөлшектер шығарады, себебі олар жанар-жағармай-ауа қоспасын толық жағуға үлгермейді. Дизель отынының толық жануынан пайда болатын дизельді бөлшектер күйе түйірін (қара көміртек) құрайды. Бұл бөлшектерге бір микрометрден (бір микрондан) кішігірім нанобөлшектер де кіреді. Дизельді қозғалтқыштардан шығатын күйе түйірі және басқа бөлшектер ауаның бөлшектермен ластануын күшейтеді және денсаулыққа зиянды. Жаңа бөлшектер сүзгілері зиянды күйе түйірінің 30%-дан 95%-ға дейін тазалай алады. Оптималды дизельді бөлшектер сүзгісі (ДПФ) күйе түйірінің шығарылуын 0,001 немесе одан да төмен деңгейге дейін азайтуға мүмкіндік береді. Отынның сапасы да осы бөлшектердің пайда болуына әсер етеді. Мысалы, күкірттің жоғары құрамы бар дизель отыны көбірек бөлшектер шығарады. Күкірттің төмен құрамы бар отын бөлшектердің азаюын қамтамасыз етеді және бөлшектер сүзгілерін пайдалануға мүмкіндік береді. Дизель отынының инжекциялық қысымы да ұсақ бөлшектердің пайда болуына әсер етеді.

Тарих

Дизельдік бөлшектерді сүзгілеу ең алдымен ауамен тыныс алған бөлшектердің зиянды әсеріне байланысты 1970-ші жылдарда қарастырылды. Бөлшектерді сүзгілері 1980 жылдан бері жолға жарамсыз машиналарда, ал 1985 жылдан бастап автомобильдерде қолданылып келеді. Тарихи тұрғыдан алғанда, орта және ауыр дизельдік қозғалтқыштардың шығарындылары 1987 жылға дейін реттелмеді, сол кезде Калифорния штатының ауыр жүк көліктеріне қатысты алғашқы ереже енгізілді, ол бөлшектердің шығарындыларын 0,60 г/А.с. сағатына дейін шектеді. Содан бері, жеңіл және ауыр жүк көліктері үшін, сондай-ақ жолдан тыс дизельдік қозғалтқыштарға арналған стандарттар прогрессивті түрде қатаңдатылып келеді. Осыған ұқсас ережелер Еуропалық Одақ, жекелеген Еуропа елдері, көптеген Азия елдері, сондай-ақ Солтүстік және Оңтүстік Американың қалған бөлігінде де қабылданды. Ешбір заңнамалық акт фильтрлерді міндетті етуді нақты түрде қарастырмаса да, қозғалтқыш өндірушілері орындауы тиіс шығарындылар нормаларының күшейе түсуі барлық жолға шығатын дизельдік қозғалтқыштардың олармен жабдықталуына әкеледі. 2008 жылдың желтоқсанында Калифорния штатының Ауа ресурстарын басқару кеңесі (CARB) 2008 жылғы Калифорния штатының жүк көліктері мен автобустарына қатысты ережені бекітті, ол көліктің түріне, мөлшеріне және қолданылуына қарай өзгереді. Бұл ереже Калифорниядағы дизельдік ауыр жүк көліктері мен автобустардың бөлшек заттардың (PM) шығарындыларын кемінде 85%-ға төмендету үшін қайта жабдықтауға, қуатын арттыруға немесе ауыстыруға міндеттейді. Бұл талапты орындаудың бір жолы – қозғалтқыштарды CARB мақұлдаған дизельдік бөлшектер сүзгілерімен қайта жабдықтау. 2009 жылы Американың экономиканы жаңғырту және инвестициялар туралы заңы көлік құралдарын дизельмен жабдықтау шығындарын өтеуге көмектесу үшін қаражат бөлді. Басқа да юрисдикциялар қайта жаңарту бағдарламаларын іске қосты, оның ішінде: 2001 жылғы Гонконгтың қайта жаңарту бағдарламасы. 2002 жылы Жапонияда Токио префектурасы фильтрсіз жүк көліктерінің қала шегіне кіруіне тыйым салатын заң қабылдады. 2003 жылы Мехико қаласында жүк көліктерін жаңарту бағдарламасы басталды. 2004 жылғы Нью-Йорк қаласының қайта жаңарту бағдарламасы (жолға жарамсыз). 2008 жылғы Миланның Ecopass аймағындағы қозғалыс салығы – бөлшектер сүзгісі барларды қоспағанда, барлық дизельдік көліктерге арналған қымбат кіру салығы. 2008 жылы Лондонның төмен шығарынды аймағы шығарындылар нормаларына сәйкес келмейтін көліктерге айыппұл салды, сүзгілерді жаңартуға ынталандырды. Дизельдік қозғалтқыштармен жабдықталған көліктердегі бөлшектер сүзгілерінің дұрыс күтілмеуі саңырауқұлақтың жиналуына әкелуі мүмкін, бұл жоғары кері қысымның салдарынан қозғалтқыш проблемаларына себеп болуы мүмкін. Оның ішінде дизельдік автомобильдерге қатысты қатаң тексерулер күшейді. Бір талап – дұрыс орнатылған және жұмыс істейтін DPF болуы. DPF болмастан жүргізу 1000 фунт стерлинг айыппұлға әкелуі мүмкін.

Кордиерит қабырға ағыны сүзгілері

Ең көп таралған сүзгі кордиериттен жасалады (бұл катализаторларды қолдау үшін де қолданылатын керамикалық материал). Кордиерит сүзгілері өте жақсы сүзгілеу тиімділігін қамтамасыз етеді, салыстырмалы түрде арзан және оларды көлікке орнатуды жеңілдететін жылулық қасиеттерге ие. Басты кемшілігі – кордиериттің балқу температурасы салыстырмалы түрде төмен (шамамен 1200 °C), және кордиерит негіздері сүзгіні жаңарту кезінде балқып кетуі мүмкін. Бұл көбінесе сүзгі әдеттегіден көп мөлшерде толып кеткен кезде және белсенді жүйелерге қарағанда пассивті жүйелерде жиірек кездеседі, егер жүйе істен шықпаса. Кордиерит сүзгілерінің ішкі бөлігі катализаторлық түрлендіргіштердің ішкі бөлігіне ұқсайды, бірақ оларда кезектесетін арналар бітелген. Бұл бітелулер газдарды қабырға арқылы өткізіп, бөлшектерді кіреберіс бетінде жинақтауға мәжбүрлейді.

Металл талшықтарынан жасалған ағынды сүзгілер

Кейбір өзектер металл талшықтарынан жасалады – әдетте талшықтар монолитке "тоқылады". Мұндай өзектердің артықшылығы – монолит арқылы электр тогы өткізіліп, өзектерді жаңарту мақсатында қыздыруға болады, бұл сүзгінің төмен температурадағы және/немесе төмен ағынды мөлшердегі шығарылымда жаңартылуына мүмкіндік береді. Металл талшықты өзектер кордиерит немесе кремний карбиді өзектерінен көбінесе қымбатқа түседі және электр қажеттілігіне байланысты олармен алмастырылмайды.

Қағаз

Бір рет қолданылатын қағаз өзектер кейбір арнайы қолдануларда, жаңарту стратегиясы болмайынша қолданылады. Көмір шахталары оларды жиі пайдаланады – шығарынды газдар әдетте су бөгеп тоқтатуға арналған құрылыстан өтіп суытылады, содан кейін сүзгі арқылы тазартылады. Дизельді машинаны қысқа мерзімге үй ішінде пайдалану қажет болған жағдайларда да қағаз сүзгілері қолданылады, мысалы, дүкен ішінде жабдық орнату үшін қолданылатын вилочный жүк көтергіште.

Қисма сүзгілер

Қабықшаларды 50%-дан астам, бірақ 85%-дан кем сүзетін әртүрлі құрылғылар бар. Бөлікті сүзгілер әртүрлі материалдардан жасалады. Олардың жалғыз ортақ белгісі – олар катализаторға қарағанда жоғары кері қысым тудырады, ал дизельдік бөлшектер сүзгісіне қарағанда төмен қысым тудырады. Бөлікті сүзгі технологиясы қайта жабдықтауға жиі қолданылады.

Сақтау

Сүзгілер катализаторларға қарағанда көбірек күтімді қажет етеді. Қоқыс, қозғалтқыштың қалыпты жұмысынан майды жағудың қосалқы өнімі, газға айнала алмайтындықтан және сүзгі қабырғаларынан өте алмайтындықтан сүзгіде жиналады. Бұл сүзгіге дейінгі қысымды арттырады. Көліктік жүк машиналарының барлық үш параметр бойынша талаптары азырақ. 8-сыныптағы жүк көліктерінің талаптары одан да аз. Егер көлік көбінесе қалада жүрсе, DPF біте қалып, қуаттың төмендеуіне, әлдебір пассивті түрде – қалыпты емес шығарылатын қысымның артуына, әлдебір белсенді түрде – қозғалтқыш пен турбинаны зақымдамас үшін «апаттық/бауырсақ» режиміне көшуіне себеп болуы мүмкін. Бір рет бітелгеннен кейін пассивті де, белсенді де регенерация тиімсіз болуы мүмкін. DPF жоғары температурадағы қысыммен жуу арқылы (ресми түрде ұсынылмайды) және/немесе күйдіру пешінде тазартылуы мүмкін.

Қауіпсіздік

2011 жылы Ford 37 400 F сериялы дизельді жүк көліктерін қайтарып алды, себебі жанармай мен майдың ағуы дизельдік бөлшектердің сүзгілерінде өртке себеп болды. Қайтарып алуға дейін ешкім зардап шеккен жоқ, бірақ бір шөп өрті болды. 2005-2007 жылғы Jaguar S Type және XJ дизельдік машиналарына да ұқсас қайтарып алу шарасы қолданылды, онда DPF-те көп мөлшерде күл жиналды. Зардап шеккен көліктерде түтін мен от көліктің астынан шығып, содан кейін шығарылатын газдың арт жағынан жалын пайда болды. Өрттен шыққан жылу беріліс туннелі арқылы ішкі жағына тарап, ішкі бөлшектерді балқытып, ішкі өртке әкелуі мүмкін.

Қайта жаңғыру

Регенерация – сүзгіде жиналған күйенің (саңның) жануы (окистенуі) процесі. Бұл пассивті түрде (қозғалтқыштың қалыпты жұмыс кезіндегі шығарынды газының жылуы арқылы немесе сүзгіге катализатор қосу арқылы) немесе шығарынды жүйесіне өте жоғары температураны белсенді түрде енгізу арқылы жүзеге асырылады. Борттағы белсенді сүзгі басқару әртүрлі стратегияларды қолдана алады: Бұл жетістік маңызды, себебі ол тазалау реакциясын көптеген дизельдік қозғалтқыштардың стандартты жұмыс температурасында жүргізуге мүмкіндік береді, артық отынды жағу немесе қозғалтқышты күштеп қыздыру қажеттілігін жояды. Жұмысты бастаған химиктің атымен аталған Grindstaff катализаторлары – Mg қосылған катализаторлар тобы, бөлшектік заттарға қатысты эмиссия нормаларының күшейтілуіне байланысты өнеркәсіп пен ғылымда көп зерттелді. Кейбір жағдайларда, отынмен бірге берілетін катализатор болмағанда, бөлшектік заттардың жануы температураны сүзгі материалының беріктік шегінен асырып жіберуі мүмкін, бұл сүзгі субстратының күйреуіне әкелуі мүмкін. Бұл мүмкіндікті шектеу үшін әртүрлі стратегиялар әзірленді. Оттықпен жұмыс істейтін қозғалтқыштан айырмашылығы, оның шығарындыларды бақылау құрылғысы алдындағы газ ағынында әдетте 0,5%-дан аз оттегі болады, дизельдік қозғалтқыштарда қол жетімді оттегінің мөлшері өте жоғары. Қол жетімді оттегінің көп болуы сүзгіні жылдам регенерациялауға мүмкіндік бергенімен, регенерацияның қанағаттанбауына да себеп болуы мүмкін. Кейбір қолданыстарда бортынан тыс регенерация қолданылады. Бортынан тыс регенерация оператордың араласуын қажет етеді (яғни машина қабырғаға немесе еденге орнатылған регенерация станциясына қосылады немесе сүзгі машинадан алынып регенерация станциясына орналастырылады). Бортынан тыс регенерация көлік құралдары үшін қолайлы емес, тек машиналар пайдаланылмаған кезде орталық депода тұрған жағдайларда ғана мүмкін. Бортынан тыс регенерация көбінесе өнеркәсіптік және тау-кен салаларында қолданылады. Көмір шахталары (көмір газынан туындаған жарылыс қаупімен бірге) қайта пайдаланбайтын сүзгілер орнатылған жағдайда бортынан тыс регенерацияны пайдаланады, ал регенерация станциялары рұқсат етілмеген машиналарға рұқсат берілген аймақта орналасқан. Көптеген вилочный погрузчиктер де бортынан тыс регенерацияны пайдалана алады – әдетте, кен өндіру машиналары және өз жұмыс өмірін бір орында өткізетін басқа да машиналар, бұл стационарлық регенерация станциясын пайдалануды ыңғайлы етеді. Сүзгіні регенерация үшін машинадан физикалық түрде алып тастаған жағдайларда, сүзгінің өзегін күнделікті тексерудің қосымша артықшылығы бар (жолға арналмаған қолданыстар үшін DPF өзегі әдетте бір сменаға жұмыс істеуге арналған, сондықтан регенерация күнделікті жүзеге асырылады).