Kipufogógáz-fűtés Ford módra

A kipufogógáz elég meleg ahhoz, hogy ne kelljen fűteni, sőt inkább hűteni kellene. Vagy a kipufogógáz hőjével, hőcserélőn keresztül fűteni az utasteret? Van ilyen is. Melegíteni félvezetőket, hogy azok áramot termeljenek? Van ilyen is. Vizet forralni a kipufogógáz hőjével, hogy az utána egy kis gőzturbinát forgasson, az meg egy generátort? Van ilyen is. De fűteni? Bizony néha azt is kell, mert a dízel kipufogógáza nem mindig kellően meleg ahhoz, hogy a DPF-ben lerakódott kormot felizzítsa, elégesse, tehát a szűrőt regenerálja. A hőfok növelésének kézenfekvő módszere a gázolaj kipufogórendszerbe juttatása és elégetése. Erre mutatunk be példát, ahogyan azt Ford dízelautóin – egyes típusokon – megvalósította.

A koromszűrővel szerelt dízelautók DPF regenerálásával, még a legtökéletesebb műszaki állapotban is, lehetnek gondok. Ezt a gépjármű üzemállapotának e tekintetben nem kedvező sorozata eredményezi. Nevezetesen városi, erősen gátolt forgalmi viszonyok között, rövid távú haladásnál a képződött korom – mert a legjobb dízelnél is képződik részecske – felgyűlik a szűrőben, de nem tud elégni. Nincs meg a szükséges gázhőfok, amely már elegendő lenne a korom begyújtásához, nincs elegendő nitrogén-oxid-emisszió sem, amely ugyancsak segítene.

A dízelmotor jó hatásfoka azt is eredményezi, hogy kipufogógázának a hőmérséklete csekély.

A koromszűrő pedig segítségért kiált, de főleg megnöveli a kipufogási ellennyomást, ami kellemetlen következményekkel jár, sokaknak van tapasztalatuk. A gyártók igyekeznek a segítségünkre lenni, és a regenerálást nem kellő motorikus feltételek között is biztosítani.

Tudjuk, hogy a késői gázolaj-befecskendezéssel való kipufogógáz hőfoknövelésnek voltak mellékhatásai. Ha a kipufogóütem közepe, vége felé befecskendeztek, az el nem égő, de elpárolgó gázolaj bejutva az oxidációs katalizátorba hőt fejlesztett. Ez jobbára megoldotta a kritikus üzemállapotú regenerációt, de a gázolaj egy része a hengerfal mentén a kartertérbe jutott, a motorolajat felhígította. Több gyártó is elállt ettől a megoldástól. Az ➊ ábra Ford befecskendezési stratégiákat mutat be.

A pilotbefecskendezés a common rail „vívmánya”, „megágyaz”, előkészít, lágyabbá teszi a főbefecskendezés utáni nyomásemelkedést.

A főbefecskendezést is egyre közelebb hozták az FHP-hoz, de a FORD ezeknél a motoroknál még nem osztotta meg. A DW10B motornál egy korai utóbefecskendezést végeztek és egy későit, az expanziós ütem közepe felé.

A DW10C motornál annyi változtatás történt, hogy 2 pilotbefecskendezés és egy nagyobb dózisú korai utóbefecskendezés történik. Ezt is módosították: az utóbefecskendezést két kisebb adagban juttatják be. A lényeg azonban az, hogy a késői utóbefecskendezés elmarad, ezzel erőteljesen mérséklődik az olajfelhígulás.

Ekkor azonban kiegészítő kipufogógáz-fűtés válik szükségessé. A gázolajat a kipufogócsőbe kell bejuttatni és elpárologtatni, majd egy oxidációs katalizátorban exoterm (hőfelszabadulással járó) reakciónak kell végbemennie. Az így megnövelt hőfokú kipufogógáz a koromszűrőben be tudja gyújtani a kormot (a szén-, szénhidrogén-tartalmú részecskéket), meg tudja indítani a korom elégését.

Ehhez a gázt legalább 600 °C-ra kell felfűteni.

A Ford gázolajfűtési megoldása szerint a katalizátorok elrendezésében is változtatni kellett. Ez a nitrogén-oxid redukálás előtti korszak, az Euro 5 követelmények teljesítésének emisszió­technikája. A kipufogógáz egy motor közeli oxidációs katalizátorba (DOC) jut. Itt a CO, HC és NO alkotókat oxidálja, a CO-ból CO2, az NO-ból NO2, valamint víz keletkezik. Mint tudjuk, NO2 kell a korom oxidációjához.

Ezt hosszabb csőszakasz követi. Ennek elején van a gázolaj-elpárologtató. Az autó alatti szakaszon találjuk a második oxidációs katalizátort, mely a DEC nevet kapta. A DEC a Diesel Exotherm Catalyst, a hőtermelő katalizátor. Kissé (nekem) szokatlan a megnevezés, de találó. Ezt követi szorosan a DPF. A Ford a DPF-et cDPF jelöléssel azonosítja, mely katalizátor anyaggal bevont szűrőkerámiát jelenti. A rendszert a ➋ és a ➌ ábra mutatja, a dolog így már tökéletesen áttekinthető.

➋ 

➌

A DPF eltömődését itt is egy differencia nyomásjeladó jele tudatja a motor­irányító rendszerrel, a PCM-mel. A cDPF előtt és után találjuk a nyomáselvételi helyeket, onnan hosszú csővezetékek futnak a jeladóig.

A rendszer felügyeletét a DOC előtti dízel lambda-szonda és hőmérők látják el. Lehet hőmérő a DEC előtt (EGTS pre CAT) is, de minden esetben van a DEC után (EGTS pre DPF). Az NTC hőmérők karakterisztikáját a ➍ ábra mutatja.

➍

➎

Gépkocsiba szerelt állapotban, az erről készült fényképen jól megfigyelhetjük a két hőmérő vezetékét ➎.

A gázolajat külön tápszivattyú juttatja el a tartályból az elpárologtatóba. A löketdugattyús szivattyút a PCM vezérli. Helyét a ➋ ábrán láthatjuk, a szivattyút magát a ➏ ábra mutatja.

➏

Műszaki adatok:

– Utáp = 12 V,

– frekvencia = 6 Hz,

– szállítás = 240 ml/h,

– tekercsellenállás: 5,2 ± 5 Ω,

– diagnosztika: a szivattyú és a relé ellenőrzése pozitív zárlatra, illetve szakadásra.

Az elpárologtatóban, kis kilépőfurattal ellátott csőben, dízel izzógyertya van ➐. A csőbe, így az izzógyertyára kerül a gázolaj. Az elpárologtatott gázolajgőz a furaton jut ki és keveredik el a kipufogógázzal. A kialakítás azonos a ➌ ábrán látható változattal. A másik kiviteli változatot, mely egyezik a ➋ ábrán látható kialakítással, fényképen mutatjuk be ➑.

➐

 ➑

A tüzelőanyag-vezeték leürülésének megakadályozására visszacsapó szelepet is tartalmaz a rendszer (nyomáshatár < 2 bar).

Izzógyertya hidegellenállás 1–2,33 Ω, tápfeszültsége fedélzeti feszültség, árama 6–14 A. Diagnosztikája a pozitív zárlatot és a szakadást ismeri fel.

Aktív regenerálás

A PCM értelmezi a motor üzemadatait, és a DPF nyomáskülönbség-érzékelőjétől érkező adatok kiértékelésével elindítja az aktív regenerációt.

Ekkor tehát a motorvezérlésen keresztül történik kísérlet a lerakódott koromrészecskék elégetéséhez szükséges kb. 600 °C-os hőmérséklet létrehozására.

A következő intézkedésekre kerül sor:

– utóbefecskendezés a főbefecskendezéshez közeli időpontban,

– a befecskendezési mennyiség megnövelése,

– késői főbefecskendezés,

– a beszívott levegő fojtása a szívócsőcsappantyúval,

– egy második, a főbefecskendezés időpontjától távolabbi korai utóbefecskendezés létrehozása (ha szükséges),

– EGR-lekapcsolás,

– töltőnyomás-szabályozás.

Ha a DEC (DOC II) és a cDPF közötti gázhőmérséklete 310 °C (más adat szerint 205 °C):

– izzógyertya-felfűtés (2–3 másodperc),

– a gázolajszivattyú beindítása, gáz­olaj-befecskendezés a gyertyára,

– a gázolaj elpárolog a kamrában,

– a gázolajgőz a furaton keresztül a kipufogógázba kerül.

A DEC oxidációs katalizátorban a gázolaj elég, a gázhőmérsékletet a DPF-ben > 600 °C értékre növeli.

Az elpárologtató a teljes regenerálási folyamat alatt (10 … 15 min) aktív.

Mindezt a diagnosztika az élőadat­blokkban ki is jelzi.

Ha a rendszer nem észlel hőmérséklet-növekedést, mert a gázolaj-befecskendezés nem történik meg, megszakítja az aktív regenerálást és az autó vészüzembe áll.

Vezetőtájékoztatás

A vezetőt a DPF eltömődési állapotáról műszerfali lámpa (SOL – Soot Overload Lamp) ➒, illetve más lámpákkal való együttvilágítási kombináció informálja ➓. Ezek egyben a teendőt is megadják.

 ➒

➓

Regenerálás megszakadásakor olvassuk ki a hibakódot, talán útmutatást ad. A P269F - Exhaust Aftertreatment Glow Plug Circuit/Open, az izzítás áramkörének szakadására utal. Általában ezzel nem jutunk túl közel a hiba megtalálásához.

Nézzük meg tételesen, hogy

a szivattyú működik-e?

van-e gázolajszállítás? (légtelenítsünk, ha szükséges),

van-e izzítás? (nézzük meg a biztosítékot),

nem tömődött-e el a párologtató kilépő furata?

Annak is nézzünk utána, hogy a cDPF nyomáskülönbség-jeladójához menő vezetékek jól átjárhatóak-e. Nincs-e erős koromlerakódás az első cső belépő keresztmetszetében?