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ディーゼル微粒子フィルター (DPF) は、ディーゼル エンジンの排気流からすすや灰の粒子がテールパイプから出る前に捕捉する排気後処理装置です。排気システム内に設置され、排気ガスを多孔質の壁構造に押し込み、空気を汚染する微粒子を捕捉します。エンジン メーカーは、EPA の 2007 年の大型排出ガス基準を満たすために DPF の取り付けを開始し、それ以来、DPF はディーゼル トラックや乗用車に装備されてきました。
ディーゼルの燃焼は完全に完了することはありません。パワーストロークごとに、直径 1 ミクロン未満の小さなすす粒子が生成され、排気システムを通って移動します。 DPF は、詰まったチャネルのハニカムに排気ガスを強制的に通すことで、これらの粒子を遮断します。ガスは多孔質壁を通過しますが、粒子は通過しません。この設計のウォールフロー フィルターは、定期的に排気流からすすの 85% 以上を除去し、最適な条件下では 100% に近い効率に達することができます。
このフィルターは、後処理装置の DPF の上流にあるディーゼル酸化触媒 (DOC) と並行して機能します。 DOC は、排気がフィルターに到達する前に炭化水素と一酸化炭素を変換します。これにより、DPF がより効果的に機能し、再生プロセスがサポートされます。
最も一般的な DPF 基材の材料は、触媒コンバーター コアにも使用されるセラミック化合物であるコーディエライトです。コーディエライト フィルターはコスト効率が高く、排気システムへの組み込みが容易で、強力な濾過効率を実現します。トレードオフは融点が約 1,200°C と比較的低いことであり、これはシステム制御が失敗した場合、高煤負荷の再生イベント中に懸念される可能性があります。
炭化ケイ素 (SiC) は 2 番目に一般的な選択肢です。融点が 2,700°C 近くにあり、熱処理に優れていますが、単体では熱安定性が低いため、熱膨張に対応する特殊なセメントで接合されたセグメント化されたセクションに大きな SiC フィルターが組み込まれています。 SiC コアはコーディエライトよりも高価ですが、同様の用途では多くの場合互換性があります。
あまり一般的ではない代替品には、排気背圧が低くなり、粒子数で 99% 以上の効率で 100 ナノメートル未満の超微粒子を捕捉できる繊維状セラミック フィルターが含まれます。一方、金属繊維コアを電気的に加熱して再生することもできます。これにより、排気温度が低い場合でもフィルターが自動的に洗浄されるようになります。
再生とは、フィルターに蓄積した煤を燃焼して除去するプロセスです。灰は酸化できないため、物理的に洗浄するかフィルターを交換する必要があるため、再生では特にすすを対象とし、高温で二酸化炭素と水蒸気に変換します。 3 つのモードがあります:
これは、ドライバーの入力やエンジンの介入がなくても、通常の運転中に自動的に行われます。高速道路の速度が継続したり、負荷が重いときに排気温度が十分に上昇すると、その熱によってすすの粒子が CO2 に変換され、CO2 は無害にフィルターの壁を通過します。フル装備のセミカーが高速道路を猛スピードで走行するのは、教科書的なパッシブ再生シナリオです。乗用車がパッシブ再生を完了するには、定期的に時速 50 ～ 60 マイルに達して 30 ～ 45 分間維持する必要があります。
運転状況によってパッシブ再生に必要な熱が発生しない場合は、エンジン管理システムが引き継ぎます。 DPF の上流と下流のセンサーは背圧と温度を監視します。すすの蓄積が設定されたしきい値に達すると、システムは排気流に燃料を噴射します。この燃料は DOC を通過して酸化し、すすを燃やすのに必要な熱を発生します。積極的な再生中の排気ガス温度は 1,500°F に達することがあります。このプロセスは車両の走行中に自動的に実行され、ほとんどのドライバーはダッシュボードのインジケーター ランプを通してのみそれに気づきます。
車両が短時間の低速走行にほとんどの時間を費やしている場合、パッシブおよびアクティブな再生では煤の蓄積が追いつかない可能性があります。フィルタが重大な制限レベルに達すると、強制再生が必要になります。車両は停止し、駐車ブレーキをかけ、トランスミッションをニュートラルにし、エンジンを動作温度に保つ必要があります。ドライバーまたは技術者は、ダッシュボード スイッチまたは診断スキャン ツールを通じてサイクルを開始します。エンジンや周囲の状況に応じて、このプロセスには 20 分から 1 時間かかります。排気温度が極端に高くなるため、駐車中の再生を開始する前に、排気出口が構造物、植生、その他の可燃物から離れていることを必ず確認してください。
ダッシュボード上のオレンジ色の DPF 警告灯は、フィルターに注意が必要であることを示す最初の信号です。この信号を無視すると、フィルターの詰まりによって生じる高背圧からエンジンとターボを保護するために、車両は出力低下モード (リンプ モードとも呼ばれる) に移行することがあります。
DPF の詰まりの一般的な原因は次のとおりです。
ターボチャージャーや燃料インジェクターの故障により、原油やディーゼルが排気に混入する可能性もあり、DPF が汚染されて早期に詰まる可能性があり、専門家による清掃や交換が必要になる場合があります。
新しい OEM ディーゼル微粒子フィルターの価格は、車両とエンジン プラットフォームに応じて通常 3,000 ドルから 10,000 ドルです。古い、走行距離の多いトラックの場合、このコストは車両の価値を超えることがよくあります。専門家による清掃は大幅に安価で、灰の蓄積によって回復不能な損傷が生じていない場合にはフィルターの性能を回復できます。通常、クリーニングにはフィルターを取り外し、圧縮空気または加熱オーブン プロセスを使用してチャネルから灰を除去することが含まれます。
重要な注意事項が 1 つあります。DPF は、特定のエンジンと排出ガスの校正に適した部品である必要があります。フィルターのサイズが小さすぎたり、適合していない場合は、法的な排出要件を満たさず、継続的な障害コードが発生する可能性があります。
DPF 警告灯が点灯したまま運転できますか? パッシブ再生が完了できる高速道路に到達するまで短時間運転することはできますが、光を無視して低速で運転を続けると完全に遮断される危険があります。 DPF が完全に詰まっていると、車両がリンプ モードになり、ターボチャージャーやエンジンが損傷する可能性があります。
DPF はどのくらいの頻度で再生する必要がありますか? 運転サイクルにより異なります。主に高速道路を走行する車両は、数百マイルごとに受動的に再生できます。主に短期旅行に使用される場合は、アクティブな再生または強制的な再生がより頻繁に必要になる場合があります。煤の量に依存するため、一定の間隔はありません。
DPF を取り外すことは合法ですか? いいえ、DPF を意図的に削除、無効化、または改ざんすることは EPA によって禁止されており、ディフィート デバイスの製造業者および小売業者には最大 100 万ドルの罰金が科せられます。個人の車両所有者も重大な罰金に処される可能性があります。
DPF の寿命はどれくらいですか? 適切なメンテナンスを行えば、多くの DPF は車両の寿命まで持続します。カミンズ ISX15 プラットフォームのような耐久性の高いアプリケーションでは、フィルターの清掃間隔が数十万マイルに達します。適切なオイル、高品質の燃料を使用し、過度の短距離走行を避けることで、フィルターの寿命が大幅に延びます。
DPF は交換ではなく清掃できますか? はい、多くの場合、そうです。灰は圧縮空気または熱洗浄オーブンを使用して除去できます。完全に酸化していないすすも専門家によるクリーニングに対応できます。ただし、再生の暴走により基板に亀裂が入ったり溶けたりした場合は、洗浄では回復せず、交換が必要になります。
DPF を良好な状態に保つには、適切なオイルを使用し、高品質のディーゼルで燃料を補給し、再生サイクルを完了するのに十分な稼働時間をエンジンに与えることから始まります。交換用 DPF または関連する排気後処理コンポーネントが必要な場合は、CarParts.com でディーゼル車を道路に戻すための部品を入手できます。当社の完全なカタログを購入して、今すぐあなたの乗り物にぴったり合うものを見つけてください。
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