ニュース

Jul 30, 2023

ディーゼルパティキュレートフィルターとは何ですか? PH が説明します

Uno dei sottoprodotti più importanti della combustione diesel è il particolato.

ディーゼル燃焼の顕著な副産物の 1 つは粒子状物質であり、これは主に未燃焼の燃料によって形成されるすすから構成されます。 このすすは、他の粒子状物質や燃焼副産物とともに、通常、エンジンに高負荷がかかったときに濃い黒煙として放出されます。

ディーゼル エンジンから排出されるすすやその他の微粒子は、摂取すると有害であり、肺損傷やがんなどの問題を引き起こす可能性があります。 特に都市部では、膨大な量のディーゼル車が大気汚染に関連した病気の原因となっています。 排気流からこの粒子状物質を濾過する方法が 1960 年代後半に研究され始め、その結果、粒子フィルターが開発されました。 最初の量産自動車システムは、たとえば、カリフォルニア市場の 1985 年 300D でメルセデス・ベンツによって提供されました。

後に「ディーゼル微粒子フィルター」 (DPF) として知られるようになったこのシステムは、フィルター アセンブリー内に排気の煤を捕捉することに依存していました。 フィルターが満杯になると、「再生」サイクルが実行されます。 このプロセスにより、パティキュレートフィルター内の温度が非常に高いレベルまで上昇し、保管されていた不要な副生成物が燃焼および酸化され、有害性の低い二酸化炭素として放出されます。

ディーゼルの人気が高まり、都市部の渋滞により不快な大気質の問題がますます増大するにつれて、DPF の使用がさらに普及しました。 2009 年までに、排出ガス規制が強化され続けたため、すべての新しいディーゼル車にはディーゼル微粒子フィルターの装着が義務付けられました。

パティキュレートフィルターはどのように機能しますか?ディーゼル微粒子フィルターの内部には、すす粒子を捕捉する役割を担う要素である「フィルター基材」と呼ばれる構造があります。 通常、セラミック材料で作られており、その壁は多孔質であることがよくあります。 ウォールフローフィルターとパーシャルフローフィルターという 2 つの一般的な設計形式が使用されます。 1 つ目は、すべての排気ガスがフィルターの多孔質壁を通って流れることで粒子を効果的に除去しますが、アセンブリが詰まりやすくなる可能性があります。 あるいは、部分流フィルターには、流れて編むチャネルが含まれているため、排気ガスが急速に方向を変えると、基板の壁に煤が堆積します。 これらのフィルターは目詰まりしにくいですが、効果は大幅に低下します。

どちらの場合でも、基本原理は同じです。 エンジンからの排気はディーゼル微粒子フィルターに供給され、ガスは内部の多孔質材料またはチャネルを通って流れます。 排気流中の粒子はフィルターの壁やチャネルを通過できないため、DPF 内に堆積し、残りの排気ガスはテールパイプから排出されます。

DPF 内の堆積物をチェックせずに放置すると、最終的にフィルター アセンブリが詰まり、重大な性能上の問題が発生します。 フィルターを車から取り外さずに掃除するには、「再生」と呼ばれるプロセスが行われます。 これには、パティキュレート フィルター内の温度を、内部に保管されている破片が燃焼して酸化されてガス状 (通常は二酸化炭素) になる点まで上昇させることが含まれます。 このプロセスは、単に煤を大気中に放出するよりも有害な排出物を生成せず、受動的または能動的に発生する可能性があります。

受動的再生は、排気ガスの温度がフィルター内の物質を焼き切るのに十分なほど高い場合に発生します。 このような状況は、自動車が高速道路の速度で走行しているときに経験する可能性があり、その結果、プロセスはドライバーには見えません。一方、積極的な再生では、フィルター内の温度を人為的に上昇させる必要があります。 1 つのアプローチは、エンジンの動作を変更することです。たとえば、噴射プロセスを遅らせることで、排気中で燃焼が継続し、フィルターが加熱されます。 あるいは、加熱システムまたは燃料を排気ガスに直接噴射し、システム内で燃焼して温度を上昇させることもできます。

ドライバーが継続的に短距離走行のみを行う場合など、場合によってはフィルターが再生できない可能性があります。 これにより、最終的にエンジンがブロックされ、エンジンのパフォーマンスが低下し、問題が発生します。 その結果、多くの技術者は、DPF を除去するために DPF を強制的に再生させることがあります。 パティキュレートフィルターは面倒な場合もありますが、少なくとも効率的であり、あるメーカーは、ウォールフローフィルターがエンジンから排出される煤粒子の 90 パーセント以上を捕捉すると主張しています。

ガソリン車は微粒子フィルターを使用していますか?最近のディーゼルに対する反発のちょっとした皮肉の 1 つは、多くの現代のガソリン、特に直噴に依存するガソリン自体が排出ガス関連の問題を抱えていないことです。 特に、スイスで行われた3年間の調査では、いくつかの直噴車がパティキュレートフィルターを備えた現代のディーゼル車よりも10倍から100倍多くの「超微粒子」粒子物質を排出していることが明らかになった。

これらのより細かい粒子は、直噴エンジンが経験する燃焼プロセスと混合物によって生成されます。 さらに問題なのは、粒子状物質は従来の粒子状物質よりもさらに有害である可能性があることです。粒子状物質のサイズが小さいため、肺などの軟組織に容易に侵入できるからです。

その結果、この結果を受けて一部のメーカーはガソリン車に微粒子フィルターを装備するようになりました。 繰り返しになりますが、メルセデス・ベンツは「ガソリン微粒子フィルター」 GPF の採用において主導的な勢力の 1 つでした。 2017 年、W222 世代 S クラスの一部のガソリン バージョンには微粒子フィルターが装備されました。

同社のディーゼルフィルターとは異なり、ガソリンバージョンではフィルターアセンブリにコーディエライト（マグネシウム、鉄、アルミニウムを含むシリコン素材）が使用されています。 コーディエライトフィルターは、ディーゼルに使用される炭化ケイ素ベースのフィルターよりも安価で、高温には耐えられませんが、材料は加熱してもそれほど膨張しません。 その結果、コーディエライトベースの微粒子フィルターは梱包が容易になります。 しかし、その濾過性能は依然として優れています。

GPF を使用している他のブランドには、2018 Ecoboost Mustang と Fiesta ST にフォード、そして Up GTI と Tiguan に GPF を使用しているフォルクスワーゲンが含まれます。

PH 説明ホームページ