Индивидуальные решения DPF: субстраты, загрузка катализатора и варианты покрытия

Программа очистки дизельного двигателя обычно обнаруживает необходимость в индивидуальном решении DPF на собственном горьком опыте. У обычного катализатора, который отлично показал себя на стендовых испытаниях, возникает проблема с противодавлением при первых испытаниях, или интервалы регенерации выходят за рамки стратегии ECU, или покрытие отслаивается после повторных термоциклов. Фильтр редко виноват. Несоответствие возникает между подложкой, химическим составом катализатора и реальным рабочим циклом машины. Специальное решение DPF устраняет это несоответствие в трех контрольных точках: материал и геометрия подложки, состав и загрузка катализатора, а также процесс нанесения покрытия, который объединяет эти два фактора.

Для OEM-производителей, интеграторов выхлопных систем и производителей двигателей работа по индивидуальному заказу DPF означает определение этих контрольных точек в соответствии с целевым окном температуры выхлопных газов, профилем содержания сажи, стратегией регенерации и требуемым сроком службы. Это работа по спецификации и покрытию, а не модернизация аппаратного обеспечения.

Три переменные в индивидуальной спецификации DPF

Катализатор DPF оценивается по трем строкам в протоколе испытаний: эффективность окисления сажи во время регенерации, вклад противодавления при номинальном расходе и сохранение активности после термического старения. Каждая из этих линий определяется выбором, который вы делаете перед началом нанесения покрытия.

Материал и геометрия подложки

Носитель определяет механическую прочность, температурные пределы и сопротивление потоку. Ячеистый материал из кордиерита используется по умолчанию для применения на автомагистралях, поскольку он сочетает в себе низкое тепловое расширение и предсказуемое поведение при регенерации. Карбид кремния расширяет температурный потолок и выдерживает быстрый нагрев, что имеет значение, когда количество сажи слишком велико или активная регенерация агрессивна. Металлические подложки имеют гораздо более тонкие стенки и являются решением, когда объем упаковки ограничен, но геометрическая площадь поверхности должна оставаться высокой.

Геометрия одинаково настраиваема. Толщина стенок обычно составляет от 8 до 12 мил, а плотность ячеек — от 100 до 300 ячеек на квадратный дюйм. Более тонкие стенки уменьшают противодавление, но уменьшают тепловую массу, что способствует устойчивой регенерации; более высокая плотность ячеек увеличивает площадь фильтрации, но увеличивает перепад давления. Для применений, где требуется сбалансированное сочетание эффективности фильтрации, низкого противодавления и доказанной термической стойкости, мы покрываем сотовые носители из кордиерита с различной плотностью ячеек.

Кордиеритовый сотовый катализатор DPF с покрытием Этот катализированный кордиеритовый носитель имеет регулируемую толщину стенок и плотность ячеек, обеспечивая баланс между эффективностью фильтрации и противодавлением, обеспечивая при этом стабильную основу для последующего обсуждения покрытия. Посмотреть продукт →

Химический состав катализатора и загрузка

Покрытие выполняет химическую работу, и здесь спецификация разделяется на два решения: какую металлическую систему использовать и сколько загружать. Составы из благородных металлов на основе платины и палладия обеспечивают высокую активность окисления сажи и более низкие температуры зажигания, что ценно, когда рабочие циклы поддерживают температуру выхлопных газов ниже 300 °C в течение длительного времени. Системы из недрагоценных металлов, изготовленные на основе церия, железа или смешанных оксидов, стоят дешевле и хорошо работают, когда температура регенерации надежна, но они требуют более жесткого контроля за слоем.

Загрузка определяет, насколько быстро начнется регенерация и как долго катализатор останется активным. Типичная загрузка драгоценного металла DPF указывается в граммах на кубический фут или граммах на литр, а целевое значение обычно начинается с предела содержания сажи и самой низкой ожидаемой температуры регенерации. Единообразие имеет большее значение, чем количество заголовков; покрытие с плохой осевой однородностью будет демонстрировать высокое противодавление и неоднородную регенерацию даже при правильной общей нагрузке. Для требовательных циклов, где надежное низкотемпературное окисление сажи является приоритетом, наши катализаторы DPF с платиновым и палладиевым покрытием имеют жесткие допуски по нагрузке.

Платино-палладиевый катализатор DPF для низкотемпературного окисления сажи Этот состав на основе благородного металла обеспечивает сильную низкотемпературную окислительную активность и способность к регенерации, что делает его пригодным для рабочих циклов с частыми колебаниями температуры и жесткими ограничениями по нагрузке сажей. Посмотреть продукт →

Согласование решения DPF с рабочим циклом

Двум двигателям с одинаковым объемом могут потребоваться совершенно разные характеристики DPF, если один работает на шоссе, а другой находится в корпусе генераторной установки. Профиль температуры выхлопных газов, состав сажи и частота регенерации определяют выбор покрытия больше, чем какой-либо отдельный параметр двигателя. В таблице ниже показано, как рабочий цикл меняет порядок приоритетов.

Быстрая регенерация и термический удар — вот два условия, которые подталкивают многих клиентов к использованию карбида кремния. Носитель SiC с каталитическим покрытием сохраняет свою структурную целостность при сильных температурных градиентах. Эта комбинация распространена во внедорожной технике, морских силовых установках и генераторных установках с высокой нагрузкой, где кордиеритовая часть работает на пределе своих возможностей.

Катализатор DPF из карбида кремния с высокой термической стойкостью Созданный на подложке из карбида кремния, этот катализатор выдерживает быструю регенерацию и термический удар, что делает его надежным выбором для внедорожных, морских или высоконагруженных генераторных установок, где кордиерита может быть недостаточно. Посмотреть продукт →

Сочетание DPF с SCR: вариант SCRF

Когда дизельным платформам требуется контроль как твердых частиц, так и NOx, самой чистой упаковкой часто является один блок, который выполняет и то, и другое. DPF, покрытый слоем селективного каталитического восстановления, обычно цеолитом на основе меди или железа, сочетает фильтрацию сажи с конверсией NOx и уменьшает общий объем системы последующей обработки. Это определенным образом меняет характеристики покрытия: катализатор должен балансировать окисление сажи, накопление аммиака и снижение NOx в широком диапазоне температур, а не оптимизировать только сжигание сажи. Подробный обзор различных химикатов SCR и областей их применения доступен в нашем Руководство по катализатору SCR .

Что указать перед запросом ценового предложения

Подробный запрос стоит больше, чем любой разговор о ценах. Самый быстрый путь к правильному индивидуальному решению DPF — отправить рабочие параметры, которые определяют проблему. Полная спецификация охватывает как минимум следующее:

• Расход выхлопных газов и максимально допустимое противодавление при номинальной мощности
• Загрузка сажи в начале регенерации и целевой интервал регенерации
• Профиль температуры выхлопных газов, включая холостой ход, холодный запуск и работу при низкой нагрузке.
• Доступный объем консервирования, а также конфигурация входа и выхода
• Стандарт выбросов, которому должна соответствовать готовая система, например, Евро 6.
• Содержание серы в топливе и характеристики зольности смазочных материалов
• Требуемый срок службы и ожидаемое накопление золы за этот срок

От образца к серии: путь развития

Работа по созданию индивидуального DPF не должна ощущаться как исследовательский проект. Практический путь от спецификации к производству следует фиксированной последовательности, которая контролирует риск на каждом этапе.

1. Обзор спецификаций: определите рабочее окно, пределы упаковки и целевые показатели выбросов.
2. Образец покрытия: носители покрытия в предлагаемой комбинации субстрата и химикатов.
3. Лабораторная проверка: провести испытания на термическое старение, воздействие сажи и регенерацию на соответствие установленным ограничениям.
4. Пилотная партия: проверьте процесс на промышленной линии нанесения покрытия и убедитесь в однородности деталей.
5. Серийная поставка: выпустите заблокированную спецификацию с документированными результатами испытаний для входного контроля.

Качество покрытия обеспечивает повторяемость последовательности. Адгезия покрытия, равномерность загрузки и дисперсия драгоценного металла — вот три свойства, которые определяют, соответствует ли первая часть сотой. Именно эта дисциплина лежит в основе подхода нашей компании к работам с покрытиями DPF, SCR и GPF: производственный процесс проверяется на образцах, а затем выдерживается с одинаковыми допусками на протяжении всего цикла.

Целью индивидуального решения DPF является согласование спецификации, подходящей для одного приложения, а не расширение каталога. Если вы находитесь на полпути к проекту по очистке выхлопных газов, и цифры не совпадают, самый быстрый способ узнать, что на самом деле возможно, — это отправить спецификацию: расход выхлопных газов, температуру, содержание сажи и упаковочный конверт. Мы можем просмотреть эти исходные данные, предложить комбинацию подложки и покрытия и изготовить образец для испытаний. Наш ассортимент продукции построен именно под такого рода работы, поэтому перед звонком вы можете сравнить основные варианты — просмотреть серию катализаторов на нашем сайте и посмотрите, какой формат соответствует вашему проекту. Цель проста: DPF с покрытием, который регенерируется по расписанию, остается в пределах своего противодавления и продолжает работать в течение всего срока службы двигателя.