Filtr cząstek stałych (DPF) 2,7 l (Discovery 3)

W pojazdach od roku modelowego 2008 filtr cząstek stałych jest dostępny jako opcja (DPF).

UWAGA: Układ wydechowy bez filtra DPF jest również dostępny w pojazdach od roku modelowego 2008.

System DPF ogranicza emisję cząstek stałych do znikomych poziomów.

Elementy systemu DPF

Nazwa przedmiotu	Numer części zamiennej	Opis
1		Czujnik temperatury spalin (przed katalizatorem)
2		Czujnik temperatury spalin (po katalizatorze)
3		przewód czujnika wysokiego ciśnienia
4		Czujnik różnicy ciśnień
5		Rurka czujnika niskiego ciśnienia
6		Czujnik temperatury spalin (po DPFie)
7		filtr cząstek stałych
8		katalizator

Cząstki stałe są emitowane w postaci czarnego dymu z silnika wysokoprężnego w określonych warunkach obciążenia. Spaliny są złożoną mieszaniną pierwiastków stałych i ciekłych, a cząstki stałe to głównie mikrosfery węgla, na których skraplają się węglowodory uwalniane z paliwa i smarów silnikowych.

System DPF składa się z następujących elementów:

• filtr cząstek stałych
• Oprogramowanie sterujące DPF wbudowane w moduł sterujący silnika (ECM)
• Czujnik różnicy ciśnień

Filtr cząstek stałych

Filtr DPF znajduje się w układzie wydechowym, za katalizatorem. Główną cechą filtra DPF jest jego zdolność do regeneracji. Regeneracja polega na spalaniu cząstek stałych uwięzionych w filtrze, co zapobiega zatykaniu się filtra i umożliwia swobodny przepływ spalin. Proces regeneracji odbywa się w obliczonych odstępach czasu i jest niezauważalny dla kierowcy samochodu.


Regeneracja odgrywa bardzo ważną rolę, ponieważ przepełniony filtr może spowodować uszkodzenie silnika z powodu zbyt wysokiego przeciwciśnienia spalin, a sam filtr może pęknąć lub ulec zniszczeniu. Produkty wychwytywane przez filtr to głównie cząsteczki węgla z zaadsorbowanymi węglowodorami.

Nazwa przedmiotu	Numer części zamiennej	Opis
A		Przód z naprzemiennymi zamkniętymi komórkami
B		Widok z boku przedstawiający przepływ spalin przez filtr oraz cząstki stałe zebrane w filtrze
C		Tylna strona z naprzemiennymi zamkniętymi komórkami

DPF wykorzystuje technologię filtracji opartą na filtrze z powłoką katalityczną. Filtr DPF jest wykonany z węglika krzemu zamkniętego w stalowym pojemniku, który ma doskonałą odporność na szok termiczny i przewodność cieplną. Filtr DPF został zaprojektowany z myślą o potrzebach operacyjnych w celu utrzymania optymalnego ciśnienia wstecznego.

Porowata powierzchnia filtra składa się z wielu małych równoległych kanalików rozmieszczonych wzdłużnie względem układu wydechowego. Sąsiednie kanały w filtrze są na końcu naprzemiennie zamykane. Ta konstrukcja zmusza spaliny do przejścia przez porowate ścianki filtra, które działają jak medium filtracyjne. Ciała stałe zbyt duże, aby przejść przez porowatą powierzchnię, są gromadzone i przechowywane w kanałach.


Jeśli cząstki stałe gromadzące się na filtrze nie zostaną usunięte, przepływ spalin może zostać zablokowany. Do usuwania cząstek stałych stosuje się proces regeneracji, w którym cząstki stałe są utleniane.

Regeneracja filtra DPF jest kontrolowana przez temperaturę spalin i filtr DPF. Filtr DPF ma obrobioną powierzchnię filtra "wash coat", który zawiera platynę i inne aktywne składniki i jest podobny do przetwarzania katalizatora. Przy określonych temperaturach spalin i filtra DPF "wash coat" aktywuje spalanie cząstek stałych oprócz utleniania tlenku węgla i węglowodorów.

Temperatura spalin i DPF jest kontrolowana przez oprogramowanie DPF w ECM. Oprogramowanie DPF monitoruje obciążenie DPF na podstawie stylu jazdy, przebytej odległości oraz sygnałów z czujników różnicy ciśnień i czujników temperatury. Po osiągnięciu ustalonego poziomu objętości ciał stałych następuje aktywna regeneracja DPF. Odbywa się to we współpracy z ECM poprzez regulację różnych funkcji zarządzania silnikiem, takich jak:

• wtrysk paliwa
• sterowanie przepływem powietrza dolotowego za pomocą przepustnicy
• układ recyrkulacji spalin
• kontrola ciśnienia doładowania

Proces regeneracji jest możliwy dzięki elastyczności silnika wtryskowego "common-rail", który zapewnia precyzyjną kontrolę dawki paliwa, ciśnienia paliwa i wtrysku. Parametry te są fundamentalne dla zapewnienia sprawnego procesu regeneracji.

Do regeneracji DPF stosowane są dwa filtry - aktywny i pasywny.

Regeneracja pasywna

Regeneracja pasywna nie wymaga specjalnej ingerencji ze strony układu sterowania silnikiem i zachodzi podczas normalnej pracy silnika. Dzięki pasywnej regeneracji cząstki stałe osadzające się w filtrze DPF są powoli przekształcane w dwutlenek węgla. Proces ten jest aktywny, gdy temperatura DPF osiągnie 250°C (482°F). Przy dużych prędkościach i dużym obciążeniu silnika proces ten staje się ciągły.


Podczas pasywnej regeneracji tylko część cząstek stałych jest przekształcana w dwutlenek węgla. Wynika to z faktu, że proces reakcji chemicznej jest skuteczny tylko w normalnym zakresie temperatur roboczych od 250°C do 500°C (482°F do 932°F).

Powyżej tego zakresu temperatur wydajność przetwarzania cząstek stałych na dwutlenek węgla wzrasta wraz ze wzrostem temperatury DPF. Temperatury te można osiągnąć tylko przy aktywnym procesie regeneracji.

Aktywna regeneracja

Aktywna regeneracja rozpoczyna się, gdy ilość cząstek stałych w DPF osiągnie poziom progowy, który jest monitorowany lub określany przez oprogramowanie sterujące DPF. Obliczenie progu uwzględnia styl jazdy, przebytą odległość i sygnały przeciwciśnienia z czujnika różnicy ciśnień.

Z reguły aktywna regeneracja następuje co 725 km, jednak częstotliwość regeneracji jest silnie uzależniona od warunków jazdy pojazdu. Na przykład podczas jazdy samochodem z małym obciążeniem w ruchu miejskim częściej będzie występować aktywna regeneracja. Jest to spowodowane szybszym gromadzeniem się cząstek stałych w filtrze DPF w porównaniu do trybów, w których pojazd jedzie z dużą prędkością i następuje regeneracja pasywna.

Oprogramowanie DPF zawiera licznik kilometrów, który inicjuje regenerację i służy do podtrzymywania aktywnej regeneracji. Regeneracja jest wymagana na podstawie przebytej odległości, chyba że jest inicjowana przez sygnał przeciwciśnienia z przetwornika różnicy ciśnień.

Aktywna regeneracja DPF rozpoczyna się, gdy temperatura DPF wzrośnie do temperatury spalania cząstek stałych. Temperatura DPF jest podwyższana przez podwyższanie temperatury spalin. Osiąga się to poprzez wprowadzenie dodatkowego wtrysku po wtrysku pilotującym i głównym.


Oprogramowanie DPF monitoruje sygnały z dwóch czujników temperatury DPF w celu określenia temperatury DPF. W zależności od temperatury DPF oprogramowanie DPF zażąda od ECM wykonania jednego lub dwóch cykli dotrysku paliwa:

• Pierwszy dotrysk paliwa spowalnia spalanie wewnątrz cylindra, co powoduje wzrost temperatury spalin.
• Drugi wtrysk po paliwie następuje później w cyklu suwu mocy. Paliwo częściowo spala się w cylindrze; część niespalonego paliwa dostaje się do układu wydechowego, gdzie inicjuje reakcję egzotermiczną w katalizatorze, dodatkowo podnosząc temperaturę DPF.

Proces aktywnej regeneracji trwa około 20 minut. Pierwsza faza podnosi temperaturę DPF do 500°C (932TF). Druga faza dodatkowo zwiększa temperaturę DPF do 600°C (1112°F), która jest optymalną temperaturą spalania cząstek stałych. Temperatura ta jest utrzymywana przez 15-20 minut w celu całkowitego spalenia cząstek stałych w filtrze DPF. Proces spalania przekształca cząsteczki węgla w dwutlenek węgla i wodę.

Temperatura aktywnej regeneracji DPF jest dokładnie kontrolowana przez oprogramowanie DPF, aby utrzymać wymaganą temperaturę 600°C (1112°F) na wlocie DPF. System kontroli temperatury zapobiega przekroczeniu dopuszczalnych temperatur pracy turbosprężarki i katalizatora. Temperatura na wlocie do turbosprężarki nie może przekraczać 830°C (1526TF), temperatura katalizatora nie może przekraczać 800°C (1472TF), a temperatura na wylocie musi pozostać poniżej 750°C (1382°F).

Podczas aktywnej regeneracji zachodzą następujące procesy, sterowane przez ECM:

• Turbosprężarka jest utrzymywana w pozycji pełnego otwarcia. Minimalizuje to przenoszenie ciepła ze spalin do turbosprężarki i zmniejsza natężenie przepływu spalin, aby osiągnąć optymalne rozgrzanie filtra DPF. Jeśli kierowca chce zwiększyć moment obrotowy, w razie potrzeby łopatki turbosprężarki można zamknąć.
• Zawór dławiący zamyka się, co pomaga zwiększyć temperaturę spalin i zmniejsza prędkość przepływu spalin, co skraca czas nagrzewania się filtra DPF do optymalnej temperatury.
• Zawór recyrkulacji spalin zamyka się (EGR). Zastosowanie EGR obniża temperaturę spalin i tym samym nie pozwala osiągnąć optymalnej temperatury DPF.

Jeżeli ze względu na użytkowanie pojazdu i/lub styl jazdy nie można przeprowadzić procesu aktywnej regeneracji lub nie jest możliwa regeneracja DPF, dealer może przeprowadzić wymuszoną regenerację DPF. Można to zrobić albo prowadząc pojazd, aż silnik rozgrzeje się do normalnej temperatury roboczej, a następnie kontynuując jazdę z prędkością co najmniej 48 km/h przez 20 minut, albo podłączając pojazd do systemu diagnostycznego zatwierdzonego przez firmę Land Rover to pomoże Zlecić technikowi wykonanie procedury automatycznej regeneracji w celu wyczyszczenia filtra DPF.

Układ sterowania filtrem cząstek stałych

Aby osiągnąć optymalną wydajność filtra DPF i zapobiec jego zatykaniu, stan filtra DPF musi być stale monitorowany. ECM zawiera oprogramowanie DPF, które zarządza monitorowaniem i działaniem systemu DPF, a także monitoruje inne dane pojazdu w celu określenia okresów regeneracji i interwałów serwisowych.

Oprogramowanie DPF można podzielić na trzy oddzielne moduły oprogramowania sterującego: moduł sterujący DPF, moduł sterujący przepływem paliwa DPF i moduł sterujący przepływem powietrza DPF.

Te trzy moduły są kontrolowane przez czwarty moduł oprogramowania, zwany modułem dopasowującym DPF. Dopasowany moduł kontroluje działanie innych modułów, gdy wymagana jest aktywna regeneracja. Moduł sterujący DPF jest podsystemem modułu dopasowującego DPF.

Moduł kontroli paliwa DPF

Moduł zarządzania paliwem DPF steruje następującymi funkcjami:

• Synchronizacja czterech oddzielnych wtrysków na suw roboczy i ilość wtryskiwanego paliwa (wtrysk wstępny, główny i dwa dodatkowe).
• Ciśnienie wtrysku i przełączanie między trzema różnymi poziomami kalibracji wtrysku.

Powyższe funkcje zależą od stanu katalizatora i filtra DPF.

Oprócz pomiaru aktywności katalizatora i filtra DPF, kontrolowany wtrysk określa wymagany poziom wtrysku. Układ zarządzania paliwem oblicza ilość paliwa i czasy czterech oddzielnych wtrysków dla każdego z trzech poziomów kalibracji ciśnienia wtrysku oraz steruje przełączaniem między poziomami.

Wymagane są dwa dodatkowe wtryski, aby rozdzielić funkcje zwiększania temperatury gazów w cylindrze i wytwarzania węglowodorów. Pierwszy dotrysk służy do wytworzenia wyższej temperatury gazów w cylindrach przy jednoczesnym utrzymaniu takiego samego momentu obrotowego silnika jak w normalnym (nie podczas regeneracji) działanie silnika. Drugi dotrysk służy do generowania węglowodorów poprzez kierowanie niespalonego paliwa do katalizatora bez zwiększania momentu obrotowego silnika.

Moduł kontroli przepływu powietrza DPF

Moduł kontroli przepływu powietrza DPF steruje następującymi funkcjami:

• Układ sterowania EGR
• układ kontroli ciśnienia doładowania
• System kontroli temperatury i ciśnienia powietrza dolotowego

Podczas aktywnej regeneracji EGR jest wyłączany i obliczana jest aktywacja w pętli zamkniętej regulatora ciśnienia doładowania. Moduł kontroli przepływu powietrza monitoruje poziomy ciśnienia i temperatury powietrza w kolektorze dolotowym. Kontrola ta jest niezbędna do uzyskania odpowiednich warunków wewnątrz cylindra dla stabilnego i niezawodnego spalania dodatkowo wtryskiwanego paliwa.

Moduł kontroluje temperaturę powietrza dolotowego, uruchamiając przepustnicę EGR i regulując ciśnienie doładowania.

Moduł dopasowania DPF

Moduł koordynujący DPF, po otrzymaniu żądania regeneracji z modułu sterującego, inicjuje i koordynuje następujące żądania regeneracji DPF:

• Wyłącz EGR
• Kontrola ciśnienia doładowania
• Zwiększone obciążenie silnika
• Kontrola ciśnienia i temperatury powietrza w kolektorze
• Sterowanie wtryskiem paliwa

Gdy moduł sterujący wysyła żądanie regeneracji, moduł koordynujący żąda wyłączenia EGR i ciśnienia doładowania wymaganego do regeneracji. Następnie czeka na sygnał zwrotny z układu EGR potwierdzający zamknięcie zaworu EGR.

Kiedy zawór EGR zamyka się, moduł koordynujący inicjuje żądanie zwiększenia obciążenia silnika poprzez kontrolę temperatury i ciśnienia powietrza dolotowego.

Po otrzymaniu potwierdzenia, że warunki dolotowe są opanowane lub upłynął czas kalibracji, moduł dopasowujący przechodzi w stan oczekiwania na zwolnienie pedału przyspieszenia przez kierowcę. Jeśli tak się stanie lub upłynie czas kalibracji, moduł dopasowujący generuje żądanie wysterowania wtrysku paliwa w celu podniesienia temperatury spalin.

Czujnik różnicy ciśnień

Nazwa przedmiotu	Numer części zamiennej	Opis
1		Przyłącze niskociśnieniowe
2		Połączenie wysokociśnieniowe
3		złącze elektryczne

Czujnik różnicy ciśnień jest montowany na wsporniku przymocowanym do skrzyni rozdzielczej.

Czujnik różnicy ciśnień jest używany przez oprogramowanie do monitorowania stanu DPF. Dwie rurki na czujniku są połączone rurkami ze stroną wlotową i wylotową filtra DPF. Rury umożliwiają czujnikowi pomiar ciśnienia wlotowego i wylotowego DPF.

Wraz ze wzrostem ilości cząstek stałych wychwyconych przez filtr DPF wzrasta ciśnienie po stronie wlotowej filtra DPF w porównaniu ze stroną wydechową. Oprogramowanie DPF wykorzystuje to porównanie w połączeniu z innymi danymi do obliczenia skumulowanej liczby uwięzionych cząstek.

Mierząc różnicę ciśnień między wlotem i wylotem DPF oraz temperaturę DPF, oprogramowanie DPF może określić, czy filtr DPF jest zatkany i wymaga regeneracji.

Czujniki temperatury DPF

System DPF wykorzystuje trzy czujniki temperatury. Pierwszy czujnik znajduje się bezpośrednio za turbosprężarką w rurze wlotowej katalizatora, drugi w rurze wylotowej z katalizatora, a trzeci w rurze stożkowej wylotowej DPF.

Czujniki mierzą temperaturę spalin na wylocie z turbosprężarki, za katalizatorem i po przejściu przez DPF oraz dostarczają informacji potrzebnych do obliczenia temperatury DPF.

Informacje te są używane w połączeniu z innymi danymi do obliczania nagromadzonego pyłu i do kontrolowania temperatury DPF.

Wskazanie na tablicy rozdzielczej

Jeżeli pojazd regularnie pokonuje krótkie trasy z małą prędkością, skuteczna regeneracja DPF może nie być możliwa.

W takim przypadku oprogramowanie DPF ustala, że filtr DPF jest zatkany na podstawie sygnałów z czujnika różnicy ciśnień i wysyła do kierowcy następujące ostrzeżenia:

Nazwa przedmiotu	Numer części zamiennej	Opis
1		'DPF FULL VISIT DEALER' (DPF PEŁNY, ODWIEDŹ DEALERA)
2		'DPF FULL' (PEŁNY DPF)

Pojazdy wyposażone w DPF i zestaw wskaźników wysokiego poziomu używają komunikatów na wyświetlaczu centrum komunikatów, aby ostrzec kierowcę o stanie DPF.

Gdy filtr DPF się zapełni, kierowca zostanie o tym poinformowany komunikatem "DPF FULL", po którym następuje symbol wyszukiwania. Jak opisano w instrukcji obsługi, kierowca musi prowadzić pojazd, aż silnik rozgrzeje się do normalnej temperatury roboczej, a następnie kontynuować jazdę z prędkością co najmniej 30 mil na godzinę (48 kilometrów na godzinę) przez 20 minut. Po pomyślnym zakończeniu regeneracji DPF komunikat "DPF FULL" przestanie się wyświetlać.

Jeśli oprogramowanie DPF wykryje, że filtr DPF jest nadal zatkany, zostanie wyświetlony komunikat "DPF FULL VISIT DEALER". Kierowca powinien udać się do autoryzowanego dealera w celu wymuszenia regeneracji DPF.

Skutki uboczne filtra cząstek stałych (DPF)

W poniższej sekcji opisano niektóre skutki uboczne procesu aktywnej regeneracji.

Rozcieńczenie oleju silnikowego

Może dojść do rozcieńczenia oleju silnikowego z powodu przedostania się niewielkiej ilości paliwa do skrzyni korbowej w fazie po wtrysku. Z tego powodu wprowadzono obliczenia oparte na stylu jazdy, aby w razie potrzeby skrócić okresy między wymianami oleju. O konieczności wymiany oleju kierowca jest informowany komunikatem na tablicy rozdzielczej.

Oprogramowanie DPF monitoruje styl jazdy, częstotliwość i czas trwania aktywnej regeneracji. Dzięki tym informacjom można wykonać obliczenia dotyczące rozcieńczenia oleju silnikowego. Gdy oprogramowanie DPF obliczy, że rozcieńczenie oleju silnikowego osiągnęło określony próg (paliwo stanowi 7% objętości oleju), na tablicy wskaźników wyświetla się komunikat serwisowy.

W zależności od stylu jazdy, niektóre pojazdy mogą wymagać wymiany oleju przed planowanym okresem. Jeśli pojawi się komunikat serwisowy, pojazd wymaga pełnego serwisu, po którym licznik okresów międzyobsługowych zostanie wyzerowany.

Zużycie paliwa

Podczas procesu aktywnej regeneracji DPF wzrasta zużycie paliwa. Ponieważ jednak aktywna regeneracja odbywa się rzadko i przez ograniczony czas, całkowite zużycie paliwa wzrasta o około 2%. Dodatkowe paliwo zużyte podczas procesu aktywnej regeneracji jest dodawane do chwilowego zużycia paliwa, a średnie zużycie paliwa jest wyświetlane na tablicy wskaźników.