Benzinli Araç Partikül Filtresi Nedir? Arızası Temizlenmesi Çalışma Prensibi (4 Yollu Katalitik Konvertör)

4 Yollu Katalitik Konvertör (Benzinli Motor Partikül Filtresi) 

Euro 5 emisyon normunda kullanılan 3 yollu katalitik konvertör, HC, CO ve NOx emisyonlarını zararsız hale getirir. Euro 6 emisyon normuyla beraber, 4 yollu katalitik konvertör (benzinli motor partikül filtresi) kullanılmaya başlanmıştır. 4 yollu katalitik konvertöre, partikül filtresi de eklenmiştir. Benzinli araç partikül filtresine GPF: Gasoline Particulate Filter denir. 4 yollu katalitik konvertör: 3 yollu katalitik konvertör + partikül filtresi. Direkt enjeksiyonlu benzinli araçlarda euro 6 ile kullanılmaya başlanan benzinli motor partikül filtresine, 4 yollu katalitik konvertör de denmektedir. 

Direkt enjeksiyonlu benzinli motorlarda hem 3 yollu katalitik konvertör hem de 4 yollu katalitik konvertör beraber iki ayrı parça olarak kullanılıyor. Bazılarında 4 yollusu önde bazılarında 3 yollusu ilk konumda, markadan markaya değişiyor. 

Benzinli Araçlarda (Motorda) Kurum Partiküllerinin Oluşması 

Lambda=1 olduğunda ideal yanma gerçekleşir ve zararlı emisyonların miktarı minimumdur.

Lambda >1 olduğunda fakir karışım gerçekleşir ve egzozdaki azot oksitler (NOx) artar.

Lambda <1 olduğunda zengin karışım gerçekleşir ve egzoz gazında hidrokarbon (HC) ve karbon monoksit (CO) emisyonları artar. 

Partiküller, sadece direkt enjeksiyonlu benzinli motorların yanma zamanında oluşur ama çok noktadan enjeksiyonlu benzinli motorlarda oluşmaz mı?

Direkt enjeksiyonlu benzinli motorlarda partikül oluşumu, çok noktadan enjeksiyonlulara göre biraz fazladır. Benzinli motorlarda partikül oluşumu, sadece soğuk ilk çalıştırmada ve bunun devamındaki 1-2 dakika boyunca gerçekleşir.

Direkt enjeksiyonlu benzinli motorlarda, düşük sıcaklıklarda yanma zamanından önce benzin damlacıklarını tamamen atomize etmek oldukça zordur. Bunun sebebi, enjektörden çıkan yakıtın, silindir içerisinde direkt olarak, kısa bir yol izlemesidir. Benzin damlacıkları, atomize olup buharlaşacak fırsat bulamazlar.

Çok noktadan enjeksiyonlu benzinli motorlarda, yakıt emme portlarına (emme supaplarının arkasına) püskürtülür, silindir içine kadar daha uzun bir yol izlendiği için, benzin damlacıkları tamamen atomize olup buharlaşabilir.

Bununla birlikte, doğrudan enjeksiyonun avantajları dezavantajlarından çok daha ağır basmaktadır.

Direkt enjeksiyonlu benzinli motorun avantajları:

*Düşük yakıt tüketimi,

*Daha iyi güç verimi

*Toplamda daha düşük egzoz emisyonları

(Bkz: Kurum Partikülü) (Bkz: Kül Partikülü)

4 Yollu Katalitik Konvertör (Benzinli Araç Partikül Filtresi) 

Direkt enjeksiyonlu benzinli motorlarda partikülleri önlemek amacıyla iki yöntem kullanılır:

*Rölanti devrinde benzini daha yüksek basınçla püskürtmek.

*Partikül filtresi kullanmak.

Normalde direkt enjeksiyonlu benzinli motorlarda yakıt basıncı 50-150 bar civarındadır. Rölantide çalışırken yakıt basıncı 40-50 bar civarındadır. Yakıt pompasında yapılan geliştirmeyle, rölanti devrinde benzin püskürtme basıncı 140 bara çıkarılmıştır, maksimum basınç ise 350 bar. Daha yüksek basınç sayesinde, daha iyi atomize olan benzin, partikül oluşumunu azaltmıştır. Bununla birlikte enjektörlerin geliştirilmesi ve yanma odalarının modifiye edilmesi de partikül oluşumunu azaltır.

Benzinli motorlarda partikül filtresi kullanılması euro 6 emisyon normlarını karşılamak amacıyla alınan tedbirlerden biri olmuştur. 

 

4 yollu katalitik konvertör (Benzinli motor partikül filtresi), yüzeyi katalitik konvertördeki katalizör elementleriyle kaplı bir partikül filtresidir. Katalizör işlevine ek olarak partikülleri de filtrelediği için, buna dört yollu katalitik konvertör de denir. Partikül filtreli benzinli motorlarda, düşük kül oranlı uygun motor yağı kullanılmalıdır.

Egzoz sistemindeki düzen:

a) Önce 4 yollu katalitik konvertör + sonra 3 yollu katalitik konvertör.

b) Önce 3 yollu katalitik konvertör + sonra 4 yollu katalitik konvertör 

Şeklinde olabilir.

4 yollu katalitik konvertör, yüzeyi katalitik konvertördeki katalizör elementleriyle kaplı bir partikül filtresidir.

Benzinli motor partikül filtresi, 3 yollu katalitik konvertördeki gibi, yüzeyi özel elementlerle (paladyum+radyum) kanallara sahiptir. Kanallar, özel seramik gövdenin içindedir, seramik yapı kordiyerit malzemesinden yapılmıştır. Seramik kanalların çıkış uçları kapatılmıştır, egzoz gazı ucu açık olan diğer kanaldan geçmek zorundadır. Bu yapı bir filtre gibi çalışır. (Kordiyerit seramikleri düşük termal genleşme katsayısı, mükemmel termal şok direnci, yüksek kimyasal dayanım, yüksek refrakterlik ve yüksek mekanik dayanım özelliklerine sahiptir.)

Motor tarafından gelen gazlar, açık kanallardan girerek kanalların içine geçer, bu kanalların diğer uçları kapalı olduğundan, kanal duvarlarından diğer kanala geçiş yaparlar, bu sırada egzoz gazındaki partiküller kanal duvarları tarafından filtrelenir (tutulur). 

 

Dizel ve Benzinli Motordaki Partikül Filtresinin Karşılaştırılması

*Benzinli motor partikül filtrelerinde, dizel motora göre 10 kat daha az partikül oluşur. 

*Benzinli motorda soğuk ilk çalıştırmada birkaç dakika içinde partikül oluşur. Dizelde her zaman.

*Partikül filtresindeki doluluk miktarının ölçülmesi için bir “egzoz gazı basınç sensörü” kullanılır. 

*Dizel motorlar, rejenerasyon için gerekli olan yeterli sıcaklığa çıkmakta (benzinliye göre) zorlanır.

*Direkt enjeksiyonlu benzinli motorların egzoz gazı sıcaklıkları, dizel motorlarınkinden 2 kat fazladır, bu sebeple, egzoz gazında dizele göre çok daha az oksijen olmasına rağmen, benzinlideki partikül filtresi için çoğu zaman bir rejenerasyon yapmaya gerek kalmaz.

*Dizel motorlar fakir karışımla çalıştığından, egzoz gazlarında rejenerasyon için her zaman bol miktarda oksijen vardır, benzinli motorlarda ise azdır.

*Dizel motorlarda rejenerasyon işlemi, genellikle ilk 100 kilometre geçildikten sonra gerçekleşir, bu durum partikül filtreli benzinli motorlar için geçerli değildir.

*Motor tipine göre değişmekle beraber, dizel motorlarda partikül filtresindeki kül doluluk oranı 180 bin kilometrede bir incelenip kontrol edilmelidir. Bu durum partikül filtreli benzinli motorlar için geçerli değildir. 

3 Yollu Katalitik Konvertör ile Kıyaslanması 

Katalitik konvertörün yapısında katalizörler bulunur, katalizör; bir kimyasal reaksiyona katılır, onu hızlandırırı ve kendisi bir değişime uğramadan reaksiyondan çıkar. Katalitik konvertörün petek yapısı metal ve seramik içerebilir, bu petekli yapı paladyum ve radyum gibi katalizör elementlerle kaplanmıştır. Eksi katalitik konvertörlerde platinyum kullanılırdı.

Katalizördeki bu elementler, egzoz gazındaki zehirli gazları oksitleyerek veya indirgeyerek, zararsız hale getirir (nitrojen (azot) (n2), karbondioksit (CO2) ve su buharı (H2O). Klasik 3 yollu katalitik konvertörün petekleri açıktır, motor tarafındaki kanallardan giren egzoz gazları, bu kanalların diğer ucundan çıkarlar. 

PARTİKÜL FİLTRESİNDE REJENERASYON 

PARTİKÜL FİLTRESİNİN DOLMASI - ARIZA DURUMU VE REJENERASYON 

Direkt benzin enjeksiyonlu motorlarda, soğuk ilk çalıştırmada ve çok kısa süreli olarak partiküller oluştuğu için, partikül filtresinin dolması ve rejenerasyon gerekliliği nadiren meydana gelir. Rejenerasyonun sıklığı ve işlemin süresi, partikül filtresinin doluluk miktarına göre değişir. 

Partikül filtresi tıkandığında, filtrenin temizlenmesi (rejenerasyon) için 3 farklı yöntem vardır.

*Pasif rejenerasyon

*Aktif rejenerasyon  

*Serviste rejenerasyon

Benzinli motor partikül filtrelerinde, kurum partikülü birikmesi sebebiyle bir tıkanma meydana gelirse, egzoz gazı basınç sensörü vasıtasıyla ecu bunu algılar. Filtrenin doluluk miktarına göre, ekranda motor arıza lambasını yakar, partikül filtresi doluluğu için uyarı mesajı gösterir (servise gidilmesini önerebilir), motor gücünü sınırlandırabilir. 

PASİF REJENERASYON

Pasif rejenerasyon, neredeyse her gün, günlük kullanımda sırasında, ecu tarafından özel bir işlem yapılmadan gerçekleşmektedir. Normal sürüşten bir farkı yoktur. Bunun için gerekli olan şartlar; yolculuğun yeterince uzun olmasıdır, partikül filtresinin sıcaklığı yaklaşık 600 dereceye eriştiğinde, egzoz gazında yeterince oksijen olduğunda (ayak gazdan çekildiğinde), işlem kendiliğinden gerçekleşir.  Motor yeterince sıcak olduğunda ve egzozda oksijen bulunduğunda, partikül filtresindeki kurumlar yakılarak karbondioksite (CO2) çevrilir.

AKTİF REJENERASYON

Partikül filtresindeki doluluk miktarı belirli bir değerin üzerine çıkmışsa (örneğin % 55’den fazla), partikül filtresi ikaz lambası yanar. Sürücünün sürüş tarzı, rejenerasyon için uygun değilse, uyarı mesajıyla sürücü bilgilendirilir. Motorun yeterince ısındığı yeterli uzunlukta bir sürüş yapması sağlanır. Bunun için 50-120  km/h hızda, motor  sıcakken sürüş yapmak gerekir. Bu işlem yaklaşık 5-20 dk sürer. Bu sırada rölanti devri kendiliğinde 1000-1500 devire çıkabilir. İşlem başarılı olduğunda, partikül filtresi arıza lambası otomatik sönecektir.

SERVİSTE REJENERASYON

Partikül filtresi dolmuştur, sürücü rejenerasyon için uygun şekilde aracını kullanmamıştır veya uygun sürüş farklı sebeple yarıda kesilmiştir, yani sistem kendi kendine partikül filtresini temizleyememiştir. Bu durumda partikül filtresi arıza lambasıyla beraber, motor (emisyon) arıza lambası da yanar ve aracın servise götürülmesi için ekranda mesaj gösterilir. Motor arıza lambası sabit olarak yanıyorsa (yanıp sönmüyorsa), sürücünü aracı stop etmesine veya çekici çağırmasına gerek yoktur, aracını servise götürmesi gerekir. 

Serviste araç diyagnostik cihazına bağlanır ve rejenerasyon prosedürleri uygulanır. Motor belirli bir süre, yeterli sıcaklıkta çalıştırılarak, filtredeki kurumların yakılması sağlanır. (Bkz: Egzoz Basınç Sensörü)

(Bkz: Üç Yollu Katalitik Konvertör) 

(Bkz: Dizel Partikül Filtresi)