本記事は2chのまとめではありません。


しょぼーんみなさん こんにちわ。ぶ~ぶ~速報管理人のぶ~ちゃんです。
ずいぶん前に読者の方から以下の質問を頂いていたぶ~

質問内容
「私は、M社のディーゼル車に乗っているのですが、時々DPF再生という処理が勝手に始まります。DPF再生という処理を行うといつも燃費が悪くなります。このDPF再生とはいったいどういうものなのでしょうか?よろしければ教えて頂けないでしょうか
 

この質問に答えるのをすっかり忘れていたぶ・・・
ごめんぶ・・・  

というわけで今回は、質問にもあった”DPF再生”についてぶ~ちゃんの理解をしめしたいと思うぶ~

それではいつものように”DPF再生”を理解するために必要になる基本事項を押さえるぶ~

今回必要になる基本事項は以下の4項目だぶ~
①ディーゼルエンジンの燃焼行程について
②φ-Tマップから見るPMおよびNOxの発生状況について
③多段噴射(特にポスト噴射)について
④DPFの構造

それでは、はじめるぶ~ 

 
①ディーゼルエンジンの燃焼行程について 

ディーゼルの燃焼行程は以下の行程の繰り返しだぶ~ 

NO1

NO2

NO3

NO4

しょぼーんちなみにガソリンエンジンとディーゼルエンジンとの違いについては以前の記事(⇒こちら)にあるので、気になる方は読んでみてぶ~













②φ-Tマップから見るPMおよびNOxの発生状況について

ディーゼルエンジンの燃焼行程は熱い空気に燃料を順次吹きかけ燃焼をさせるため、
どうしても燃焼状況が均一になりにくいぶ・・・

NO5

ここで萌え、いや燃える時の空気の全質量に対する燃料の全質量を当量比(φ)と定義するぶ~
つまり当量比φが大きければ大きいほど燃料が濃くなっていくぶ~

横軸に燃焼温度(T)、縦軸に当量比(φ)をとると、ディーゼルエンジンの燃焼状況は下図で示すブーメラン型になるぶ~

そして、下図の青の部分がPMが発生しやすい領域、赤の部分がNOxが発生しやすい領域だぶ~

そしてこの領域と
、ディーゼルエンジンの燃焼状況が重なっている部分があり、
この状況の時PMとNOxが発生するぶ~



NO6

上図を見てわかるように、
ディーゼルエンジンにおいてはPMとNOxが必ず発生するといってもいいぶ~
(ちなみにPMおよびNOxはトレードオフの関係になっている。この点については次の機会に)


③多段噴射(特にポスト噴射)について

燃料を噴射するといっても、一回で噴いているわけではないぶ~
下図で示すように、数回(5回程度)に分けて噴射しているぶ~


NO7

それぞれ下図で示すような目的をもって噴射するぶ~

NO8

ここでポスト噴射で噴射された燃料は燃焼室内では燃えないぶ~
このポスト噴射は後で登場するので覚えてほしいぶ~


④DPFの構造

DPFとは
Diesel particulate filterの略だぶ~ 
一言でいうと、(拡散)燃焼から出てきたPMを捕集するフィルターだぶ~
もっと簡単にいうと、お茶を入れるときに茶葉が入らないようにするティーフィルターみたいなもんだぶ~

※ディーゼル酸化触媒(DOC)も含めてDPFという場合もありますが今回は
DOCとDPFは分けて定義しています。

NO9

DPFの内部は上図で示すようにハニカム構造になっているぶ~
ハニカム構造にすることで、排気が必ずフィルタを通過するようにして、PMが確実にフィルタで捕集されるようにしているぶ〜

しょぼーん以上が、DPF再生を理解するために必要な基本事項だぶ〜

それでは本題のDPF再生の話に入るぶ〜












DPFはご想像の通りPMを捕集しすぎるとフィルタが、
PMによって完全に詰まってしまうぶ〜(下図)



NO10
詰まってしまうと下図で示すようにDPF前の圧力が高まってしまい、
燃焼室に排気が逆流してしまう可能性があるぶ〜 ちょうどEGRみたいになるぶ〜
※EGRについては、過去の記事(→こちら)で解説したので気になる方はリンク先を読んでみてぶ〜

NO11

排ガスが燃焼室に入ると、空燃比がずれ、失火してしまうぶ〜

だからDPFが詰まりそうになったら詰まっているPMを除去してやる必要があるぶ〜
このDPF内のPMを除去することを”DPF再生”というぶ〜!!


次にDPF再生の具体的な中身にうつるぶ~
ここでは、DPF再生の最も一般的なポスト噴射を使った方法を示すぶ~
(※DPF再生は下で示す方法以外にもあります)

まず上記基本事項で説明したポスト噴射を行うことで、排気に未燃燃料を混ぜるぶ~
そして、その燃料がDPFの前に設けられたディーゼル酸化触媒(DOC)に到達するぶ~
(下図)

NO14

DOCに到達した燃料は酸化され、そこで酸化熱が発生するぶ~
その結果排気温度が上がり(上図”高温”)、DPFがそれにより温められるぶ~

更に排気中に含まれる一酸化窒素(NO)も同時にDOCで酸化され、
二酸化窒素(NO2)になるぶ~

そして下図で示すように高温になったDPF内でPMが燃焼するぶ~
このとき
二酸化窒素(NO2)は酸化剤となり、PMの燃焼を促進させるぶ~


NO12

しょぼーんDPF再生によりPMが燃えた後は、
DPFの機能が新品当時まで完全に回復・・・


しているわけではないぶ・・・
世の中そんな単純じゃないぶ・・・

実は、DPFに捕集される物質は可燃性のPMだけではないぶ・・・

アッシュという非可燃性の物質も捕集されているぶ・・・
(下図)



NO13

このアッシュはどこから来るかというと、主にエンジンオイルの燃焼によってでてくるぶ~

アッシュは燃えないので、DPF再生制御でも除去できず、少しずつ溜まっていくぶ・・・
そして少しずつDPFのPM捕集機能を下げていくぶ・・・

やっかいなやつだぶ・・・
このアッシュ成分がある程度溜まったらDPF自体を交換しないといけないぶ~


しょぼーんDPF再生のタイミングとアッシュの関係や、他のDPF再生の方法、尿素SCRとの関係etcとかまだまだいろいろありますが、どんどんマニアックな方向に行ってしまうので、とりあえずここらへんにするぶ~

ぶ~ちゃんのDPF再生の理解はざっくりとこんな感じだぶ~

質問をしてくれた方、わかってくれたかなぶ・・・?









最後に上記内容で間違っている点がありましたら、ぶ~ちゃんの勉強のためにも教えてくださいぶ~
よろしくお願いしますぶ~ 


またぶ~ちゃんに車のことで聞いてみたいことがあったら、
メールでもぶ~速のコメント欄でもいいので、メッセージをくれたら、ぶ~ちゃんのわかる範囲でお答えするぶ~

メールアドレス:bubusokuhou★gmail.com (★を@に変えて送ってぶ~)


参考文献(以下一部)
青山元男著「車のメカニズム」
畑村耕一著「自動車エンジン技術がわかる本」
Motor Fan「ディーゼルエンジン」「ノッキングを吹っ飛ばせ」
長山 勲 「初めて学ぶ基礎エンジン工学」etc