تاخوگراف نسل دوم؛ شرط جدید ورود کامیونهای ایرانی به اتحادیه اروپا 
برای هر راننده یا مدیر ناوگان، دیدن چراغ هشدار DPF روی داشبورد، قاصد خبرهای بد است. این هشدار معمولا پیش درآمدی بر کاهش ناگهانی قدرت موتور، افزایش مصرف سوخت و در نهایت توقف اجباری خودرو در کنار جاده یا تعمیرگاه است.
با سختتر شدن قوانین زیست محیطی یورو ۴، ۵ و ۶، فیلتر حذف ذرات معلق یا همان DPF (Diesel Particulate Filter) به جزء جدایی ناپذیر سیستم اگزوز تبدیل شدند. اما این فناوری در مسیر تکامل خود، فراز و نشیبهای زیادی را طی کرده است.
آنچه بسیاری از مالکان خودروهای سنگین نمیدانند، این است که همه فیلترهای DPF یکسان نیستند. تفاوتهای فراوانی بین فناوریهای اولیه که با آزمون و خطا وارد بازار شدند (نسل اول) و سیستمهای پیشرفته امروزی (نسل دوم) وجود دارد. در این مقاله از پایه یک، قصد داریم با نگاهی دقیق، این دو نسل را بررسی کنیم.
فیلتر DPF چیست و چرا به اصطلاح خفه میشود؟
پیش از ورود به بحث نسلها، باید بدانیم در قلب سیستم اگزوز چه اتفاقی میافتد. موتورهای دیزلی، برخلاف بنزینیها، ذرات جامد میکروسکوپی تولید میکنند که به آن دوده (Soot) میگوییم. فیلتر DPF قطعهای است که در مسیر اگزوز نصب میشود تا این ذرات را به دام بیاندازد.
ساختار داخلی این فیلتر شبیه به یک لانه زنبور سرامیکی است که هزاران کانال باریک دارد. این کانالها به صورت یکدرمیان در انتها بسته شدهاند؛ بنابراین دود اگزوز مجبور است برای خروج، از دیوارههای متخلخل عبور کند. در این فرایند، گاز خارج میشود اما ذرات دوده در دیوارهها گیر میکنند.
مشکل از جایی شروع میشود که ظرفیت محدود این فیلترها پر میشود. در این حالت، روی فیلتر باید عملیات بازسازی انجام شود؛ یعنی با بالا بردن دما تا حدود ۶۰۰ درجه سانتیگراد، دوده را سوزانده و به خاکستر تبدیل شود.
اگر این عملیات به درستی انجام نشود، مثلا در یک کامیونت پخش شهری که مدام توقف میکند و دمای اگزوز بالا نمیرود، فیلتر اصطلاحا خفه میشود. تفاوت اصلی نسلهای مختلف DPF، دقیقا در توانایی آنها برای تحمل این گرمای شدید و مدیریت فرایند سوزاندن دوده است بدون اینکه ساختار فیزیکی فیلتر ذوب شود یا ترک بردارد.

بررسی نسل اول DPF، دوران آزمون و خطا (سالهای ۲۰۰۷ تا ۲۰۱۰)
زمانی که استانداردهای EPA 2007 و Euro 4 و ۵ اجرایی شدند، سازندگان کامیون مجبور شدند با عجله راه حلی برای حذف دوده پیدا کنند. نتیجه کار، استفاده از مادهای ارزان و در دسترس به نام «کوردیریت» (Cordierite) بود.
کوردیریت یک نوع سرامیک پایه منیزیم آلومینیوم سیلیکات است که به دلیل قیمت پایین و سهولت در قالبگیری، گزینه اول تولیدکنندگان بود. اما این ماده یک پاشنه آشیل بزرگ داشت، نقطه ذوب نسبتا پایین (حدود ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد) و مقاومت کم در برابر تغییرات ناگهانی دما.
در نسل اول، سیستمهای مدیریت موتور هنوز آنقدر هوشمند نبودند. تصور کنید یک کشنده در حال بالا رفتن از گردنهای تند با یک تریلر سنگین است؛ دمای اگزوز به شدت بالا میرود و عملیات بازسازی فعال میشود. ناگهان راننده به ترافیک میرسد و ترمز میکند یا وارد هوای سرد میشود. این تغییر ناگهانی دما باعث ایجاد پدیدهای به نام شوک حرارتی میشد.
کوردیریت به دلیل ضریب انبساط حرارتی خاص خود، در این شرایط مستعد ترک خوردن بود. بدتر از آن، در برخی موارد که تجمع دوده زیاد بود، احتراق دوده باعث افزایش دمای نقطهای ذوب شدن فیلتر در داخل پوسته فلزی خود میشد. این مشکلات باعث شد نسل اول DPF عمر کوتاهی داشته باشد و هزینههای تعمیرات سرسامآوری را به مالکان تحمیل کند.
بررسی نسل دوم DPF؛ تغییرات هوشمندانه در متریال
پس از شکستهای پرهزینه نسل اول، مهندسان به سراغ مواد مقاومتری رفتند. نتیجه کار آنها، تولد نسل دوم DPF با استفاده از کاربید سیلیکون (Silicon Carbide یا به اختصار SiC) و در برخی مدلها آلومینیوم تیتانات بود.
کاربید سیلیکون مادهای بسیار گرانتر از کوردیریت است، اما یک ویژگی حیاتی دارد، نقطه ذوب آن نزدیک به ۲۷۰۰ درجه سانتیگراد است یعنی بیش از دو برابر نسل قبل. این بدان معناست حتی اگر سیستم بازسازی دچار خطا شود و دما به صورت کنترل نشده بالا رود، فیلتر ذوب نمیشود و ساختار خود را حفظ میکند.

علاوه بر تغییر متریال، معماری سلولها نیز تغییر کرد، در نسل دوم، دیوارهها با تخلخل بهینهتری طراحی شدند که اجازه میدهد خروجی اگزوز با فشار کمتری عبور کند اما همچنان دوده را به دام بیندازد.
این ویژگی برای یک کامیونت که در ترافیک شهری نیاز به شتابگیریهای مداوم دارد، حیاتی است. همچنین، سیستمهای الکترونیکی مدیریت موتور (ECU) در این نسل هوشمندانهتر طراحی شدند. سیستم بازسازی فعال در این نسل، با تزریق دقیق سوخت به داخل اگزوز، دما را به صورت پلکانی و کنترل شده بالا میبرد تا از شوک حرارتی جلوگیری کند. طراحی ماژولار نیز ویژگی دیگر این نسل است که امکان باز کردن و شستشوی آسانتر فیلتر را فراهم میکند.
مقایسه طول عمر و دوام فنی فیلترهای DPF نسل اول و دوم
تفاوت اصلی در طول عمر این دو نسل، در مفهومی به نام مقاومت در برابر شوک حرارتی خلاصه میشود. نسل اول (کوردیریت) مثل یک ظرف سفالی بود که اگر ناگهان آب سرد روی آن میریختید یا دمای اگزوز ناگهان افت میکرد، ترک میخورد.
اما نسل دوم (SiC) رفتاری شبیه به فلزات مقاوم دارد و حرارت را به سرعت در تمام سطح خود پخش میکند. آمارها نشان میدهد که یک فیلتر نسل اول در شرایط ایدئال و با سوخت استاندارد، عمری حدود ۲۵۰ تا ۳۰۰ هزار کیلومتر داشت و پس از آن اغلب دچار ترک خوردگی داخلی میشد.
در مقابل، فیلترهای نسل دوم روی کشنده های مدرنی که یک تریلر با تناژ بالا را حمل میکنند، به راحتی میتوانند تا ۶۰۰ هزار کیلومتر و حتی بیشتر، بسته به کیفیت روغن و گازوئیل، دوام بیاورند، مشروط بر اینکه سرویسهای تمیزکاری خاکستر به موقع انجام شود.
البته باید توجه داشت که پاشنه آشیل هر دو نسل، گوگرد موجود در گازوئیل و روغن موتور نامناسب است. اگر از روغنهای Low SAPS (با خاکستر سولفاته پایین) استفاده نشود، منافذ هر دو نسل به سرعت مسدود میشود، اما نسل دوم در برابر فشارهای ناشی از این گرفتگی مقاومت فیزیکی بیشتری دارد و دیرتر متلاشی میشود. در جدول زیر خلاصهای از مقایسه این دو را میخوانید:
| ویژگی فنی | نسل اول (کوردیریت) | نسل دوم (کاربید سیلیکون – SiC) |
| ماده پایه | سرامیک کوردیریت (Cordierite) | کاربید سیلیکون (Silicon Carbide) |
| نقطه ذوب | حدود ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد | حدود ۲۷۰۰ درجه سانتیگراد |
| مقاومت در برابر شوک حرارتی | پایین (مستعد ترک خوردن) | بسیار بالا (پایدار در تغییرات دمایی) |
| هدایت حرارتی | ضعیف (ایجاد نقاط داغ موضعی) | عالی (توزیع یکنواخت گرما) |
| عمر مفید متوسط | ۲۵۰ تا ۳۰۰ هزار کیلومتر | بیش از ۶۰۰ هزار کیلومتر (با سرویس) |
| کاربری ایدئال | کامیونتهای سبک و بارهای ثابت | کشندههای سنگین و تریلرهای ترانزیت |
| هزینه خرید قطعه | ارزانتر | گرانتر (حدود ۲ تا ۳ برابر) |
جنگ هزینهها: ارزانِ بیکیفیت یا گرانِ جان سخت؟
وقتی نوبت به هزینهها میرسد، مدیران ناوگان با یک دوراهی سخت روبرو میشوند. فیلترهای نسل اول که هنوز هم به عنوان قطعه یدکی ارزان یا افترمارکت فروخته میشوند قیمتی به مراتب پایینتر از نمونههای کاربید سیلیکون دارند.
شاید در نگاه اول، خرید یک فیلتر ارزان برای یک کامیون قدیمی وسوسه کننده باشد، اما اگر به هزینه کل مالکیت (TCO) نگاه کنیم، معادله تغییر میکند. فیلترهای ارزان قیمت نسل اول، نیاز به بازسازیهای مکرر دارند که باعث افزایش مصرف سوخت میشود. همچنین ریسک خرابی ناگهانی و توقف خودرو در آنها بسیار بالاتر است.
هزینه یک روز خواب ماشین در تعمیرگاه به دلیل ذوب شدن DPF، به مراتب بیشتر از مابهالتفاوت قیمت خرید فیلتر نسل دوم است. بنابراین برای ناوگانهایی که در مسافتهای طولانی و شرایط سخت کار میکنند، هزینه کردن برای DPF نسل دوم (SiC)، در واقع نوعی بیمه کردن سرمایه است. در مقابل، فیلترهای نسل اول شاید فقط برای کاربریهای سبک و کوتاه مدت توجیه اقتصادی داشته باشند.
روشهای نگهداری و شستشوی فیلترهای DPF در هر نسل
فارغ از اینکه ماشین شما مجهز به کدام نسل از DPF است، خاکستر (Ash) باقیمانده از سوختن دوده و مواد افزودنی روغن موتور، به مرور زمان منافذ فیلتر را پر میکند و نیاز به نظافت فیزیکی دارد.
اما روش تمیز کردن این دو نسل تفاوتهای ظریفی دارد؛ فیلترهای نسل اول به دلیل ساختار شکننده خود، حساسیت زیادی به فرایند شستشو دارند. در روشهای حرارتی (Baking) که فیلتر در کوره قرار میگیرد، باید دما با شیب بسیار ملایمی بالا رود تا شوک حرارتی باعث خرد شدن شبکه سرامیکی نشود. استفاده از فشار هوای بالا (Air Blasting) نیز در این نسل باید با احتیاط انجام شود.
در مقابل، فیلترهای نسل دوم (SiC) ساختاری بسیار مستحکمتر دارند و میتوانند فرایندهای شستشوی سختتر را تحمل کنند. این فیلترها معمولا بهصورت ماژولار طراحی شدهاند که به مکانیک اجازه میدهد آنها را راحتتر باز کرده و عملیات شستشو با محلولهای شیمیایی خاص یا کوره را با ریسک کمتری انجام دهد.
نکته حیاتی برای هر دو نسل این است که هرگز نباید با آب فشار قوی (کارواش) یا ضربه زدن سعی در باز کردن گرفتگی آنها کرد، زیرا این کار باعث تخریب لایه کاتالیستی گران قیمت داخل آنها میشود.

جمعبندی و آینده فناوری
در نبرد فناوریها، نسل دوم DPF با اختلاف زیاد پیروز میدان است. اگرچه هزینه اولیه خرید این فیلترها برای مالک یک کامیون سنگین به نظر زیاد میرسد، اما دوام بالا، مقاومت در برابر ذوب شدن و کاهش دفعات خواب ماشین، این هزینه را در دراز مدت جبران میکند.
صنعت خودرو با عبور از دوران کوردیریت و ورود به عصر کاربید سیلیکون، نشان داد که راه حل مشکلات زیست محیطی، نه در حذف صورت مسئله، بلکه در ارتقای مهندسی مواد است. با این حال، بسیاری از رانندگان در مواجهه با هزینههای تعمیر، وسوسه میشوند تا کل سیستم DPF را حذف (Delete) کنند.
اگرچه این کار نفس موتور را باز میکند، اما با توجه به قوانین سختگیرانه معاینه فنی و جریمههای سنگین زیست محیطی در آینده نزدیک، نگهداری اصولی از سیستم نسل دوم منطقیترین راهکار است.
تجربه شما چیست؟ آیا تا به حال با مشکل گرفتگی یا ذوب شدن DPF در جاده مواجه شدهاید؟ آیا فکر میکنید حذف این قطعه راه حل درستی است یا هزینههای جانبی بیشتری دارد؟ نظرات خود را برای ما بنویسید.
این مطلب توسط تیم کارشناسان سایت پایه یک نوشته شده است.
پشت هر مطلب در وبلاگ پایه یک، کار تیمی است؛ خبرنگار میدانی، کارشناس فنی و پژوهشگر محتوا. از مقایسهٔ جزئیات تا راهنمای انتخاب بهترینهای انواع کامیون و کامیونت، راهنمای لوازم و قطعات خودروهای سنگین و... ما به تصمیمهای روزمره سنگین سواران کمک میکنیم. کلیک کنید تا با نویسندگان ما بیشتر آشنا شوید.
در حال حاضر هیچ نظر یا دیدگاهی ثبت نشده است. شما میتوانید اولین نفری باشید که دیدگاه یا نظر خود را برای ما ارسال میکنید.