Как и бензиновые двигатели, дизельные моторы оборудуются фильтром очистки отработанных газов. Но, поскольку принцип воспламенения топлива у двигателей этих двух типов разнится, то и фильтры отработанных газов у дизельного и бензинового мотора существенно отличаются друг от друга.
Стоит отметить, что, если каталитические нейтрализаторы отработанных газов устанавливаются в систему выхлопа бензиновых моторов уже давно, то сажевые фильтры стали устанавливаться в обязательном порядке на дизельные моторы гораздо позже – после введения в действие экологических нормативов Евро-5.
Из самого наименования устройства понятно, что его основной задачей является фильтрация выхлопа мотора от содержащихся частиц сажи. Сажевый фильтр современного дизеля задерживает до 90% количества сажи, содержащейся в выхлопе. Внешне сажевый фильтр являет собой небольшой металлический цилиндр, наполненный особым жаропрочным керамическим материалом. Благодаря ячеистой структуре керамического наполнителя фильтр задерживает мельчайшие частицы, образующиеся в результате сгорания. Фактически, сажевый фильтр это – часть глушителя, предназначенная для очистки выхлопа.
Принцип работы сажевого фильтра
Работу сажевых фильтров принято разбивать на два этапа: непосредственно фильтрация отработанных газов (захват сажи) и регенерация фильтра. На этапе захвата сажи внутри фильтра, в отличии от каталитического нейтрализатора бензинового мотора, не происходит никаких сложных химических или физических процессов. Особая мелкоячеистая керамическая структура внутренней части фильтра просеивает выхлопные газы, задерживая на своих стенках частицы сажи. При этом даже самые эффективные фильтры не способны полностью исключить попадание сажи в атмосферу, пропуская микрочастицы размером от 0.1 до 0.5 мкм. Впрочем, содержание частиц такой величины в выхлопе дизельного мотора не превышает 5-10%.
Естественно, что со временем количество уловленной сажи в фильтре достигает критического показателя – фильтр забивается все больше и больше, и после определенного момента это начинает сказываться на производительности работы силового агрегата в целом: падает мощность мотора, повышается топливные расход. На очистку или регенерацию сажевого фильтра направлен второй этап работы устройства. В отличии от процесса фильтрации этап регенерации фильтра является весьма сложным процессом. Регенерация сажевых фильтров реализована разными автопроизводителями по-разному. Правда, суть всех этих решений едина – очистка ячеек фильтра от забившейся сажи.
В большинстве случаев сажевый фильтр представляет собой комбинированной устройство, объединяющее противосажевый фильтрующий элемент и каталитический нейтрализатор вредных отработанных газов. Типичным примером являются сажевые фильтры, применяемые на своих автомобилях компанией Volkswagen. Таким образом, разработчики не только реализуют требования по очистке выхлопа, но и обеспечивают процесс очистки фильтрующего противосажевого элемента. Устройство комбинированного фильтра таково: внутри корпуса фильтра располагаются жаропрочные ячейки из карбида кремния с каналами минимального сечения. Эти ячейки являются фильтрующим элементом, борющимся с сажей. Внутренние боковины корпуса фильтра изготовлены из специального каталитического материала (как правило, титана), способствующего окислению и сгоранию угарного и углекислого газов. Дополнительная функция нейтрализатора в данном случае заключается в его способности разогревать сажевый фильтр до температуры порядка 500 °С. Как правило, такой температуры вполне достаточно для того, чтобы скопившиеся частицы сажи просто выгорели сами собой, очистив тем самым ячейки фильтра. Такой процесс принято называть пассивной регенерацией сажевого фильтра.
Однако эффективность пассивной регенерации сажевого фильтра на дизеле достигается только при относительно длительной работе мотора под нагрузкой, например, в продолжительной поездке по загородной трассе на высоких скоростях. Ведь только тогда в фильтре достигается высокая температура, достаточная для выжигания накопившейся сажи. Если заполнение сажей достигло критического уровня, а разогреть фильтр не удается в силу недостаточной нагрузки на двигатель (езда на короткие расстояния или нечастое передвижение по городу), но при этом датчики фиксируют засорение фильтра сверх допустимой нормы, запускается процесс активной очистки сажевого фильтра. Этот процесс предполагает подачу дополнительной порции топлива в цилиндры двигателя вслед за основной частью солярки. Затем перекрывается клапан EGR, а при необходимости электроника временно меняет алгоритм стандартного управления геометрией турбины. Не прогоревшая топливная смесь попадает в катализатор сквозь впускной коллектор, после чего происходит дожиг смеси, существенно повышающий температуру выхлопных газов. Поступающие в сажевый фильтр выхлопные газы достигают 500-700°С и моментально выжигают из забившихся ячеек фильтра сажу.
Очевидным свидетельством запуска процесса активной регенерации фильтра будут неожиданные кратковременные выхлопы черного дыма. При этом приборы покажут моментальное и непродолжительное повышение оборотов мотора на холостом ходу с одновременным всплеском топливного расхода. Стоит отметить, что вся процедура принудительной очистки полностью автоматизирована и не требует вмешательства владельца машины. Электроника считывает данные с датчиков, установленных до фильтра и после него, при восстановлении нужного уровня давления процесс активной регенерации заканчивается, а работа двигателя возвращается в штатный режим.
Некоторые производители, не использующие комбинированные устройства очистки выхлопа дизельного мотора, применяют фильтры с отдельным катализатором. Здесь очистка фильтра происходит посредством автоматического впрыска в топливо специальной присадки. При наполнении сажевого фильтра и падении мощности мотора система впрыска нагнетает присадку в топливо. После сгорания такой смеси в выхлопной системе достигается чрезвычайно высокая температура, превышающая 600 °С. Кроме того, активное вещество присадки при сгорании с соляркой не распадается, а попадает в раскаленный сажевый фильтр, где, сгорая, поднимает температуру до 900 °С, обеспечивая мгновенное выжигание сажи и быструю очистку фильтра. Учитывая кратковременность воздействия сверхвысокой температуры и прочность материалов, из которых изготавливаются фильтры, система выхлопа не разрушается.
Удаление сажевого фильтра – способы и последствия
К сожалению, частая регенерация негативным образом влияет на двигатель машины. Во время регенерации обогащенная топливная смесь сгорает не полностью и попадает в моторное масло. В результате масло разжижается, увеличиваясь в объеме. Защитные и смазывающие свойства масла снижаются, кроме того, жидкое масло легко преодолевает уплотнения, вызывая риск попадания в интеркулер и цилиндры.
Срок службы сажевых фильтров достигает 110-120 тыс. км пробега автомобиля. Однако, учитывая низкое качество отечественной солярки, нередки случаи, когда замена фильтра на новом автомобиле требовалась уже через 25-30 тыс. км пробега. В зависимости от модели машины стоимость фильтра для выхлопной системы дизельного мотора колеблется в интервале от 900 до 3000 евро.
Эффективной альтернативой замены сажевого фильтра будет его удаление. Удалив фильтр, владелец машины избавит себя от проблем, связанных с регулярными засорами и необходимостью очистки устройства. Тяговые характеристики такого автомобиля заметно возрастают, а топливный расход уменьшается. Кроме того, отпадает необходимость применения специальных моторных масел, требующихся для автомобилей с сажевыми фильтрами. Что касается возможных негативных последствий удаления фильтра, то при правильном демонтаже устройства помимо возрастания вредных выбросов продуктов сгорания топлива до уровня требования Евро-3 ничего страшного с автомобилем не произойдет.
Сегодня многие автосервисы предлагают услугу удаления сажевого фильтра. Однако доверяться «гаражным» специалистам довольно опасно. Подобный вариант чреват повреждением датчиков системы выхлопа, что приводит к включению аварийного режима работы автомобиля и последующему ремонту. Чтобы правильно удалить сажевый фильтр, необходимо выполнить несколько шагов, включая предварительную компьютерную диагностику, перепрограммирование ЭБУ и последующий технический демонтаж устройства.
Появление дизельного двигателя на массовом потребительском рынке заставило разработчиков таких моторов привести их к мировым экологическим стандартам. Дизельные двигатели должны эффективно бороться с отработавшими газами, задерживая опасные для выброса в атмосферу элементы. В ходе модернизации системы отработавших газов дизельных двигателей повсеместно начали устанавливаться сажевые фильтр DPF, которые эффективно очищают выхлоп. В ходе эксплуатации дизельного двигателя сажевый фильтр загрязняется и требует очистки или замены.
Оглавление:Что такое сажевый фильтр DPF: задача и принцип работы
Как можно понять из названия, задача сажевого фильтра - удерживать частички сажи при их появлении в выхлопе. В нем накапливается сажа, которая после дожигается, тем самым достигается менее вредный для окружающей среды выхлоп.
Принцип работы фильтра DPF в следующем:
- В фильтре накапливается сажа до критического момента, который зависит от разницы давления до фильтрующего элемента и после него;
- Когда данное давление отклоняется от нормы, то есть снижается пропускная способность фильтра, электронный блок управления двигателя получает об этом информацию и активирует режим дожигания накопившейся сажи;
Обратите внимание: В зависимости от производителя двигателя, процесс дожигания может активироваться при различных условиях. - Процесс дожигания происходит при повышенной частоте вращения коленчатого вала и усиленном впрыске топлива, команда на который подается блоком управления;
- Тем самым увеличивается температура выхлопных газов до значений, при которых происходит догорание сажи.
Несмотря на наличие режима догорания сажи, тем не менее, она может скапливаться в фильтре DPF и не сгорать. Особенно это актуально для водителей, которые редко эксплуатируют автомобиль при повышенных оборотах, передвигаясь, в основном, в городской черте.
Поскольку стоимость сажевого фильтра DPF достаточно высока, водителям нужно следить за этим элементов и своевременно его чистить, чтобы не столкнуться с необходимостью замены.
Причины засорения сажевого фильтра дизельного двигателя
Сажа - побочный продукт отработки дизельного топлива в цилиндрах двигателя. В выхлопных газах она представлена в консистенции мелкого порошка, который задерживается практически полностью сеткой сажевого фильтра.
При рабочем цикле в камере не сгорают частицы углеводородов, которые уходят в выхлоп. Из-за них начинаются образовываться смолистые отложения. Эта смола склеивает мелкие частицы сажи, что приводит к образованию нагара. В месте с сажей в данном нагаре присутствуют и другие элементы гарения дизельного топлива, а также сульфаты металла, возникающие в выхлопе из-за сгорания масла, попавшего в цилиндр.
Обратите внимание: Сульфаты металла являются продуктом сгорания присадок для топлива, содержащих металлические элементы. Особенно много металлосодержащих присадок находится в универсальных маслах, которые могут быть использованы для дизельных и бензиновых моторов. Это одна из причин, почему такие масла не рекомендуется применять на регулярной основе для дизелей.
Итогом описанных выше процессов становится образование сажевого нагара с частицами других элементов, которые оседают на фильтре и не сгорают в режиме догорания сажи.
От чего зависит срок службы сажевого фильтра
В зависимости от того, насколько внимательно подходит владелец автомобиля к вопросу засорения сажевого фильтра, напрямую коррелируется срок службы элемента. Также на срок службы влияет количество активации режимов догорания сажи. Чем чаще двигатель автомобиля активирует режим догорания сажи, тем меньше прослужит сажевый фильтр.
Специалисты рекомендуют для повышения срока службы сажевого фильтра, особенно если автомобиль с дизельным двигателем эксплуатируется в пределах города, на каждом ТО проводить чистку данного элемента. Особенно важно это делать, если имеют место быть неполадки в работе двигателя, которые могут привести к образованию массового нагара на фильтрующем элементе.
Обратите внимание: Чистый сажевый фильтр эффективен и с экономической точки зрения. Если фильтр загрязнен, снижается мощность двигателя, из-за чего повышается расход мотора для движения автомобиля с прежней динамикой.
Повысить срок службы сажевого фильтра возможно, если использовать специальные присадки для дизельного топлива.
В автомобильных магазинах можно найти присадки, которые нацелены на снижение количества образуемого нагара в результате работы мотора. Это достигается за счет максимального сгорания топлива в цилиндрах двигателя, что приводит к уменьшению количества сажи в выхлопных газах. Использовать такую присадку рекомендуется не реже, чем 1 раз в 3000 километров пробега автомобиля.
Также на процесс образования нагара на сажевом фильтре сильно влияет качество используемого топлива, поэтому нужно заправляться качественным дизелем, чтобы максимально продлить срок службы данного элемента.
Как очистить сажевый фильтр DPF
Есть два основных способа очистки сажевого фильтра DPF от образовавшегося нагара. Первый подразумевает необходимость снятия фильтрующего элемента с автомобиля, а второй предполагает выполнение действий прямо на автомобиле. Оба способа имеют свои преимущества и недостатки, поэтому рассмотрим их отдельно.
Очистка сажевого фильтра со снятием
Сложность данного способа заключается в необходимости демонтажа сажевого фильтра дизельного двигателя, а также в продолжительности процедуры. В среднем, на очистку фильтра потребуется около 8 часов.
Для очистки используются специальные жидкости промывки сажевого фильтра, которые можно приобрести в автомобильных магазинов. Лучше выбирать составы проверенных брендов, таких как Luffe, Pro-tec, Liqui Moly и подобные. Данные жидкости представляют собой составы нефтяных компонентов и различных присадок, которые способны растворить сажевый нагар. Поставляются жидкости в 5-литровых канистрах, в среднем, на одну промывку потребуется вся канистра. Канистры сверху могут иметь место для крепления шланга, некоторые из них имеют шланг в комплекте. Шланг позволяет удобнее наполнить сажевый фильтр жидкостью для промывки.
Корпус снятого сажевого фильтра нужно заполнить жидкостью для промывки полностью и оставить на время, указанное в инструкции по применению состава (около 8 часов). После этого достаточно промыть фильтр струей воды, чтобы смыть остатки грязи, а также остатки средства для очистки.
Обратите внимание: К вопросу промывки водой нужно подойти серьезно, поскольку средство для очистки горючее и может воспламениться при поступлении выхлопных газов.
После промывки сажевого фильтра водой остается его подсушить и установить на место.
Очистка сажевого фильтра без снятия
Способ промывки сажевого фильтра без снятия более быстрый, поскольку работы ведутся непосредственно на автомобиле. Конструктивные особенности фильтра позволяют подать жидкость для очистки через отверстие для установки датчика давления или температуры, предварительно их сняв.
Важно отметить, что для очистки сажевого фильтра без снятия используется другой состав. Связано это с тем, что работы ведутся прямо на автомобиле, и нет возможности убедиться, что полностью нефтепродукты будут удалены из сажевого фильтра. Поэтому для очистки используется состав на водно-щелочной основе. со смывающей жидкостью. Жидкость позволит после очистки нейтрализовать оставшуюся щелочь.
Для промывки сажевого фильтра без снятия потребуется обзавестись пистолетом-распылителем.
Обратите внимание: Также можно найти изначально жидкости для промывки в аэрозольных баллончиках. Для эффективного использования жидкости в баллончике обязательно ознакомьтесь с инструкцией к ней.
Перед промывкой сажевого фильтра двигатель автомобиля нужно обязательно прогреть, после чего необходимо дождаться пока в фильтрующем элементе установится температура около 40 градусов по Цельсию. Это необходимо сделать для повышения эффективности работы щелочного состава.
Распыление состава на сажевый фильтр происходит под давлением около 8 бар. При этом процесс распыления должен быть интервальным: 10 секунд жидкость впрыскивается, потом 10 секунд нужно подождать перед впрыском новой дозы. Таким образом потребуется ввести около 1 литра жидкости для чистки. При этом важно также вращать и перемещать распылительный зонд, чтобы очистить сажевый фильтр целиком. После того как промывка щелочным составом проведена, аналогичным образом распыляется чистая вода.
После выполнения работ по очистке сажевого фильтра жидкостными средствами рекомендуется провести процедуру дожига остатков сажи, путем эксплуатации автомобиля при повышенных оборотах на протяжении 20-30 минут.
В законодательстве по токсичности ОГ EURO 6c предельные значения массы частиц (PM) и количества частиц (PN) ограничены еще жестче. Основанием для этого служит тот факт, что у современных ДВС с непосредственным впрыском не создается такая однородная топливо-воздушная смесь, как с впрыском во впускной коллектор.
Поэтому при сгорании топлива образуется больше частиц. Для соответствия предельным значениям, среди прочего, устанавливается сажевый фильтр для бензинового двигателя.
Пример: Двигатель B48 у F22/F23
Описание функционирования
Монтажное положение сажевого фильтра для бензинового двигателя
Сажевый фильтр для бензинового двигателя устанавливается на месте среднего глушителя за катализатором. В будущем у т/с сажевый фильтр для бензинового двигателя будет устанавливаться ближе к двигателю в общем корпусе с катализатором.
Для однозначной идентификации следует проверить монтажное положение датчика давления наддува.
Если датчик давления ОГ расположен на выходе катализатора, то сажевый фильтр для бензинового двигателя расположен дальше от двигателя в днище т/с вместо среднего глушителя. Если датчик давления ОГ расположен по центру на корпусе катализатора, то сажевый фильтр для бензинового двигателя установлен ближе к двигателю.
Монтажное положение сажевого фильтра для бензинового двигателя ближе к двигателю способствует регенерации (обгорание сажи), поскольку проще достигаются необходимые для этого температуры ОГ.
Конструкция и функционирование сажевого фильтра для бензинового двигателя
Сажевый фильтр для бензинового двигателя пронизан множеством каналов, по которым проходят ОГ. Стенки сажевого фильтра для бензинового двигателя пористые для прохождения ОГ. Частицы (сажа и зола) оседают в каналах.
Каналы сажевого фильтра для бензинового двигателя закрыты по краям. Каждый впускной канал окружен 4 выпускными каналами. Частицы оседают в покрытии впускных каналов. Там остаются частицы, которые сгорают при повышении температуры отработавших газов и необходимом количестве кислорода. Очищенный отработавший газ проникает через пористые стенки с покрытием из выпускных каналов.
Отложения сажи со временем забивают сажевый фильтр для бензинового двигателя. Поэтому их следует сжигать. Это происходит, когда температура отработавших газов превышает температуру воспламенения сажи. Данный процесс называется регенерацией. При этом частицы углерода превращаются в газообразную двуокись углерода (CO2 ) при помощи окисления.
Отложения сажи начинают сгорать при температурах от 600 °C. Быстрая и эффективная регенерация достигается только от температуры 700 °C. Так как данная температура достигается только при соответствующей высокой нагрузке, наряду с естественной регенерацией (обгорание сажи при избытке воздуха в режиме принудительного холостого хода) сажевого фильтра для бензинового двигателя применяются дополнительные меры. Так температура отработавших газов искусственно повышается путем регулировки угла зажигания. Как правило, водитель не ощущает этих процессов.
Датчик давления ОГ
В бензиновом двигателе по сравнению с дизельным перепад давлений не измеряется до и после сажевого фильтра. Вместо этого датчик давления ОГ в бензиновом двигателе измеряет давление ОГ перед сажевым фильтром для бензинового двигателя и давление окружающей среды.
Цифровая электронная система управления двигателем (DME) по сигналам от датчика давления наддува и по другим сигналам (например, воздушной массы) рассчитывает поток отработавших газов.
На основе потока отработавших газов в сочетании с измеренным давлением окружающей среды рассчитывается значение давления ОГ после сажевого фильтра для бензинового двигателя. Рассчитанный перепад давлений до и после сажевого фильтра для бензинового двигателя сообщает о степени загрузки сажевого фильтра для бензинового двигателя. цифровая электронная система управления двигателем (DME) активирует регенерацию при превышении допустимой степени загрузки.
Системные функции
Регенерация
В зависимости от манеры езды и состояния обслуживания т/с сажевый фильтр для бензинового двигателя рассчитан на пробег около 240000 км. По достижении этого пробега сажевый фильтр для бензинового двигателя следует заменять вместе с корпусом. Для этого система выпуска отработавших газов снимается и ставится новый сажевый фильтр для бензинового двигателя.
Информацию о степени загрузки предоставляет диагностическая система. По достижении максимального пробега регистрируется ЗУ неисправностей, которое считывается диагностической системой. В т/с по достижении максимального пробега сервисная информация не отображается.
Для сохранения давления ОГ в допустимых пределах увеличивается количество циклов регенерации по мере повышения степени загрузки сажевого фильтра для бензинового двигателя золой. При максимальной степени загрузки золой сажевого фильтра для бензинового двигателя он не в состоянии свободно прогорать. Как следствие происходит постепенное уменьшение мощности двигателя. При превышении снижения мощности 30 % цифровая электронная система управления двигателем (DME) активирует сигнальную лампу токсичности отработавших газов. Система управления двигателем переходит в аварийный режим.
| Обозначение | Пояснение | Обозначение | Пояснение |
|---|---|---|---|
| A | Сажа | B | Зола |
| C | Новое состояние (без отложений) | ||
| км | Пробег в километрах | кВт | Мощность в кВт |
| миллибар | Давление ОГ в миллибарах | ||
| 1 | Циклы степени загрузки с регенерацией | 2 | Высокая загрузка сажевого фильтра для бензинового двигателя |
| 3 | Достигнуто среднее значение пробега | 4 | Снижение мощности и аварийная программа |
Возможности регенерации
- Нормальная регенерация: осуществляется в зависимости от характера движения. Обгорание сажи возможно только при избытке воздуха в режиме принудительного холостого хода в режиме принудительного холостого хода и при соответствующей высокой температуре отработавших газов.
- Рассчитанная регенерация: циклическая регенерация на основе характера движения.
- Регенерация каждые 10 000 км: установленный цикл регенерации.
Впрыск
Для улучшения параметров выбросов вредных веществ (частиц) для EURO 6c установлены новые форсунки. Форсунки имеют новую геометрию для впрыска. На нижеследующем графике показано изменение:
Указания для службы сервиса
Общие указания
Указания по диагностике
Сажевый фильтр для бензинового двигателя диагностируется при помощи диагностической системы. Для этого предусмотрены тестовые модули для датчика давления ОГ и сажевого фильтра для бензинового двигателя.
Для сервисной функции замену сажевого фильтра для бензинового двигателя следует регистрировать.
Оставляем за собой право на опечатки, смысловые ошибки и технические изменения.
На легковых автомобилях с дизельным двигателем в составе выпускной системы с 2000 года применяется сажевый фильтр. С введением норм Евро-5 в январе 2011 года применение сажевого фильтра на легковых автомобилях с дизельным двигателем является обязательным.
Дизельный сажевый фильтр (в английском варианте Diesel Particulate Filter, DPF, в французском варианте Filtre a Particules, FAP, в немецком варианте RubPartikelFilter, RPF) предназначен для снижения выброса сажевых частиц в атмосферу с отработавшими газами. Применения фильтра позволяет добиться снижения частиц сажи в отработавших газах до 99,9 %.
В дизельном двигателе сажа образуется при неполном сгорании топлива. Частицы сажи имеют размер от 10 нм до 1 мкм. Каждая частица состоит из углеродного ядра, с которым соединены углеводороды, оксиды металлов, сера и вода. Конкретный состав сажи определяется режимом работы двигателя и составом топлива.
В выпускной системе сажевый фильтр располагается за каталитическим нейтрализатором . В ряде конструкций сажевый фильтр объединен с каталитическим нейтрализатором окислительного типа и располагается сразу за выпускным коллектором там, где температура отработавших газов максимальна. Он называется сажевый фильтр с каталитическим покрытием.
Основным конструктивным элементом сажевого фильтра является матрица, которая изготавливается из керамики (карбида кремния). Матрица помещена в металлический корпус. Керамическая матрица имеет ячеистую структуру, состоящую из каналов малого сечения, попеременно закрытых с одной и с другой стороны. Боковые стенки каналов имеют пористую структуру и играют роль фильтра.
В сечении ячейки матрицы имеют квадратную форму. Более совершенными являются входные ячейки восьмиугольной формы. Они имеют большую площадь поверхности (по сравнению с выходными ячейками), пропускают больше отработавших газов и обеспечивают больший срок службы сажевого фильтра.
В работе сажевого фильтра различается два последовательных этапа: фильтрация и регенерация сажи. При фильтрации происходит захват частиц сажи и оседание их на стенках фильтра. Наибольшую сложность для задержания представляют частицы сажи малого размера (от 0,1 до 1 мкм). Их доля невелика (до 5%), но это самые опасные для человека выбросы. Современные сажевые фильтры задерживают и эти частицы.
Скопившиеся при фильтрации частицы сажи создают препятствие для отработавших газов, что приводит к снижению мощности двигателя. Поэтому периодически требуется очистка фильтра от накопившейся сажи или регенерация. Различают пассивную и активную регенерацию сажевого фильтра. В современных фильтрах используется, как правило, пассивная и активная регенерация.
Пассивная регенерация сажевого фильтра осуществляется за счет высокой температуры отработавших газов (порядка 600°С), которая достигается при работе двигателя с максимальной нагрузкой. Другим способом пассивной регенерации является добавление в топливо специальных присадок, которые обеспечивают сгорание сажи при более низкой температуре (450-500°С).
При определенных режимах работы двигателя (небольшая нагрузка, движение в городе и др.) наблюдается недостаточно высокая температура отработавших газов и пассивная регенерация происходить не может. В этом случае осуществляется активная (принудительная) регенерация сажевого фильтра.
Активная регенерация сажевого фильтра производится путем принудительного повышения температуры отработавших газов в течение определенного промежутка времени. Накопленная при этом сажа окисляется (сгорает). Различают несколько способов увеличения температуры отработавших газов при активной регенерации:
- поздний впрыск топлива;
- дополнительный впрыск топлива на такте выпуска;
- использование электрического нагревателя перед сажевым фильтром;
- впрыск порции топлива непосредственно перед сажевым фильтром;
- нагрев отработавших газов микроволнами.
Конструкция сажевого фильтра и систем, обеспечивающих его работу, постоянно совершенствуется. В настоящее время наиболее востребован сажевый фильтр с каталитическим покрытием и сажевый фильтр с системой ввода присадок в топливо.
Сажевый фильтр с каталитическим покрытием
Сажевый фильтр с каталитическим покрытием применяется на автомобилях концерна Volkswagen и ряда других производителей. В работе сажевого фильтра с каталитическим покрытием различают активную и пассивную регенерацию.
При пассивной регенерации происходит непрерывное окисление сажи за счет действия катализатора (платины) и высокой температуры отработавших газов (350-500°С). Цепочка химических преобразований при пассивной регенерации имеет следующий вид:
- оксиды азота вступают в реакцию с кислородом в присутствии катализатора с образованием диоксида азота;
- диоксид азота вступает в реакцию с частицами сажи (углеродом) с образованием оксида азота и угарного газа;
- оксид азота и угарный газ вступают в реакцию с кислородом с образованием диоксида азота и углекислого газа.
Активная регенерация происходит при температуре 600-650°С, которая создается при помощи системы управления дизелем . Необходимость активной регенерации определяется на основании оценки пропускной способности сажевого фильтра, которая осуществляется с помощью следующих датчиков системы управления дизелем: расходомера воздуха ; температуры отработавших газов до сажевого фильтра; температуры отработавших газов после сажевого фильтра; перепада давления в сажевом фильтре.
На основании электрических сигналов датчиков электронный блок управления производит дополнительный впрыск топлива в камеру сгорания, а также снижает подачу воздуха в двигатель и прекращает рециркуляцию отработавших газов. При этом температура отработавших газов поднимается до требуемой для рециркуляции величины.
Сажевый фильтр с системой ввода присадок в топливо
Сажевый фильтр с системой ввода присадок в топливо является разработкой концерна PSA (Peuqeot-Citroen). Так как первопроходцами использования присадок для регенерации являются французы, за фильтром закрепилось название FAP-фильтр (от французского Filtre a Particules). Аналогичный подход реализован в сажевых фильтрах других автопроизводителей (Ford, Toyota).
В системе используется содержащая церий присадка, которая добавляется в топливо и обеспечивает сжигание сажи при более низкой температуре (450-500°С). Но и эта температура отработавших газов не всегда может быть достигнута, поэтому в системе периодически выполняется активная регенерация сажевого фильтра. Сажевый фильтр устанавливается, как правило, отдельно за каталитическим нейтрализатором.
Присадка хранится в отдельном бачке, емкостью 3-5 л, которой хватает на 80-120 тыс. км пробега (срок службы фильтра). Конструктивно бачок может находиться в топливном баке или вне его. Уровень присадки в бачке контролируется с помощью датчика поплавкового типа. В топливный бак присадка подается с помощью электрического насоса. Подача присадки осуществляется при каждой заправке топливного бака пропорционально заправляемому объему топлива. Начало и продолжительность подачи присадки регулируется блоком управления двигателем (в некоторых конструкциях отдельным электронным блоком).
Побочным эффектом применения присадки является то, что при сгорании она оседает в виде золы на стенки фильтра и не выводится из него, что сокращает ресурс устройства. Срок службы современного сажевого фильтра составляет 120000 км пробега. Производители декларируют выпуск в ближайшее время фильтра с ресурсом 250000 км.
Ввиду высокой стоимости сажевые фильтры, выработавшие ресурс, автовладельцами, как правило, не заменяются, а удаляются с последующей перепрошивкой системы управления двигателем.
В Европе самым популярным ДВС является дизель. Однако, ни в бензиновом, ни в дизельном моторе топливо не сгорает полностью. Следствием чего будет образование в отработанных газах (ОГ) ядовитых и канцерогенных веществ, в том числе частиц сажи – продуктов неполного сгорания углеводородов. Во избежание этого введены нормы на выбросы вредных веществ, для соответствия которым в конструкцию автомобиля вводится специальный элемент – сажевый фильтр.
Для чего нужен сажевый фильтр
Для понимания назначения подобного устройства необходимо коснуться того, что собой представляют ОГ. На фото ниже в таблице показан состав ОГ, а также их влияние на организм человека.
Данные показывают, что дизель опасен высоким содержанием сажи в составе ОГ. Вот для уменьшения ее концентрации в конструкцию автомобиля и вводится такой элемент – сажевый фильтр , рассматриваемый ниже.
Принцип работы
Размер частиц сажи ориентировочно равен пяти сотым микрона, а по своему химическому составу это чистый углерод. Задержать такие микроскопические частицы обычными средствами довольно проблематично. Для их улавливания в устройстве используется диффузия. Понять принцип работы, заложенный в подобное устройство, поможет приведенное ниже фото:
Из картинки видно, что в матрице существует целая сеть трубок, причем у соседних из них торцы закрыты с разных сторон. Внутрь ОГ поступают со стороны двигателя, но попадая в трубки, закрытые с противоположной стороны, не могут двигаться дальше. Тогда они через стенки проникают в соседние открытые полости и свободно уходят из керамической матрицы.
При этом во время диффузии из одной полости в другую, даже микроскопические частицы задерживаются, а значит, сажевый фильтр выполнил свою задачу.
Устройство сажевого фильтра
Сам по себе дизельный сажевый фильтр, при своей внешней простоте, является довольно сложным устройством. При всех его исполнениях для различных автомобилей, он является металлическим цилиндром. На цилиндре располагаются входной и выходной патрубки для подключения к общей системе очистки ОГ. Устройство фильтра можно видеть на приведенном фото.
Внутри располагается керамическая матрица, устройство которой уже рассмотрено выше. Кроме матрицы на сажевый фильтр устанавливаются датчики, контролирующие его работу.
Среди них стоит упомянуть:
- датчик разности давления;
- датчик температуры на входе и выходе используемого сажевого фильтра.
В зависимости от конструктивного исполнения сажевый фильтр на дизель может устанавливаться по-разному, как именно – показано на фото:
Дело в том, что сама матрица может быть изготовлена как с внутренним каталитическим покрытием, так и без него. В последнем случае на дизель необходимо дополнительно устанавливать катализатор. Если в составе использована керамическая матрица с каталитическим покрытием, то он может быть объединен с катализатором.
Фильтр сажевых частиц – как лучше эксплуатировать
Правильная эксплуатация автомобиля продлевает время жизни сажевого фильтра. Дело в том, что очищая ОГ, поры в трубках и сами трубки забиваются частицами сажи, что приводит к ухудшению условий работы двигателя и в конечном итоге не позволяет нормально эксплуатировать автомобиль.
Здесь стоит упомянуть, что сажевый фильтр, для восстановления его работоспособности без замены и снятия с автомобиля, требует специального режима работы, отличающегося от выполняемого обычно процесса фильтрации. Но к этому вопросу можно будет вернуться немного позже.
Причины, снижающие эффективность работы
Причин, по которым он забивается, может быть несколько. Одна из основных – это качество используемого топлива. Некачественное топливо служит причиной повышенного образования сажи в процессе работы двигателя, вследствие чего очень быстро сажевый фильтр будет забит этими частицами, что значительно снизит срок его службы.
Другой причиной можно считать недостаточную для полного сгорания сажи температуру выхлопных газов. Дело в том, что сажевый фильтр позволяет не только задерживать частицы сажи, но и в процессе работы, когда дизель обеспечивает достаточный уровень температуры ОГ, сжигать эти частицы. Но надо подчеркнуть, что это возможно, когда значение температуры ОГ высокое и составляет не менее шестисот градусов. При других, более низких ее значениях, ничего подобного не происходит.
Причин снижения температуры ОГ может быть несколько, в том числе:
- режим движения (с низкой скоростью и частыми остановками);
- пробки во время движения;
- нарушение процесса сгорания топлива.
Текущий контроль состояния
С целью обеспечения контроля, выхлопная система , которой оснащается дизель, комплектуется контрольно-измерительными приборами, включающими в себя, как уже упоминалось, датчик температуры, контролирующий ее показания, и датчик давления, измеряющий его разность на концах фильтра.
По сигналам, которые формирует датчик давления, контроллер управления определяет, что сажевый фильтр переполнен несгоревшими остатками топлива, и поэтому может автоматически запустить процесс его очистки. На панели при этом появляется соответствующий символ.
Как очистить – дизель позволяет и это
Зачастую для восстановления нормальной эксплуатации машины, когда сажевый фильтр заполнен частицами несгоревшего топлива, достаточно использовать несколько простых приёмов, запускающих регенерацию. Она может быть активной и пассивной. При любом варианте, очистка происходит благодаря сгоранию частиц сажи и освобождения от них забившихся пор, для чего используется:
- повышение значения температуры ОГ;
- присадки, приводящие к уменьшению температуры, при которой происходит сгорание сажи;
- промывка, при которой сажевый фильтр с помощью специальных реагентов очищается от сажи.
Пассивная регенерация
Проводится водителем самостоятельно при появлении соответствующей индикации, а также при заметных признаках ухудшения работы двигателя (падение мощности, снижение динамики и т.д.).
При этом самое главное – обеспечить для ОГ повышение температуры, что получается, если проехать три-четыре десятка километров при полной нагрузке. Такой режим движения обеспечит сгорание сажи внутри и его очистку. Другим вариантом может быть использование специальных добавок в топливо, приводящих к понижению температуры сгорания сажи.
Активная регенерация
Подобный режим, позволяющий выполнить очистку, может автоматически включить контроллер управления двигателем. Для этого он анализирует данные, которые ему передает датчик текущей температуры, а также датчик разности давлений. Этот датчик сигнализирует, что частицы сажи забили сажевый фильтр, а датчик текущей температуры определяет ее значение. Если ее недостаточно для сгорания сажи, то контроллер может осуществить, например, дополнительный впрыск топлива, осуществляемый при выпуске ОГ, что приведёт к его сгоранию непосредственно в системе выхлопа и поднимет температуру выхлопных газов до нужного значения.
Если выхлопная система, которая установлена на дизель, предусматривает и другие меры, направленные на повышение температуры отработанных газов, поступающих в сажевый фильтр, то контроллер управления также их задействует.
Промывка
В этом случае очистка выполняется с помощью специальных жидкостей, заливаемых или впрыскиваемых внутрь. Реагенты размягчают сажу и выводят ее из забитых пор, после чего она может быть сожжена при движении авто.
Сажевый фильтр – неотъемлемая часть современного автомобиля и обеспечивает состав выхлопных газов в соответствии с действующими нормами.
Его текущее состояние контролируется системой управления, для чего используется датчик текущей температуры, а также датчик, измеряющий разность давления. Такая система контроля позволяет либо водителю своевременно принять меры по восстановлению работоспособности сажевого фильтра и нормального технического состояния автомобиля, либо режим регенерации включится автоматически, если это предусмотрено конструкцией.
