Сажевый фильтр: устройство, принцип работы, регенерация, срок службы
Обязательная установка сажевых фильтров (DPF-фильтр) на дизелях введена в 2009 году. Предназначение ― улавливание токсичных частиц сажи в выхлопе дизельного автомобиля. Сажа в выхлопных газах оказывает негативное воздействие на здоровье людей и загрязняет окружающую среду. Сажевые фильтры бывают в виде отдельного элемента конструкции автомобиля или составной части каталитического нейтрализатора. Применение DPF-фильтров позволяет дополнительно очистить выхлоп при работе дизеля и устранить возникающие неприятные запахи.
Оседание частиц сажи на стенках сажевого фильтра в процессе эксплуатации приводит к ухудшению пропускной способности. Забитый сажей фильтр ― причина снижения мощности двигателя, перебоев в его работе. Для устранения проблемы автолюбители могут:
- заменить сажевый фильтр;
- демонтировать DPF-фильтр.
Но многие автовладельцы склоняются именно ко второму способу решения проблемы.
Устройство и принцип работы
В конструкции автомобиля с каталитическим нейтрализатором сажевый фильтр устанавливается непосредственно за катализатором в едином с ним корпусе. Через разъемы на корпусе к DPF-фильтру подключены:
- кислородный датчик катализатора;
- температурные датчики сажевого фильтра (через два разъема);
- датчики дифференциального давления, установленные перед и после фильтра.
Важно! Датчик давления фиксирует разницу давлений на входе и выходе из фильтра, температуру измеряют температурные датчики. Назначение датчика давления и температурного датчика состоит в регенерации (прожигании) DPF-фильтра.
Принцип работы сажевого фильтра:
- Отработавшие газы направляются в катализатор для очистки, затем направляются к DPF-фильтру, представляющему собой сеть глухих каналов с перфорацией (крипт). При прохождении газов через каналы происходит оседание сажи (углерода) на стенках каналов.
- Каналы сажевого фильтра при эксплуатации автомобиля начинают забиваться осевшими частицами сажи, что требует выполнения очистки фильтра. Состояние DPF-фильтра оценивают датчики температуры и дифференциального давления. В электронном блоке управления двигателя прописаны разрешенные параметры температуры и разницы давлений на входе и выходе из фильтра. При отклонении от нормальных показателей ЭБУ запускает процесс регенерации (самоочистки) сажевого фильтра.
Регенерация DPF-фильтра
На различных моделях автомобилей процесс регенерации выполняется по разным алгоритмам. Общим является то, что независимо от типа и особенностей конструкции, происходит выжигание осевших частиц сажи в каналах сажевого фильтра.
Прожигание обеспечивается подачей электронным блоком управления большего количества топлива через двигатель или отдельную форсунку. Выгорание частиц сажи происходит за счет повышения температуры DPF-фильтре до 600˚С.
Различают два вида регенерации: плановую и принудительную. Это означает, что прожигание выполняется не всегда. При плановой регенерации ЭБУ анализирует показатели датчиков давления и температуры. Блок управления одновременно просчитывает количество использованного топлива.
Процесс регенерации запускается ЭБУ на основании оценки пропускной способности DPF-фильтра, а также в случаях, когда объем сожженного топлива подошел к запланированной отметке. На практике регенерации запускается через 2000 – 5000 км пробега.
Важно помнить, что электронный блок управления запускает регенерацию только при определенных условиях:
- автомобиль двигается продолжительное время по прямой с относительно постоянной высокой скоростью;
- сажевый фильтр начал работать с серьезными сбоями.
В городских условиях такие параметры езды труднодостижимы. Прерывать запущенную регенерацию не следует. Это означает, что глушить двигатель в таких случаях не надо, необходимо дождаться окончания процесса (обычно он продолжается минут 15). Иначе ЭБУ зафиксирует, что завершения запущенной регенерации не произошло. Это приведет к постоянному повторению запроса на регенерацию до того момента, пока она не будет штатно завершена.
Примечание: регулярная подача дополнительного топлива для самоочистки DPF-фильтра негативно влияет на работоспособность двигателя и состояние моторного масла.
Данная информация актуальна для DPF-фильтров. В FAP-фильтрах очистка выполняется с использованием специальной жидкости, которая подается через предназначенную для этой операции форсунку из отдельного бачка. Такой способ очистки не оказывает на моторное масло очень негативного влияния, но прерывать процесс очистки не рекомендуется.
Появление сигнала «регенерация невозможна» указывает на то, что плановая самоочистка успешно не завершена или не начата. Это означает, что допустимый порог попуток выполнения регенерации превышен. ЭБУ в подобных случаях указывает на необходимость выполнения принудительной регенерации, для чего процесс необходимо запустить вручную.
Это происходит в случаях, когда сажевый фильтр полностью забит и проведение очистки не позволит обеспечить оптимальные параметры температуры и давления. Иначе говоря, эффективно сжечь осевшие в каналах фильтра частицы сажи уже не получится.
Срок службы
На работоспособность сажевых фильтров негативно влияет большое количество сажи в выхлопных газах. Причиной может быть проблема смесеобразования, когда поступает излишнее количество топлива или в смеси недостаточно воздуха.
Происходит это из-за неисправности топливной аппаратуры, проблем с турбонаддувом или системой подачи воздуха. Негативно повлиять может также низкое качество дизельного топлив
Важно! При пробеге порядка 200 000 — 250 000 км даже в идеальных условиях DPF-фильтр будет забит, что потребует решения вопроса. Официально рекомендуется сажевый фильтр заменить. Решение правильное, но затратное.
Значительные затраты при замене сажевого фильтра заставляют автовладельцев прибегать к следующим методам:
- Установить аналог или использовать кустарное решение проблемы. Способ рискованный, на практике себя не оправдывает. Дешевый аналог или самоделка могут быстро привести к возгоранию. Установленные датчики не смогут штатно взаимодействовать с таким аналогом фильтра, и ошибка по регенерации постоянно будет появляться.
- Удалить сажевый фильтр и полностью избавиться от проблемы. Но надо помнить, что при таком решении появится неприятный запах и увеличится токсичность выхлопных газов.
Проблемам с экологией сегодня в странах СНГ должного внимания еще не уделяется, поэтому автовладельцы часто принимают решение сажевый фильтр удалить.
Лёгкое дыханье: зачем и как удалять сажевый фильтр
Любой фильтр имеет неприятную особенность: со временем он забивается. В автомобилях фильтров несколько: воздушный, один или два топливных, всё чаще есть салонный, а иногда можно встретить и сажевый. Ясное дело, что если забьётся салонный фильтр, ничего страшного не случится, и некоторые на него вообще смотрят как на унылую ненужную деталь. Забитый топливный или воздушный обычно меняют, потому что иначе машина толком не едет. А вот сажевому фильтру не повезло: чаще всего его просто удаляют. Как это делать правильно, чтобы не пустить дизель в разнос или не спалить собственную машину, мы сегодня и поговорим.
Что такое сажевый фильтр, и как он работает?
В общем-то, из названия этого девайса всё ясно: это всего лишь фильтр, который задерживает сажу. Придуман он был в угоду экологии, а значит, изначально против интересов автолюбителей. Хотя было бы глупо говорить, что это совсем уж бесполезная штука. Конечно, это не так. Увидите новую дизельную машину — припадите носом к выхлопной трубе. Отсутствие чёрного налёта на вашем заинтересованном экспериментом лице и кисловатый запах вместо вони сгоревшей солярки — заслуга сажевого фильтра. В целом на этом его заслуги и заканчиваются. Сто (или даже пятьсот) лошадиных сил двигателю он не прибавляет, а пока свежий, то и не отнимает. Проблемы начинаются, когда фильтр оказывается забит сажей. Но об этом — чуть позже. Сначала посмотрим, что он есть такое с технической точки зрения.
Перед нами — сажевый фильтр автомобиля Volkswagen Transporter Т5. Кстати, Т5 — один из лидеров по посещаемости сервиса с необходимостью что-то делать с сажевым фильтром. Итак, фильтр уже демонтирован и лежит перед нами. Неопытному глазу может показаться, что это какая-то железка с проводами. Отчасти так это и есть, но давайте разберёмся в его устройстве.
В одном корпусе здесь совмещены катализатор и сажевый фильтр. Если смотреть от начала выпуска, то первым на дороге отработавших газов окажется катализатор, а вот внутри банки большего диаметра стоит как раз сажевый фильтр. Но посмотрите: тут есть ещё какие-то трубочки и проводочки! Что это такое?
Первый провод отбросим в сторону: это разъём датчика кислорода, который к сажевику никакого отношения не имеет. А вот всё остальное как раз имеет самое непосредственное отношение к фильтру. Один из разъёмов — это разъём датчика температуры. Всего их два, один до фильтра, другой – после (он у нас остался на выпуске позади фильтра, и на фотографии его разъёма нет). Ещё две трубки относятся к датчику дифференциального давления. Как уже ясно из названия, он измеряет не просто давление, а разницу давлений до фильтра и после него. Больше, в общем-то, ничего интересного в фильтре нет. Но давайте посмотрим, как это работает.
Отработавшие газы через катализатор (в данной модели через катализатор, но бывает, что фильтр есть, а катализатора нет) поступают к фильтру. Сам сажевый фильтр состоит из большого числа крипт — глухих перфорированных газовых каналов. Проходя через эти каналы, несгоревшие частицы углерода оседают на их стенках. Задерживать эти частицы сажи и есть задача фильтра. Возникает вопрос: а зачем нужны датчики температуры и датчик дифференциального давления? Эти приборы следят за состоянием фильтра. В блоке управления прописаны параметры температуры и разницы давлений на входе и выходе из фильтра. Если, например, на входе температура очень высокая, а на выходе — слишком низкая, ЭБУ “понимает”, что с фильтром что-то не так. То же самое и с давлением. Если на входе оно слишком высокое, а на выходе — низкое, значит, фильтр забит. Так как забитый сажей фильтр уже не способен пропускать газы в штатном режиме, двигателю приходится тяжело. И в этом случае ситуацию надо исправлять. Тут мы подошли к следующему вопросу, пропустить который нельзя — регенерация сажевого фильтра.
Что такое регенерация?
Регенерация — процедура самоочистки фильтра. Она выполняется по-разному, в зависимости от типа фильтра и непосредственно от алгоритма запуска регенерации.
Сажевые фильтры бывают двух типов: DPF (такой, как на нашем подопытном Транспортёре, такие обычно стоят на немецких автомобилях) и FAP (разработка концерна PSA, стоят на Пежо, Ситроенах, можно встретить на Фордах, Вольво и некоторых других марках). Отличия между DPF и FAP небольшие.
Рассмотрим, как проходит регенерация в фильтрах DPF.
Метод самоочистки прост: всё, что осело в каналах фильтра, выжигается. Для этого используется топливо, подающееся либо дополнительно через форсунки двигателя, либо через отдельную специальную форсунку. При температуре 600-800 градусов сажа в фильтре выгорает (правда, не всегда). FAP отличается наличием специальной жидкости, которая заливается в отдельный бак. Жидкость эта называется Eolys, она выступает в роли катализатора, позволяющего снизить температуру выжигания сажи. В этой системе регенерация проходит при 400-450 градусах.
Регенерация бывает спонтанной и принудительной. В первом случае её запускает ЭБУ исходя из показаний датчиков температуры и дифференциального давления. Помимо этого, блок управления иногда может иметь счётчик израсходованного топлива, и тогда регенерация может быть запущена по достижении прописанного в ЭБУ количества сожжённого топлива. Всё это — спонтанная регенерация. Принудительную, как можно понять из названия, запускают вручную для очистки фильтра, например, в сервисе.
В норме регенерация в зависимости от марки автомобиля и условий его эксплуатации может проходить каждые 1 500 — 5 000 километров. Если она стала запускаться чаще, то фильтру скоро конец: процедура не может обеспечить вхождение параметров температуры и разницы давлений в нормы. Скорее всего, отложения в фильтре перешли в ту стадию, когда сжечь их уже нельзя.
В сервисах не очень любят включать принудительную регенерацию. Во-первых, это может быть просто опасно: температура поднимается сильно, машина должна стоять далеко от горючих и легковоспламеняющихся материалов. Во-вторых, если спонтанная регенерация не помогает, то и принудительная тоже уже вряд ли что-то даст.
Впрочем, ЭБУ не всегда может запустить регенерацию. Для этой процедуры нужны определённые условия: достаточно продолжительное прямолинейное движение автомобиля с относительно равномерной высокой скоростью. В городском режиме таких условий иногда просто нет. А еще начавшуюся регенерацию крайне не рекомендуется прерывать. Это — большое неудобство. Приехали на работу — а тут регенерация в ходу. Сиди и жди 10-15 минут, или лучше вообще езжай по трассе. А если принудительно заглушить мотор, то регенерация не завершится. Стало быть, после последующего запуска и прогрева будет запрос снова и снова, пока процедура не завершится корректно. А это — расход топлива, до 3-4 раз больше на холостых оборотах и в плотном потоке. Это — повышение уровня масла. Со всеми вытекающими: от выдавливания сальников до разноса. И всегда — снижение смазывающей способности масла. В особо тяжёлых случаях, когда регенерация никак не проходит успешно и не завершается — ошибки по превышению предела попыток регенерации или "регенерация невозможна, требуется принудительная". Или подобные ошибки — у разных брендов они разные.
Пожалуй, это всё основное, что нам надо знать о регенерации. Перейдём к следующему вопросу: почему сажевый фильтр выходит из строя.
Что влияет на ресурс сажевого фильтра?
Очевидно, что быстро “убивает” фильтр избыток сажи в отработавших газах. Причин повышения количества сажи всего две: избыток топлива и недостаток воздуха. Первое возможно при неисправности топливной аппаратуры — например, при подтекании форсунки.
Недостаток воздуха могут устроить и сами владельцы. Специалисты сервиса вспоминали случай, когда к ним приехала машина, у которой забитый воздушный фильтр уже стал сворачиваться внутрь воздуховода. Не знаю, как надо не любить свою машину, но, оказывается, бывает и такое.
Иногда воздуха не хватает из-за утечек наддувного воздуха или неправильной работы турбины.
Ну и, разумеется, на дымность влияет качество топлива.
Однако даже если с мотором всё в порядке, со временем фильтр выйдет из строя из-за естественного износа (критического засорения на больших пробегах). И даже если владелец за машиной следит хорошо, короткие зимние поездки от дома до работы или в магазин тоже сокращают ресурс: мотор иногда не успевает прогреваться, а регенерации просто некогда запуститься. И фильтр постепенно забивается сажей. Тут встаёт вопрос: что с ним делать?
Что такое хорошо и что такое плохо
Способов решить возникшую проблему несколько, но хороший среди них только один.
- Первый метод — замена фильтр новым. ОК, вроде, неплохо. Только стоит оригинальный фильтр иногда и за сто тысяч рублей. Так что выход хороший, но только для зятя Рокфеллера. Ну, или для самого Рокфеллера. В общем, это всё не для нас.
- Второй метод — установка аналога. Это один из наиболее неудачных решений вопроса. Дело в том, что оригинальный фильтр не просто так стоит дорого, в нём используются драгоценные металлы, поэтому его себестоимость никак не может быть низкой. Те аналоги или универсальные фильтры не просто бесполезны, но ещё и опасны. Вы же помните про регенерацию? Так вот, далеко не все из них способны пережить эту операцию, и случаев возгорания зафиксировано достаточно, чтобы отказаться от идеи ставить вместо фильтра какую-то сомнительную ерунду. Кстати, иногда предлагают вместо удалённого фильтра набить банку металлическими опилками — мол, будет то же самое, что и фильтр, но дёшево. Это тоже относится к “сомнительной ерунде”. Такой самопальный фильтр не обеспечит укладывание показателей датчиков фильтра в приемлемые рамки, и ошибки будут возникать снова и снова. А что с такой набивкой и со всем остальным выпуском может произойти при попытках регенерации, лучше даже не представлять.
- Ну и, наконец, третий способ — физическое удаление сажевого фильтра с программным удалением его из системы. Вот это — лучший способ избавиться от проблемы раз и навсегда. Никаких фатальных последствий не будет, разве что пропадёт вот та самая кислинка в запахе выхлопа. Но это, думаю, не страшно.
Как удаляют фильтр?
Итак, сначала его снимают с машины. В нашем случае это уже сделано, и фильтр готов пережить все последующие процедуры. Точнее, не пережить, ибо сейчас его надо будет удалить из банки.
Для этого банку разрезают болгаркой. Теперь у нас с одной стороны остался катализатор, который трогать не будем, а с другой — сам фильтр. Последний удаляют двумя способами: выпрессовывают целиком или выдалбливают по кускам. Тут мы видим реализацию второго метода во всей красе.
Давайте рассмотрим извлечённый фрагмент. По цвету видно, что в начале он забит: ближе к началу выпуска он уже почти чёрный. Впрочем, сажа, которую можно собрать пальцем и с внутренней поверхности самой банки, и с поверхности фильтра, говорит о том же.
Теперь пустую банку заваривают. Это можно сделать аргоновой сваркой, можно обычным “полуавтоматом”. Первый способ больше подходит богатым эстетам, ибо он долгий и дорогой, но шов получается красивым. Но необходимости варить именно аргоном нет, сварки “полуавтоматом” тут вполне достаточно. Главное — обработать потом шов средством против коррозии.
Всё, банка собрана. Некоторые предпочитают вместо неё поставить даунпайп — мол, пустая банка будет издавать неприятные звуки. На самом деле в силу конструкции дизеля звук работы не изменится, громче он не станет. Хотя, конечно, если клиент хочет, то почему бы и нет.
Теперь осталось установить банку на место и… заняться программированием.
Как мы помним, есть набор датчиков, которые контролируют работу фильтра. Физическое удаление фильтра изменит их показания, которые могут привести в ступор ЭБУ. Например, отсутствие разницы температур или давлений на входе и выходе заставит его усомниться в корректности работы датчиков или фильтра. И тогда опять появится ошибка, а возможно, и аварийный режим тоже.
И ещё не забываем про регенерацию. Даже если ЭБУ не станет запускать её по показаниям датчиков, он вполне способен сделать это из расчёта израсходованного топлива. Так как после такой “регенерации” пустой банки ничего в показаниях не изменится, блок управления может запускать её бесконечно. В конце концов, это опять приведёт к появлению ошибки в лучшем случае. В худшем — выпуск хорошенько “прожарится” высокой температурой, что тоже не очень хорошо и даже опасно. Наконец, не забываем о том, что для регенерации нужно дополнительное топливо. Наиболее лёгкое последствие — значительно повышенный расход топлива. А вот с тяжёлым лучше вообще не сталкиваться. Наступает оно тогда, когда солярка начинает попадать в масло, вследствие чего его концентрация в картере вырастает настолько, что масло становится уже не маслом, а вполне пригодным для дизеля топливом. Как вы знаете, искра для воспламенения дизелю не нужна, поэтому если мотор начнёт работать на смеси масла с топливом из картера, остановить его выключением зажигания не получится. И начнётся работа двигателя “в разнос”. Зрелище страшное, а для самого мотора такой режим обычно заканчивается именно тем самым разносом.
Но стоит отметить, что главная причина ухода в "разнос" — как раз не удаление сажевого фильтра, а именно его неисправность, из-за которой частые попытки регенерации приводят к повышению уровня масла. Разнос может наступить и при не удаленном фильтре. Впрочем, это тема для отдельного разговора. Пока только скажем, что такой исход при неправильно проведённой работе возможен, а снизить риск может контроль уровня масла. Если он выше нормы — это повод для опасений, и двигатель лучше не запускать вообще.
Одним словом, отключать фильтр в программе просто необходимо. Лучше всего, когда есть возможность просто отключить эту систему. Если свитча нет, то есть и другие способы, о которых говорить не будем — профессиональная тайна.
Ещё надо удалить ошибки сажевого фильтра, но при этом не затронуть всю систему диагностики. Некоторые не самые лучшие “специалисты” грохают всю диагностику, после чего владелец автомобиля ездит потом по другим СТО, где ни в чём не повинные сервисмены пляшут с бубном вокруг машины, которая говорит, что у неё в жизни всё ОК, но при этом не едет.
Вместо заключения
Как вы уже поняли, удаление сажевого фильтра — практически единственный приемлемый способ избавиться от проблемы с этим устройством. И с одной стороны, он не так уж и сложен, но с другой — цена ошибки может быть очень велика.
И уж точно удаление будет дешевле установки нового фильтра (про аналоги говорить не будем, выше уже всё сказано). Правда, и за три копейки вряд ли кто-то выполнит эту работу хорошо, так что выбирать сервис нужно тщательно. Чтобы потом не было мучительно больно…
Ещё один приятный бонус: на моторах с сажевым фильтром необходимо применять специальное масло, которое так и называется — "Для двигателей, оснащенных сажевым фильтром". Оно существенно дороже, чем обычное. А вот после удаления можно лить и обычное.
За помощь в подготовке материала благодарим компанию «Лаборатория Скорости»(СПб, ул. Химиков, д. 2, (812)385-50-82
DPF распространенные проблемы и решения
Сажевый фильтр (DPF) на дизельном авто обычно служит не менее 150 000 км пробега, после чего обычно требуется его замена либо проведение процедуры профессиональной очистки.
Однако, из-за технической неисправности автомобиля блок управления (ECU) может не инициировать включение автоматической регенерации сажевого фильтра. Это становится причиной преждевременного загрязнения DPF до критического состояния и влечет за собой блокировку выхлопной системы. В таком случае замена или очистка DPF не решат проблему надолго и сажевый фильтр будет снова сильно загрязнен после короткой эксплуатации.
По истории ECU всегда можно проверить, проводил ли автомобиль регенерации сажевого фильтра, являлись ли они успешными и насколько часто происходили.
Эти моменты очень важны, так как на основании такой информации можно определить наиболее вероятные неисправности авто.
Причинами преждевременной блокировки DPF могут стать проблемы с топливной системой, свечами накаливания, системой рециркуляции отработавших газов (EGR), вопросы, связанные с воздухозабором и неисправным турбокомпрессором.
Регенерация не проводится, если есть какие-либо ошибки, связанные с датчиком дифференциального давления DPF, датчиком температуры выхлопных газов и даже с пробкой заливной горловины топливного бака.
Ниже приведены коды неисправностей DPF с кратким описанием:
Typical DPF fault codes
P1471 Diesel particulate filter (bank 1) regeneration not completed
P2002 Diesel particulate filter (bank 1) efficiency below threshold
P2003 Diesel particulate filter (bank 1) particulate mass too high
P242F Diesel particulate filter (bank 1) regeneration not active
P244A Particulate filter differential pressure too low
P224B Particulate filter differential pressure too high
P2452 Particulate filter differential pressure sensor malfunction
P2453 Diesel particulate filter differential pressure — sensor malfunction
P2454 Diesel particulate filter differential pressure — sensor voltage too low
P2455 Diesel particulate filter differential pressure — sensor malfunction
P2458 Particulate filter regeneration maximum regeneration time exceeded
P2459 Particulate filter regeneration, regeneration frequency implausible
Рассмотрим некоторые моменты на которые следует обратить внимание, чтобы регенерация сажевого фильтра прошла успешно:
1) В баке должно быть достаточное количество топлива, по меньшей мере четверть бака, или около двадцати литров топлива.
2) Для пассивной регенерации содержание сажи в фильтре не должно превышать 45% от максимума.
3) При большом количестве неуспешных регенераций, моторное масло часто оказывается сильно разжижено дизельным топливом. И если этот параметр контролируется ECU, то регенерация с большой вероятностью не будет запускаться до тех пор, пока моторное масло и масляный фильтр не будут заменены, а контрольный параметр не будет сброшен с помощью диагностического аппарата.
Напомним, что в авто, оборудованных сажевым фильтром следует использовать моторное масло с низким содержанием SAPS (сульфатной золы, фосфора и серы).
4) Любая неисправность в системе управления двигателем не даст произойти процессу регенерации сажевого фильтра. Все недостатки должны быть устранены, иначе сажевый фильтр будет заблокирован после короткого интервала работы двигателя.
5) Некоторые производители автомобилей ограничивают время работы DPF пробегом. И если "вшитый" предел достигнут, то ECU автомобиля не позволит DPF пройти через процесс регенерации. При замене сажевого фильтра на новый или восстановленный все значения DPF в ECU требуется сбросить с помощью диагностического аппарата.
6) Если DPF критически заблокирован сажей и золой, то потребуется либо его замена либо проведение процедуры профессиональной очистки.
Принудительная регенерация требуется, если диагностическим прибором определяется код неисправности P1471 — DPF регенерация не завершена. Причиной возникновения этой ошибки является то, что активная регенерация не была успешной при нормальных условиях движения транспортного средства. В таком случае следует попытаться запустить принудительную регенерацию сажевого фильтра.
Существует два типа принудительной регенерации: статическая и динамическая.
Статическая регенерация проводится на открытом воздухе на ровной и пожаробезопасной поверхности. Ее запуск производится с помощью диагностического прибора, который управляет процессом регенерации от начала до конца. Весь процесс должен находится под контролем техника-оператора. Цикл регенерации может длиться до часа в зависимости от целого ряда факторов. Как правило, это тип транспортного средства, содержание сажи в фильтре, зольность и т.д.
Динамическая регенерация происходит во время движения авто. Техник должен вести транспортное средство с умеренной скоростью, как правило, менее 60 км в час, а процесс управляется диагностическим прибором, подключенным через порт OBD автомобиля.
Регенерация в движении занимает приблизительно от двадцати до тридцати минут. Из соображений безопасности второму технику рекомендуется сидеть в автомобиле и следить за сообщениями и указаниями, появляющимися на экране диагностического прибора.
Отдельно следует отметить, что большое количество транспортных средств, оборудованных сажевым фильтром, требует для процедуры регенерации использования специальной добавки (EOLYS). В таких авто нужно контролировать наличие достаточного количества этой добавки в отдельном предназначенном для нее баке, и следить за отсутствием ошибок в системе управления ее впрыском в топливо.
Сажевый фильтр DPF
С 1 сентября 2009 года в Европейском союзе был введен в действие новый экостандарт выхлопа для легковых автомобилей – Евро-5. В России применение данного стандарта стало обязательным с 1 января 2016 года. С этого момента импортируемые или производимые на территории нашей страны автомобили должны соответствовать установленным ограничениям на содержание вредных примесей в продуктах отработки двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Для автомобилей с дизельным двигателем это означает обязательное наличие так называемых сажевых фильтров.
Сажевый фильтр (его еще называют фильтр твердых частиц, от англ. Diesel Particulate Filter, DPF) – это устройство, предназначенное для фильтрации продуктов горения дизельных ДВС от мелких частиц сажи. Качественные сажевые фильтры снижают выброс сажи в окружающую среду практически на 99,9%.
В зависимости от различных параметров (качество используемого топлива, режим работы ДВС и т.п.) частицы сажи могут иметь различный химический состав. Сажевые частицы представляют собой аморфный углерод с примесью частиц металлических окислов, воды, углеводородов, серы и других химических элементов. Размеры этих частиц варьируются от 10 до 1000 нанометров. Образование сажи происходит из-за неполного сгорания топлива, что может быть вызвано рядом причин (большое количество примесей в топливе, затрудняющих самовоспламенение, недостаток кислорода и т.п.). Образуясь в ходе горения топлива в цилиндрах ДВС, частицы сажи поступают в выпускную систему, где улавливаются сажевым фильтром.
- Конструктивно сажевые фильтры состоят из керамической матрицы, помещенной в герметичный металлический корпус.
- Матрица состоит из множества ячеек квадратной формы (имеются модификации с усовершенствованными восьмиугольными ячейками), которые представляют собой узкие каналы, поочередно закрытые с обеих сторон.
- Внутренняя поверхность каждого канала выполнена из пористого материала, который и представляет собой фильтрующий элемент. Расположение сажевого фильтра в выпускной системе зависит от его модели и конфигурации.
Чаще всего он расположен непосредственно после каталитического нейтрализатора, однако в некоторых модификациях эти два элемента объединены. В нейтрализаторах окислительного типа сажевый фильтр располагается после выпускного коллектора. Данное расположение неслучайно, т.к. именно здесь температура отработанных газов, поступающих из ДВС, имеет максимальное значение. Каналы ячеек матрицы в этом случае покрывают катализатором, который окисляет несгоревшие частицы топлива.
В процессе работы фильтра частицы сажи постепенно заполняют собой фильтрующий материал стенок каналов матрицы. Когда их концентрация достигает критического значения, они затрудняют продвижение отработанных газов по выпускной системе, что негативно сказывается на КПД двигателя (снижается мощность). Отдельную проблему представляют малые частицы сажи размерами порядка 0,1 мкм, т.к. они очень тяжело улавливаются сажевым фильтром. И хотя их доля в общем объеме выбрасываемой ДВС сажи составляет около 5%, данные частицы представляют наибольшую опасность для человека: частицы размером менее 5 микрон не отфильтровываются в верхних дыхательных путях, в результате чего сажа накапливается в легких. Поэтому помимо этапа фильтрации в работе сажевого фильтра выделяют этап регенерации. Регенерация позволяет избавлять фильтр от накопившейся сажи и повышать его фильтрующую способность.
Регенерация сажевого фильтра может быть выполнена в двух вариантах: активном и пассивном.
- При пассивной регенерации размещенный в ячейках катализатор при воздействии температуры выхлопных газов ускоряет процесс окисления (сгорания) отфильтрованных частиц сажи. Иногда для улучшения данного эффекта в дизельное топливо добавляют специальные присадки, которые позволяют запустить реакцию окисления сажи при меньших значениях температуры. Однако в ряде случаев (работа ДВС на холостом ходу, малые нагрузки, движение в пробках и т.п.) необходимое значение температуры для запуска пассивной регенерации не достигается. В таких случаях применяют активную регенерацию.
- Активная регенерация подразумевает применение более высоких значений температуры. При использовании принудительной регенерации температура газов в фильтре повышается до 600 градусов по Цельсию. Это может достигаться несколькими способами, которые используются как комплексно, так и по отдельности. К ним относят задержку времени подачи дизельного топлива в камеру сгорания ДВС, дополнительную подачу топлива в цилиндры на такте выпуска отработанных газов, распыление небольшого количества топлива в отработанные газы, поступающие в сажевый фильтр, разогрев газов перед фильтром различными способами (нити накаливания, микроволны) и другие.
В современных сажевых фильтрах используются как пассивная, так и активная регенерации. Разработка новых экологических стандартов требует постоянной оптимизации и усовершенствования конструкции и принципов работы сажевых фильтров. На сегодняшний день наиболее распространенными являются сажевые фильтры с каталитическим покрытием и сажевые фильтры с системой ввода присадок в топливо.
Фильтры первого типа устанавливаются на автомобили, производимые концерном Volkswagen, а также некоторыми другими производителями.
В качестве катализатора в этих фильтрах используют платину и ее соединения. За счет работы катализатора находящаяся в фильтре сажа сгорает под воздействием температуры отработавших газов, после чего удаляется из фильтра. В процессе окисления частиц сажи оксиды азота NO за счет присутствия катализатора окисляются до диоксида NO2. Диоксид азота, взаимодействуя с сажей (основную часть которой составляет углерод), образует два соединения – оксиды азота и углерода (угарный газ). Затем образовавшиеся оксиды оксиляются кислородом и образуют соответствующие диоксиды. Температура протекания процесса обычно не превышает 500 градусов по Цельсию.
В случаях, когда отдельные компоненты системы управления (например, датчик измерения расхода воздуха (расходомер), датчики температуры на входе и выходе фильтра, датчики давления и т.п.) сигнализируют о падении пропускной способности фильтра, требуется проведение активной регенерации, во время которой температура внутри сажевого фильтра достигает 650 градусов по Цельсию. Когда датчики системы управления сигнализируют о снижении пропускной способности, блок управления увеличивает объем подаваемого топлива в цилиндры, одновременно ограничивая объем поступающего воздуха (кислорода). В таких условиях температура газов повышается до необходимых для активной регенерации значений.
Сажевые фильтры с системой ввода присадок в топливо функционируют по иным принципам. Этот тип сажевых фильтров был разработан концерном Peugeot-Citroen (PSA). В связи с тем, что активно внедряли в массовое производство данные фильтры именно французские производители, за такими фильтрами закрепилась не англоязычная аббревиатура DPF, а франкоязычная FAP (Filtre A Particules). Спустя некоторое время эти фильтры на своих автомобилях стали устанавливать Ford и Toyota.
В связи с отсутствием в фильтрующих ячейках фильтра катализатора для горения сажи, конструктивно такие фильтры устанавливаются отдельно от каталитического нейтрализатора. При этом в топливо добавляется специальная присадка (на основе церия и его соединений), которая снижает минимально необходимую температуру горения частиц сажи до 450-500 градусов по Цельсию. В ряде случаев подобные значения температуры во время пассивной регенерации недостижимы, поэтому в фильтре происходит постепенное накопление сажевых частиц. При достижении их критического значения необходимо применять активную регенерацию.
Вводимая в топливо для обеспечения горения сажи присадка располагается в отдельной емкости объемом до пяти литров. Этого количества присадки обычно хватает на 80-120 тысяч километров пробега автомобиля и характеризует срок службы сажевого фильтра. Количество оставшейся присадки постоянно мониторится с помощью поплавкового датчика. Количество добавляемой присадки контролируется электроникой и пропорционально объему топлива, поступившему в топливный бак во время заправки автомобиля.
Применение присадки в топливо для горения сажи обуславливает наличие в отработавших газах продуктов горения церия, которые также улавливаются фильтром, но в отличие от частиц сажи, они не сгорают даже при активной регенерации. Это ограничивает период работы сажевого фильтра. Современные сажевые фильтры с системой присадок в топливо поддерживают свою работоспособность на протяжении 120 000 км пробега, однако уже сегодня производители заявляют о появлении в скором времени фильтров, способных эффективно выполнять свои функции на протяжении 250 000 км пробега.
После того, как сажевый фильтр выработал свой ресурс, его необходимо заменить на новый. Однако из-за их высокой стоимости зачастую автолюбители не устанавливают в автомобиль новый сажевый фильтр, а перепрограммируют систему управления дизелем на работу без сажевого фильтра.