Как работает фильтр твердых частиц (GPF) на бензиновых моторах Mercedes
Решил немного разобраться в работе фильтра твердых частиц, который установлен на бензиновых 2л. моторах Мерседес M264. Как он работает, в чем особенности и отличия от дизельных фильтров твердых частиц (DPF), какие есть нюансы эксплуатации моторов с таким фильтром, как он регенерируется… К слову этот GPF (Gasoline Particulate Filter) установлен и на 1,5л версиях m264 и на 3л. М256 и на новых 1,5л. и 2л M254 (представлен на новом C-Class).
Начнем с того, что впервые этот фильтр появился еще в 2017-м на S500 рест. и уже тогда было заявлено, что данный фильтр будет стоять и на будущем M264.
m264. Отмечен GPF
Фильтр легко увидеть открыв капот. Буквально сразу за турбиной вы увидите уродливый бочонок с несколькими датчиками — это он 🙂 Установили его нам чтобы нормы выхлопа соответствовали стандарту Euro-6d и Euro-7, который предъявляет существенно более строгие требования к выхлопу бензиновых ДВС. К слову, современные бензиновые моторы с непосредственным впрыском высокого давление (200 и более bar) действительно грязнее своих предшественников и подобные фильтры собирают вполне реальные продукты горения. Об этом дальше.
Начнем с конструкции. Тут и далее я буду сравнивать бензиновый фильтр твердых частиц (далее просто "фильтр") и дизельный т.к. о дизельном мы знаем значительно больше, да и просто интересно отметить в чем между ними разница 🙂
Я частично опираюсь на официальный документ Даймлера с результатами испытаний GPF на M278 (на S500). Вы можете ознакомиться с ним сами, чтобы узнать все нюансы и условия испытаний. Ниже у меня краткое изложение:
Как и дизельный, бензиновый фильтр расположен на выпуске и первым (после турбины) встречает выхлопные газы. Его задача прогнать через себя выхлоп задержав крупные частицы после процесса горения (далее просто сажи). Тут у обоих фильтров идентичная схема: выхлоп проходит через "лабиринт" где проходя через стенки крупные частицы застревают оседая на стенках этого самого фильтра. В обоих случаях фильтр может самоочищаться за счет "прожига" накопившейся сажи. На этом сходства заканчиваются. Если дизельный фильтр выполнен на основе керамики, то бензиновый выполнен на основе Кордиерита так как такой фильтр является более стойким к высоким температурам (т.к. температура отработавших газов бензинового ДВС выше). Кроме того, прожиг фильтра для бензинового мотора проходит немного иначе.
непосредственно фильтр 
схематичное строение GPF и схема фильтрации
В случае с бензиновым мотором есть несколько важных нюансов. С одной стороны, накопление твердых частиц происходит значительно медленнее чем в случае с дизелем. С другой, бензиновые моторы значительно более чувствительны к противодавлению которое создает забитый фильтр. При этом само наличие фильтра и даже небольшое количество сажи на нем проблем с противодавлением не создает.
выводы теста
Тем не менее, при определенных условиях сажа может продолжать накапливаться забивая поры, тем самым инициируя поверхностную фильтрацию. В таком случае противодавление начинает расти. Например увеличение даже до 1 g/l сажи приводит к перепаду противодавления (на этом участке) до 2,5 раз.
изменение противодавления при переходе от глубокой фильтрации к поверхностной во времени 
изменение противодавления GPF к объему сажи
Очевидно, что повышенного оседания сажи на фильтре необходимо избегать т.к. это приводит к повышению противодавления и снижению мощности. К счастью, в отличии от дизеля, выхлоп бензинового ДВС изначально содержит значительно меньше твердых частиц (примерно в пять раз ниже по PM и на порядок ниже по PN). Соответственно повышенное отложение сажи на фильтре бензинового мотора может происходить только в специфических, "пограничных" режимах эксплуатации. К таким режимам (читай причинам приводящим к повышенному отложению) относятся: частые холодные пуски и постоянная(!) работа мотора при низких нагрузках. Последнее приводит к тому, что для очистки фильтра ("прожига") просто не создается необходимых условий. Дело в том, что прожиг происходит в момент прекращения подачи топлива. В этот момент кислород (свежий воздух) подается на фильтр и происходит экзотермическая реакция и процесс окисления. Для этого должны быть созданы определенные условия, в частности подходящая высокая температура в фильтре (которая в "овощном" режиме езды там не создается). Температура и время прожига определяются системой исходя из "понимания" (по датчикам), сколько сажи скопилось к моменту, когда возможен "прожиг". Например, при старте прожига при температуре в фильтре 700°C, температура далее повышается до 1150°C (значительно выше чем на дизеле) из-за реакции. Интересно, что в ходе испытаний (см ниже) основной этап прожига произошел фактически сразу же, как только прекратилась подача топлива и поступил кислород.
в данном тесте в фильтре 5 g/l сажи. Фильтр сперва разогрели до 700°C и запустили прожиг на 30 сек.
От части, чтобы исключить потенциальный риск частой низкой температуры фильтра, Даймлер перенес его из под днища (в первых версиях в т.ч. и на S500) в моторный отсек, поближе к "горячим" элементам мотора.
Интересно взглянуть на результат длительного теста в разных условиях. Взяли 3 машины, две проехали по 100 тыс. в загородных условиях и одна 40 тыс. в городских при постоянной низкой нагрузке. К этому добавилась эксплуатация при низких температурах. В итоге при шоссейной эксплуатации противодавление выросло на 12%, а при городской на 50%. Важно понимать, что замеры делались точечно, в разных местах фильтра и это нельзя отнести ко всему фильтру. См. ниже
Зеленым отмечен новый фильтр, синим шоссейный, оранжевым городской 
рентген фильтра после 100 тыс пробега по шоссе.
Производитель утверждает, фильтр не обслуживаемый и в ручной чистке не нуждается (она вообще не предусмотрена конструкцией). Кроме того, ситуация когда фильтр полностью забьется тоже исключена.
Выводы.
Вывод из этого всего очень простой: по возможности не забывайте навалить и покрутить мотор в S или S+! Дальше система все сделает сама. Прожиг, а точнее даже окисление на бензине происходит проще и быстрее чем на дизеле.
Фильтр твердых частиц — в погоне за сажей
Автомобили с дизельными двигателями всегда привлекали невысоким уровнем потребления более дешевого топлива, по сравнению с бензиновыми двигателями той же мощности. Сегодня это преимущество теряет свое значение и не только из-за выравнивания цен на бензин и дизельное топливо. Кроме того повысилась степень риска выхода из строя сложного оборудования современного дизеля, требующего больших затрат для устранения неполадок.
С 2006 года в Европе обязательным условием стало применение сажевого фильтра, который устраняет 90% твердых частиц в выхлопных газах. Это позволяет удовлетворить нормы токсичности Евро-4 и Евро-5, принятые в большинстве стран Европейского союза, или Северной Америке. В России экологический аспект не так важен, и водитель, приобретающий автомобиль, который в меньшей степени загрязняет окружающую среду, не может рассчитывать на дополнительные льготы. Вместо этого необходимо принимать во внимание перспективу существенных затрат, связанных с восстановлением сажевого фильтра или заменой на новый.
Продолжительность жизни фильтра зависит от многих факторов, но главный из них – это условия эксплуатации автомобиля. Наиболее опасны для него поездки на короткие расстояния, когда двигатель не успевает достичь рабочей температуры и не может запустить автоматическую регенерацию фильтра, т.е. сжечь накопленные частицы сажи.
Первые фильтры (одноразовые) появились на автомобилях концерна PSA, например Peugeot 406 Coupe 2.2 HDi. Первоначально они предлагались в дорогих автомобилях в качестве дополнительного оборудования. Со временем они стали появляться и в более дешевых автомобилях.
Сегодня все дизельные двигатели, отвечающие нормам токсичности Евро-3, оснащаются сажевым фильтром. Самые старые фильтры, так называемые «мокрые» для своей работы требуют специальной жидкости (CAM FBC). Ее добавляют в топливо. Попадая в камеры сгорания, жидкость повышает температуру выхлопных газов примерно до 440 градусов и приводит к выгоранию сажи в фильтре.
«Сухие фильтры» имеют температуру воспламенения сажи около 550 градусов. К сожалению, они могут использоваться не с каждым двигателем. Кроме того в автомобиле, эксплуатируемом преимущественно в городе, не всегда имеется возможность достичь заданной температуры выхлопных газов. В таком случае очень полезна жидкость JLM DPF Cleaner, так же добавляемая в топливо. Она позволяет сжигать твердые частицы при более низких температурах. Благодаря этому фильтры в транспортных средствах, используемых на коротких дистанциях, заполняются гораздо медленнее.
Несложная конструкция обеспечивает долговечность фильтра. Фильтрующий элемент имеет пространственную структуру с большой общей площадью поверхности стенок, выполненных из металла, керамики или специальной бумаги. Корпус снаружи выглядит как глушитель или каталитический нейтрализатор. Он имеет специальное термическое покрытие, так как температура во время сгорания сажи достигает 500 градусов.
Работа фильтра
1. Фильтр твердых частиц представляет собой металлическую банку, заполненную керамической вставкой с многочисленными каналами, перехватывающими частицы сажи.
2. Сажа постепенно накапливается в фильтре, затрудняя прохождение потока выхлопных газов. Автомобильная электроника фиксирует этот момент и дает сигнал на начало регенерации.
3. В зависимости от типа автомобиля в камеры сгорания дизеля поступает дополнительное количество топлива или топлива с жидкостью, что способствует повышению температуры выхлопных газов до 440-550 градусов.
4. При правильно проведенной регенерации фильтр снова готов к работе.
Заключение
Фильтры старого типа служили около 80-120 тыс. км, в то время, как современные все чаще доживают до 160-200 тыс. км. Стоимость восстановления фильтра оценивается приблизительно в 6000 рублей, а замены – от 12 до 25 тыс. рублей. Удаление фильтра никак не наказуемо, но не приемлемо с точки зрения морали. В Европе за это можно пострадать, так как законом предусмотрена ответственность за данное деяние.
фильтр твердых частиц (DPF)
ФИЛЬТР ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ (DPF или FAP)
Назначение и эксплуатация
DPF- фильтр твердых частиц или фильтр FAP – элемент выхлопной системы дизельных двигателей. Фильтр для твердых частиц подключается к каталитическому конвертеру или отдельно позади него. Фильтр DPF устраняет необработанные твердые частицы, образующиеся при сжигании дизельного топлива в двигателях. Фильтр твердых частиц является обязательным компонентом любого дизельного автомобиля, принадлежащего группе EURO IV и выше. Фильтр твердых частиц был разработан для снижения загрязнения воздуха выхлопными газами или твердыми частицами дизельных двигателей.
DPF фильтр начали использовать в 1970 году, из-за опасений относительно воздействия ингаляционных частиц. Через десять лет, в 1980 году, фильтры DPF начали использоваться на обычных машинах. С 1985 года, они были также и в автомобилях.
В 2009 году был введен стандарт EURO 5, который был нацелен на сокращение выбросов на 80 процентов.
В нашей компании мы также согласились сократить выбросы и начали выпускать фильтры DPF в 2009 году. Фильтр твердых частиц состоит из фильтрующих элементов – керамического сердечника, который может быть изготовлен из различных материалов. Когда фильтр твердых частиц достигает определенной степени насыщения твердыми частицами, активируется регенерация. Когда температура выхлопных газов возрастает, происходит сжигание и выброс сажи, это называется регенерацией или очисткой фильтра. Процесс регенерации фильтра DPF или FAP отличается от разных фильтров, брендов …
Активация автоматической регенерации фильтра DPF или FAP зависит от стиля вождения и размера фильтра твердых частиц DPF или FAP. Согласно правилам, регенерация должна происходить один раз, между 700 и 1400 километрами пробега. Регенерация длится от 20 до 30 километров. В дополнение к забитому фильтру DPF, основным условием начальной регенерации является достаточно высокая температура, высокая частота оборотов двигателя и длительность процесса. Если регенерация фильтра DPF или FAP не протекает должным образом и повторяет этот процесс несколько раз, в автомобилях большинства брендов загорится сигнальная лампа, сигнализирующая необходимость замены фильтра DPF или FAP. Сигнальная лампа, необходимая для процесса регенерации фильтра DPF или FAP, является признаком того, что владельцы дизельных двигателей имеют последний вариант автоматической регенерации с приводом на открытой дороге при более высоких оборотах двигателя. В наших мастерских они могут принудительно компьютеризировать регенерацию фильтра твердых частиц.
ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПРОБЛЕМ с фильтрами твердых частиц
Использование неправильного моторного масла
Все транспортные средства, в которых есть фильтр твердых частиц, имеют определенные стандарты, которые должны соблюдаться моторными маслами. Масла не должны содержать серу, потому что сера в масле вызывает еще большую адгезию к пористой структуре фильтра. Сера разрушает качество регенерации фильтра DPF.
Клапаны EGR, повреждение всасывающих и напорных труб вокруг турбонагнетателя (фильтр DPF)
Если клапан EGR в фильтре DPF не работает должным образом или неисправен, это вызывает неправильное сгорание топлива и увеличение дыма двигателя, что вызывает засорение DPF. В случае повреждения или утечки воздуха на всасывающих и напорных трубках двигателя это также может привести к засорению фильтра DPF.
Поврежденная трубка датчика давления (фильтр DPF)
Фильтр твердых частиц имеет фиксированные трубы давления для плавной работы и контроля засорения. Давление прикладывается к отдельной точке фильтра DPF через установленную напорную трубу. Если установленные напорные шланги повреждены, записанные параметры являются неправильными, что приводит к неправильной работе регенерации фильтра DPF или FAP.
Сбой турбонагнетателя (фильтр DPF)
Неисправность или неправильная работа турбонагнетателя могут нарушить правильную работу фильтра твердых частиц (DPF или FAP). Все это может привести к повреждению сердечника фильтра твердых частиц и, следовательно, к разрушению.
Повреждение каталитического конвертора (фильтр DPF)
Каталический конвертер непосредственно расположен до или вблизи фильтра твердых частиц (DPF или FAP), что значит, что каталитический конвертор находится под прямой загрузкой всех выбросов двигателей, что может привести к частичному потоку дымовых газов в фильтре DPF или FAP. Следовательно, это означает снижение эффекта регенерации фильтра твердых частиц, а затем засорение фильтра DPF и необходимость замены и очистки.
Городское вождение (фильтр DPF)
Фильтр твердых частиц чаще всего блокируется в условиях городского вождения, так как автомобиль работает на низких оборотах и температурах, что не позволяет запускать оптимальную регенерацию. Количество засорения постоянно накапливается и в конечном итоге приводит к замене фильтра DPF или его очистке.
РЕКОМЕНДАЦИИ КОМПАНИИ NOVAK (фильтр DPF или FAP)
Все вышеупомянутые причины возникновения проблем с фильтрами твердых частиц (DPF или FAP) объясняются недостаточным знанием этого сегмента водителями автомобилей с дизельным двигателем. Когда горит сигнальная лампа для фильтра твердых частиц в автомобиле, требуется обслуживание. Перед заменой или очисткой фильтра DPF, необходимо сначала устранить неисправность, которая вызвала засорение фильтра, иначе фильтр снова будет засорен. Мы советуем диагностировать причину засорения фильтра на СТО. При необходимости замените или очистите фильтр твердых частиц.
Мы рекомендуем вам очищать, ремонтировать или заменять фильтр твердых частиц. Благодаря этому действию вы будете работать экологически безопасно. Это помогает окружающей среде и здоровью. В нашей компании, Novak, izpušni sistemi d. о. о., мы предлагаем вам все решения для выхлопных систем, включая экологию и выбросы токсичных газов.
Фильтр твердых частиц (DPF или FAP) является последней станцией, указывающей, что двигатель в автомобиле не работает оптимально.
В любое время мы можем предложить вам ответы на любые вопросы. Мы всегда будем помогать вам найти правильное решение вместе.
Фильтр твердых частиц — что это и для чего? Важная информация о DPF, GPF и FAP
Фильтр твердых частиц предназначен для уменьшения выбросов очень вредных веществ. Как это работает и стоит ли снимать сажевый фильтр? Вот самая важная информация.
Почему автомобили оснащены фильтрами твердых частиц?
Твердые частицы — это сажа, которая образуется в результате неполного сгорания топлива. Благодаря своему микроскопическому размеру частицы могут проходить через клеточные мембраны. Сага крайне вредна. Может проникать в дыхательную и кровеносную системы, способствовать образованию новообразований.
Технический углерод — один из компонентов смога. Чтобы уменьшить количество твердых частиц в воздухе, вводятся все более строгие стандарты выбросов выхлопных газов. Для Евро 4 предельное количество сажи, образующейся в автомобиле, было снижено с 0,05 до 0,025 г / км. Согласно стандарту Евро 5, который вступил в силу в 2011 году, разрешенные выбросы составляют 0,005 г / км. В настоящее время обязательство по ограничению образования сажи распространяется также на бензиновые двигатели с прямым впрыском. Ранее ограничения распространялись на дизели.
В связи с необходимостью доводки автомобилей до стандартов производители начали использовать фильтры твердых частиц. Это решение, предназначенное для предотвращения выхода сажи через выхлопную систему.
Для чего нужен фильтр твердых частиц?
Дизельный сажевый фильтр или DPF — это устройство, которое является частью выхлопной системы дизельных двигателей. Как это работает?
Банка из нержавеющей стали имеет многослойный корпус из металла, флизелина или (реже) бумаги. Из-за уплотнения каналов, которые закрываются поочередно со стороны входа и выхода по потоку, создается сетка. Забивание каналов означает, что при работающем двигателе выхлопные газы должны проникать через пористые стенки фильтра. Во время этого процесса частицы постоянно осаждаются в сажевом фильтре. Они захватываются перед выходом из выхлопной трубы.
Преимущество фильтра — снижение выброса вредных веществ, недостаток — его работа. Устройство со временем забивается. По этой причине необходимо сжечь DPF. Очистка включает нагревание сажи до очень высокой температуры, которая может достигать 600 градусов по Цельсию.
Когда на плате загорится индикатор DPF, надо идти коротким маршрутом. Возможно, вам придется увеличить обороты двигателя и поддерживать постоянную скорость в течение нескольких минут.
Сажевый фильтр DPF и FAP — в чем разница?
DPF — это устройство, используемое в дизельных двигателях, которое представляет собой сухой фильтр. Французские производители, а также бренды, использующие свои приводные устройства, часто используют влажные фильтры, которые называются FAP (filter a parqules).
В чем разница между DPF и FAP? Основной принцип работы такой же. Оба предназначены для содержания сажи. В случае с FAP вопрос выгорания отстающих частиц решался иначе.
В автомобили с мокрым фильтром заливается специальная каталитическая жидкость. Когда возникает необходимость избавиться от сажи, в камеру сгорания двигателя впрыскивается вещество. Благодаря каталитической жидкости температура, необходимая для выгорания сажи, ниже, чем в случае DPF, на 200-300 градусов по Цельсию. Благодаря этому регенерация фильтра также возможна в коротких поездках или во время езды по городу.
Фильтр твердых частиц DPF и GPF — в чем разница?
Фильтр GPF (бензиновый сажевый фильтр) — не что иное, как эквивалент фильтра DPF для бензиновых двигателей с прямым впрыском. Основное отличие — процесс сжигания сажи.
В случае дизельных двигателей высокая температура, необходимая для очистки фильтра, достигается за счет увеличения дозы топлива. Если процесс выгорания ненормальный или прерван, дизельное топливо может проникнуть в систему смазки.
Это не относится к фильтру GPF. Бензиновые двигатели выделяют более горячие выхлопные газы, чем дизельные. Чтобы сжечь фильтр и еще больше повысить уровень нагрева, топливно-воздушная смесь обедняется. Процесс очистки фильтра не требует выезда. Большую часть сажи можно удалить при нормальном использовании.
Засорение фильтра твердых частиц — как его очистить?
Если мы не позаботимся о регулярном горении твердых частиц, это может иметь ужасные последствия. Из-за забитого фильтра DPF могут возникнуть проблемы с запуском двигателя или падением мощности. Установка может перейти в аварийный режим.
Игнорирование уведомления о перегорании фильтра или прерывание процедуры может привести к смешению несгоревшего топлива с маслом. В экстремальных ситуациях и в долгосрочной перспективе это может привести к заклиниванию привода.
Что делать, если засорился фильтр? Мы можем использовать автохимию каждый раз. Есть препараты, поддерживающие выгорание фильтра DPF. Чаще всего это средства, добавляемые в топливо. Также мы можем обратиться в мастерскую, которая специализируется на восстановлении работоспособности фильтров.
Выгодно ли регенерировать фильтр твердых частиц?
Замена фильтра DPF или FAP на новый стоит недешево. Цена на этот компонент может составлять от 2000 до 15000 злотых.
По этой причине регенерация фильтра DPF может быть лучшим решением. По сути, он заключается в тщательной очистке этого элемента от копоти. Стоимость такой услуги составляет примерно 500 злотых. В цену также включена разборка фильтра, но окончательная сумма не должна превышать 1000 злотых.
Снятие сажевого фильтра — каковы последствия?
Некоторые водители, желая избежать затрат, связанных с регенерацией или заменой фильтра твердых частиц, решают сократить его. Однако удаление DPF не рекомендуется. Во-первых, это деятельность, негативно влияющая на окружающую среду.
Во-вторых, нужно учитывать последствия обрезки DPF. Автомобиль без фильтра не соответствует нормам омологации и выхлопных газов. Если во время придорожного досмотра сотрудники полиции используют дымомер и обнаруживают, что автомобиль технически неисправен, они могут наложить штраф в размере 500 злотых. Также технический осмотр может не пройти автомобиль без сажевого фильтра.
Ведется работа по ужесточению штрафов для владельцев транспортных средств, решивших удалить сажевый фильтр. Они могут достигать нескольких тысяч злотых. Когда мы ищем подержанный автомобиль, лучше подумать, стоит ли покупать автомобиль с обрезным сажевым фильтром. Очевидная экономия может повлечь дополнительные расходы.
Фильтр твердых частиц может быть проблематичным в использовании, но его положительная особенность — снижение загрязнения воздуха канцерогенами. Стоит позаботиться о регулярном сжигании сажи, а также проверить состояние выхлопной системы. Мы пишем больше о том, как ухаживать за автомобилем, среди прочего в тексте Как ухаживать за малопользованным автомобилем? Что может сломаться, если машина долго стоит? .