Требования к чистоте выхлопа автомобильных двигателей ужесточаются ежегодно. Производители авто постоянно создают всё новые системы для защиты окружающей среды. Одним из устройств этого плана стал сажевый фильтр. Так его назвали за то, что он полностью удаляет из выхлопа автомобиля сажу и копоть.
Для чего служит сажевый фильтр
Сажевый фильтр предназначен для очищения выхлопа автомобиля от остатков несгоревшего топлива, и самое главное для понижения содержания в нём угарных газов. Правильное его название - каталитический нейтрализатор, или проще катализатор. Его задача при помощи химического процесса - катализа, преобразовывать токсичные (ядовитые) выхлопы двигателя в более безопасные для природы и людей компоненты. Многие обращали внимание на то, что из выхлопной трубы как из кондиционера капают капли воды. Можно спорить, что большинство глядя на это думали про себя, а иногда и заявляли вслух, о качестве нашего топлива. Мол это попадает много воды. Однако это не так. Появление жидкости показывает на качественную работу сажевого фильтра - катализатора.
Основной принцип действия сажевого фильтра
Как уже говорилось сажевый фильтр проводит обработку выхлопных газов с помощью реакций катализа. Проще говоря преобразует вредные вещества в пар, который конденсируясь, превращается в ту самую воду и почти безвредный выхлоп. В сажевом фильтре процесс этого превращения обеспечивают три элемента таблицы Менделеева:
Наличие этих редких и дорогих компонентов определяет высокую стоимость сажевого фильтра. Именно эти вещества вступая в реакцию превращают несгоревшие углеводороды из ряда CH в обычный пар H2O, а опасный угарный газ CO делает полезным углекислым газом. Платина и палладий работают как окислители, а родий восстановителем. По количеству активных веществ этот сажевый фильтр называется трёхкомпонентным. Рабочий сажевый фильтр снижает токсичность выхлопа до 85%.
Как устроен сажевый фильтр
Назначение катализатора указывает на то, где находится сажевый фильтр. Он расположен в системе выпуска отработанных газов. Обычно производители автомобилей стараются установить его сразу за выпускным коллектором, так как высокие температуры улучшают процессы преобразования. Однако здесь таится и свой минус. Близость к двигателю и температурный режим приводят к более быстрому износу сажевого фильтра. Состоит нейтрализатор из трёх частей:
Основой сажевого фильтра является блок нейтрализатора. Выполняется он в виде цилиндрического (иногда овального) блока тончайших трубочек. Они напоминают своим видом с торцевой части, пчелиные соты. Изнутри эти соты как раз и покрыты каталитическими компонентами, благодаря которым в них и происходит очищение выхлопа. Сверху блок покрыт специальным слоем, удерживающим тепло. Естественно, кроме входа и выхода рабочих трубок. Всё это заключено в металлический корпус повышенной прочности и жаростойкости.
Внимание! При работе двигателя сажевый фильтр в процессе катализа нагревается до 150— 200 градусов. Поэтому следует соблюдать крайнюю осторожность при работе с ним, и дать как следует остыть.
Иногда катализатор ставится непосредственно перед выпускным глушителем-резонатором. Такое расположение позволяет продлить срок службы сажевого фильтра, однако снижает его эффективность.
Электронное сопровождение работы сажевого фильтра
Нормальная работа каталитического нейтрализатора возможна только при условии качественного сжигания топлива в камерах сгорания. Горение такого уровня может обеспечить только топливная система двигателя, оснащённая ЭСУД (Электронная система управления двигателем), в которой все процессы контролируются электронным блоком, работающим на данных, получаемых с различных датчиков. Включен в эту схему и катализатор. Непосредственно перед блоком нейтрализатора, в корпус сажевого фильтра встроен специальный датчик. Его название - датчик кислорода. Обиходное прозвище Лямбда-зонд. Суть его работы в том, что, имея циркониево-платиновое покрытие, при нагреве он меняет потенциал сопротивления внешней оболочки в зависимости от степени содержания в выхлопе угарного газа. Если такое содержание начинает выходить за заданные рамки, ЭБУ сокращает время открытия форсунок и этим уменьшает подачу топлива. И при уменьшении этого показателя нормализует процесс в обратном порядке.
Системы Евро-2 и Евро-3 и 4
Первые автомобили с сажевыми фильтрами получили классификацию Евро. За чистоту отработанных газов по стандартам Европы. Однако через некоторое время была разработана и внедрена описанная выше система управления выхлопом через датчик кислорода. Эффективность очистки стала ещё выше. Срок службы сажевого фильтра увеличился. Эта система уже получила классификацию Евро-2. Как порядковый номер.
Но недостатком системы была возможность того, что при выходе из строя или удалении сажевого фильтра ЭБУ никак не реагировал. Тогда разработали систему Евро-3. Суть идеи такова: в систему, уже после блока нейтрализатора, врезали ещё один датчик кислорода. Получалось, что пока фильтр работает и всё в порядке ЭБУ видит следующую картину: показания сопротивления первого датчика - идут волнами. Уровень CO всё время меняется. В то же время показания второго датчика - ровная линия с небольшими колебаниями, то есть фильтр выполняет свою задачу. Если же показания становятся одинаковыми значит катализатор рассыпался или прогорел и ЭБУ резко сокращает впрыск. Если же сажевый фильтр забился, то линия показаний второго датчика станет ровной абсолютно. Но, впрочем, когда это происходит, водитель ощутит изменения без всяких датчиков. Заткнутая, по сути, выхлопная труба, это падение мощности более чем на 50%. Ну и в последние годы был принят автопромом за основу стандарт Евро 4. Но основным условием перехода на этот стандарт является не конструктивные изменения автомобиля, а переход всех заправочных станций на новый стандарт топлива. Многие статьи интернета важно утверждают, что для перехода автомобиля на стандарт Евро-4 нужна операция по установке специального катализатора. Такое утверждение звучит по меньшей мере странно. Дело в том, что все российские автомобили, выпущенные с 2005 года уже оборудованы сажевым фильтром, тем самым каталитическим нейтрализатором. Другой вопрос что многие владельцы его удалили. Но вопрос удаления этого устройства из системы выпуска отработанных газов тема отдельной статьи и здесь не рассматривается.
Внимание! Работы по удалению или замене фильтра стоит проводить только после консультации со специалистом.
Возможность выхода из строя сажевого фильтра
Трубки для блока нейтрализатора изготовляются из двух видов материала. Есть керамические соты и металлические. Керамические соты в работе более долговечны, так как при реакциях их поверхность не может вступать во взаимодействие с активными веществами. Кроме того, керамика в отличие от металла лучше переносит высокие температуры. Но при этом сажевый фильтр с керамической основой боится сильных встрясок и ударов, ведь этот материал более хрупок. Так что основная причина поломки - разрушение нейтрализующего блока.
В керамическом варианте он может рассыпаться, а в металлическом — прогореть. У систем с блоком, расположенным прямо за выхлопным коллектором, это очень неприятный момент. Либо осколки керамики ссыпаются вниз и забивают выход отработанных газов, либо металлический блок также падая, перекрывает выхлоп. Второй вариант - забивание рабочих сот при использовании топлива низкого качества. И последний, это выработка на внутренней поверхности сот всех активных элементов. Самый редкий случай, разрушение металлического корпуса. Во всех случаях требуется провести комплекс работ по замене или удалению сажевого фильтра. Но этот вопрос также стоит рассмотреть отдельной темой.
Сажевый фильтр для дизельных двигателей
Дизельное топливо по составу кардинально отличается от бензина и принцип работы дизелей отличен от работы обычных бензиновых ДВС. Соответственно и сажевый фильтр, каталитический нейтрализатор этих моторов, имеет отличное от бензинового строение.
Сажевый фильтр дизельных двигателей исполняется из карбида кремния и титана. Основной задачей нейтрализатора здесь, является не катализ, а простое улавливание и дожигание высокими температурами скапливающихся частиц сажи. Такие фильтры стали устанавливаться на дизельные моторы сравнительно недавно, после принятия экологических стандартов Евро-4 и Евро-5. Из особенностей этой системы можно назвать самоочищаемость этих нейтрализаторов. Электроникой предусмотрена система принудительного дожигания частиц. При накоплении в сотах сажи, включается специальный клапан, асинхронно подающий в цилиндры небольшое количество дополнительного топлива. Попадая в соты, эта смесь разогревает сажевый фильтр до температуры 500—700 градусов Цельсия принудительно выжигая осадки сажи начисто. На некоторых моделях вообще установлена ещё и дополнительная система впрыска азотной смеси в сажевый фильтр. По оценкам экспертов нейтрализаторы для дизеля по нормам Евро-5 удерживают до 95% выбрасываемой сажи. Но тему дизелей тоже стоит рассматривать как тему отдельной статьи, или даже цикла статей.
Ниже можно посмотреть интересное видео работе сажевого фильтра:
Сажевый фильтр – элемент выхлопной системы дизельного силового агрегата. Задача данного устройства – очищение выхлопных газов от сажи с целью предотвращения их попадания в атмосферу (порядка 90% не проходит наружу).
Применение фильтра началось в 2001 году на грузовом транспорте. Но ввод экологического стандарта “Евро-5” в 2009 поголовно обязал всех автопроизводителей ставить этот фильтрующий элемент и на машины любого класса и типа, которые работают на дизеле.
Принцип работы
Сажевый фильтр призван предотвращать/минимизировать попадание сажи в атмосферу. Он является частью глушителя и основная его задача – очистка отработавших газов. Однако, не стоит сравнивать это устройство с катализатором, потому как каталитический нейтрализатор борется с выхлопными газами, тогда как фильтр – лишь с сажей в них.
Сажевый фильтр функционирует в два этапа:
I ступень – захват сажи . На данном этапе частицы сажи оседают на стенках фильтрующего элемента, которые по своему виду напоминают ячейки. При этом, сажа не остается здесь полностью, а только частицы размером более 0,5 мкм. Остальная “мелочь” выходит вместе с газами наружу, хотя процент таких осадков невелик – порядка 10%.
Сажевый фильтр имеет свойство забиваться, что негативно отражается на мощностных характеристиках силового агрегата. На основании этого, устройство необходимо периодически подвергать чистке/регенерации.
II ступень: регенерация . Трудоемкий процесс очищения ячеек фильтрующего элемента от сажевых осадков. Процедура проходит согласно регламенту, предписанным производителем.
Взаимодействие с каталитическим нейтрализатором
На дизеле (по сравнению с бензиновым мотором), по большей части, катализатор не применяется по причине различий систем зажигания двигателей (свечи зажигания отсутствуют). Но крупные автомобильные концерны (VW Group) активно работают в этом направлении и создают комбинированные схемы сажевый фильтр/каталитический нейтрализатор.
Конструкция совмещенного фильтра:
- боковины корпуса очистительного устройства состоят из каталитического материала (зачастую, это титан). Посредством этого происходит сгорание и окислительные процессы отработавших газов (угарный, углекислый);
- внутренние ячейки имеют каналы малого сечения (состоят из карбида кремния), которые не пропускают в атмосферу частицы сажи.
Пассивная регенерация
Имеет место быть только на совмещенном устройстве, где каталитический нейтрализатор провоцирует процесс очищения посредством высоких температур. Сажевый фильтр нагревается до 300-500О C, при которых элементы сажи окисляются и сгорают.
Происходит это следующим образом:
- В каталитическом нейтрализаторе азот и кислород образуют химическую реакцию. Результат взаимодействия – образование диоксида азота.
- Диоксид азота взаимодействует с сажей, и на выходе получается угарный газ/окись азота.
- Финальная стадия: кислород образует химическую реакцию с окисью азота/угарным газом. Появляется углекислый газ и диоксид азота.
Так сажевый фильтр проходит очистку, но при условии продолжительных поездок.
При езде на короткие расстояния нужная температура может быть и не достигнута. В этом случае требуется принудительная регенерация, которая также предусмотрена на дизеле.
Процедура очищения производится при езде на высоких оборотах двигателя. Таким образом удается достичь разогрева элемента фильтрации приблизительно до 600O С. При такой температуре проходит аналогичный описанному выше процесс химических реакций с последующим очищением ячеек.
Все, что требуется водителю при принудительной регенерации – поддерживать необходимые обороты мотора. Все остальное происходит под надзором электронной системы – считывается информация с датчиков:
По окончанию процедуры очистки давление возвращается к исходным показателям, что говорит о завершении регенерации.
Фильтр при отсутствии каталитического нейтрализатора и автоматическая регенерация
Сажевый фильтр может и не совмещаться с катализатором. Каталитический нейтрализатор в таком случае находится перед элементом фильтрации, и эти два устройства никак не соприкасаются. Подобную схему применяют Ford, Peugeot, Toyota и другие.
Здесь процесс очищения проходит иначе. При определенном пробеге (с точной периодичностью в несколько сотен километров) электроника автомобиля самостоятельно впрыскивает особую присадку (на основе Церия) в тяжелое топливо:
- когда сажевый фильтр забивается, система впрыска поставляет данную присадку в камеры сгорания. При выходе отработавших газов фильтрующий элемент внутри нагревается до очень высоких температур (от +650 до +750О С), что раскаляет устройство;
- церий не вступает во взаимодействие с топливом и проходит вместе с отработанными газами в устройство фильтрации. В момент соприкосновения вещества с фильтром (сетка), оно воспламеняется и повышает температуру к +900-1000 О С;
- частицы сажи окисляются и сгорают.
Данный температурный режим способствует регенерации фильтрующего элемента. Выпускной тракт остается невредимым благодаря применению в нем высокопрочных материалов.
Для топливной присадки отведена специальная емкость. Сама присадка рассчитана на 100 000 километров, хотя этот показатель может сократиться при эксплуатации автомобиля на некачественном топливе.
Удаление
Сажевый фильтр служит только в целях экологии, поэтому его можно удалить без последствий для автомобиля. Тогда двигатель станет легче работать, а экологические нормы понизятся до стандарта “Евро-3” – что некритично. Процедура потребует некоторых навыков и усилий по причине взаимосвязи элемента с ЭБУ силового агрегата.
ЗА и ПРОТИВ
Плюсы удаления:
- отсутствие ошибок и режима аварийного состояния двигателя по причине забитого элемента фильтрации;
- отпадает необходимость режима регенерации (обязательная процедура);
- уменьшение расхода топлива;
- улучшение динамических показателей авто (повышение мощности);
- устойчивая работа силового агрегата;
- отпадает необходимость обслуживать фильтрующий элемент.
- ухудшение экологических показателей. Уровень выброса сажи в атмосферу резко повышается, хотя технический осмотр пройти можно;
- проблемы с эксплуатацией транспортного средства в странах с обязательным требованием необходимых экологических стандартов (Европейский Союз).
Способы удаления
- Перепрошивка программного обеспечения. Посредством подключения программатора происходит установка нового софта (не предусматривающий наличие фильтрующего элемента) на контроллер. После чего сам фильтр демонтируется.
Успех операции зависит от уровня профессионализма специалистов. При неквалифицированном подходе возможны различные сбои в работе силового агрегата и непредсказуемые последствия. - “Обманка” (эмулятор). Устройство, занимающее место удаленного фильтрующего элемента и имитирующее его работу. Установка “обманки” носит противоречивый характер: с одной стороны мотору станет легче работать, а с другой – имитация работы сохранит в памяти контроллера необходимость осуществления регенерации. Расход топлива останется на прежнем уровне.
Дизельные моторы начали оснащаться сажевыми фильтрами еще в 2000 году. Тогда еще не было таких жестоких требований по экологии, как сегодня и далеко не все производители их применяли, делая большую ставку на выходную мощность двигателя, нежели на заботу о природе. Когда в январе 2011 года были приняты стандарты Евро – 5, сажевый фильтр стал обязательным атрибутом выхлопной системы дизельного автомобиля. Сегодня мы попробуем разобраться в том, что же это за такой узел, для чего он служит, сколько он служит, и как с ним быть по окончанию срока его службы.
Как следует из названия, сажевый фильтр предназначен для того, чтобы минимизировать выбросы сажи вместе с отработанными газами. Сажа образуется в результате не полного сгорания дизельного топлива и зачастую сажевые фильтры задерживают до 99,9% сажи. Простой пример, вспомните какой цвет выхлопных газов у старого видавшего виды дизельного 1988 года, и как выглядят выхлопные газы у последнего поколения с трехлитровым мотором TDI.
Данный фильтр в выпускной системе автомобиля может устанавливаться за каталитическим нейтрализатором, а может быть и совмещен с ним в один корпус.
«Сажевик», как называют его в народе, представляет собой чаще всего керамический блок, со сквозными ячейками квадратного сечения, в которых и происходит удержание частиц сажи. Рано или поздно, но частицы сажи просто закупоривают соты фильтра и тем самым препятствуют выходу выхлопных газов, по причине чего создается высокое давление в выпускном коллекторе, что снижает мощность и ухудшает продувку ГБЦ, поэтому сажевому фильтру требуется периодическая чистка или регенерация.
Существует два вида регенерации сажевого фильтра: активная и пассивная.
Пассивная регенерация осуществляется поднятием температуры выхлопа отработанных газов до 600°С, на предельных нагрузках двигателя. Другими словами, простым выжиганием сажи из фильтра. Но есть другой, более безопасный способ, когда в дизельное топливо добавляется специальная присадка, которая обеспечивает сгорание сажи при более низкой температуре, которая будет на отметке 450 — 500°С.
Но есть нюансы, в которых пассивная регенерация с поднятием температуры выхлопа не может быть осуществлена, и в таком случае применяют активную регенерацию сажевого фильтра.
Принцип у активной регенерации такой же – выжигание, но осуществляется профессионалами с применением специализированного оборудования, и для этого есть несколько способов: нагрев выхлопных газов микроволнами, впрыск топлива или использование электрического нагревателя перед сажевым фильтром, ну или поздний впрыск топлива в камеру сгорания.
Эта процедура может обеспечить правильную работу сажевого фильтра еще на которое время, до того момента, как сами соты фильтра не начнут разрушаться.
В тех случаях, когда «сажевик» совмещен в одном корпусе с каталитическим нейтрализатором, пассивная регенерация происходит куда проще, так как окисление сажи в фильтре происходит непрерывно из-за действия катализатора, да и температура выхлопных газов ниже, в районе 350-500°С. Активная регенерация тоже упрощена. Она производится на температуре около 600°С, и эту температуру обеспечивает электронная система управления двигателем. О необходимости провести регенерацию тоже скажет электроника, которая промониторив состояние сажевого фильтра по данным датчиков, и оценив его пропускную способность выдаст заключение о его работоспособности.
Есть еще один способ очистки, с одной стороны более простой, с другой более сложный. Это когда фильтр просто снимают с автомобиля и промывают специальными промывочными жидкостями. Это происходит путем глушения одного из патрубков фильтра, а через другой заливается профилактическая химия, после чего его на 12 часов оставляют в вертикальном положении и периодически встряхивают. По истечении положенного времени, жидкость смывают, а сам фильтр промывают теплой водой.
Дизельный двигатель по сравнению с бензиновым более чувствителен к качеству топлива. Заправка некачественным дизельным топливом с большим содержанием серы, может привести к тому, что будет выделяться большое количество сажи, и сажевый фильтр просто будет не успевать его дожигать и в итоге забьётся. Так же проблемы могут возникнуть по причине низкой температуры выхлопных газов, из –за чего фильтр будет просто не дожигать сажу. Так же, сажевый фильтр имеет свой срок службы, и обычно это около 200 000 км пробега, но на эту цифру может влиять множество факторов, такие как стиль вождения, качество топлива и условия эксплуатации. В российских условиях ресурс обычно составляет 100-120 000 км.
Замена узла обойдется очень недешево, и чаще всего, к тому моменту, как сажевый фильтр выйдет из строя, большинство автомобилей уже потеряют заводскую гарантию производителя, поэтому нередко пользуются самым простым способом, которым можно решить проблему вышедшего из строя фильтра – это его физическое удаление с программным отключением.
Такой ход благоприятно скажется на состоянии и сроке службы дизельного двигателя, так как уменьшится нагрузка на шатунно – поршневую группу, но будет страдать экология, так как все то, что раньше оставалось в фильтре, будет уходить в атмосферу. И если на грузовиках или внедорожниках, живущих по большей части на трассах и зимниках это не большая проблема, то для легковых машин, живущих по большей части в городе это уже может быть серьезной проблемой, так как двигаться за такой машиной в городском потоке не самое приятное, чем можно закончить свой рабочий день.
С уважением, Андрей Червяков.
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 ) путем 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.