Первые дизельные сажевые фильтры в автомобилях с дизельным типом двигателя появились в 2001 году. В 2008 эти фильтры стали обязательны для всех легковых автомобилей с дизельными двигателями ( см. устройство дизельного двигателя ) после введения нормы Евро 5.
Как это видно из названия, дизельный сажевый фильтр предназначен для уменьшения выброса в атмосферу частичек сажи вместе с выхлопными газами. Практика показывает, что использование сажевых фильтров (DPF или дословно Diesel Particulare Filter) помогает достичь снижения выброса частиц сажи на 80, а то и на все 100%.
Автомобили различных производителей имеют некоторые конструктивные особенности в строении сажевых фильтров. Однако принципиально эти различия можно свести к двум вариантам: сажевый фильтр – отдельный элемент выхлопной системы, и вариант два – сажевый фильтр представляет собой часть конструкции, включающей в себя каталитический нейтрализатор. В этом случае этот узел имеет название «сажевый фильтр с каталитическим покрытием».
При работе дизельного сажевого фильтра различают два этапа. Это собственно фильтрация, и необходимая, время от времени, регенерация фильтра. В процессе фильтрации фильтр «отлавливает» частички сажи; граничным размером частиц, которым удается избежать фильтрации, считается размер от 0,1 до 1 микрометра. Это довольно опасные для дыхательной системы человека и животных частицы, но, к счастью, их доля в выбросах не велика – не более 5%. Рано или поздно накопившаяся сажа начинает служить ощутимым препятствием на пути выхлопных газов. Водитель автомобиля начинает замечать, что мощность двигателя ( см. устройство двигателя автомобиля ) падает. Поэтому следует попробовать осуществить регенерацию сажевого фильтра.
Регенерация сажевого фильтра
В дизельных сажевых фильтрах различных производителей используются различные способы регенерации, однако принципиально это пассивная и активная регенерация.
Под пассивной регенерацией сажевого фильтра подразумеваются самостоятельные действия водителя в тех случаях, когда на дисплее бортового компьютера появилось соответствующее уведомление, или же водитель сам заметил падение мощности двигателя. Самым простым способом пассивной регенерации является повышение температуры в фильтре, а соответственно простое сжигание сажи. Для этого надо всего лишь дать двигателю полную нагрузку и проехаться так километров 30-40. Еще одним методом пассивной регенерации является использование специальных добавок в дизельное топливо. Эти добавки просто снижают температуру, при которой сажа воспламеняется и полностью сгорает в фильтре.
При активной регенерации сажевого фильтра главным действующим лицом становится не водитель, а специальный контроллер, предусмотренный конструкторами. При поступлении данных от датчика температуры и датчика давления контроллер производит анализ данных и делает вывод о наличии частиц сажи и о необходимости их удаления. Если контроллер в результате анализа принимает решение об удалении частиц, он впрыскивает дополнительное количество топлива, чтобы поднять температуру и сжечь частицы сажи в фильтре. Если производителями предусмотрен другой способ регенерации фильтра, контроллер обязательно его задействует. Таким образом, контроллер самостоятельно в запрограммированном режиме осуществляет контроль над процессом регенерации сажевого фильтра.
Работа сажевого фильтра
Рассмотрим конструкцию и работу сажевого фильтра. Конструктивно сажевый фильтр - это цилиндр, изготовленный из металла или сплава, внутренняя часть которого заполнена керамикой, способной задерживать частички сажи и в то же время выдерживать довольно высокие температуры. Компьютер, управляющий работой двигателя, постоянно следит за объемом выхлопных газов, которые проходят через фильтр, как только этот параметр перестает удовлетворять запрограммированные показатели, запускается процесс регенерации сажевого фильтра – в обычном понимании – самоочистка от накопившегося избытка сажи. Чаще всего сажа просто сжигается при движении автомобиля с хорошей нагрузкой, когда температура в фильтре становится примерно в 350-400°С. Если же автомобиль эксплуатируется в черте города или проезжаемые им расстояния незначительны и нет возможности довести температуру в фильтре естественным путем, в ход включается активная регенерация.
Принципиально этот процесс выглядит так. Сначала в цилиндр подается обычная порция топлива, однако вслед за ней подается еще одна, дополнительная порция топлива. Естественно, что топливо сгорает не полностью, поэтому его основная часть попадает в катализатор, расположенный перед самым сажевым фильтром. В катализаторе топливо сгорает, что приводит к повышению температуры (примерно до 500-700°С) выхлопных газов. Сажа начинает гореть, и из выхлопной трубы автомобиля начинает идти черный дым. Так выглядит работа сажевого фильтра.
Промывка сажевого фильтра
В некоторых случаях необходимо осуществлять промывку сажевого фильтра. Для выполнения этой процедуры понадобятся специальный очиститель, распылительные зонды (две единицы), сам пистолет-распылитель, а также смывка-ополаскиватель.
Для начала промывки сажевого фильтра стоит обеспечить доступ к самому фильтру. У подавляющего большинства автомобилей этот пункт предусматривает снятие датчика давления и температуры. Следующее, что необходимо сделать - это ввести специальный зонд в отверстие фильтра. Распыление проводят при рабочем давлении в 6-8 бар, время распыления должно составлять примерно 5 секунд, затем следует выдержать паузу в 5 секунд и провести повторное распыление. Сам зонд следует двигать вперед-назад, а также вращать вокруг оси. Распыление следует вести до полного использования средства для чистки. Затем точно такую же операцию надо провести, но уже используя не очиститель, а средство для смывания – оно помогает растворить и перераспределить оставшиеся в фильтре частички сажи. После этого следует поставить все части на свое место и провести тестовый пробег автомобиля, длительностью не менее 20 минут.
Регенерация сажевого фильтра должна начаться. В случаях, когда регенерация так и не началась, необходимо обратиться к специалистам на СТО, где окажут необходимую техническую помощь. Таким образом, промывка сажевого фильтра вполне возможна и позволяет сэкономить деньги, поскольку она стоит гораздо дешевле, нежели полная замена старого дизельного сажевого фильтра на новый.
Удаление сажевого фильтра
Как правило, любая забота о ком-то в конечном итоге приводит к тому, что именно этот кто-то вынужден будет за все расплачиваться, и хорошо, если только деньгами. Вот так можно подытожить введение ограничений по составу выбросов выхлопных газов, когда были утверждены нормы ЕВРО-4. Разумеется, обстановка в городах значительно улучшилась, воздух стал намного чище, но непонятно по какой причине это вылилось в дополнительную прибыль изготовителям. Чтобы улучшить состав ВГ (выхлопных газов) в конструкцию автомобилей был добавлен дизельный сажевый фильтр. Но, при всей эффективности очистки выхлопных газов, большинство автовладельцев задумываются об удалении сажевого фильтра.
На самом деле функция дизельного сажевого фильтра очень полезна. Он очищает выхлопные газы от мельчайших частиц несгоревшего топлива и других вредных составляющих – это, несомненно, способствует улучшению экологической обстановки. Но, если тщательно разобраться в данном вопросе, то дизельный сажевый фильтр, при всех своих плюсах, борется с последствием предоставления водителям некачественного горючего, а также с отвратительной дорожной инфраструктурой, из-за которой водители вынуждены простаивать в длинных пробках, передвигаясь с маленькой скоростью.
Последствия такого подхода будут выражаться в увеличенном содержании вредных веществ в составе ВГ, в частности для дизеля – сажи. Используя данное устройство, другими отрицательными факторами также являются:
2. Потеря времени, обусловленная началом регенерации и обслуживание машины;
Данное приспособление появилось на автомобилях при переходе к стандартам Евро-4 и выше. В принципе, двигатели не претерпели модернизации, перемены коснулись очистки выхлопных газов. Разумеется, это не совсем так, но таким образом проще оценивать результаты введения данного устройства, тем более существуют аналогичные двигатели, но соответствующие не таким жестким стандартам по уровню выхлопа. Если удалить сажевый фильтр, то автомобиль станет соответствовать более низким нормам – Евро-3 и ниже. В нашей стране такие нормы допустимы.
Но просто так данное приспособление не получится убрать из автомобиля. Вся проблема заключается в том, что состояние прибора учитывается контроллером управления мотором. Однако все равно существует возможность удаления сажевого фильтра, причем, и не одним способом.
Варианты удаления сажевого фильтра
1. Изменение прошивки контроллера
Программное удаление сажевого фильтра выполняется так – за счет внешних устройств присоединяется программатор и изменяется прошивка контроллера, в него устанавливается версия, которая не предусматривает в составе автомобиля наличие дизельного сажевого фильтра. После этого он физически удаляется, на это действие контроллер никак не отреагирует.
Но необходимо учесть, что «мозги» автомобиля – штука тонкая. Дальнейшие последствия могут быть непредсказуемыми, все зависит от правильности свежей прошивки и квалификации исполнителя. Если прошивка, направленная на удаление сажевого фильтра, недоработана или, проще говоря, «кривая», то она негативно отразится на поведении автомобиля. Предсказать, как это будет проявляться, совершенно невозможно – здесь все полностью зависит от «кривизны» прошивки.
Несмотря на это, существует большое количество компаний и специалистов, готовых произвести удаление сажевого фильтра, и автомобиль после их действий сохранит полностью все свои возможности, даже более того, у некоторых из них наблюдаются улучшения. Правда, придется за это заплатить деньги, но значительно меньшую сумму, чем понадобится для замены и последующего обслуживания удаленного изделия.
2. Обманка дизельного сажевого фильтра
Используя такой вариант, вся процедура удаления сажевого фильтра выглядит намного проще, причем она никак не зависит от типа дизельного сажевого фильтра. Ключевой момент при таком варианте заключается в дополнительном устройстве, в простонародье он зовется обманкой или же эмулятором. По сути, после удаления сажевого фильтра из конструкции автомобиля он имитирует его присутствие.
За счет того, что такой эмулятор формирует для контроллера все необходимые сигналы, последний не замечает, что произведено отключение сажевого фильтра, и функционирует в обычном рабочем режиме. Используя такой метод, вырезать устройство из конструкции авто можно полностью «безболезненно».
Правда, мнения расходятся по поводу того, насколько эффективно такое отключение. Глядя с одной стороны, такое действие позволяет избежать ряда проблем, связанных с тем, что этот фильтр нуждается в замене и обслуживании, а с другой, хоть он и удален физически, но контроллер не отмечает его отсутствия в системе, а если эмуляция работы будет достоверна, режим регенерации активируется.
Это приведет к тому, что топливный расход не уменьшится, так как контроллер будет осуществлять совершенно не нужную регенерацию.
Последствия удаления сажевого фильтра
Оценка конечных результатов весьма противоречива, здесь присутствуют достоинства и недостатки. К положительным моментам можно отнести следующие:
2. Отсутствие регенерационного режима, который нельзя прерывать;
3. Снижение топливного расхода в процессе эксплуатации;
4. Гораздо улучшенная динамика автомобиля, увеличение мощности силового агрегата и улучшение его работы;
5. Исключение денежных затрат, связанных с периодическим обслуживанием или заменой;
Однако в результате удаления сажевого фильтра можно получить ряд отрицательных эффектов, к примеру:
2. Трудности при появлении транспортного средства на территории Европы.
Невзирая на внешнюю привлекательность и оригинальность оснащения машины таким приспособлением, как дизельный сажевый фильтр, владельцем авто, где они присутствуют, это приносит только дополнительную головоломку и расходы. Таким образом, вопрос удаления сажевого фильтра может рассматриваться как реальный вариант избавления от проблем, связанных с ним, и улучшения характеристик автомобиля.
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.
Источники: http://systemsauto.ru/output/soot.html
В Европе водители любят дизельные двигатели за их экономичность. И это не удивительно при большой стоимости топлива на территории Евросоюза. К тому же их гибридным аналогам и электрическим автомобилям еще предстоит долгий путь развития, чтобы у покупателей появился экономический смысл в их приобретение (гибридные и электрические транспортные средства стоят по сравнению со своими традиционными версиями очень дорого, что не позволяет окупить переплату при покупке).
В тех странах, где стоимость топлива очень высокая люди в первую очередь руководствуются расходом топлива. Именно поэтому в Европе люди предпочитают покупать дизельные версии автомобилей. Кроме того в последние годы потребители не довольны тем что автопроизводители стали существенно занижать реальный расход бензина, который кардинально отличается от заявленного в спецификации.
Из-за повальной популярности дизельных двигателей практически все автопроизводители присутствующие на рынке в Европе выпускают дизельные модификации популярных моделей. Так недавно на рынке появились дизельные модели Mercedes-Benz CLA и BMW X3, которые потребляют намного меньше топлива, чем их традиционные аналоги.
Другая причина, которая объясняет, почему Европейцы так любят дизельные двигатели, довольна проста: дизельные двигатели менее мощные на определенных оборотах двигателя, но имеют больший крутящий момент на низких оборотах, что дает преимущество использования автомобиля в условиях плотного городского потока.
Если вы хотите максимально быстро разогнаться до 50 км/час с места или вам нужно буксировать автомобиль из пункта А в пункт В то турбо дизельная машина справится с этим лучше всего.
Правда помимо преимуществ дизельного двигателя есть и минусы. Дело в том, что дизельное топливо очень грязное (мазут). Именно поэтому обслуживание дизельных моторов обходится значительно дороже. Одним из самых важных компонентов в выхлопной системе является сажевый фильтр (сокращенно DPF) Стоимость его замены дорогое удовольствие (от 1000 Евро в зависимости от модели и марки машины). Именно о нем мы сегодня и расскажем. Но прежде чем перейти к основной теме, давайте окунемся в историю.
Сажевые фильтры появились в начале 80-х годов, которые устанавливались на мощных внедорожниках. Затем сажевые фильтры стали появляться на грузовых дизельных автомобилях. Начиная с 1987 года, в США и в Европе установка сажевого фильтра обязательна, в соответствии с экологическими нормами, которые были приняты в то время.
Со временем оснащение сажевым фильтром дизельных легковых автомобилей, также стало обязательно. В наше дни это мировой стандарт экологических норм.
Сажевый фильтр предназначен, чтобы снизить уровень загрязняющих веществ в выхлопе автомобиля. Именно поэтому на автомобилях, на которых не стоит сажевый фильтра дым из выхлопной трубы черный из-за твердых частиц продуктов сгорания дизельного топлива.
Современные сажевые фильтры умело справляются с очисткой выхлопных газов при работе дизельного двигателя. Именно поэтому в последние годы новые дизельные машины не дымят черным дымом.
Обратите внимание на рисунок в начале статьи, на котором изображен сажевый фильтр Audi A8 3.0 TDI.
Благодаря инновационной технологии фильтр помогает очищать выхлоп, который в итоге ни чем не отличается от выхлопа бензинового мотора (по содержанию твердых вредных частиц).
Этот элемент автомобиля играет важное значение. Но, к сожалению, несмотря на его стоимость, это обычный «расходник», который периодически необходимо менять. Традиционно если ваш автомобиль находится на гарантии, то при необходимости замены вам обязательно предложат поменять сажевый фильтр.
Срок службы сажевого фильтра могут варьироваться в зависимости от условий эксплуатации автомобиля, от пробега и т.п. К примеру, если владелец автомобиля делает частые, но короткие поездки, то сажевый фильтр может быстрее выйти из строя. К тому же если транспортное средство часто используется на низких скоростях (например, в городе), то система очистки выхлопа не может эффективно регенерировать удаление сажи, которую собирала система фильтрации.
Как правило, железный корпус DPF скрывает сложную систему смеси твердых компонентов. Большая часть внутренностей сажевого фильтра представляет собой углеродные микросферы, через которые и проходит выхлоп, оставляя сажу. Благодаря химической реакции различными металлами, в которую вступают вредные твердые частицы, продукты горения дизельного топлива обезвреживаются на 80 процентов.
В последние годы многие автомобили стали оснащаться системой рециркуляция выхлопных газов, которая влияет на потребление дизельного топлива, что естественно ведет к уменьшению в глобальном масштабе вредных выбросов в атмосферу в связи с меньшей потребностью в топливе.
С учетом того что с 2016 года на территории Европы вводятся новые экологические требования (Евро-6) внимание к дизельным двигателям будет только возрастать. Скорее всего, в ближайшие время многие автопроизводители представят новые технологии по очистки отработанных газов.
Стоит отметить, что Париж и Лондон недавно приняли решение запретить использование дизельных машин, в городе начиная с 2020 года. Но, несмотря на это как нам кажется, будущее у дизельных силовых агрегатов есть. Ведь этот двигатель надежней и эффективней по сравнению с бензиновыми моторами. Не верьте никому, что в скором времени дизельные моторы уйдут в прошлое.
Современный прогресс движется бешеными темпами, и поэтому развитие автопромышленности будет развиваться быстрыми темпами, что позволит автомобильным компаниям изобретать новые современные турбо-дизели и инновационные системы очистки.
