Что такое регенерация сажевого фильтра современного дизельного двигателя способы регенерации
Сажевый фильтр, регенерация на дизельном двигателе
Пассивная регенерация сажевого фильтра
Пассивная регенерация полностью очевидна для оператора и не оказывает влияние на показатели работы и характеристики автомобиля. Единственными признаками начала процесса регенерации является загорание контрольной лампы повышения температуры отработавших газов или появление сообщения о начале процесса регенерации на экране бортового компьютера.
Активная регенерация сажевого фильтра
Активная регенерация запускается в случаях, когда температура отработавших газов недостаточна для нейтрализации частиц сажи. На основании данных от различных датчиков блок управления дает сигнал о повышении температуры на выпуске путем впрыска небольшого количества топлива в камеру сгорания. Между молекулами драгоценных металлов в сажевом фильтре и частицами сажи происходит химическая реакция, которая в условиях повышенных температур ведет к окислению последних.
Стационарная (стояночной) регенерация
Стационарная (стояночная) регенерация аналогична активной, но проводится, когда автомобиль не находится в движении. Она запускается принудительно или самим водителем, или с помощью диагностического оборудования. Иногда для ее выполнения требуется прервать действующую поездку. Такая необходимость может возникнуть при невыполнении требований о проведении автоматической регенерации ранее или в случаях, когда процесс регенерации не был завершен. В других случаях водитель будет вынужден провести парковочную регенерацию, если он до этого проигнорировал запрос на ее проведение и коробка передач автомобиля перешла в аварийный режим. О необходимости проведения процесса регенерации водитель оповещается при помощи контрольной лампы на панели приборов или сообщения на экране компьютера. Как правило, для запуска регенерации нужно остановиться, задействовать стояночный тормоз и нажать на специальную клавишу.
Меры предосторожности при проведении стационарной (парковочной) регенерации
Вследствие повышения температуры отработавших газов в процессе регенерации требуется соблюдать осторожность. Избегайте расположения автомобиля вблизи легковоспламеняющихся материалов и людей.
Неисправности сажевого фильтра
Выход сажевого фильтра из строя может быть связан с нарушением требований, связанных с проведением регенерации. Это ведет к засорению фильтра, которое может быть настолько сильным, что единственным вариантом устранения проблемы станет только его замена. Но даже если вам удастся его очистить, эффективность дальнейшей работы будет снижена. Другим примером являются случаи воздействия высоких температур при засорении фильтра на его корпус. Это приводит к деформации последнего и необходимости замены фильтра в сборе. Сажевый фильтр нуждается в профессиональной очистке каждые 240,000 – 400,000 км пробега или 5,000 часов работы двигателя.
Мониторинг необходимости регенерации
На некоторых моделях контроль за необходимостью проведения регенерации осуществляется при помощи датчиков давления, которые измеряют значения на входе и выходе из фильтра. На других отслеживается пробег или часы работы двигателя. На большинстве автомобилей предусмотрено экстренное прекращение процесса регенерации при возникновении угрозы пожара. Однако, не забудьте вскоре после этого завершить регенерацию, иначе сажевый фильтр может выйти из строя.
Процесс регенерации
Регенерация может происходить только при соблюдении определенных условий, установленных производителем. Как правило, цикл регенерации реализуется так, что водитель даже не знает об этом. Сажевый фильтр нагревается до температуры около 600°C, а приток кислорода в него возрастает. В некоторых системах предусмотрен дополнительный впрыск топлива на такте выпуска, который обеспечивает прохождение горячих газов через фильтр и нагрев молекул углерода до температуры, необходимой для начала их реакции с молекулами кислорода. Другим вариантом является установка нагревательного элемента перед сажевым фильтром, который разогревает газы, проходящие через фильтр.
Следующим условием, необходимым для регенерации, является разность давлений на входе и выходе из фильтра. При изменении значения (например, при остановке двигателя) процесс прервется и возобновится только после того, как условия вновь станут подходящими. Эта процедура может быть довольно шумной, так как двигатель вращается с частотой 4 000 об/мин в течение 4 мин или более, а затем 2 000 об/мин в течении еще 4 мин или более. После завершения регенерации двигатель возвращается к нормальному режиму работы, а контрольная лампа на панели приборов гаснет.
Принудительная, ручная регенерация
На некоторых моделях регенерацию можно запустить принудительно с помощью диагностического прибора. Перед началом процедуры необходимо убедиться в том, что условия, необходимые для ее проведения, соблюдены. Нужно проверить уровни технических жидкостей (моторного масла и антифриза). Объем топлива в баке должен быть не ниже его емкости (или соответствовать требованиям производителя).
Регенерация должна производиться вне помещений. На некоторых моделях Ford вакуум в выпускном коллекторе может повлиять на значения противодавления. Также необходимо убедиться в отсутствии посторонних и легковоспламеняющихся объектов под днищем автомобиля и в области выхлопной трубы.
Для правильного проведения процедуры следует придерживаться инструкций по работе диагностического оборудования и технической информации производителя.
Проблемы при проведении регенерации
Сложности возникают при прерывании процесса регенерации и накопления массивных отложений в сажевом фильтре, препятствующих самоочистке. Короткие поездки и транспортные заторы препятствуют нагреву сажевого фильтра до нужной температуры. В этой ситуации на панели приборов загорится контрольная лампа. Если проигнорировать этот сигнал, то вторым предупреждением может быть переход трансмиссии автомобиля в аварийный режим. При этом автомобиль не сможет разогнаться быстрее 10 – 20 км/ч. Выйти из него можно будет только после корректного проведения регенерации.
Сажевый фильтр представляет собой керамический блок с многочисленными узкими каналами, которые выполняют 2 функции. Во-первых, они задерживают частицы сажи в системе выпуска. Во-вторых, эти каналы создают дополнительную поверхность, на которой размещаются частицы драгоценных металлов, помогающих нейтрализовать частицы сажи. Работа сажевого фильтра подобна функционированию каталитического нейтрализатора, который задерживает и окисляет частицы вредных веществ в системе выпуска. Но сажевый фильтр отличается тем, что его регенерация происходит с определенными интервалами, а не все время, как на бензиновых автомобилях.
Сажа является побочным продуктом неполного сгорания дизельного топлива и моторного масла. По весу она на 98% состоит из углерода. Молекулы этого вещества клейкие, поэтому они быстро соединяются с другими, образуя более крупные частицы сажи. Сажа оказывает губительное воздействие на живые организмы и окружающую среду. Дизельные двигатели более склонны к образованию сажи. Причинами этого является более высокая плотность дизельного топлива по сравнению с бензином, а также то, что дизельное топливо воспламеняется от сжатия, а не от искры. Для предотвращения склеивания частиц нужно произвести их окисление. Это достигается путем нагрева их до температурных значений, превышающих те, которые достигаются в камере сгорания.
Дизельные легковые и грузовые автомобили, выпущенные после 2009 г. должны быть оборудованы сажевым фильтром. Недостатком этой системы является необходимость регулярной очистки фильтра. Частицы сажи накапливаются в каналах фильтра, что приводит к его засорению. Очистка сажевого фильтра осуществляется путем его регенерации. Этот процесс может производиться различными способами.
Все про DPF фильтр, устройство и принцип работы, как почистить
DPF – дизельный сажевый фильтр (Diesel Particular Filter) предназначенный для улавливания твердых частиц выхлопных газов, которые возникают при сгорании топлива. Он устанавливается на дизельных автомобилях за первым или вторым (если их два) каталитическим нейтрализатором (по схеме от двигателя).
Когда появились, виды устройств
По экологическим нормам «Евро-4» сажевые фильтры DPF начали устанавливаться в Европейских странах на дизельные автомобили с 2001 года.
На некоторых машинах они устанавливаются совместно с катализатором в одном металлическом корпусе, поэтому у многих это вызывает затруднения в их поиске.
Загрязнения, улавливающиеся DPF фильтром, представляют собой сложные соединения углерода с водой, серой, металлами. Размеры их частиц достигают от 10 нм до 1 мкм. В совокупности они формируют сажу и копоть, которые вредны для окружающей среды. Благодаря сажевому фильтру этих соединений в выхлопных газах остается всего 0,1%.
DPF – это английская аббревиатура. Существуют еще Немецкие (RPF — RubPartikelFilter) и Французские (FAP — Filtre a Particules) обозначения.
По способу регенерации (очистки) они делятся на устройства:
Устройство и принцип работы
Рассмотрим на примере работы сажевых фильтров DPF с каталитическим покрытием – как правило, устанавливаются на автомобилях концерна Volkswagen (VW).
Выхлопные газы, покинув каталитический нейтрализатор, обладают высокой температурой, поэтому при изготовлении сажевого фильтра используются высокопрочные, жаростойкие материалы — это керамика в основу которой входит карбид кремния, церий, оксид алюминия, платина. Последний металл играет роль катализатора.
Конструктивно сажевый фильтр DPF представляет из себя металлический корпус, в котором размещена керамическая пористая ячеечная матрица с насквозь пронизывающими ее тонкими отверстиями (крипты — глухие перфорированные газовые каналы). Последние могут быть 4-х или 8 угольные.
Отверстия расположены параллельно движению выхлопных газов. Часть из них с одной стороны открыта, а с другой закрыта. Поэтому одни из них считаются впускным, другие выпускными.
Сами же очистительные элементы выполнены в виде фильтрующих стенок. Они изготовлены из пористого карбида кремния, который сверху сначала покрыт смесью оксида церия и алюминия, а затем платиной.
Особенность платины заключается в том, что данный металл благоприятно влияет на прохождение химической реакции, но при этом сам не меняет свою структуру, не распадается и не создает других химических соединений что очень важно при фильтрации.
Также на корпусе сажевого фильтра DPF расположены датчики дифференциального давления и температуры. Они контролируют степень загрязненности устройства и передают данные на блок управления двигателем. Количество, тип и место расположение датчиков может отличаться для конкретных марок автомобилей.
Принцип работы заключается в следующем. Попадающие в сажевый фильтр через впускные трубки выхлопные газы начинают искать выход, а он только один — пористый карбид кремния, пройдя через который сажа и копоть в результате сложной химической реакции окисляются (сгорают), превращаясь в углекислый газ.
Дальше очищенные газы через выпускные трубки попадают в выхлопную трубу и уходят в атмосферу. Запахи их при этом существенно отличаются от обычного неочищенного выхлопа.
Этот процесс происходит постоянно до тех пор, пока сажевый фильтр не забьется. Как только это произошло запускается процесс самоочистки в результате которого все загрязнения выгорают. Дальше подробнее.
Как работает регенерация?
На современных автомобилях устанавливают саморегенерирующие сажевые фильтры. Чтобы начался процесс самоочищения автомобиль должен работать в определенном режиме.
Существуют пассивный и активный способы регенерации выхлопных газов.
Первый работает при продолжительно стабильной работе двигателя, к примеру, при загородной езде по трассам с равномерной скоростью. В этот момент фильтр разогревается выхлопными газами до 300-500 0 С. Именно при такой температуре химическая реакция проходит правильно и сажа полностью выгорает.
Важную роль в этом процессе играет катализатор – платина. Данный металл облегчает и ускоряет процесс окисления, который может проходить не при 600-650 0 С, как обычно бывает, а при температуре 300-500 0 С.
Активный способ регенерации включается в работу при перемещении на короткие расстояния, когда приходится часто останавливается (свойственно для городской езды). При этих условиях не выдерживаются необходимые температуры, сажевый фильтр быстро забивается и возможна не полная его очистка.
Особенно это свойственно для зимы, когда за короткую поездку в магазин или на работу двигатель не успевает прогреться и через фильтр проходят еще относительно холодные выхлопные газы при этом процесс очистки не успевает запуститься.
Но важно понимать, что если регенерация уже началась, то ее не рекомендуется прерывать и для города это проблема. Вы выехали на деловую встречу, подъехали к месту, а тут начался процесс очистки, который может длится от четверти до полу часа.
Если заглушить машину, то процесс снова начнется при следующем запуске двигателя. Если часто очистка фильтра остается не завершенной, то любые следующие попытки в итоге приведут к перерасходу топлива, повышению уровня масла, так как мотор будет постоянно работать в нестандартном режиме и даже может пойти в разнос. В скором времени появится сообщение о превышении попыток регенерации.
Также очистка сажевого фильтра по принципу срабатывания делиться на:
Спонтанная очистка включается по команде от блока управления, который ориентируется на показания датчиков температуры и давления. Или если в блоке прописана программа, запускающая регенерацию при определенном количестве сгоревшего топлива или пройденного пути.
Принудительно очистка запускается вручную, обычно это делается в сервисе, но можно сделать и самому, процедура стандартная.
Если все сделано правильно, то двигатель выйдет на обороты 1500 в минуту, это даст возможность прогреться фильтру до 300 0 С. Затем температура в нем резко возрастет до 600-650 0 С и процесс очистки перейдет в активную фазу. Это будет видно по копоти выходящей из выхлопной трубы. Процесс может продолжаться около 30 минут.
Если регенерация не запускается, по причине большого содержания сажи, то можно обмануть систему и немного снизить этот показатель. Так как информацию на ЭБУ о забитости фильтра выдают датчики разности давления, а последний показатель поднимается не сразу, а постепенно, то этим можно воспользоваться.
Заведите автомобиль и сразу же начинайте движение максимально набирая обороты, используйте так называемый спортивный старт. Первых 20 секунд хватит, чтобы дать автомобилю максимального ускорения и немного пробить фильтр. 5-6 попыток улучшат ситуацию.
В автоматическом (спонтанном) режиме запускается специальная программа, которая, в зависимости от марки авто:
Также могут быть технические решения, которые совместно с программным обеспечением управляют:
Все это дополнительно разогревает фильтр до 600-650 0 С. Таким образом функционирует активная регенерация, которая обеспечивает полное сгорание сажи.
Также активная регенерация может проводится химическим методом добавлением различных присадок в топливо. Благодаря этому сажа в выхлопных газах нейтрализуется не при 600 0 С, а при 450 0 С — 500 0 С. Но об этом дальше.
Как правило, срок службы сажевого фильтра DPF 120-200 тыс. км. пробега. Но встречались ситуации, когда фильтр на некоторых авто, к примеру, на Audi Q7, служил 300 тыс. и еще был в рабочем состоянии.
Но если дизельный автомобиль постоянно эксплуатируется в городе и часто заправляется не качественным топливом, то срок работы фильтра значительно уменьшается, так как оба способа регенерации (пассивный и активный) могут не справляться со своими задачами.
Стандартный период запуска регенерации, как правило, происходит каждые 1500 – 2000 км. Все зависит от марки авто, качества дизельного топлива и условий эксплуатации.
Если процесс очистки начал запускаться чаще, то значит фильтр сильно забит и возникшие в нем отложения уже не поддаются самоочистке.
Забитый фильтр создает большое давление в выхлопной системе, так как выход газов затруднен. По этой причине цилиндры плохо очищаются от продуктов горения и это приводит к потере мощности двигателем, срабатывают датчики дифференциального давления и температуры, загорается лампа предупреждения на панели приборов. Так же данная ситуация может способствовать выходу из строя форсунок и другим неисправностям.
Отличия DPF и FAP
Принцип работа фильтров DPF и FAP отличаются. Первый был разработан концерном Volkswagen (VW) и при режимах регенерации предусматривает нагрев выхлопных газов различными способами кроме присадок.
Система FAP наоборот, подразумевает использование присадок в топливо для уменьшения температуры регенерации. Она была разработана концерном Peuqeot-Citroen, но помимо своих моделей (Пежо, Ситроен) устанавливается еще на автомобили, производимые Ford, Volvo и Toyota.
Место размещения сажевых фильтров DPF и FAP одинаково, за катализатором. Но первые находятся с каталитическим нейтрализатором в одном корпусе. Особенно это видано на примере Volkswagen Transporter Т5.
Вторые же устанавливаются как отдельные элементы.
Работа системы FAP происходит следующим образом. В специальном бачке объемом до 5 литров, который обычно размещается внутри топливного бака, находится присадка с церием – называется Eolys.
Количество присадки, которое контролируется поплавковым датчиком в бачке, рассчитано на весь срок службы сажевого фильтра, а это от 120 до 200 тыс. км. пробега. Но в некоторых моделях авто ее объем рассчитан только на 80 тыс. пробега, поэтому приходится присадку доливать.
Активная регенерация в системе FAP включается тогда, когда сажевому фильтру нужно дать хорошую «встряску» и очистить его от застоявшейся сажи.
При забитом фильтре, ЭБУ или специально предназначенный для этого блок, определяет по полученной информации от датчиков степень его загрязненности и рассчитывает нужную порцию присадки, которая с помощью электрического насоса перекачивает в бак.
Благодаря такому решению сажа эффективно сгорает не при 600-650°С, а при 450-500°С.
Недостатком системы Filtre a Particules является то, что, хотя присадка с церием и способствует полному сгоранию сажи, сама она не сгорает и оседает в виде золы на стенках сажевого фильтра. Активная регенерация ситуацию не спасает.
Многие считают, что это уменьшает срок службы очистительного элемента, но на самом деле производитель уже учел этот недостаток в его конструкции. Скорее всего на срок службы больше повлияет качество топлива и игнорирование профилактических мероприятий про который сказано в конце статьи.
Также, не качественная соляра увеличивает расход присадки и доливать ее приходится чаще.
Причины быстрого износа сажевого фильтра
В любом двигателе все взаимосвязано, поэтому если в какой-то системе идет сбой, то это отражается и на работе других систем.
К примеру, не правильно работает топливная система, форсунка льет соляру и идет ее переизбыток. А это значит, что в выхлопных газах образуется большое количество сажи. В результате быстро забивается DPF фильтр и часто запускаются процессы его регенерации.
Также к завышенному количеств сажи в газах приводит недостаток воздуха в системе. К примеру, забился воздушный фильтр, неправильно работает нагнетающая турбина, или где-то идет утечка воздуха. Последнего в цилиндры поступает мало, переобогащенная смесь сгорая образует повышенное количество сажи.
Ну и банальная причина – не качественное топливо, в котором может содержатся завышенное количество примесей, которые сгорая образуют много сажи.
Стоит ли удалять сажевый фильтр и как это сделать?
Фильтр DPF, так же, как и каталитический нейтрализатор, не ремонтируется и не обслуживается, при выходе из строя менять его на новый или перепрошивать ЭБУ и устанавливать обманку датчика загрязнения — каждый решает сам.
Но не нужно забывать про периодическое проведение технического осмотра, где наличие данного элемента выхлопной системы обязательно проверят.
Конечно, если фильтр DPF забит и на панели приборов постоянно горит ошибка, это неправильно. Но важно еще и понимать, что в данной ситуации вы используете не всю мощность автомобиля, увеличится расход топлива, возможен выход из строя форсунок, закисание геометрии турбины, и других неисправностей, как топливной, так и других систем. Мы уже не говорим про экологическую составляющую.
Поэтому, если фильтр DPF окончательно забился, то его лучше поменять на новый. Но не у каждого есть в пределах от 60 до 100 тыс. рублей, особенно, если вы обладатель б/у автомобиля.
В данной ситуации можно пойти тремя путями:
Первый вариант мы не рекомендуем использовать, так как всем понятно, что в изделии за 20 тыс. рублей вряд ли есть платина и другие дорогостоящие металлы.
Как себя поведет устройство не понятно и переживет ли оно хотя бы первую регенерацию без возгорания, тоже под вопросом. Если вам не жалко своего авто и хотите проинспектировать, то дерзайте, только обзаведитесь парочкой дополнительных огнетушителей литров на 10 каждый.
Второй вариант тоже сомнителен, так как внутри банки с металлическими опилками давление и температура будут отличатся от нормативных, прописанных в ЭБУ. На панели приборов постоянно будет гореть ошибка, а частая регенерация все равно быстро выведет устройство из рабочего состояния.
Последний вариант наиболее предпочтителен. Ведь если все сделать правильно, то это не появляется на работу двигателя, разве что добавит пару лошадиных сил. Но тут важно обратиться к хорошим специалистам.
Последний и предпоследние пункты очень важны так как если нарушить систему диагностики, то последующие неисправности будет невозможно выявить, к примеру, двигатель не будет заводиться, а подключённый сканер покажет, что все ОК.
А если не отключить всю систему в ЭБУ, то неправильные показания датчиков вызовет у электроники «ступор» в буквальном смысле слова. Появятся ошибки на панели приборов и возникнуть другие проблемы, к примеру, высветится аварийный режим.
Полезные советы для владельцев дизельных авто
Чтобы продлить срок службы сажевого фильтра и как можно дальше оттянуть его замену, нужно периодически проводить его диагностику и выполнять принудительную активную регенерацию. Делают это на автосервисах химическим или другим методом.
Но не все сервисы берутся за эту работу, так как там понимаю, что если спонтанная активная очистка не помогает, то и принудительная ситуацию вряд ли спасет.
Ну и это очень опасно, так как возникающие большие температуры могут привести к воспламенению горючих жидкостей, которых на автосервисе не мало. Поэтому, как правило, на СТО предлагают свои способы решения проблемы. О них мы писали выше.
Ну а автовладельцев новых дизельных автомобилей может порадовать новость о появлении в ближайшее время сажевых фильтров DPF с ресурсом 250 тыс. км. и более. Всем удачи.