Дизельный сажевый фильтр dpf

Лучшие инструкторы по вождению:

Что из себя представляет сажевый фильтр?

В Европе водители предпочитают машины с дизельными двигателями, за их экономичность. И это ни чуть не удивительно при достаточно большой стоимости топлива на всей территории Евросоюза. И к тому же, их гибридным аналогам машин а также и электрическим автомобилям, впереди предстоит еще долгий путь по их развитию для того, чтобы у покупателей появился экономический смысл в их приобретении. Это связано с тем, что гибридные и электрические автотранспортные средства стоят по сравнению со своими традиционными версиями очень дорого, что не позволяет окупить данную переплату средств при покупке вышеуказанных авто. 

В странах, где стоимость топлива очень высокая, люди (автомобилисты) руководствуются в первую очередь расходом топлива машиной. Именно по этой причине в Европе автолюбители предпочитают покупать для себя именно дизельные версии автомобилей. Кроме того, за последние годы потребители не довольны тем, что автопроизводители стали существенно занижать реальный расход бензина (топлива) на машине, который кардинальным образом отличается от заявленного производителем в спецификации. 

Из-за повальной популярности дизельных двигателей практически все автопроизводители, присутствующие на рынке в Европе, выпускают дизельные модификации популярных моделей автомобилей. Так например,  на авторынке недавно появились дизельные модели автомобилей марок Mercedes-Benz CLA и BMW X3, которые потребляют уже намного меньше топлива, чем ранее их традиционные аналоги.

Существует и другая причина, которая объясняет причину популярности и любви Европейцев к так понравившимся им дизельным двигателям. Она довольна проста и заключается в следующем: дизельные двигатели в основном на определенных оборотах двигателя, менее мощные, если их сравненивать с бензиновыми моторами, но они имеют больший крутящий момент при низких оборотах, что дает преимущество водителю 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 автомобиль с турбо-дизельной установкой справится с этим лучше всего.

Правда помимо описанных нами преимуществ дизельного двигателя, у него есть естественно и минусы. Дело вот в чем, дизельное топливо само по себе считается и так оно есть, очень грязным продуктом переработки нефти (почти, как мазут). Именно по этой причине обслуживание дизельных моторов обычно обходится значительно дороже, чем бензиновых агрегатов (двигателей). Одним из самых важных компонентов в выхлопной системе является так называемый сажевый фильтр (сокращенно DPF) Стоимость его замены довольно дорогое удовольствие (от 1000 Евро в зависимости от модели и марки машины). Именно о нем (о фильтре) мы сегодня в своей статье и расскажем. Но прежде чем перейти к этой теме давайте вместе окунемся в историю. 

Сажевые фильтры появились в начале 80-х годов, они устанавливались на мощные внедорожники. Далее эти фильтры стали уже появляться и на грузовых дизельных автомобилях. Начиная с 1987 года в США и в Европе установка сажевого фильтра стала обязательной, все в соответствии с экологическими нормами принятыми в то время.

По прошедшию времени оснащение сажевым фильтром легковых дизельных автомобилей также стало обязательным. В наше время и в наши дни это уже стало мировым стандартом основных экологических норм.

Сажевый фильтр прежде всего предназначается, для снижения уровня загрязняющих веществ в выхлопе автомобиля. Именно поэтому на автомобилях, где не стоит этот сажевый фильтр, из-за твердых частиц продуктов сгорания дизельного топлива из выхлопной трубы машины выходит в атмосферу (валит клубами) черный и неприятный дым. 

Современные сажевые фильтры умело справляются с очисткой выхлопных газов при работе дизельного двигателя. Именно теперь, особенно в последние годы, новые дизельные автомашины не дымят и не выпускают черный дым в нашу атмосферу. 

Обратите свое внимание на рисунок, расположенный в начале статьи, где изображен сажевый фильтр установленный на автомобиле Audi A8 3.0 TDI. Благодаря инновационной технологии данный фильтр помогает очищать выхлоп из двигателя, он в итоге ни чем не отличается от того выхлопа, который происходит от бензинового мотора (по содержанию тех твердых и вредных частиц)

Благодаря инновационной технологии данный фильтр помогает очищать выхлоп из двигателя, он в итоге ни чем не отличается от того выхлопа, который происходит от бензинового мотора (по содержанию тех твердых и вредных частиц).

История

Фильтрация дизельных твердых частиц была впервые рассмотрена в 1970-х годах из-за опасений относительно воздействия вдыхаемых твердых частиц. Фильтры твердых частиц используются на внедорожных машинах с 1980 года, а в автомобилях — с 1985. Исторически выбросы дизельных двигателей средней и большой мощности не регулировались до 1987 года, когда было введено первое в Калифорнии правило для тяжелых грузовиков, ограничивающее выбросы твердых частиц на уровне 0,60 г / л. Час. С тех пор все более жесткие стандарты были введены для легковых и тяжелых дорожных дизельных транспортных средств, а также для дизельных двигателей повышенной проходимости. Аналогичные правила были приняты Европейским Союзом и некоторыми отдельными европейскими странами, большинством азиатских стран и остальной частью Северной и Южной Америки .

Хотя ни одна юрисдикция не сделала фильтры обязательными, все более строгие нормы выбросов, которым должны соответствовать производители двигателей, означают, что в конечном итоге все дорожные дизельные двигатели будут оснащены ими. Ожидается, что в Европейском Союзе фильтры потребуются для соответствия нормативам выбросов двигателей тяжелых грузовиков Euro.VI, которые в настоящее время обсуждаются и планируются на период 2012-2013 годов. В 2000 году, предвидя будущие нормы Евро 5, PSA Peugeot Citroën стала первой компанией, которая сделала фильтры стандартными для легковых автомобилей.

По состоянию на декабрь 2008 года Калифорнийский совет по воздушным ресурсам (CARB) установил Правило для грузовых автомобилей и автобусов штата Калифорния от 2008 года, которое — с разницей в зависимости от типа, размера и использования транспортного средства — требует, чтобы дизельные тяжелые грузовики и автобусы в Калифорнии были модернизированы, переоборудованы. , или заменены, чтобы сократить выбросы твердых частиц (ТЧ) как минимум на 85%. Одним из способов выполнения этого требования является дооснащение двигателей дизельными сажевыми фильтрами, одобренными CARB. В 2009 году Закон о восстановлении и реинвестициях в Америке предоставил финансирование, чтобы помочь владельцам компенсировать стоимость модернизации дизельных двигателей для их автомобилей. Другие юрисдикции также запустили программы модернизации, в том числе:

• 2001 — Программа модернизации Гонконга .
• 2002 — В Японии Префектура Токио был принят закон , запрещающий грузовики без фильтров от входа в пределы города.
• 2003 — Мехико начал программу по модернизации грузовиков.
• 2004 г. — программа модернизации г. Нью-Йорка (внедорожная).
• 2008 — Милан Ecopass область заряда трафика — здоровенный вход налог на всех дизельных транспортных средств , за исключением тех , с сажевым фильтром, либо на складе или модернизации.
• 2008 — Лондонская зона с низким уровнем выбросов взимает плату с транспортных средств, не соответствующих стандартам выбросов , поощряя установку фильтров.

Неправильно обслуживаемые фильтры твердых частиц на автомобилях с дизельными двигателями склонны к накоплению сажи, что может вызвать проблемы с двигателем из-за высокого противодавления.

В 2018 году Великобритания внесла изменения в свои требования к испытаниям MOT, включая более жесткую проверку дизельных автомобилей. Одним из требований было наличие правильно подогнанного и работающего сажевого фильтра. Вождение без сажевого фильтра может повлечь за собой штраф в размере 1000 фунтов стерлингов.

Обслуживание

Фильтры требуют большего обслуживания, чем каталитические нейтрализаторы. Зола, побочный продукт потребления масла при нормальной работе двигателя, накапливается в фильтре, так как не может быть преобразована в газ и проходить через стенки фильтра. Это увеличивает давление перед фильтром. Предупреждения передаются водителю до того, как ограничение фильтра вызовет проблемы с управляемостью или повреждение двигателя или фильтра. Регулярное обслуживание фильтра — необходимость.

Фильтры DPF проходят процесс регенерации, который удаляет эту сажу и снижает давление фильтра. Существует три типа регенерации: пассивная, активная и принудительная. Пассивная регенерация обычно происходит во время движения, когда нагрузка на двигатель и ездовой цикл транспортного средства создают температуры, которые достаточно высоки для восстановления отложений сажи на стенках сажевого фильтра. Активная регенерация происходит во время эксплуатации автомобиля, когда низкая нагрузка на двигатель и более низкие температуры выхлопных газов препятствуют естественной пассивной регенерации. Датчики перед и после DPF (или датчика перепада давления) выдают показания, которые инициируют дозированное добавление топлива в поток выхлопных газов. Существует два метода впрыска топлива: впрыск ниже по потоку непосредственно в поток выхлопных газов, после турбонаддува или впрыск топлива в цилиндры двигателя на такте выпуска. Эта смесь топлива и выхлопных газов проходит через катализатор окисления дизельного топлива (DOC), создавая достаточно высокую температуру, чтобы сжечь накопившуюся сажу. Как только падение давления на DPF снижается до расчетного значения, процесс заканчивается, пока снова не начнется накопление сажи. Это хорошо работает для транспортных средств, которые едут на большие расстояния с небольшим количеством остановок по сравнению с теми, которые совершают короткие поездки с большим количеством пусков и остановок. Если фильтр создает слишком высокое давление, необходимо использовать последний тип регенерации — принудительную регенерацию. Этого можно добиться двумя способами. Оператор транспортного средства может инициировать регенерацию с помощью переключателя, установленного на приборной панели. Для запуска этого процесса требуются различные сигнальные блокировки, такие как включение стояночного тормоза, передача в нейтральном положении, температура охлаждающей жидкости двигателя и отсутствие кодов неисправностей двигателя (зависит от производителя оборудования и приложения). Когда накопление сажи достигает уровня, который потенциально может повредить двигатель или выхлопную систему, решение предполагает использование в гараже компьютерной программы для запуска регенерации DPF вручную.

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%.

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:

1. В каталитическом нейтрализаторе азот и кислород образуют химическую реакцию. Результат взаимодействия – образование диоксида азота.
2. Диоксид азота взаимодействует с сажей, и на выходе получается угарный газ/окись азота.
3. 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.

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:

• воздуха;

• температурных датчиков отработавших газов;
• датчиков давления, которые имеет сажевый фильтр.

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.

Последний шанс: принудительный прожиг дизельного сажевого фильтра штатными средствами

Процесс этот вынужденный, а программа его выполнения прописана в ЭБУ. Запускается он извне, в ручном режиме – чаще с помощью диагностического оборудования. Если коротко: через сервисную программу активируется особый режим работы мотора (закрытый EGR + послевпрыск + изменение геометрии турбокомпрессора), поднимаются обороты ХХ до 1 500-2 000 единиц и двигатель «коптит» в течение 20-30 минут на месте.

По сути, это и есть финальная попытка активной регенерации. Только, скажем, VolksWagen B6, предпочитает дать водителю шанс не посещать лишний раз сервис. Ну а Toyota сразу рекомендует запускать принудительный прожиг, причем никаких программных средств для этого не нужно – включил кнопку и пожалуйста.

Аспекты процесса

Свои ограничения у операции есть. На VAG-овских машинах регенерация не запустится, если система выявит признаки напрочь забитого сажевого фильтра дизеля, а именно принципиальную разницу показаний датчика дифференциального давления (измеряет разницу давлений газов на входе и выходе) и запредельные показания счетчика объема сажи (более 68 грамм). Цель вынужденной очистки – сбить лишь часть задержанных углеродов (на Audi Q7 3,0 TDI операция завершается при расчетных 56 граммах).

Что делать, если принудительный прожиг не запускается

Предлог запрета – выявленные симптомы забитого фильтра. Исключать выход из строя датчика дифференциального давления нельзя, но чаще система не врет, что доказывает окно с расчетным количеством сажи в диагностической программе. Сбросить счетчик можно, но сенсоры не обманешь.

Реанимировать компонент реально только после пассивного прожига, когда фактический объем сажи станет меньше. Счетчик, естественно, накрутит лишние цифры из расчета 3-5 грамм на 100 км, но показания датчика дифференциального давления уже будут в кондиции, а накрученное обнуляется через пропись нового сажевика.

Подробнее о регенерации сажевого фильтра

Образование сажи дизельными двигателями обусловлено неполным сгоранием горючего. Размер частички сажи может составлять от 10 нм до 1 мкм. Основой сажи является углерод, с которым соединяются оксиды металлов, вода, углеводороды. Состав сажи может меняться в зависимости от режима работы силового агрегата, а также состава топлива и моторного масла. Когда фильтр работает в режиме фильтрации, он захватывает большую часть сажи. Самые мелкие частицы захватываются не всеми фильтрами, однако их доля в общем массе невелика – порядка 5%, а иногда и меньше. Каждые 1.5-5.0 тысяч километров пробега фильтр переход в режим регенерации. Регенерация бывает пассивной и активной. Вот и о чем стоит знать:

• Пассивная регенерация осуществима благодаря высокой температура отработавших газов (600°С и выше), которые дожигают скопившуюся сажу;
• При активной регенерации температура отработавших газов временно повышается. Это можно осуществить несколькими способами: поздним впрыском, впрыском топлива перед фильтром, нагревом микроволнами или электрическим нагревателем.

Запчасти на toyota aygo

Масло моторное 1.0 1KR-FE Подавляющее большинство фильтров предусматривают как пассивную, так и активную регенерации. Активная регенерация производится в тех случаях, когда разница между давлениями газов на входе и на выходе из фильтра достигает критической о, что пассивная регенерация оказалась недостаточно эффективной.

Наиболее совершенные конструкции DPF-фильтров имеют т.н. каталитическое покрытие. Пионером в области проектирования и производства таких сажевых фильтров принято считать концерн Volkswagen. Ключевой особенностью устройства является то, что оно имеет платиновую пластину, выступающую в роли катализатора. Именно платина позволяет снизить температуру регенерации до 350-500°С, хотя ради справедливости и стоит отметить, что полного выгорания сажи обычно не происходит. Вот как это работает:

1. Благодаря катализатору оксиды азота активно вступают в реакцию с кислородом, за счет чего образуется диоксид азота;
2. Диоксид азота начинает реагировать с углеродом (основным элементом сажи), в результате чего образуются оксид азота и монооксид углерода (угарный газ);
3. Оксид азота вместе с монооксидом углерода начинает реагировать с кислородом и образует диоксид азота с углекислым газом.

Принцип активной регенерации здесь тот же, что и в устаревших моделях сажевых фильтров: задействуют датчики и в зависимости от их показаний и оценки пропускной способности фильтра в частности ЭБУ дает команду на работу системы управления дизелем. В большем части современных автомобилей повышение температуры обработавших газов производится за счет впрыска дополнительного топлива в камеры сгорания, временного прекращения рециркуляции выхлопа и уменьшения объемов всасываемого воздуха.

Фильтры типа FAP еще называют фильтрами с системой ввода присадок. Особенность таких изделий в том, что вместе с ними в топливную систему монтируется бачок объемом 3-5 литров, содержащий присадку. За счет введения присадки в топливо дожиг сажи в фильтре может осуществляться при температурах около 450-500°С. Полностью заполненного бачка хватает примерно на 80-120 тысяч километров пробега. Подача присадки регулируется ЭБУ или отдельным управляющим блоком. Активная регенерация в FAP-фильтрах осуществляется по стандартной схеме.

Как прожечь

Итог разговора на данный момент вполне понятен – сажевый фильтр дизельного двигателя можно почистить. Способ №1: сделать это, как принято говорить, пассивным путем. Способ №2: провести чистку активным методом, который заложен в штатной электронике.

Что такое регенерация

О том, что представляет собой регенерация сажевого фильтра и какие цели она преследует, разговор уже был. Напомним, что основная задача этого мероприятия – выжечь скопившуюся в каналах «сажевика» сажу. Опустошенная матрица позволяет двигателю «вздохнуть», а значит, отбирает минимум мощности.

Чтобы выжечь эту самую сажу, необходимо повысить температуру отработанных газов. Сделать это можно двумя путями:

1. Пассивным. С ростом оборотов повышается температура выхлопа, но увеличивается перерасход топлива. Оптимум – постоянные средние обороты: газы горячие, доля недожжённой солярки минимальна. Пример из эксплуатации – движение по трассе с постоянной скоростью.
2. Активным. Увеличение температуры в фильтре за счет дожигания дизельного топлива перед ним. Перед выпуском отработанных газов из цилиндра осуществляется послевпрыск ДТ. За счет низкой температуры его самовоспламенения имеем факел пламени и горячий поток выхлопа прямо перед «сажевиком», отчего последний нагревается до 600…650°С.

Вернемся к пассивному способу, чтобы разделить две конкурирующие технологии – FAP и DPF. Машины с FAP отличает наличие бачка со спецприсадкой, содержащей церий. Добавив ее в топливо, можем провести пассивную регенерацию при более низкой температуре. В быту это означает, что прожиг на трассе проходит более продуктивно. То есть сроки опустошения фильтра уменьшаются, отчего одни плюсы.

На стенках матрицы DPF нанесен платиновый катализатор. Его задача – способствовать ряду химических реакций, которые в конечном итоге избавляют емкость от сажи. В отличие от FAP, газы должны быть изрядно горячими (400…500°С против 300…350°С), иначе прожигу не быть. А значит «топить» на шоссе все-таки придется.

Активный прожиг

О пассивном методе сказано много. Остается лишь конкретизировать, как прожечь сажевый фильтр в движении без помощи электроники, а именно примерную скорость передвижения и обороты двигателя. Итак, темп в 70-90 км/ч и более 2 500 об/мин на тахометре вполне достаточно для того, чтобы немного опустошить фильтр от сажи. Как часто и сколько времени уделять процессу – зависит от частоты использования машины. Отталкивайтесь от стандартного цикла: на 5 дней городской толкучки 2-3 поездки выходного дня длительностью не менее 40 минут.

Повторимся, что цель активной регенерации – раскалить матрицу сажевого фильтра до 600…650°С. Для этого необходимо изменить работу турбокомпрессора, заглушить систему рециркуляции отработавших газов (EGR), и впрыскивать топливо перед тактом выпуска отработавших газов. Сразу предупредим, ситуация пожароопасная.

• Сенсор температуры выхлопных газов. (их два – один смонтирован на входе в фильтрующий элемент, второй – на выходе).
• Датчик дифференциального давления. Измеряет разницу давлений между входом и выходом.

Запускается активный прожиг по-разному. На одних автомобилях (например, на VW) это происходит незаметно для водителя и вне зависимости от того, находитесь ли вы в городе и на трассе, на других (например, у Toyota) – засветится лампа, что необходимо остановиться и нажать специальную кнопку.

Все же сравнивать автомобили по алгоритму срабатывания электроники не стоит. Так у того же VW есть предаварийный режим, который мы описывали (иконка DPF). Разница только в том, что владельцу VAG-овской продукции необходимо выехать на трассу и ехать, пока лампа не потухнет, а Toyota все сделает сама на месте.

О чем еще стоит поговорить, так это о признаках активной регенерации:

• Увеличивается температура двигателя.
• Растет расход топлива.
• Возрастает температура масла.
• Раскаленная банка начинает громко цокать, что хорошо слышно снаружи.
• Цвет выхлопа приобретает густой белый оттенок.
• На холостых оборотах двигатель начинает «басить».

Режим «Check Engine» +…

На некоторых машинах производитель предусматривает аварийную регенерацию. Обычно чтобы ее запустить, счетчик сажи должен насчитать некоторое пороговое значение (у VAG это не менее 58 гр.), а компьютер – войти в режим «чека».

Запуск такой программы очистки возможен только на СТО. Часто эту процедуру называют сбросом ошибки Diesel Particulate Filter Restricted/Clogged MIL ON или принудительным прожигом сажевого фильтра, который мало чем отличается от тойотовской модели запуска активной регенерации через кнопку.