что такое сажевый фильтр в автомобиле на бензине
Дизельный сажевый фильтр
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 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 падает. Поэтому следует попробовать осуществить регенерацию 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
В случаях, когда регенерация так и не началась, необходимо обратиться к специалистам на СТО, где окажут необходимую техническую помощь.
Удаление 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
Но просто так данное приспособление не получится убрать из автомобиля. Вся проблема заключается в том, что состояние прибора учитывается контроллером управления мотором.
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.
Сажевый фильтр
В последние десятилетия забота об экологии и чистоте автомобильного выхлопа стала крайне актуальной. Поэтому использование такого элемента в автомобиле как сажевый фильтр стало реальной необходимостью. Для дизельных автомобилей действуют одни из наиболее жестких норм, которые отражаются в содержании частиц сажи в выхлопе. Яркий пример — пуск старого дизельного грузовика или трактора в холодную погоду, который обычно сопровождается эффектным выбросом черного облака из выхлопной трубы. Он как раз и является сажей на основе углерода, который остался при неполном сгорании топлива. Помимо этого выброс является ближайшим родственником активированного угля из аптеки.
Тогда почему сажа представляет опасность, если такое вещество можно принимать внутрь в качестве лекарственного препарата? На обоих веществах (активированном угле и саже) происходит оседание и дальнейшее преобразование вредных и токсичных для организма человека крупных и тяжелых частиц. Они попадают в легкие человека и постепенно начинают отравлять организм.
У современных автомобилей, отвечающих нормам Евро 5 и выше, такая ситуация невозможна. Так как на страже чистого выхлопа стоит специальный сажевый фильтр (DPF). Представляет собой специальное устройство в выхлопной системе, которое препятствует попаданию твердых частиц в атмосферу. История появления устройства фильтрации:
Как работает сажевый фильтр
Сажевый фильтр представляет собой специальную керамическую матрицу, пронизанную множеством параллельно расположенных каналов малого сечения, закрытых в шахматном порядке с одной или другой стороны.
Поэтому отработанные газы вынуждены проходить через пористые керамические стенки. В то время как они проходят через поры, происходит одновременное удерживание твердых частиц. Так выглядит забитый сажевый фильтр.
То есть с течением времени устройство забивается. Но в отличие от других фильтров в автомобиле замена этого элемента при плановых ТО не предусмотрена. Несмотря на это, очистку сажевого фильтра необходимо производить регулярно. Рассмотрим причины такого подхода.
Сажевый фильтр умеет самоочищаться или на языке сервисников «регенерироваться» (в литературе используется термин «регенерация» или «прожиг»). В процессе регенерации происходит два процесса:
Причины проблем с сажевым фильтром DPF
А если автомобиль эксплуатируется в условиях мегаполиса с «вечными» пробками в дороге до работы и обратно? Или присутствует потребность регулярных выездов за город. Такие режимы связаны с блокировкой возможностей прожига сажевого фильтра. Поэтому рано или поздно для восстановления работоспособности придется обращаться в сервис. Перечислим основные проблемы устройства при эксплуатации:
Загорелась лампочка системы сажевого фильтра
Как понять, что забит сажевый фильтр на дизеле? Первым признаком будет резкое падение мощности двигателя, невозможность его работы на высоких оборотах. То есть в один «прекрасный день» на приборной панели дизельного автомобиля загорается контрольная лампа забитого сажевого фильтра. Часто это событие вызывает приступ паники, активный поиск в интернете цен на замену или операцию по удалению. Второй приступ обычно наступает после осознания размера денежных затрат. Но лучше спокойно разобраться с тем, что означает сообщение от блока управления двигателем.
В большинстве случаев, если лампа загорелась в одиночестве — это означает засорение фильтра от 50 до 70% и необходимость в ближайшее время обеспечить автомобилю возможность «прожечь» сажевый фильтр. Для этого выполните отложенный «на потом» выезд за город, и автомобиль скажет Вам «спасибо», погасив страшную лампу или убрав сообщение.
Важно отметить, что затягивать с поездкой не стоит, так как при превышении степени засорения до 70% к уже горящей лампе добавится указание «check engine». В этом случае придется ехать в сервис и проводить одну из двух процедур: специальную сервисную регенерацию или очистку сажевого фильтра.
Очистка сажевого фильтра самостоятельно
Физически выполнить очистку сажевого фильтра без сервисного оборудования невозможно, но, несмотря на это, можно химически облегчить его естественную регенерацию.
В ассортименте компании LIQUI MOLY есть специальная присадка для уменьшения сажеобразования и облегчения прожига устройства Diesel Partikelfilter Schutz. Данный продукт создан специально для автомобилей, которые эксплуатируются в неблагоприятных условиях для самоочистки (прежде всего, городских условиях). С одной стороны этот инновационный продукт увеличивает полноту сгорания дизельного топлива и уменьшает образование сажи. С другой содержащиеся в нем компоненты облегчают окисление уже накопленных в сажевом фильтре частиц, за счет чего производят очистку сажевого фильтра в условиях обычной эксплуатации. Помните, профилактика проще и дешевле, чем лечение.
Если ситуация не была запущенной в плане забивки фильтрующей системы, то поможет своевременный визит в сервис. Там произведут очистку сажевого фильтра при помощи промывки специальным сервисным составом. Процедура полностью восстанавливает работоспособность сажевого фильтра.
Из всего вышесказанного следует, что проблем с сажевым фильтром и необходимостью его полной замены или частной очистки будет значительно меньше при правильном подходе к условиям эксплуатации дизельного автомобиля.
Cажевый фильтр для бензиновых двигателей
Бензиновый сажевый фильтр
О сажевых фильтрах для дизельных двигателей есть уже достаточно много информации. По принципу действия сажевые фильтры для дизельных и для бензиновых двигателей во многом схожи. Однако сажевые фильтры для бензиновых двигателей являются новой техникой и имеют существенные отличия по сравнению с дизельными сажевыми фильтрами.
Долгое время считалось, что бензиновые двигатели совсем не коптят. Но время показало, что при сгорании в бензиновом двигателе тоже могут образовываться мельчайшие твёрдые частицы. Объясняется это внедрением технологии непосредственного впрыска бензина. Поэтому уже экологический стандарт Евро-5a для автомобилей с непосредственным впрыском включает в себя предельные значения массы твёрдых частиц.
Сажевый фильтр служит для охраны окружающей среды и здоровья людей. С ним масса и количество твёрдых частиц, выбрасываемых автомобилем в атмосферу, намного ниже предельных значений.
Система выпуска ОГ с бензиновым сажевым фильтром рассчитана на весь срок службы автомобиля. От водителя, придерживающегося «нормального» стиля вождения, система сажевого фильтра не требует внимания или активного вмешательства. Это означает, что при нормальной эксплуатации автомобиля контрольная лампа сажевого фильтра никогда не загорается.
Если контрольная лампа сажевого фильтра всё же загорелась, необходимо произвести регенерационную поездку (см. об этом ниже). При регенерационной поездке двигатель может работать на холостом ходу со слегка повышенной частотой вращения, а шум его работы может быть резче обычного.
Меры внутри двигателя
В семейство двигателей EA211 входят моторы TSI с зубчатым ремнём привода ГРМ. Данное семейство задумано для модульной платформы с поперечным расположением двигателя (MQB). При его разработке с самого начала уделялось большое внимание уменьшению количества твёрдых частиц в отработавших газах. Для этого были приняты некоторые меры внутри самого двигателя.
Среди таких мер, например, следующие:
– Увеличение давления топлива. У предшествующего семейства EA111 давление топлива в системе непосредственного впрыска составляло от 40 до 50 бар на холостом ходу, а максимальное давление — 130 бар. У двигателей семейства EA211 давление топлива на холостом ходу возросло примерно до 140 бар, а максимальное давление составляет около 350 бар. В результате капельки топлива получаются меньше и испаряются быстрее.
– Модифицированная камера сгорания, модифицированные форсунки, изменившиеся моменты впрыска. Эти меры уменьшают образование твёрдых частиц.
Названные меры очень эффективны, поэтому усовершенствованные двигатели семейства EA211 отвечают всем действующим в настоящее время экологическим стандартам. Тем не менее Volkswagen уже сейчас внедряет сажевый фильтр для бензиновых двигателей.
Мера вне двигателя
Мера вне двигателя, направленная на сокращение содержания твёрдых частиц, — это сажевый фильтр. Volkswagen выводит на европейский рынок автомобили, которые оснащаются расположенным близко к двигателю сажевым фильтром с каталитическим покрытием. Первой такой моделью стал Tiguan с двигателем 1,4 л 110 кВт TSI, передним приводом и механической коробкой передач.
При такой концепции фланец бензинового сажевого фильтра прилегает непосредственно к турбонагнетателю. В бензиновый сажевый фильтр интегрирован трёхкомпонентный нейтрализатор, выполненный в виде каталитического покрытия. После следующего за ним сильфона в выпускной трубе установлен ещё один трёхкомпонентный нейтрализатор.
 |
Датчик 1 давления ОГ G450
Место установки и назначение. Датчик 1 давления ОГ ввёрнут сверху в корпус распредвалов.
Его задача — измерять давление ОГ перед турбонагнетателем, а значит, и перед сажевым фильтром. Каналом в корпусе распредвалов и в блоке цилиндров он соединён с интегрированным выпускным коллектором. В датчик давления интегрировано уплотнительное кольцо, поэтому после снятия датчик нельзя использовать повторно, его следует заменить.
 |
Принцип действия. Датчик давления измеряет давление ОГ относительно вакуума, который принимается за опорное значение. Этот метод исключает неточности, вызванные колебаниями атмосферного давления при изменении погоды или высоты над уровнем моря. Выступающий опорным значением вакуум, содержится внутри керамической измерительной ячейки датчика давления.
Когда давление ОГ изменяется, мембрана керамической ячейки деформируется. При возрастании давления ОГ мембрана отжимается в направлении расположенной напротив поверхности с покрытием. Расстояние между поверхностями с покрытием уменьшается, и ёмкость «конденсатора» возрастает.
При уменьшении давления ОГ мембрана деформируется в обратном направлении. Расстояние между поверхностями с покрытием увеличивается — ёмкость «конденсатора» уменьшается. Такой способ позволяет точно измерить давление в выпускном коллекторе, значение которого передаётся в виде аналогового
сигнала. Описанные изменения ёмкости крайне малы. Поэтому электроника датчика сделана достаточно чувствительной.
Электрическое подключение. Датчик G450 соединён трёхжильным проводом с блоком управления двигателя J623.
Последствия отказа. При распознавании дефекта в регистратор событий записывается ошибка.
В системе выпуска отработавших газов с бензиновым сажевым фильтром используются два триггерных лямбда-зонда.
Лямбда-зонд перед нейтрализатором соединён с блоком управления двигателя «постоянным регулятором»
Место установки и назначение. Лямбда-зонд перед нейтрализатором находится перед обоими нейтрализаторами, лямбда-зонд после нейтрализатора — между двумя нейтрализаторами. Интегрированный в бензиновый сажевый фильтр трёхкомпонентный нейтрализатор выполняет основную работу по нейтрализации ОГ. Этим объясняется место установки лямбда-зонда 1 после нейтрализатора GX7. Зонд контролирует нейтрализатор, который выполняет основную работу по нейтрализации отработавших газов.
Использование сигнала
Сигнал лямбда-зонда используется для следующих функций:
Лямбда-зонд 1 перед нейтрализатором GX10:
– регулирование топливовоздушной смеси.
Лямбда-зонд 1 после нейтрализатора GX7:
– проверка функционирования предварительного катализатора и подстройка лямбда-зонда 1 перед нейтрализатором;
– опосредованный контроль повреждения бензинового сажевого фильтра.
Функция опосредованного контроля повреждения бензинового сажевого фильтра
Материал основы сажевого фильтра обладает более высокой жаропрочностью, чем каталитическое покрытие. Прежде чем сажевый фильтр будет повреждён очень высокими температурами, каталитическое покрытие успеет потерять свою работоспособность. По сигналу лямбда-зонда позади нейтрализатора и по плохой работе предварительного катализатора блок управления двигателя может косвенно заключить, что бензиновый сажевый фильтр повреждён. При неисправности нейтрализатора мигает лампа Check Engine K83 и в регистратор событий записывается ошибка.
Последствия при выходе из строя
При выходе из строя лямбда-зонда 1 перед нейтрализатором GX10 происходит переключение с лямбда-регулирования на лямбда-управление и загорается лампа Check Engine K83 (MIL). При выходе из строя лямбда-зонда 1 после нейтрализатора GX7 лямбда-регулирование продолжает работать. Загорается лампа Check Engine K83 (MIL). В обоих случаях в регистраторе событий появляется запись.
Регенерация бензинового сажевого фильтра
Поскольку у двигателей с непосредственным впрыском бензина сажа образуется только во время холодного пуска и в течение короткого времени после него, регенерация требуется очень редко. Частота и продолжительность регенерации зависит от степени засорения фильтра и наличия необходимых для регенерации условий. Различают три типа регенерации:
– пассивная регенерация,
– активная регенерация,
– регенерация в условиях сервисного предприятия.
Для распознавания засорения фильтра сажей и золой используется записанная в блок управления двигателя модель. По температуре всасываемого воздуха и охлаждающей жидкости, частоте вращения двигателя и нагрузке на двигатель блок управления двигателя регистрирует изменение степени засорения
сажевого фильтра.
Пассивная регенерация
Пассивная регенерация происходит во время движения почти постоянно без каких-либо мер со стороны блока управления двигателя.
Необходимое условие: продолжительность поездки должна быть достаточна для того, чтобы температура бензинового сажевого фильтра достигла требуемых 600 °C. Для регенерации сажевого фильтра требуется кислород. Особенно много его поступает во время принудительного холостого хода. Благодаря этому
«дополнительному» кислороду достигается температура, достаточно высокая для сжигания сажи и её превращения в диоксид углерода (CO2).
Активная регенерация
Если, несмотря на пассивную регенерацию, загрязнение сажевого фильтра достигает определённого значения, вводятся меры по поддержке регенерации.
Если профиль езды водителя не создаёт достаточных для регенерации условий, загорается контрольная лампа сажевого фильтра K331, призывающая водителя совершить регенерационную поездку (см. таблицу ниже).
Регенерация в условиях сервисного предприятия
Если загрязнение сажевого фильтра превысило установленный предел ввиду того, что водитель, например, игнорировал требование совершить регенерационную поездку, активной регенерации во время движения может оказаться недостаточно. Система управления двигателя дополнительно включает лампу Check Engine K83 (MIL) и лампу электропривода акселератора K132 (лампа EPC). На дисплее появляется требование обратиться на сервис.
Если контрольные лампы зажглись в связи с сажевым фильтром, то они горят жёлтым и не мигают.
Состояние системы сажевого фильтра никогда не может быть причиной для того, чтобы немедленно прекратить движение.
Регенерация на сервисе проводится посредством Ведомого поиска неисправностей.
Вытяжная установка для отсасывания ОГ в сервисном цехе должна быть рассчитана на температуры не ниже 300 °C. Для подсоединения вытяжной установки к системе выпуска ОГ разрешается использовать только раструб VAS 5199 или VAS 5199/12.
В следующей таблице приведены различные степени засорения и требуемые меры. При нормальной езде контрольная лампа сажевого фильтра K331 не загорается. Это связано с тем, что у бензинового двигателя в сажевом фильтре при температуре выше 600 °C всегда происходит пассивная регенерация. Поэтому дополнительные активные меры, как правило, не требуются. Но из соображений безопасности активная регенерация всё равно проводится через каждые 2000 км, независимо от степени загрязнения фильтра.
| Загрязнение * | Меры | ||
|---|---|---|---|
| Прим. до 15 % | – Активные меры не нужны. – Пассивная регенерация в результате «нормальной» работы двигателя. | ||
| Прим. от 15 % | Активная регенерация с помощью содействующих регенерации мер. | ||
| Прим. от 55 % | Активная регенерация с помощью содействующих регенерации мер. В дополнение к этому: – Горит контрольная лампа сажевого фильтра K331. – Запись в регистраторе событий: «Сажевый фильтр, ряд 1, контрольная лампа активна». – Водителю необходимо совершить регенерационную поездку. |
| |
| Прим. от 70 % | – Горит контрольная лампа сажевого фильтра K331. – Горит сигнальная лампа электропривода педали акселератора K132. Значение: уменьшение мощности. – Горит контрольная лампа ОГ K83 (MIL). – Запись в регистраторе событий: «Сажевый фильтр, ограничение, загрязнение сажей, ряд 1». – Требуется регенерация на сервисном предприятии. |
| |
| Достигнуты пределы загрязнения (100 %) | – Горит контрольная лампа сажевого фильтра K331. – Горит сигнальная лампа электропривода педали акселератора K132. Значение: уменьшение мощности. – Горит контрольная лампа ОГ K83 (MIL). – Запись в регистраторе событий: «Сажевый фильтр, ограничение, загрязнение сажей слишком сильное, ряд 1». – Сервисная регенерация более невозможна, требуется замена бензинового сажевого фильтра. |
|
Для отслеживаемости запись «Сажевый фильтр, ряд 1, контрольная лампа активна» не удаляется из регистратора событий ещё несколько циклов движения, после того как погаснет контрольная лампа сажевого фильтра K331!
Во время активной регенерации дополнительно могут быть приняты следующие меры:
– В зависимости от температуры система отключения цилиндров (ACT) и функция старт-стоп могут быть выключены.
– Частота вращения холостого хода может быть повышена до 1000 об/мин. Если контрольная лампа сажевого фильтра K331 горит, то, чтобы достичь лучшей регенерации при стоящем на месте автомобиле, она повышается даже до 1450 об/мин.
В руководстве по эксплуатации рекомендуется проводить регенерационную поездку, когда загорается контрольная лампа сажевого фильтра K331. Регенерации
способствует движение со скоростью от 50 до 120 км/ч. При этом необходимо соблюдать действующие ограничения скорости и рекомендации по выбору передач. Контрольная лампа сажевого фильтра K331 гаснет автоматически по завершении регенерации фильтра. Регенерационная поездка может длиться от 5 до 20 минут.
Другие стили вождения тоже приводят к регенерации, пока двигатель работает.
Сажевые фильтры дизельных и бензиновых двигателей в сравнении
Общее
— Двигатели обоих типов образуют при сжигании топлива частицы сажи и золы.
— У двигателей обоих типов твёрдые частицы имеют примерно одинаковый размер.
— При обеих системах сажевый фильтр регенерируется пассивно и активно. При этом окисляются только частицы сажи, частицы золы не окисляются.
— При обеих системах необходимо использовать низкозольные моторные масла.
— При бензиновом сажевом фильтре в блоке управления двигателя, как и при дизельном сажевом фильтре, запрограммирован предел загрязнения фильтра. По достижении определённого процентного значения загрязнения загорается контрольная лампа сажевого фильтра K331, призывающая водителя совершить регенерационную поездку.
— Текст руководства по эксплуатации был унифицирован применительно к регенерационной поездке для обеих систем.
— Если водитель игнорирует требование совершить регенерационную поездку и степень загрязнения фильтра увеличивается, в случае обеих систем возникает необходимость регенерации фильтра на сервисе.
Отличия
— Дизельные двигатели производят больше сажи, чем бензиновые двигатели.
— Бензиновый двигатель с непосредственным впрыском производит твёрдые частицы преимущественно во время холодного пуска при низких наружных температурах и сразу после пуска двигателя. Дизельный двигатель производит сажу практически всё время, пока работает.
— При дизельном двигателе достичь требуемой для регенерации сажевого фильтра температуры труднее, чем при бензиновом двигателе.
— Сжигание в дизельном двигателе происходит с избытком воздуха, поэтому для регенерации кислорода всегда достаточно, а у бензинового двигателя — нет.
— У дизельных двигателей первая активная регенерация производится уже после 100 км пробега, у бензиновых двигателей — нет.
— В зависимости от варианта у дизельных двигателей с сажевым фильтром при инспекционном сервисе требуется считывать степень загрязнения сажей (в первый раз, например, при пробеге 180 000 км), у бензиновых двигателей с сажевым фильтром такой необходимости нет.