Содержание
Главные функции
Химический состав сажи состоит из чистого углерода, частицы которого достигают 0,05 микрона. Обычными фильтрующими элементами удержать такие мелкие частички довольно затруднительно, поэтому в сажевом фильтре используется диффузия. На фото ниже приведена схема работы сажевого фильтра, которая вам поможет понять ее принцип.
На фото видно, что в модуле фильтра есть целая система трубок, причем у тех, кто близко расположен друг другу, торцы запечатаны с разных сторон. Со стороны двигателя отработанные газы попадают внутрь, но проходя через трубки, закрытые с одной стороны, не могут двигаться дальше.
Поэтому им приходится просачиваться через стенки в соседние открытые ячейки, а дальше свободно улетучиваться из керамического модуля. При этом во время диффузии из одной ячейки в другую, отфильтровываются даже самые мельчайшие частицы, а это значит, что сажевый фильтр хорошо справляется со своей работой.
Для того чтобы лучше понимать назначение этих устройств, необходимо коснуться темы отработанных газов. В составе автомобильного выхлопа содержится масса особо токсичных и канцерогенных веществ. Так, окись углерода, несгоревшие углеводороды, альдегиды, окислы серы, тетраэтилсвинец оказывают очень вредное воздействие на окружающую среду.
Для того чтобы снизить концентрацию этого компонента, в конструкцию современного автомобиля введен сажевый фильтр на дизеле. Что это за деталь? Это нечто похожее на катализатор в бензиновом двигателе.
Как выглядит элемент
Итак, это устройство предназначено для того, чтобы нейтрализовать сажу – продукт, образующийся в процессе сгорания дизельного топлива. Различают два вида – это закрытые (DPF) и закрытые с возможностью регенерации (FAP).
При всей своей простоте на самом деле эти автозапчасти для иномарок имеют довольно сложное устройство. Независимо от исполнения, фильтр представляет собой металлический цилиндр. На нем находятся патрубки – входной и выходной. Выходной подключается к системе очистки отработанных газов.
Основной элемент фильтра – специальная матрица, которую изготавливают из карбида кремния. Она заключена в цилиндр из металла. Структура этой матрицы – ячеистая. Что касается сечения ячеек, то зачастую это сечение квадратное. Но более эффективны ячейки, имеющие восьмиугольную форму.
Кроме этого фильтр для дизеля имеет в конструкции несколько датчиков. Это датчик, фиксирующий разность давления, и датчик входной и выходной температуры.
Принцип работы
Сажевый фильтр выполняется из специального ячеистого фильтрующего элемента, основой которого является керамика,
помещенная в металлический корпус. Керамическая фильтрующая система состоит из большого количества микроскопических каналов,
попеременно закрытых то с одной, то другой стороны, а стенки имеют пористую структуру, через которые проходит газ,
но не может просочиться сажа.
Принцип действия данного устройства довольно прост. Отработанные газы просачиваются через пористую структуру фильтрующего элемента.
При этом практически все частицы сажи остаются на входе, то есть в виде выхлопа из автомобиля выходит практически чистый газ,
лишенный тяжелых примесей.
Принцип работы сажевого фильтра. Пассивная и Активная регенерация.
Накопленные при фильтрации сажевые частицы создают сопротивление отработанным газам,
что в свою очередь приводит к понижению мощности двигателя автомобиля. В связи с этим любой сажевый фильтр нуждается в периодической чистке от сажи.
Данный процесс называется регенерацией.
Существует два вида регенерации: пассивная и активная.
Пассивная регенерация происходит без участия водителя (происходит незаметно).
Мелкие отложения сгорают при температуре около 350 градусов. Такая чистка может сопровождаться резким дымлением.
Но чтобы достигнуть этакого нужного температурного режима необходимо периодически давать поработать дизельному двигателю
на оборотах более 2000 об. продолжительностью 5 — 10 мин. Такой вид регенерации выполняется каждые 500 — 700 км пробега.
Поскольку в городских условиях, какой режим вождения возможен не всегда, происходит постепенное засорение с последующим выходом из строя.
В связи с этим водители часто периодически добавляют в топливо специальные присадки позволяющие сгорать саже при меньших температурах около 450 °C.
Применение другого вида восстановления работоспособности сажевика вызывается загоранием на приборной панели соответствующего заначка,
а при диагностике выскочит ошибка.
Активная регенерация сажевого фильтра происходит при температурах более 600 градусов (ЭБУ защёт данных с датчиков сам производит необходимые процедуры),
таких как:
- поздний впрыск топлива;
- дополнительный впрыск;
- используется дополнительный нагревательный элемент перед фильтром;
- впрыскивается топливо перед фильтром;
Именно при таких процедурах выхлоп нагревается до такого значения при максимальной нагрузке дизельного двигателя.
После такой регенерации работоспособность сажевого фильтра восстанавливается.
Аварийная регенерация не запускается, если фильтр заполнен сажей боле определенного значения (около 68 гр).
Но как бы там ни было, ресурс фильтра отработанных газов составляет около 250 тыс. км пробега.
А как долго не понадобится полное удаление или замена сажевого фильтра зависит от качества топлива и смазочных материалов.
Размер частиц сажи ориентировочно равен пяти сотым микрона, а по своему химическому составу это чистый углерод. Задержать такие микроскопические частицы обычными средствами довольно проблематично. Для их улавливания в устройстве используется диффузия.
Понять принцип работы, заложенный в подобное устройство, поможет приведенное ниже фото:Из картинки видно, что в матрице существует целая сеть трубок, причем у соседних из них торцы закрыты с разных сторон. Внутрь ОГ поступают со стороны двигателя, но попадая в трубки, закрытые с противоположной стороны, не могут двигаться дальше. Тогда они через стенки проникают в соседние открытые полости и свободно уходят из керамической матрицы.
При этом во время диффузии из одной полости в другую, даже микроскопические частицы задерживаются, а значит, сажевый фильтр выполнил свою задачу.
Причин, по которым он забивается, может быть несколько. Одна из основных – это качество используемого топлива. Некачественное топливо служит причиной повышенного образования сажи в процессе работы двигателя, вследствие чего очень быстро сажевый фильтр будет забит этими частицами, что значительно снизит срок его службы.
Другой причиной можно считать недостаточную для полного сгорания сажи температуру выхлопных газов. Дело в том, что сажевый фильтр позволяет не только задерживать частицы сажи, но и в процессе работы, когда дизель обеспечивает достаточный уровень температуры ОГ, сжигать эти частицы.
Причин снижения температуры ОГ может быть несколько, в том числе:
- режим движения (с низкой скоростью и частыми остановками);
- пробки во время движения;
- нарушение процесса сгорания топлива.
На текущий момент в автомобилях применяется два типа очистителей сажи:
- DPF
- FAP
Сажевый фильтр DPF (аббревиатура от слов Diesel Particulate Filte) для дизельного авто улавливает частицы сажи размером до 1 мкм, которые образуются в результате сгорания топлива. Такой фильтр отличается простотой устройства, но при этом требует регулярных действий по очистке (регенерации).
Фильтр типа FAP (сокращение французского выражения Filtre A Particules) представляет собой более сложное устройство, не требующее регулярного вмешательства. Регенерация (очищение) происходит здесь в автоматическом режиме.
Местоположение сажевого фильтра (см. рис. 1) – в системе выпуска отработанных газов, за каталитическим нейтрализатором. В некоторых случаях он также может быть объединен с нейтрализатором, и тогда его местоположение – прямо за выпускным коллектором.
Это место, где отработанные газы имеют наивысшую температуру. В таком варианте устройство называется «сажевый фильтр с каталитическим покрытием».
Средний ресурс сажевых фильтров рассчитан на пробег в 150 тыс. км. Но это европейский стандарт. На российском топливе, по отзывам владельцев и работников автосервисов, этот показатель снижается почти втрое.
В момент, когда бортовой компьютер выдаст ошибку, говорящую о том, что сажевый фильтр засорился, автовладельцу необходимо будет принять одно из следующих решений:
- Полная замена сажевого фильтра. Очень дорогостоящее мероприятие. Конечно, цена очень зависит от марки и модели авто, но в любом случае, это действие значительно дороже всех нижеперечисленных пунктов. К примеру, на BMW замена сажевого фильтра обойдется приблизительно в 1500 евро.
- Физическое удаление сажевого фильтра. Процедура тоже не из дешевых, и имеет ряд недостатков. Недостаточно просто взять и вырезать фильтр, заменив участком трубы. На данные, поступающие с датчиков сажевых фильтров, завязан ряд процедур бортового компьютера, а это значит, что необходимо будет заменить его прошивку. Замена прошивки не всегда происходит гладко, в ряде случаев возникают ошибки (ложные срабатывания индикации, другие проблемы с бортовым компьютером).
- Обман датчика сажевого фильтра. Заключается в установке отдельного прибора, который эмулирует нормальную работу датчиков (подделывает сигналы) или программное удаление сажевого фильтра из системы электронного блока управления. Эта процедура не освобождает владельца авто от очистки самого фильтра. Однако, значительно продлевает срок его работы или позволяет беспроблемно удалить сажевый фильтр с наименьшими ошибками в работе бортового компьютера.
- Регенерация. Наиболее правильная процедура, ведь удаление фильтра увеличивает выбросы вредных веществ в атмосферу, несмотря на то, что даже без данного элемента европейские автомобили успешно проходят технический осмотр по российским нормам. При этом стоимость регенерации фильтров остается приемлемой в сравнении с тем же удалением или заменой, хотя и требуют периодического повтора.
ВИДЕО ИНСТРУКЦИЯ
Размер одной частицы сажи примерно равен 0,05 мкм. По химическому составу этот продукт представляет собой не что иное, как обыкновенный углерод. Задерживать эти частицы при помощи обычных средств очень сложно вследствие размеров элемента. Чтобы улавливать сажу, необходимо использовать принцип диффузии.
Итак, фильтр внутри представляет собой керамическую матрицу. Это целая серия трубок, при этом у соседних закрыты торцы. Внутрь этой матрицы отработанные газы приходят со стороны мотора, однако, когда газы попадают в трубки, дальше двигаться просто не могут.
Работу сажевых фильтров принято разбивать на два этапа: непосредственно фильтрация отработанных газов (захват сажи) и регенерация фильтра. На этапе захвата сажи внутри фильтра, в отличии от каталитического нейтрализатора бензинового мотора, не происходит никаких сложных химических или физических процессов.
Особая мелкоячеистая керамическая структура внутренней части фильтра просеивает выхлопные газы, задерживая на своих стенках частицы сажи. При этом даже самые эффективные фильтры не способны полностью исключить попадание сажи в атмосферу, пропуская микрочастицы размером от 0.1 до 0.5 мкм. Впрочем, содержание частиц такой величины в выхлопе дизельного мотора не превышает 5-10%.
Естественно, что со временем количество уловленной сажи в фильтре достигает критического показателя – фильтр забивается все больше и больше, и после определенного момента это начинает сказываться на производительности работы силового агрегата в целом: падает мощность мотора, повышается топливные расход.
На очистку или регенерацию сажевого фильтра направлен второй этап работы устройства. В отличии от процесса фильтрации этап регенерации фильтра является весьма сложным процессом. Регенерация сажевых фильтров реализована разными автопроизводителями по-разному. Правда, суть всех этих решений едина – очистка ячеек фильтра от забившейся сажи.
Как устроен сажевый фильтр
При своей кажущейся внешней простоте, дизельный сажевый фильтр имеет довольно сложную конструкцию. Для всех моделей автомобилей выполняется он в виде металлического цилиндра, на корпусе которого имеются входной и выходной патрубки для подсоединения к общей системе очистки отработанных газов. Ниже на фото вы можете видеть устройство сажевого фильтра.
Начинка цилиндра состоит из керамического модуля, конструкцию которого мы уже рассмотрели выше. Помимо него, на сажевый фильтр монтируются датчики, которые контролируют его работу. Среди них есть:
- Датчик разности давления;
- Датчик температуры на впуске и выпуске работающего сажевого фильтра.
Сажевый фильтр на дизель может быть поставлен двумя способами, в зависимости от своего типа устройства. Каким именно образом, смотрите на фото:варианты установки сажевого фильтра
Особенности устройства обоих типов фильтров зависят от того, как был изготовлен модуль – с внутренним каталитическим покрытием или без него. Во втором случае на дизель следует устанавливать дополнительный катализатор. В первом случае, если модуль имеет каталитическое наслоение, то его можно объединить с катализатором.
Где находится сажевый фильтр
Найти эту деталь не составит труда. Фильтр зачастую устанавливается в выпускной системе автомобиля. Из-за особенностей конструкции деталь можно найти между глушителем и катализатором. В некоторых случаях устройство может быть объединено с катализатором и располагается прямо за выпускным коллектором. Там максимальная температура газов, а такой фильтр имеет каталитическое покрытие.
Причины снижения эффективности
Основанием для снижения эффективности сажевого фильтра могут служить несколько причин. Во-первых, качество используемого топлива. Низкокачественный дизель провоцирует повышенное образование сажи во время работы двигателя, вследствие чего сажевый фильтр быстро засоряется, что существенно снижает срок его службы.
Во-вторых, это недостаточно высокая температура отработанных газов, при которой не обеспечивается полное сгорание сажи. Дело в том, что сажевый фильтр не только улавливает частицы углерода, но и сжигает их, когда дизель доводит температуру до нужного уровня в процессе работы.
Причины снижения температуры отработанных газов:
- Режим эксплуатация (постоянные остановки, низкая скорость);
- Заторы (пробки) во время движения;
- Неполадки процесса сгорания топлива.
Срок службы данной системы 60-500 тыс. км и напрямую зависит от стиля вождения. Средний пробег около 120-150 тыс. км. Водители, перемещающиеся на автомобиле только по городу сталкиваются с проблемами уже через 60 000 км. Водители коммерческих транспортных средств — через 200-500 тыс.км
Проблемы возникают в морозы, когда температура выхлопных газов недостаточна для прожига.
Кроме того, необходимо использовать моторное масло, предназначенное для дизельного двигателя c сажевым фильтром!
Самый распространенный код неисправности
Хотя нам известны случаи, когда владелец автомобиля лишь жаловался на повышенный расход топлива и какие-либо ошибки отсутствовали, хотя проблема была решена после отключения сажевого фильтра.
Существует несколько причин, почему фильтры забиваются. Основная причина – качество дизельного топлива. При заправке автомобиля некачественным топливом образуется большое количество сажи — фильтр быстро забивается, что снижает срок его службы.
Еще одна причина – недостаточная температура. Так, сажа сгорает не полностью. Все дело в том, что представляет собой сажевый фильтр на дизеле. Что это? Он не только задерживает частицы, но еще и поддерживает температуру для сжигания их. Однако следует сказать, что это случается, когда нагрев отработанных газов высокий и составляет не меньше, чем 600 градусов Цельсия. При меньших показателях сажа не будет сгорать.
Среди причин снижения температуры газов также выделяют несколько. Это режимы движения, пробки на дорогах, нарушение процесса сгорания горючего. Так, температура в системе не поднимется, если скорость движения низкая, а движение сопровождается частыми остановками.
Особенности эксплуатации
https://www.youtube.com/watch?v=J9xjrSrgagE