2019-11-16 Сажевый фильтр

Предназначение детали, особенности эксплуатации, неисправности

Эксплуатация легковых автомобилей в Европе тесно связана с соблюдением экологических стандартов. В них указываются предельно допустимые нормы выбросов непосредственно в атмосферу твердых частиц, которые называются сажей. Она образуется в результате частичного сгорания топливно-воздушной смеси. Это частицы размером от 10,00 нм до 1,00 мкм, состоящие из углеродного ядра, с ним связаны другие химические соединения (вода, оксиды ряда металлов, разнообразные углеводороды, а еще и сера). В целом химический состав сажи может меняться в зависимости от режима работы мотора и компонентного состава используемого топлива.

С момента введения экологического стандарта Euro4 возникла необходимость устанавливать в системе отвода отработавших газов дизельных двигателей специального фильтра, который снижает концентрацию твердых частиц в отработавших газах. Этот фильтр называется сажевым (он же сажевик), в английской терминологии DPF (полное название Diesel Particulate Filter), а в немецкой используется термин RPF (полное название Rub Partikel Filter).

Особое внимание акцентируем на фильтрах FAP (это французское название, расшифровывается как Filtre a Particules). Такие сажевые фильтры ставятся на автомобили Peugeot и Citroën, встречаются на моделях Ford, Volvo, Toyota и ряда других автопроизводителей. Эти фильтрующие элементы имеют свою специфику активной и пассивной самоочистки (регенерации), кроме этого требования к используемому моторному маслу и обслуживанию в целом специфические. Обо всем расскажем далее и более подробно.

После того как начали действовать еще более жесткие нормативы стандарта Euro5, сажевый фильтр ставится в систему отвода отработавших газов легковых автомобилей, оборудованных дизельными силовыми агрегатами, в обязательном порядке.

С введением еще более жесткого экологического стандарта Euro6a возникла необходимость установки сажевого фильтра на легковые машины, укомплектованные бензиновыми ДВС (двигателями внутреннего сгорания) с прямым, непосредственным типом впрыска топлива. Такие сажевики уже ставятся, например, на модели германского концерна Volkswagen с бензиновыми ДВС 1.4 TSI, есть и на Mercedes-Benz S-Klasse.

В связи с этим возникает необходимость обслуживания и замены сажевого фильтра пока на легковых машинах с дизельными ДВС, а в перспективе и с бензиновыми силовыми агрегатами, имеющими прямой, непосредственный впрыск. В Казани по этому поводу обращайтесь к нам на автопортал Avto.Tatar. В нашем каталоге представлена информация о технических центрах, автосервисах, станциях технического обслуживания (СТО) где выполняются такие операции с выхлопной системой как:

обслуживание установленного сажевого фильтра, разговор о принудительной регенерации;
ремонт сажевого фильтра, точнее замена датчиков отвечающих и обеспечивающих его работу;
удаление сажевика, в том числе с установкой эмулятора;
замена сажевого фильтра на аналогичный новый, в случае поломки или критического износа;
установка аналога, по мере необходимости.

Еще в размещенном на нашем автопортале каталоге сможете найти информацию о работающих в столице Татарстана автомагазинах и иных торговых точках, где осуществляется продажа сажевых фильтров и датчиков. Имеются в виду датчики, обеспечивающие функционирование сажевого фильтра (такие как давления, температуры, иные).

Далее расскажем о том что такое устанавливаемый в выхлопную систему сажевый фильтр, каковы его конструкционные особенности, принцип действия, какие разновидности существуют. Поговорим и о характерных неисправностях.

Конструкционные особенности

Сажевый фильтр - узел, состоящий из нескольких основных деталей. О конструкционных особенностях и классификации поговорим ниже, а сейчас укажем на основные компоненты, к ним относятся:

металлический корпус, как правило, стальной, зачастую из нержавеющей стали;
керамическая матрица, которая изготавливается из карбида кремния;
группа датчиков, пара температуры и еще пара дифференциального давления.

Могут присутствовать и другие компоненты, например, датчик кислорода, но к очистке отработавших газов от твердых частиц он почти отношения не имеет, у него иные задачи, связанные с каталитической нейтрализацией.

Корпус из металла по своей сути банка, емкость с матрицей внутри. К корпусу привариваются трубки и предусмотрены разъемы под установку датчиков. И с двух сторон фланцы под, как правило, приварку к другим компонентам выхлопной системы.

Керамическая матрица состоит из нескольких крипт, заглушенных с одной стороны, с перфорацией газовых каналов двух видов – первый впускные и второй выпускные. Они располагаются попеременно, чередуясь через один, то есть в шахматном порядке. Эти каналы с одной из сторон открыты, с другой закрыты. Впускные каналы открыты со стороны мотора и закрыты со стороны глушителя. Выпускные каналы наоборот, закрыты со стороны мотора и открыты со стороны глушителя.

Стенки каналов с пористой структурой, через которую беспрепятственно проникают отработавшие газы. Каналы отличаются по форме сечения, она бывает квадратной, восьмиугольной, иногда встречаются и иные варианты. Площадь сечения впускных каналов всегда больше чем выпускных.

Датчики, определяющие температуру и текущее дифференциальное давление, ставятся на впуске и выпуске, тесно связаны с электронным блоком управления (сокращенно ЭБУ) двигателя. Датчики температуры, как понятно из названия, измеряют текущую температуру газов до и после их очистки от сажи в сажевики. Датчики, ищмеряющий дифференциальное давление, используются для определения разницы в текущем давлении газов до и после фильтра. Это очень важно, ключевой, можно так сказать, момент. Порой используется информация и с других датчиков, того же расходомера (датчика массового расхода воздуха).

Принцип функционирования сажевого фильтра

В любом сажевом фильтре два процесса происходит – первый фильтрации, второй – регенерации.

Фильтрация выхлопных газов

Сначала о фильтрации и общем принципе работы. Выхлопные газы свободно циркулируют в газовых каналах матрицы, сначала попадая во впускные каналы и упираясь в заглушку. Так как давление существует, а деваться газам некуда они проникают сквозь поры стенок в выпускные каналы. Стенки газовых каналов как раз и задерживают твердые частицы, играя роль фильтрующего элемента. Попадая в выпускные каналы газы не могут вернуться в двигатель, там заглушка, и свободно перемещаются далее по системе до патрубков выхлопной трубы и затем в атмосферу. Вот базовый принцип функционирования сажевого фильтра.

Регенерация(самоочистка) сажевого фильтра

Возникает вопрос: «Куда девается сажа?». Действительно твердые частицы накапливаются на стенках впускных каналов, со временем забивая их наглухо, это, как минимум, снижает мощность, крутящий момент двигателя.

Чтобы очистить впускные каналы от сажи и выполняется самоочистка (регенерация) сажевого фильтра. Это процесс, при котором расправляются с твердыми частицами путем их дожига (окисления), в том числе с использованием специальных химических соединений.

Сразу отметим что регенерация не бывает полной. Часть сажи все равно останется на стенках впускных каналов и будет накапливаться. Оттого любой сажевик имеет свой ресурс и он во многом зависит от качества топлива и условий текущей эксплуатации двигателя.

За этим следят датчики температуры, а еще дифференциального давления, иногда и другие. Например, если температура газов в системе отвода тработавших газов на входе в сажевика высокая, а на выходе низкая, или падает значительно давление газов при прохождении через сажевый фильтр, то благодаря этим датчикам ЭБУ мотора осознает, что фильтр забит и нуждается в самоочистке. Если сажевый фильтр сильно загрязнен блок управления еще и двигатель переводит в аварийный режим функционирования, чтобы не допустить его поломки.

Существует три разновидности очистки:

пассивная в рабочем режиме мотора;
активнаяс применением определенных алгоритмов;
принудительная, подразумевающая демонтаж сажевика.

Пассивная и активная самоочистка напрямую взаимосвязана с работой мотора (с современных фильтрах они используются обе, вместе), принудительная – это один из видов сервисных работ, выполняемых в специализированном автосервисе. Теперь подробнее.

Пассивная самоочистка (регенерация)

Пассивная самоочистка основана на физических и химических принципах очистки стенок впускных газовых каналов от сажи. В этом отличие и первый признак классификации сажевых фильтров. Начнем с физических принципов.

Сажа сгорает (окисляется) при текущей температуре превышающей 530-600° С. Поэтому перед блоком управления стоит задача обеспечить такой режим функционирования силового агрегата, при котором температура газов достигнет заданной отметки (в нормальных условиях эксплуатации она находится в пределах 300-500 ° С, а этого мало). Обычно это максимальная нагрузка, что в тяжелых условиях эксплуатации или на высокой скорости происходит само собой, при таких условиях и выполняется пассивная самоочистка. Нагретые до 600° С и выше газы попадают в фильтр. В результате происходит дожиг сажи и очистка впускных газовых каналов. С этим, надеемся, понятно.

Французские автопроизводители, а затем и другие, пошли своим путем и решили двигатель лишний раз не мучить высокими нагрузками. Они стали использовать специальные присадки, добавляемые в топливо. Эти присадки дают возможность дожигать твердые частицы в сажевике при крайне низких температурах газов (порядка от 450° С до 500° С). В этом ключевая особенность фильтров FAP, о которых обещали рассказать выше. Такая схема помимо несомненных плюсов имеет и свои минусы. Во-первых, нужно покупать специальные присадки, добавляемые в дизельное топливо. Причем эти присадки оригинальные, стоят денег, абы что не зальешь и контрафактом можно навредить двигателю. Во-вторых, сам принцип работы. Присадки сгорают, образуется зола. Она откладывается на стенках газовых каналов матрицы, забивает их и не выгорает, что очень плохо. Плюс к этому зола, которая образуется при сгорании моторного масла в моторе. В сумме зола от сгорания присадок и моторного масла может навредить компонентам выхлопной системы очень серьезно. Поэтому, если установлен сажевик FAP, в систему смазки надо заливать малозольные, их еще называют низкозольными (Low Ash) моторные масла. В этом вторая особенность. Хотя актуально, если говорить всю правду, использование малозольных масел и в случае установки сажевых фильтров DPF (такая аббревиатура присутствует в названии моторного масла) по причине того что и той золы, которая образуется при сгорании смазки, достаточно чтобы со временем забить наглухо газовые каналы.

Активная самоочистка и принудительная регенерация

С тяжелыми условиями и максимальными нагрузками понятно. А что происходит, если сажевик не FAP, присадок нет и двигатель на максимальных нагрузках не работает? Например, при поездках на небольшие расстояния, по идеальным дорогам без резких перепадов высот, в городском трафике, то есть при низких нагрузках на мотор. Дожигать то надо, хотя бы один раз при пробеге от 1500 (порой и намного меньше) до 5000 километров (если это происходит чаще, то фильтру DPF осталось жить недолго). В такой ситуации ЭБУ двигателя задействует определенный алгоритм, использующий активную самоочитску, в результате которой сажа окисляется (сгорает). Увеличение температуры газов до 600° С достигается несколькими основными способами:

поздний впрыск в цилиндры бензина или дизельного топлива;
вспомогательный впрыск топлива в ходе такта выпуска;
подогрев отработавших газов перед сажевиком путем установки электронагревателя;
впрыск дизельного топлива или бензина перед сажевиком;
подогрев выхлопных газов путем воздействия микроволнового излучения.

Если говорить о сажевиках в бензиновых моторах, то активная регенерация обеспечивается еще путем увеличения частоты вращения коленвала, дезактивации (при их наличии) систем Start-Stop и отключения цилиндров.

И последнее. Если запустилась регенерация сажевого фильтра, то прерывать эту процедуру нельзя. Иначе придется повторять все заново. А это и ускоренный износ двигателя, и увеличенный расход топлива, моторного масла. Как минимум. Если для регенерации в дизельных силовых агрегатах задействуется дополнительное топливо, а процедура не оканчивается и запускается вновь и вновь, то солярка смешивается с моторным маслом и попадает в картер двигателя. Рано или поздно концентрация достигнет такого уровня, что моторное масло из-за повышенного содержания дизельного топлива само превратится в топливо и тогда двигатель не выключить, с жуткими, естественно, для него последствиями. Так что до окончания процесса самоочистки надо обеспечивать условия ее проведения и не выключать мотор.

Принудительная регенерация проводится с использованием специального оборудования в автосервисах. Речь о промывке и очистке, с задействованием других методик, сажевого фильтра. Процедура сложная, поэтому не каждый техцентр такими операциями занимается, но в странах Европы подобный сервис достаточно востребован и на высоком уровне.

Классификация сажевых фильтров

Сажевые фильтры отличаются по конструкции, принципу работы, функциональности, месту установки и ряду других параметров. Условно выделим несколько видов сажевиков:

DPF, классический сажевый фильтр, сейчас с функциями как пассивной, так и активной регенерации;
FAP, эта категория фильтров, как уже отмечали выше, подразумевает использование добавляемых в топливо присадок (церия и других, например, у PSA эти присадки идут под именем Eolys, ранее Infineum, обратите внимание что разные присадки смешивать, скажем так, не рекомендовано);
с каталитическим специальным покрытием, это объединенные и работающие в паре катализатор и сажевый фильтр (на стенки газовых каналов наносится слой металла, используемого в качестве катализатора).

В фильтрах FAP присадки заливаются непосредственно в бачок объемом 3-5 литров. Этого хватает на 80-120 тысяч пробега. Бачок может быть где угодно, например, в топливном баке. Уровень присадок регулируется с использованием датчика, как правило, поплавкового типа. Подача в топливо осуществляется при помощи электронасоса в ходе каждой заправки или через определенный пробег, по команде ЭБУ двигателя. Регулировка и управление выполняются именно ЭБУ ДВС. Церий или другая присадка попадают в сажевик, сгорают, из-за чего увеличивается температура газов и происходит дожиг сажи, но откладывается зола.

Сажевик с каталитическим покрытием жутко дорогой узел, который используется для комплексной очистки газов в выхлопной системе и от вредных химических соединений, и от сажи. Вот зачем там еще и лямбда-зонд (кислородный датчик) ставится. Такие сажевики устанавливаются, например, на дизельные силовые агрегаты Volkswagen.

Если говорить о месте установки, то сажевый фильтр может располагаться:

между выпускным коллектором или турбиной и катализатором;
после катализатора;
быть объединенным с катализатором, об этом уже говорили.

Существует и ряд других параметров, определяющих выбор. Многое зависит от конструкционных особенностей того или иного сажевого фильтра, в зависимости от производителя.

Неисправности

Основная характерная поломка сажевого фильтра – выработка ресурса из-за повышенных термических и других видов нагрузок, механического воздействия отработавших газов на матрицу. В среднем сажевик выдерживает 80-120 тысяч пробега, сейчас некоторые автопроизводители указывают и на 250 тысяч, то есть почти ресурс двигателя. Главная проблема связана с отложением твердых частиц на стенках впускных газовых каналов, а когда используются присадки, то и золы. Увеличение концентрации твердых частиц в выхлопных газах и ускоренный износ сажевика может быть связан как с качеством используемого топлива (повышенным содержанием в нем серы), так и неисправностями системы питания, двигателя, других взаимосвязанных систем, той же EGR при наличии. Зачастую это нарушение пропорции топлива и воздуха в топливно-воздушной смеси, недостаточно воздуха и переизбыток топлива. Помимо этого влияние оказывают условия эксплуатации, например, когда при поездке на короткие расстояния двигатель не разогревается и регенерация либо не запускается, либо запускается и не успевает завершиться. С учетом места установки среди других негативных факторов, приводящих к поломкам, механическая деформация и воздействие агрессивных химических веществ. Порой встречаются и другие неисправности. Путей решения вопроса несколько:

замена сажевого фильтра на аналогичный, не всегда актуальна, например, если сажевый фильтр с каталитическим покрытием, то там драгметаллы применяются и стоит такой фильтр просто безумных для рядового автовладельца денег;
удаление полное сажевого фильтра, предполагает установку порой еще и эмулятора, который обманывает ЭБУ силового агрегата, но тут могут возникнуть различные проблемы, в том числе и с концентрацией сажи в отработавших газах;
замена сажевого фильтра на аналог, ставят определенное устройство.

И вопрос надо решать одним из выбранных способов. Все дело в том, что неисправности сажевого фильтра ведут к тому что снижаются мощность, крутящий момент двигателя, возникают перебои в его работе, зачастую повышается, порой значительно, расход топлива. Блок управления сразу переводит мотор в режим аварийного алгоритма работы.

Потребуется техобслуживание, замена или полное удаление, в том числе с перепрошивкой и/или установкой эмулятора, сажевого фильтра в Казани – ждем на нашем автопортале Avto.Tatar. Не тяните, подберите в нашем каталоге автомагазин где можно купить сажевый фильтр, датчики, другие комплектующие для его замены, автосервис где оперативно, качественно проведут все работы. Обращайтесь!

2019-11-16 Сажевый фильтр

Похожие новости

Новости партнёров