Описание устройства
Основное назначение дизельного сажевого фильтра – задержка частиц сажи при выбросе отработанных паров топлива в атмосферный воздух. Наименование фильтрата звучит на разных языках по-разному:
- Diesel Particulate Filter (сокр. – DPF) – на английском;
- RubPartikelFilter (RPF) – на немецком;
- Filtre a Particules, или FAP – по-французски.
Максимальное очищение отработанного газа от частиц сажи – 99,9%. Образование сажи в двигателе, работающем на дизтоливе, происходит при неполном топливном сгорании. Размер сажевых частиц начинается от 10 нм и может достигать 1 мкм. Основные компоненты частицы:
- углеродное ядро;
- схема углеводородов;
- оксиды металлов;
- молекулы воды;
- сера.
Более точный химический состав сажи определяется особенностями эксплуатации двигателя и маркой используемого топлива.
Принцип действия
Оснащение выпускной системы сажевым фильтром осуществляется в непосредственной близости с таким механизмом, как окислительный каталитический нейтрализатор. Фильтрация может размещаться за нейтрализующим компонентом, а может быть объединена с ним. Близость выпускного коллектора не случайна – именно здесь зафиксирована максимальная температура отработанного газа.
Ключевым элементом сажевой фильтрующей системы выступает матрица, в изготовлении которой используется керамика, а точнее – карбид кремния. Ячеистые элементы матрицы помещаются в корпус из металла, на выходе сечение матричных ячеек имеет форму квадрата. Более сложные и эффективные сажевые фильтры устанавливаются на входе, они обладают 8-угольной формой ячеек.
Функционирование сажевой фильтрации происходит последовательно:
- непосредственно сама фильтрация;
- сажевая регенерация.
Первый этап работы фильтра сопровождается захватом сажевых частиц с их последующим оседанием на структурной ячейке устройства. Хуже всего задерживаются элементы, имеющие мизерные размеры (0,1-1 мкм), но их удельный вес в общем объеме отработки редко превышает 5%. Однако, мельчайшие частицы сажи признаны экологами наиболее токсичными и при производстве современных фильтров ячейки располагаются таким образом, чтобы задерживать даже микрочастицы.
По мере скопления сажи на фильтре снижается эффективность выведения отработанных топливных газов, что в свою очередь негативно сказывается на работе двигателя в целом. Процесс очищения фильтрующей системы носит название регенерации, которая может быть пассивной или активной. Но современные производители комбинируют обе технологии очистки для повышения эффективности фильтрования.
Как происходит пассивная и активная регенерация сажевого фильтра
Стартом к началу пассивного очищения сажевого фильтра становится увеличение температуры выхлопных газов до +600°С. Это происходит при максимальной работе мотора. Добиться пассивной регенерации можно посредством добавления к дизельному топливу присадок, обеспечивающих сгорание сажи при температуре от +450°С до +500°С.
При небольшой нагрузке на двигатель, в условиях прерывистой городской езды пассивная регенерация фильтра невозможна, тогда приходится обращаться к принудительному очищению фильтрующего элемента. Чтобы запустить активную регенерацию сажевого фильтрата, необходимо принудительно увеличить температуру отработанных топливных паров в определенный временной промежуток. При этом все накопления сажи окисляются и сгорают. Путей повышения температуры отработанного газового потока несколько:
- задержка при впрыске дизтоплива;
- дополнительная порция топлива, впрыскиваемого в двигатель на такте выпуска;
- установка электронагревателя перед сажевым фильтратом;
- топливный впрыск перед фильтром, на котором оседает сажа;
- волновой нагрев отработанного топливного газа.
Производители постоянно модифицируют сажевые фильтры и сегодня на рынке самыми востребованными моделями являются фильтр, имеющий каталитическое покрытие, и сажевая фильтрующая защита, оснащенная системой ввода топливных присадок.
Характеристики наиболее покупаемых сажевых фильтров
- Сажевая фильтрация, оснащенная каталитическим покрытием. Используется на авто марки Volkswagen и некоторых других машинах. Фильтр может воспринимать активную и пассивную регенерацию сажевых накоплений. Для пассивного очищения используется каализатор – платина, позволяющий топливу сгорать при температуре от +350°С до +500°С. Активную регенерацию фильтра запускает специальная автоматическая система управления мотором автомобиля. Степень загрязнения фильтрующего элемента определяется показателями датчиков, запуск процесса очистки осуществляется по команде электронного блока управления;
- Сажевый фильтр, имеющий систему введения присадок в дизтопливо. Данная система разработана концерном Peuqeot-Citroen, но аналогичная фильтрующая защита используется в автомобилях марки Toyota и Ford. Местоположение фильтра для сажи в этих устройствах – позади каталитического нейтрализатора. Для хранения присадки предусмотрен отдельный бачок, емкость которого колеблется от 3 до 5-ти литров. Этого запаса добавки хватает в среднем на 80-120 тыс. км автопробега машины. Помещается этот бачок внутрь топливного бака или снаружи него, уровень присадки постоянно контролирует специальный датчик-поплавок. Подача добавки осуществляется при помощи электрического насоса.
Постоянный впрыск присадки в дизельное топливо обладает существенным недостатком – ее частицы при сгорании оседают на ячейку фильтра в виде золы. Это снижает ресурс эксплуатации фильтра до 120-тысячного километража.
Когда сажевый фильтр отработал свой ресурс, он заменяется с обязательной перепрививкой автоматической системы контроля работы двигателя.
