Сажевый фильтр: для чего нужен на дизеле и принцип его работы
Дизельные моторы были изобретены достаточно давно, но технология продолжает развиваться по сей день. Одним из последних нововведений стало использование сажевого фильтра. С начала 2000-х автомобили Вольво, БМВ и Мерседес стали активно применять его в новых моделях. После того, как в Евросоюзе была принята норма Евро-5, сажевый фильтр стал неизменной составляющей моторов на дизельном топливе.
Для чего нужен сажевый фильтр на дизеле
Дизельный сажевый фильтр имеет несколько аббревиатур. Например, в автомобиле Форд Куга он будет обозначаться DPF, в автомобилях Фольксваген, Ауди и Опель Астра 2.2 – RPF, а в Рено Меган 3 или Рено Лагуна 3 – FAP. Все это аббревиатуры с английского, французского и немецкого языка. Поэтому не удивляйтесь, если на приборной панели появится одно из этих обозначений. Значит, фильтр нуждается в сервисе.
Технология дизельных моторов, как на фото, сегодня продолжает развиваться
Это маленькое приспособление имеет огромное значение для экологии, так как помогает уменьшить количество выбросов в окружающую среду. Моторы без сажевого фильтра выбрасывают в воздух на 99% больше отходов.
Дизельные моторы в отличие от бензиновых аналогов сжигают горючие не полностью, в результате формируется сажа. Микрочастицы сажи размером от 0,1 микрон до 1 микрона, в их состав входят пары воды, сера, соединения углеродов и тяжелые металлы. Более конкретный состав зависит от качества дизеля и типа двигателя. Если это отложение вовремя не прочистить, то фильтр придется заменить новым. Цена на него достаточно «кусачая»: от 900 до 3000 евро, зависит от марки машины.
Где находится сажевый фильтр
Сажевый фильтр находится в выхлопной трубе. В некоторых автомобилях он может располагаться за каталитическим конвектором или быть объединенным с ним. В таком случае фильтр находится за выпускным распределителем. В этом месте жар отработанных газов достигает максимума.
Видеоролик про сажевый фильтр
Как выглядит сажевый фильтр
Важнейшей частью сажевого фильтра является керамическая матрица, ее изготовляют из карборунда. Для того, чтобы матрицу было удобно крепить, ее помещают в металлическую основу. Если ближе рассмотреть керамическую матрицу, то будет видно, что она состоит из ячеек малого сечения, которые попеременно закрываются с обеих сторон. Также в конструкции предусмотрены торцевые стенки с губчатой структурой, выполняющие роль дополнительного фильтра.
В первых вариантах матрицы, ячейки имели прямоугольную форму. Сейчас производители постепенного переходят на восьмиугольную, поскольку она более практична. Дело в том, что такая форма дает преимущество: появляется возможность разместить большее количество ячеек и продлить жизнь фильтру.
Принцип работы сажевого фильтра
Проходя через сажевый фильтр, сажа проходит два основных этапа: фильтровка и очистка. Во время первого микрочастицы сажи проходят через фильтр и оседают на его стенках. Самым сложным в этом процессе является захват микроскопических частиц размером до 1 микрона. На них приходится всего 5% от общей массы выхлопных газов, но они самые нежелательные для организма человека. Благо инновационные технологии позволяют задерживать даже такие микрочастицы.
Частицы сажи из выхлопных газов проходят через сажевый фильтр в два этапа
Скапливающиеся во время фильтрации микрочастицы образуют сажу, препятствующую выходу отработанных газов. В следствие теряется тяга мотора. Поэтому фильтр нуждается в регулярной очистке. В наши дни существует два способа очистки: спокойный и инициативный. В новых фильтрах обычно применяют обе технологии.
Спокойный метод происходит за счет конструкторских особенностей выхлопной трубы. Как уже упоминалось, сажевый фильтр находится в месте, где жар от газов самый сильный (может достигать 1000 °С). Либо при использовании особых добавок, которые впрыскиваются в топливо. Они способны обеспечить окисление сажи при 450-550 °С.
Такие присадки необходимы при слабой нагрузке мотора, например, при движении в условиях городской езды. Тогда мотор не способен генерировать достаточную температуру для сгорания нежелательной сажи. В этих случаях и используется принудительная спокойная регенерация.
Провести интенсивную очистку немного сложнее, поскольку она нуждается в дополнительных действиях, после чего температура поднимается до 600-700 °С. Для этого существует несколько способов:
- Впрыск горючего с задержкой
- Дополнительный впрыск горючего во время впуска
- Применение электронагревателя перед фильтром
- Впрыск горючего перед сажевым фильтром
- Нагревание газов микроволнами
- Конструкторы стараются облегчить процесс регенерации, поэтому современные фильтры все чаще оснащают бачком с добавкой для горючего.
Сажевый фильтр с катализатором
Ряд производителей используют для некоторых моделей автомобилей (Санта Фе, Туарег 3.0, Ниссан Х Трейл) сажевый фильтр с каталогизатором, который способен обеспечить одновременно активную и пассивную очистку фильтра.
Работу данной системы обеспечивает пластина с катализатором. При этом проходит спокойная и интенсивная очистка.
Спокойная очистка происходит беспрерывно. Покрытие позволяет окислить сажу. Благодаря чему она сгорает, образуя монооксид углерода и диоксид углерода. Процесс осуществляется при 300-400 °С.
Интенсивная очистка происходит за счет нагнетания жара газов (свыше 600 °С) механизмом управления дизеля. Определить, когда фильтр нуждается в активной чистке, можно с помощью специальных датчиков. К ним относится: воздушный расходомер, термометр отработанных газов и манометр.
Когда датчики сигнализируют, что фильтр пора чистить, компьютер активизирует процесс интенсивной очистки. Во-первых, увеличивается впрыск горючего внутри камеры сгорания. Во-вторых, прикрывается клапан, отвечающий за количество подачи кислорода в мотор. А также отключается процесс рециркуляции выхлопов. Все это позволяет создать необходимые условия для интенсивной чистки.
Сажевый фильтр с бачком для добавок в топливо
Сажевый фильтр очищается при температуре порядка 40 градусов
Другим популярным способом чистки сажевого фильтра является установка дополнительного механизма впрыска присадок в топливную систему. Такие фильтры еще называют ФАП-фильтрами, поскольку впервые их предложили французские конструкторы. Позже технологию переняли производители автомобилей Форд и Тойота.
Для реализации задумки конструкторы применили специальную присадку – церий. Она способна обеспечить окисление сажи даже при невысокой температуре 400 °С. Но двигатели, которые не подвергаются большим нагрузкам, не способны обеспечить необходимую температуру, поэтому параллельно выполняется активная чистка. При использовании сажевого фильтра с дополнительным впрыском присадки, фильтр обычно устанавливается раздельно с каталитическим конвертером.
Присадка находится в специальном бачке внутри или снаружи бака с горючим. При каждой дозаправке происходит добавление присадки в топливо. Одного бачка хватает примерно на 100-110 тыс.км. пробега. Примерно столько же служит и сам фильтр. Минусом использования присадки есть то, что во время ее сгорания на стенках фильтра откладывается зола, создавая дополнительные проблемы.
Замена сажевого фильтра
Когда фильтр будет забит окончательно, то его придется удалить физически и программно. То есть придется дополнительно перешивать программу компьютера, иначе он выдаст ошибку.
При желании новый сажевый фильтр можно не устанавливать. В России штраф за его отсутствие не предусмотрен. При этом улучшиться тяга двигателя, снизится расход топлива и можно будет заливать зольное масло. Однако в Европе за такую езду светит штраф, практически равноценный стоимости замены фильтра.
Как продлить жизнь сажевому фильтру
После окончания цикла использования сажевого фильтра, купить новый не так просто, стоит он немало. Поэтому важно продлить жизнь своему во время эксплуатации. Для этого нужно своевременно чистить его и выбирать правильное моторное масло.
Сейчас выпускаются зольные, малозольные и сверхмалозольные виды моторного масла. Зола от масла оседает на поверхности камеры сгорания, а после собирается внутри сажевого фильтра. Это означает, что содержание золы в масле напрямую влияет на длительность срока эксплуатации фильтра. Так что хорошее масло и своевременный сервис могут помочь продлить жизнь сажевому фильтру на несколько десятков тысяч километров.