Сажевый фильтр это что


Сажевый фильтр

Борьба за чистый выхлоп автомобиля идет не на шутку, оно и понятно машин все больше и они сильнее загрязняют нашу с вами атмосферу. Поэтому разрабатываются различные устройства, которые призваны снизить вредные вещества в выхлопе. У бензинового двигателя это катализатор (каталитический нейтрализатор) отработанных газов. Но вот у дизеля совсем другое строение, и выхлоп нужно очищать по-другому, ведь там очень много сажи, поэтому был создан сажевый фильтр. Про него я и хочу подробно рассказать в этой статье …

ОГЛАВЛЕНИЕ СТАТЬИ

  • Определение
  • Как работает
  • «Сажевик» и катализатор
  • Пассивная регенерация
  • Сажевый фильтр без катализатора и автоматическая регенерация
  • ВИДЕО принципа работы
  • Принцип зажигания топлива у дизеля сильно отличается от бензинового двигателя, там нет свечей зажигания (в том понимании, что у бензина), а топливо воспламеняется из-за высокого давления и быстрого нагрева. Поэтому понятно, что очищать отработанные газы от такого цикла должен другой фильтр. Но для начала определение.

    Определение

    Сажевый фильтр – это устройство, которое очищает выхлоп дизельного мотора от выбросов сажи в атмосферу. При его применении количество сажи уменьшается на 80 – 90 %.

    Такие устройства применяются с 2001 года, поначалу они устанавливались на тяжелых грузовиках. Однако с 2009 года была введена норма ЕВРО5 и применения этого фильтра стала обязательной на всех автомобилях использующих «солярку».

    Как работает

    Основная задача это улавливать сажу при выхлопе автомобиля. По сути это также часть глушителя, которая очищает выхлоп. Только вот это совсем не катализатор, он борется с сажей, а не с отработанными вредными газами.

    Работа состоит из двух этапов:

    1) Захват сажи – как становится понятно, на этом этапе происходит захват частичек сажи. Внутри фильтр похож на ячеистый материал, на стенках которого и оседают частички. Однако нужно отметить — что совсем мелкие, не улавливаются – их размер может составлять всего 0,1 – 0,5 мкм, но их в выхлопе всего 5 – 10 %. После улавливания фильтр постепенно начинает забиваться, что приводит к снижению мощности двигателя. Поэтому время от времени его нужно прочищать, или делать регенерацию.

    2) Регенерация — этот процесс достаточно сложный, и у каждого производителя реализован по-своему. Однако эффект от него один, очищение ячеек от сажи. Теперь немного подробнее.

    «Сажевик» и катализатор

    Многие, наверное сейчас начали задаваться вопросом – что же это получается сажа улавливается, а отработанные газы нет, ведь нет катализатора? Не совсем это так. Некоторые компании (например Volkswagen) разрабатывают комбинированные варианты. В одном устройстве совмещены оба очищения.

    Суть здесь вот в чем: — внутри как обычно идут ячейки с каналами малого сечения (делаются из карбида кремния), они борются с «частичками». А вот боковины корпуса ячеек, сделаны из каталитического материала (обычно наносят титан), который способствует сгоранию и окислению вредных – углекислого и угарного газов.

    Таким образом, в одном устройстве совмещают сразу два фильтра.

    Пассивная регенерация

    Про совмещение я вам рассказал не просто так. МЫ уже поняли что рано или поздно нужна регенерация, и как раз катализатор способствует этому процессу.

    Все дело в том, что нейтрализатор способен разогревать сажевый фильтр до высоких температур, около 300 – 500 градусов. При этом частички сажи окисляются и сгорают.

    Если химически расписать процесс то получается:

    — Соединения азота вступают в реакцию с кислородом в катализаторе – образуется диоксид азота

    — Диоксид азота вступает в реакцию с сажей – образуется оксид азота и угарный газ

    — Оксид азота и угарный газ вступают в реакцию с кислородом – образуется диоксид азота и углекислый газ.

    Таким образом, сажевый фильтр, очищается от сажи. Вот небольшая схема.

    Однако если не достаточно ездить, частые короткие поездки то частички могут не сгорать, им попросту не хватает температуры. Тогда автомобиль может потребовать принудительную регенерацию – есть специальная функция на дизелях.

    Такая процедура происходит при высоких оборотах и фильтр разогревается до 600 – 650 градусов Цельсия. В нем проходит все химические реакции, которые я описал выше, и ячейки очищаются.

    Система полностью автоматическая и не требует присутствия человека. Автомобиль считывает информацию с датчиков (воздуха, температуры отработанных газов до фильтра, после фильтра и самое важное давления сажевого фильтра). Когда (при очищении) давление восстанавливается, система автоматически заканчивается – это говорит о том, что регенерация закончена.

    Сажевый фильтр без катализатора и автоматическая регенерация

    Есть другие типы, они не имеют в своем строении катализатора. Если точно подметить, то можно сказать что он есть, однако устанавливается перед «сажевиком» и никак с ним не соприкасается (два отдельных элемента). Такими типами пользуются производители концернов Peuqeot — Citroen, а также FORD, TOYOTA и некоторые другие.

    Здесь очистка устроена совершенно по-другому. Раз в несколько сот километров, автомобиль в автоматическом режиме впрыскивает специальную присадку в топливо, (обычно она основана на таком веществе как Церий).

    При наполнении фильтра сажей, система впрыска дизеля нагнетает эту присадку в цилиндры. Причем при выхлопе внутри фильтра создается очень высокая температура примерно + 650, +750 градусов. Сам «сажевик» раскаляется.

    Церий при этом не распадается в топливе, он доставляется с газами в фильтр, после того как он попадает на раскаленный «сетчатый» элемент, он начинает сгорать поднимая температуру до 900 — 1000 градусов. Сажа окисляется и сгорает. При такой температуре происходит регенерация фильтра, то есть он очищается. Материалы выпускной системы достаточно прочные, поэтому разрушение выхлопного тракта не происходит.

    Посмотрите познавательный ролик, там все расписано на пальцах.

    Присадка в топливо хранится в отдельной емкости, причем ее хватает достаточно на длительный срок, как заверяют производители должно хватить на 90 – 100000 километров, однако при использовании некачественного «дизеля» пробег может значительно уменьшиться.

    Сажевый фильтр это очередное устройство, которое призвано сделать наш с вами воздух чище в угоду экологии. Если его убрать, машина будет работать немного лучше – потому как нет никаких преград в выхлопном тракте.

    Кстати на многих дизелях, реализованы системы отключения цилиндров, для экономии топлива, советую почитать.

    НА этом у меня все, читайте наш АВТОБЛОГ.

    Что такое сажевый фильтр и для чего он нужен

    Статья про сажевый фильтр — для чего он нужен, особенности и эксплуатация детали. В конце статьи — видео про устройство и назначение сажевого фильтра.Содержание статьи:Дизельная комплектация легковых автомобилей получила с 2000 года дополнительную деталь в системе выпуска – сажевый фильтр. Предполагается, что фильтрующий элемент будет снижать высокие показатели выброса тяжелых частиц и СО2 в атмосферу.

    Согласно статусу норматива Евро-5, установка фильтрующего узла на автомобиль обязательна. Агрегат действительно снижает выброс сажи в окружающую среду на 90%, но при этом требует полноценной чистки максимум после 20-30 тыс. пробега.

    Учитывая, что дизельное топливо российского производства имеет в своем составе серы в пять раз больше, чем европейская солярка, процедуру чистки или полной замены фильтра водители вынуждены делать через каждые 10 000 пробега.

    Сажевый фильтр для дизельного мотора снижает выброс мелкофракционных сажевых частиц, фильтруя отработанные газы. Нагар образуется при недостаточном сжигании топлива. Химический состав сажи зависит от параметров топлива, чаще всего это тяжелые частицы, углеводорода двуокись и окись, серы двуокись, вода, окись азота, в разных пропорциях.

    В основе детали — керамическая болванка ячеистой формы, заключенная в сварной металлический кожух. Установлен узел очистки выхлопных газов сразу за катализатором, составляя с ним единую деталь. Фильтр и нейтрализатор расположены в одной банке, непосредственно после выходного коллектора. В некоторых моделях авто катализатор окислительного типа и элемент фильтрации объединены в один узел. Технологически деталь называется фильтр каталитического типа.

    Оригинальная деталь стоит достаточно дорого за счет драгоценного металла, который входит в структуру фильтра. Иридий и платина нейтрализует отработанный выхлоп и задерживает сажевые частицы.

    Ячейки сажевого фильтра имеют или квадратную или восьмиугольную форму. Закрытые с разных сторон, они создают сложный проход для отработанного газа, благодаря чему новый фильтр по замерам выдает в атмосферу практически чистый воздух под высоким давлением. Агрегат в процессе эксплуатации осуществляет две функции:
    • фильтрация отработанного топлива;
    • регенерация сажи.
    Фильтрация — это обычное улавливание мелких частиц сажи из выхлопа в процессе прохода отработанного топлива через ячейки. Регенерация — это процесс очистки поверхности ячеек сажевого фильтра от скопившегося нагара. Фильтрующие агрегаты последнего поколения (с 2010 года) имеют два типа восстановления сажевого узла — автоматическая (пассивная) и принудительная (активная).

    В современных иномарках чаще используют пассивную систему, сжигающую нагар, используя выхлоп (от 500 градусов). Это происходит на высоких скоростях без дополнительной команды от ЭБУ.

    Метод пассивной регенерации заключается в том, что производитель придумал добавлять в дизельное топливо специальную присадку. Этот способ приемлем, если автомобиль не часто используется для загородных поездок. Режим эксплуатации в городе с частыми остановками наиболее губителен для дизельных комплектаций.

    Активное восстановление предполагает принудительное нагнетание температуры в узле для полного окисления (сгорания) налета. В зависимости от параметров работы двигателя различаются несколько способов принудительной регенерации:

    1. Поздняя подача топлива.
    2. При выпуске газов происходит дополнительный впрыск.
    3. Электронагрев.
    4. Использование микроволн для нагрева отработанного топлива.
    При замене заводского фильтра на аналоги, когда оригинальная комплектующая выработала ресурс, в 70% случаев не рекомендуется проводить принудительное восстановление (регенерацию). Неоригинальная комплектующая часто просто загорается, моторный блок идет в разнос.Инженеры Volkswagen чаще всего устанавливают на свои модели сажевый очиститель с каталитической оболочкой (покрытием). Исключением являются модели микроавтобуса Транспортер, которые стоят первыми в очереди в автосервисе для снятия этого узла. После пробега в 30 000 никакая регенерация узла, чистка, промывка и пр. этим автомобилям не помогают. Аналоги выходят из строя уже через 5 000 км.Сажевый узел с каталитическим покрытием устанавливается сразу после компрессора турбины и составляет один агрегат с каталитическим нейтрализатором в общем корпусе. При замене или смене на пламегаситель выбиваются обе детали. В основе узла — керамическая пористая банка, стенки ячеек которой покрыты слоем платины, иридия, оксида церия и алюминия.

    Фильтрующий узел с покрытием из каталитического материала может восстанавливаться пассивно и активно. Пассивное восстановление происходит ежеминутно в процессе работы двигателя на высоких оборотах за счет температуры выхлопа (не менее 500 градусов).

    Активное восстановление осуществляется через дополнительный подогрев сажевого узла, либо с дополнительным впрыском на разных тактах, либо с подключением дополнительных узлов. Активное очищение происходит в течение 10 минут после обработки ЭБУ данных от датчиков выхлопной системы. За основу берутся показатели:

    • расход воздуха;
    • температура газа до и после фильтрующего узла;
    • параметры перепада давления в катализаторе.
    При замене фильтра на пламегаситель всегда производится перепрошивка ЭБУ как на процесс работы фильтра в штатном режиме, так и на запуск активной регенерации.Разработчиками конструкции очистителя выхлопных газов является концерн Пежо-Ситроен. За основу инженеры взяли цериевую присадку, которая обеспечивает сгорание сажи при средних температурах (от 450 градусов). Данная конструкция устанавливается после катализатора и является отдельным узлом.Топливная добавка объемом до пяти литров располагается в отдельной емкости, которая встроена или в топливный бак, или вынесена в подкапотное пространство. Объема в 5 литров достаточно на пробег от 150 000 — 180 000 км. Замер уровня присадки аналогичен проверке уровня тормозной жидкости, на основе поплавка со шкалой. Подача добавки происходит во время заполнения топливного бака пропорционально.Сажевый фильтр, как и катализатор — безусловно, нужный агрегат в автомобиле, но поскольку проблем с обслуживанием, заменой узла достаточно, водители предпочитают удалять штатный узел после выработки ресурса. При этом стоит запомнить, что удаление катализатора и фильтра, равно как и замена его на пламегаситель — административно наказуемое действие. Рисковать или нет — выбор индивидуальный.

    Видео про устройство и назначение сажевого фильтра:

    Сажевый фильтр

    На легковых автомобилях с дизельным двигателем в составе выпускной системы с 2000 года применяется сажевый фильтр. С введением норм Евро-5 в январе 2011 года применение сажевого фильтра на легковых автомобилях с дизельным двигателем является обязательным.

    Дизельный сажевый фильтр (в английском варианте Diesel Particulate Filter, DPF, в французском варианте Filtre a Particules, FAP, в немецком варианте RubPartikelFilter, RPF) предназначен для снижения выброса сажевых частиц в атмосферу с отработавшими газами. Применения фильтра позволяет добиться снижения частиц сажи в отработавших газах до 99,9 %.

    В дизельном двигателе сажа образуется при неполном сгорании топлива. Частицы сажи имеют размер от 10 нм до 1 мкм. Каждая частица состоит из углеродного ядра, с которым соединены углеводороды, оксиды металлов, сера и вода. Конкретный состав сажи определяется режимом работы двигателя и составом топлива.

    В выпускной системе сажевый фильтр располагается за каталитическим нейтрализатором. В ряде конструкций сажевый фильтр объединен с каталитическим нейтрализатором окислительного типа и располагается сразу за выпускным коллектором там, где температура отработавших газов максимальна. Он называется сажевый фильтр с каталитическим покрытием.

    Основным конструктивным элементом сажевого фильтра является матрица, которая изготавливается из керамики (карбида кремния). Матрица помещена в металлический корпус. Керамическая матрица имеет ячеистую структуру, состоящую из каналов малого сечения, попеременно закрытых с одной и с другой стороны. Боковые стенки каналов имеют пористую структуру и играют роль фильтра.

    В сечении ячейки матрицы имеют квадратную форму. Более совершенными являются входные ячейки восьмиугольной формы. Они имеют большую площадь поверхности (по сравнению с выходными ячейками), пропускают больше отработавших газов и обеспечивают больший срок службы сажевого фильтра.

    В работе сажевого фильтра различается два последовательных этапа: фильтрация и регенерация сажи. При фильтрации происходит захват частиц сажи и оседание их на стенках фильтра. Наибольшую сложность для задержания представляют частицы сажи малого размера (от 0,1 до 1 мкм). Их доля невелика (до 5%), но это самые опасные для человека выбросы. Современные сажевые фильтры задерживают и эти частицы.

    Скопившиеся при фильтрации частицы сажи создают препятствие для отработавших газов, что приводит к снижению мощности двигателя. Поэтому периодически требуется очистка фильтра от накопившейся сажи или регенерация. Различают пассивную и активную регенерацию сажевого фильтра. В современных фильтрах используется, как правило, пассивная и активная регенерация.

    Пассивная регенерация сажевого фильтра осуществляется за счет высокой температуры отработавших газов (порядка 600°С), которая достигается при работе двигателя с максимальной нагрузкой. Другим способом пассивной регенерации является добавление в топливо специальных присадок, которые обеспечивают сгорание сажи при более низкой температуре (450-500°С).

    При определенных режимах работы двигателя (небольшая нагрузка, движение в городе и др.) наблюдается недостаточно высокая температура отработавших газов и пассивная регенерация происходить не может. В этом случае осуществляется активная (принудительная) регенерация сажевого фильтра.

    Активная регенерация сажевого фильтра производится путем принудительного повышения температуры отработавших газов в течение определенного промежутка времени. Накопленная при этом сажа окисляется (сгорает). Различают несколько способов увеличения температуры отработавших газов при активной регенерации:

    • поздний впрыск топлива;
    • дополнительный впрыск топлива на такте выпуска;
    • использование электрического нагревателя перед сажевым фильтром;
    • впрыск порции топлива непосредственно перед сажевым фильтром;
    • нагрев отработавших газов микроволнами.

    Конструкция сажевого фильтра и систем, обеспечивающих его работу, постоянно совершенствуется. В настоящее время наиболее востребован сажевый фильтр с каталитическим покрытием и сажевый фильтр с системой ввода присадок в топливо.

    Сажевый фильтр с каталитическим покрытием

    Сажевый фильтр с каталитическим покрытием применяется на автомобилях концерна Volkswagen и ряда других производителей. В работе сажевого фильтра с каталитическим покрытием различают активную и пассивную регенерацию.

    При пассивной регенерации происходит непрерывное окисление сажи за счет действия катализатора (платины) и высокой температуры отработавших газов (350-500°С). Цепочка химических преобразований при пассивной регенерации имеет следующий вид:

    • оксиды азота вступают в реакцию с кислородом в присутствии катализатора с образованием диоксида азота;
    • диоксид азота вступает в реакцию с частицами сажи (углеродом) с образованием оксида азота и угарного газа;
    • оксид азота и угарный газ вступают в реакцию с кислородом с образованием диоксида азота и углекислого газа.

    Активная регенерация происходит при температуре 600-650°С, которая создается при помощи системы управления дизелем. Необходимость активной регенерации определяется на основании оценки пропускной способности сажевого фильтра, которая осуществляется с помощью следующих датчиков системы управления дизелем: расходомера воздуха; температуры отработавших газов до сажевого фильтра; температуры отработавших газов после сажевого фильтра; перепада давления в сажевом фильтре.

    На основании электрических сигналов датчиков электронный блок управления производит дополнительный впрыск топлива в камеру сгорания, а также снижает подачу воздуха в двигатель и прекращает рециркуляцию отработавших газов. При этом температура отработавших газов поднимается до требуемой для рециркуляции величины.

    Сажевый фильтр с системой ввода присадок в топливо

    Сажевый фильтр с системой ввода присадок в топливо является разработкой концерна PSA (Peuqeot-Citroen). Так как первопроходцами использования присадок для регенерации являются французы, за фильтром закрепилось название FAP-фильтр (от французского Filtre a Particules). Аналогичный подход реализован в сажевых фильтрах других автопроизводителей (Ford, Toyota).

    В системе используется содержащая церий присадка, которая добавляется в топливо и обеспечивает сжигание сажи при более низкой температуре (450-500°С). Но и эта температура отработавших газов не всегда может быть достигнута, поэтому в системе периодически выполняется активная регенерация сажевого фильтра. Сажевый фильтр устанавливается, как правило, отдельно за каталитическим нейтрализатором.

    Присадка хранится в отдельном бачке, емкостью 3-5 л, которой хватает на 80-120 тыс. км пробега (срок службы фильтра). Конструктивно бачок может находиться в топливном баке или вне его. Уровень присадки в бачке контролируется с помощью датчика поплавкового типа. В топливный бак присадка подается с помощью электрического насоса. Подача присадки осуществляется при каждой заправке топливного бака пропорционально заправляемому объему топлива. Начало и продолжительность подачи присадки регулируется блоком управления двигателем (в некоторых конструкциях отдельным электронным блоком).

    Побочным эффектом применения присадки является то, что при сгорании она оседает в виде золы на стенки фильтра и не выводится из него, что сокращает ресурс устройства. Срок службы современного сажевого фильтра составляет 120000 км пробега. Производители декларируют выпуск в ближайшее время фильтра с ресурсом 250000 км.

    Ввиду высокой стоимости сажевые фильтры, выработавшие ресурс, автовладельцами, как правило, не заменяются, а удаляются с последующей перепрошивкой системы управления двигателем.

    Сажевый фильтр.

    Каждый уважающий себя автовладелец не просто эксплуатирует своего «железного коня», но и постепенно изучает его: какие в нем есть элементы, для чего они нужны, как дольше сохранить их работоспособность и т.п. вопросы.

    Одним из элементов, с которым владельцы машин, как правило, знакомы меньше всего, является сажевый фильтр. Ему-то и будет посвящена данная статья.

    Что такое сажевый фильтр и зачем он нужен?

    Сажевый фильтр – это элемент выпускной системы абсолютно всех дизельных автомобилей 2011 и последующих годов выпуска, а также некоторых более ранних дизелей.

    Пример расположения фильтра.

    Его главной задачей является фильтрация отработанных мотором газов в целях снижения выбросов сажи в атмосферу. К слову, с ней он справляется на «ура», удерживая внутри себя более 99 процентов вредных для окружающей среды, человека частиц.

    Устройство и принцип работы.

    Любой сажевый фильтр – это керамическая матрица, помещенная в металлический корпус. Образуют эту матрицу множество узких канальчиков, попеременно закрытых с каждой из сторон. Стенки у них пористые (для более совершенной задержки твердых частиц), сечение квадратное или восьмиугольное, причем на выходе оно всегда меньше, чем на входе.

    Действует данная система тоже достаточно просто:

    • из выпускного коллектора в фильтр поступают выхлопные газы в том виде, в котором образованы, то есть с множеством твердых частиц разного размера;
    • проходя по каналам матрицы, газы оставляют свою сажевую составляющую (практически на 100 процентов) на их стенках;
    • далее специальным катализатором, который присутствует на стенках каналов сажевого фильтра, образовавшийся остаток окисляется.

    Кстати, процесс окисления может проходить в фильтре постоянно, а может и управляться разного рода датчиками (какими – читайте ниже).

    В первом случае говорят о пассивной регенерации. Здесь ликвидация нагара осуществляется непрерывно, а участвует в ней не только окислитель, но и постоянная высокая температура (порядка 650 градусов). Ее обеспечивает система управления движком.

    В случае же, когда рециркуляция отработанных газов происходит не постоянно, а периодически – в зависимости от объема воздуха, поданного блоком управления дизелем в камеру сгорания – регенерацию называют активной. Контролируют ее:

    1. датчик перепада давления непосредственно в самом сажевом фильтре;
    2. расходомер воздуха;
    3. датчики температуры, установленные до и после фильтра (измеряют температуру отработанных газов на входе в фильтрующий элемент и на выходе из него).

    Другими словами, сажа в подобных фильтрах не ликвидируется, а накапливается до определенного уровня. Когда этот уровень достигается (его система определяет по газодинамическому сопротивлению), блок управления дизелем активирует процесс регенерации и поддерживает его до тех пор, пока не освободит место для новых скоплений вредных веществ. Длится он всего 10 минут, но произойти в системе за это время успевает многое:

    • для повышения температуры сгорания топлива рециркуляция отработанных газов приостанавливается;
    • также производится дополнительный впрыск топлива (после высшей мертвой точки коленчатый вал поворачивается еще на 35 градусов), что еще больше нагревает выходящие из выпускного коллектора газы;
    • уменьшается подача воздуха в двигатель, но так, чтобы последний не мог перегреться.

    В общем, как и многие другие элементы авто, сажевый фильтр на дизеле делает свою работу качественно, причем абсолютно незаметно для автовладельца, поэтому неудивительно, что последний вспоминает про него лишь в случае, когда тот выходит из строя.

    Видео.

    Рекомендую прочитать:


    Смотрите также

    
    Интересующую Вас информацию Вы можете уточнить у наших специалистов, заполнив форму, приведенную ниже. Мы с радостью Вас проконсультируем!
    Почта:
    Ваше Имя:
    Сообщение:
    30+5