SOS
Организатор Клуба
Сажевый фильтр
На легковых автомобилях с дизельным двигателем в составе выпускной системы с 2004 года применяется сажевый фильтр. С введением норм Евро-5 в 2009 году применение сажевого фильтра является обязательным.
Дизельный сажевый фильтр (Diesel Particulare Filter, DPF) предназначен для снижения выброса сажевых частиц в атмосферу с отработавшими газами. Применения фильтра позволяет добиться снижения частиц сажи в отработавших газах до 80-100%.
Конструктивно сажевый фильтр может быть выполнен в виде отдельного конструктивного элемента выпускной системы. В другой конструкции сажевый фильтр объединен с каталитическим нейтрализатором окислительного типа и имеет название сажевый фильтр с каталитическим покрытием.
В работе сажевого фильтра различается два последовательных этапа: фильтрация и регенерация сажи. При фильтрации происходит захват частиц сажи и оседание их на стенках фильтра. Не задерживаются только частицы сажи малого размера (от 0,1 до 1 мкм). Их доля невелика (до 5%), но это самые опасные для человека выбросы.
Скопившиеся частицы сажи создают препятствие для отработавших газов, что приводит к снижению мощности двигателя. Поэтому периодически требуется очистка фильтра от накопившейся сажи или регенерация. В разных конструкциях сажевого фильтра реализованы разные способы регенерации сажи.
Сажевый фильтр с каталитическим покрытием
Сажевый фильтр с каталитическим покрытием применяется на автомобилях концерна Volkswagen и ряда других производителей. Он устанавливается за выпускным коллектором в непосредственной близости от двигателя, там, где температура отработавших газов максимальна.
Основным конструктивным элементом сажевого фильтра является матрица, которая изготавливается из керамики (карбида кремния). Керамическая матрица имеет ячеистую структуру, состоящую из каналов малого сечения, попеременно закрытых с одной и с другой стороны. Стенки каналов имеют пористую структуру и выполняют роль фильтра. На поверхность стенок нанесен тонкий слой катализатора – титана. Матрица помещена в металлический корпус.
При прохождении отработавших газов через сажевый фильтр, частицы сажи задерживаются на поверхности стенок матрицы. Нанесенный на стенки матрицы катализатор способствует окислению несгоревших углеводородов и угарного газа.
В работе сажевого фильтра с каталитическим покрытием различают активную и пассивную регенерацию.
При пассивной регенерации происходит непрерывное окисление сажи за счет действия катализатора 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.
При определенных режимах работы двигателя (небольшая нагрузка 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 происходит при температуре 600-650°С, которая создается при помощи системы управления дизелем. При данной температуре частицы сажи сгорают, т.е. вступают в реакцию с кислородом с образованием углекислого газа.
Управление активной регенерацией сажевого фильтра осуществляется с помощью следующих датчиков системы управления дизелем:
- расходомер воздуха;
- датчик температуры отработавших газов до сажевого фильтра;
- датчик температуры отработавших газов после сажевого фильтра;
- датчик 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 величины.
Сажевый фильтр с автоматической регенерацией
Сажевый фильтр с автоматической регенерацией (Filtre a Particules, FAP) является разработкой концерна PSA (Peuqeot-Citroen). В выпускной системе фильтр устанавливается отдельно за каталитическим нейтрализатором. В данной конструкции фильтра применен способ регенерации сажи за счет впрыска в топливо присадки, повышающей температуру отработавших газов. Аналогичный подход реализован в сажевых фильтрах других автопроизводителей (Ford, Toyota).
Работа сажевого фильтра организована следующим образом. При заполнении фильтра частицами сажи, система управления дизелем обеспечивает автоматический впрыск в дизельное топливо специальной присадки, содержащей церий. Церий обладает свойством при сгорании выделять большое количество тепла.
Присадка впрыскивается по сигналу блока управления несколько раз. Первый раз - на такте впрыска топлива. При этом повышается температура отработавших газов, которые разогревают матрицу фильтра до температуры 700°С.
При достижении заданной температуры, впрыск присадки происходит на такте выпуска отработавших газов. Церий при этом не сгорает, а доставляется с газами в сажевый фильтр. При попадании на раскаленную поверхность матрицы топливо вместе с церием воспламеняется. Температуры достигает 1000°С, при которой сажа полностью окисляется (сгорает), т.е. происходит регенерация фильтра. Необходимо отметить, что несмотря на высокую температуру, разрушение матрицы фильтра не происходит.
Церийсодержащая присадка хранится в отдельной емкости, заправки которой хватает на несколько лет работы двигателя (порядка 80000 км пробега). Сажевый фильтр с автоматической регенерацией устойчив к использованию дизельного топлива низкого качества, при этом расход присадки увеличивается.
