Дизельный сажевый фильтр и теория его работы

Дизельный сажевый фильтр (DPF) — это керамический фильтр, который имеет тысячи крошечных каналов или отверстий в форме сот, которые задерживают сажу на стенках каналов и предотвращают выход твердых частиц (размером до 1 микрона) из выхлопной трубы.

Ячеистая внутренняя структура покрыта слоем химического катализатора, который содержит небольшое количество драгоценных металлов, обычно платины или палладия.

Чтобы уменьшить количество твердых частиц или сажи из выхлопных газов, вам необходимо поднять температуру в камере сгорания достаточно высоко, чтобы уменьшить образование твердых частиц. NOx образуется, когда температура сгорания превышает 1800 °C, и количество образующегося оксида зависит не только от температуры, но и от продолжительности воздействия тепла. Однако повышение температуры в камере сгорания непреднамеренно увеличивает количество образующихся NOx. Это даже хуже для окружающей среды, чем копоть.

Легковые и грузовые автомобили с дизельным двигателем, произведенные после 2009 года, должны иметь сажевый фильтр, а в некоторых случаях — систему избирательного снижения выбросов катализаторов (SCR). Эти компоненты работают вместе, чтобы уменьшить, а при правильной работе удалить все вредные NOx и сажу из выхлопных газов. Это не только помогает окружающей среде, но и делает двигатель намного чище. Моторное масло не так быстро загрязняется, как если бы все эти системы не были в рабочем состоянии. Меньшее количество сажи, смешанной с моторным маслом, означает меньшее количество песчаного углерода, образующегося в масляных камбузах и других движущихся частях. Это увеличивает срок службы двигателя и одновременно очищает воздух.

Недостатком всего этого является то, что DPF необходимо регулярно чистить. Частицы сажи прикрепляются к облицовке DPF во время работы двигателя. В то же время фильтр медленно забивается частицами, которые он предназначен для удаления из выхлопных газов. Этот процесс очистки DPF осуществляется посредством процесса, называемого регенерацией. Различные производители используют несколько различных методов очистки DPF.

Пассивная регенерация

Пассивное самовосстановление полностью прозрачно для оператора и не влияет на работу или производительность машины. Единственным признаком того, что цикл пассивной регенерации активирован, является либо сигнальная лампа температуры выхлопных газов, указывающая, что температура выхлопных газов выше нормальной, либо сообщение о том, что цикл регенерации выполняется, либо и то, и другое.

Активная регенерация

Активная саморегенерация происходит, когда в выхлопе недостаточно тепла для преобразования твердых частиц, собираемых в сажевом фильтре. Активная регенерация автоматически активируется PCM на основе различных входных сигналов. PCM отправляет команду на повышение температуры выхлопных газов путем добавления небольшого количества впрыскиваемого сырого топлива перед сажевым фильтром. Химическая реакция драгоценных металлов в сажевом фильтре и повышенная температура выхлопных газов окисляют твердые частицы из фильтра.

Стационарная регенерация

Стационарная или припаркованная регенерация аналогична активной регенерации, но происходит, когда автомобиль не движется. Это вызвано либо драйвером, либо сканирующим прибором. Бывают случаи, когда водителю необходимо выполнить ручную или стационарную регенерацию на обочине дороги. Это может быть потому, что они отменили предыдущую регенерацию или автоматическая регенерация была запущена, но была прервана. В некоторых случаях регенерация “навязывается” водителю для игнорирования более раннего запроса на выполнение регенерации на стоянке, заставляя транспортное средство переходить в аварийный режим. Часто предупреждающий свет или сообщение сообщают водителю о необходимости остановиться и начать регенерацию. Обычно это включает в себя установку водителем стояночного тормоза и включение переключателя, чтобы начать процесс.

Меры предосторожности при стационарной регенерации

Из-за сильного нагрева, создаваемого во время цикла регенерации, при выполнении стояночной регенерации или цикла регенерации, вызванного диагностическим прибором, следуйте этим простым правилам, чтобы избежать любого внешнего вмешательства. Держитесь подальше от горючих материалов и людей.

Отказы фильтров

Некоторые отказы выхлопных фильтров дизельных двигателей являются результатом невозможности проведения регенерации. Это непреднамеренно забьет DPF до такой степени, что замена будет единственным вариантом. Хотя его можно до некоторой степени очистить, часть функциональности по-прежнему теряется из-за серьезности ограничения. Другая проблема заключается в том, что он находится в процессе регенерации, и избыточное тепло в сочетании с засорением вызывает расширение и разрыв металлического корпуса DPF. Что, конечно, означает, что единственное решение — заменить сажевый фильтр. 

Мониторинг регенерации

На некоторых автомобилях мониторинг осуществляется с помощью датчика давления, который измеряет входное и выходное давление DPF. Другие используют пробег или счетчик моточасов. На большинстве автомобилей есть способ отключить процесс регенерации, если вы находитесь в ситуации, когда повышение температуры выхлопной системы может вызвать пожар. Но не оставляйте это, иначе DPF может быть необратимо поврежден.

Регенерация

Регенерация может происходить только тогда, когда условия находятся в пределах предварительно установленных спецификаций для этого двигателя и потребностей производителя. Как правило, большинство циклов регенерации выполняются без ведома водителя. Процесс регенерации происходит за счет повышения температуры DPF примерно до 600 °C, и достаточное количество кислорода подается непосредственно в DPF. Некоторые системы будут впрыскивать дополнительное топливо в цилиндр на такте выпуска, что эффективно направляет горячие газы в катализатор окисления DPF, повышая его температуру в достаточной степени, чтобы вызвать реакцию углерода с избыточным кислородом, который также был подан. В других системах для повышения температуры используется нагревательный элемент прямо перед сажевым фильтром.

Процесс регенерации будет продолжаться до тех пор, пока перепад давления на DPF (на входе и выходе) не упадет до приемлемого уровня. Если, например, изменяются условия движения, автомобиль останавливается, и регенерация прекращается до тех пор, пока условия снова не станут подходящими. Регенерация может быть шумным делом, поскольку двигатель разгоняется до 4000 об / мин в течение четырех или более минут, а затем переходит на 2000 об / мин в течение дополнительных четырех минут или более. Когда регенерация завершится, автомобиль вернется в нормальный режим холостого хода, и служебный индикатор погаснет.

Проблемы с регенерацией

Проблемы возникают, когда от последовательных регенераций отказываются, а уровни сажи достигают точки, когда сажевый фильтр забивается и не может быть восстановлен сам по себе. Короткие поездки и пробки могут не дать сажевому фильтру нагреться до температуры, поэтому нужно удаление сажевого фильтра. Когда это происходит, водитель уведомляется мигающей сигнальной лампой DPF. Если сигнальная лампа игнорируется, появляется второе предупреждение, которое может привести к переходу автомобиля в тормозной режим. В безвыходном режиме автомобиль не будет работать со скоростью более 5 или 10 миль в час и будет оставаться в таком состоянии до тех пор, пока не будет должным образом обслуживаться с помощью сканера для выполнения процесса регенерации.

Селективное каталитическое восстановление (SCR)

SCR является альтернативой рециркуляции отработавших газов и решает ту же проблему, связанную с уменьшением загрязнения NOx. В этой системе используется раствор 32,5% мочевины и 62,5% денатурированной воды, называемый жидкостью для выхлопных газов дизельного двигателя (DEF). Эта синяя жидкость содержится в отдельном сборном баке, который впрыскивается в выхлопную трубу. Когда смесь мочевины встречается с горячими выхлопными газами, она разлагается на аммиак (NH3) и CO2. Затем аммиак вступает в реакцию с оксидами азота во втором каталитическом нейтрализаторе с образованием безвредного выхода азота и воды. Преимущество заключается не только в снижении NOx, но и в сокращении использования EGR. Это означает более эффективное сгорание, уменьшенный выход твердых частиц и улучшенный расход топлива.

2021-10-18