Фильтр твердых частиц что это
Перейти к содержимому

Фильтр твердых частиц что это

  • автор:

Фильтр твердых частиц выхлопа дизельных двигателей DPF

bannerdpf

DPF (Diesel Particular Filter) — это фильтр твердых частиц выхлопа дизельных двигателей, встроенный в выхлопной трубопровод за окислительным катализатором. Он отфильтровывает из выхлопной системы двигателя частицы сажи, которые образуются при сгорании дизельного топлива. На размещенной ниже иллюстрации показаны основные компоненты фильтра твердых частиц выхлопа дизельных двигателей:

фильтр твердых частиц DPF

  1. Приборы панели управления
  2. Панель управления силовым агрегатом
  3. Бак с топливной смесью
  4. Датчик уровня горючей смеси в баке
  5. Деталь фильтра насоса топливной смеси
  6. Топливный бак
  7. Дизельный двигатель
  8. Датчик температуры турбины
  1. Турбина
  2. Лямбда-зонд
  3. Окислительный катализатор
  4. Датчик температуры фильтра дизельного двигателя
  5. Фильтр твердых частиц выхлопа дизельных двигателей
  6. Датчик давления выхлопных газов
  7. Глушитель
  8. Измеритель массы воздуха

Матрица сажевого фильтра представляет собою ячеистую структуру из керамики на базе карбида кремния. Керамическая матрица заключена в металлический корпус. Она пронизана множеством параллельно расположенных каналов малого сеченья, закрытых попеременно с одной или другой стороны. Поэтому различают впускные и выпускные каналы, разделенные между собой фильтрующими стенками.

Фильтр DPF не обслуживаемая деталь, однако существуют некоторые тонкости, позволяющие избежать замены сажевого фильтра.

фильтр твердых частиц DPF

Фильтрующие стенки состоят из пористого карбида кремния. Они покрыты смесью оксидов алюминия и церия, выполняющих функцию подложки для катализатора, в качестве которого используется благородный металл — платина. Катализатор — это вещество, которое способствует протеканию химической реакции, но само при этом не изменяется и новых соединений не образует.

фильтр твердых частиц DPF

Так как каналы фильтра закрыты попеременно со стороны впуска и выпуска, содержащие частицы сажи газы вынуждены проходить через пористые стенки из карбида кремния. При этом частицы сажи задерживаются во впускных каналах, а газ свободно проходит через поры стенок каналов.

Фильтры твердых частиц для бензиновых автомобилей (GPF)

Твердые сажевые частицы присутствуют в выхлопных газах любого автомобиля: как дизельного, так и бензинового. У дизеля дым в выхлопе появляется в основном на мощностных режимах, на разгоне. А у бензинового двигателя— при запуске и прогреве, изредка на других режимах. Сажа в выхлопе обладает канцерогенным действием, так как на поверхности сажевых частиц адсорбируются недогоревшие углеводороды различного вида.

Предыстория. Причина появления

Впервые массово сажевые фильтры начали устанавливать в 2004 году, при введении норм EURO 4, естественно, на дизели. Однако, в связи с введением в 2009 году норм ЕВРО 5а, производителей обязали ограничивать содержание твердых частиц и в выхлопах от бензина.

Предельные значения по присутствию твердых частиц были сжаты в 10 раз согласно новому стандарту от 2014 года. По этой причине использование сажевых фильтров для бензиновых двигателей стало прямой необходимостью.

Сказался постепенный переход бензиновых двигателей на непосредственный впрыск, что привело к увеличению количества сажи в выхлопе по сравнению с впрыском MPI. У устройств с непосредственным впрыском капельки топлива при низких температурах с трудом переходят в газообразное состояние перед сгоранием. Причина заключается в прямом и поэтому слишком коротком пути от форсунки до камеры сгорания.

Бензиновый двигатель

Постоянно ужесточающиеся экологические нормы привели к запуску в серию фильтров сажевых частиц для бензиновых автомобилей. Фильтр назвали GPF (Gasoline Particulate Filter) — бензиновый фильтр твердых частиц, что похоже на название DPF — (Diesel Particulate Filter) — соответственно, дизельный фильтр твердых частиц.

Сравнение фильтров для дизеля и бензина

Между дизельным и бензиновым сажевыми фильтрами много общего, хотя знак равенства между ними ставить нельзя. Перечислим общие черты:

  • В обоих случаях имеются закрытые тонкие каналы, и фильтрация отработавших газов происходит через стенки каналов. Расположены внутри керамического блока в шахматном порядке с чередованием впускных и выпускных типов.
  • Помимо этого в качестве катализатора реакции окисления сажи используются родий и палладий.
  • Управление прожигом происходит либо по перепаду давления на входе и выходе, либо по температуре (Mercedes Benz).

Управление прожигом

Существенной разницей является только то, что дизельный вариант прожигается (регенерируется) периодически, а бензиновый сажевый фильтр на постоянной основе на штатных режимах работы двигателя (пассивная регенерация). Сервисная очистка реализуется только при наличии большого количества загрязнений и, в отличие от дизеля на холостом ходу двигателя, обедненной смеси или при увеличении угла зажигания, что поднимает температуру ОГ до 600-700 градусов, достаточных ой для эффективной регенерации.

Бензиновый сажевый фильтр в теории обладает тем же ресурсом, что и автомобиль в целом. Рассчитан на пробег около 240 000 километров. Исключения из правил случаются при использовании неподходящего моторного масла или несоблюдении условий эксплуатации автомобиля. К последним относятся прежде всего качество топлива, количество холодных пусков и городские пробки.

Конструкторы стремятся повысить ресурс фильтров, в том числе повышая давление впрыска топлива. В таких случаях последнее сгорает более полно и сажи образуется меньше. Сегодня достигнуты давления порядка 350 бар.

Качество используемого моторного масла особенно важно, так как в бензиновый сажевый фильтр попадает не только сажа, но и остатки сгоревшего ей смазки. Его количество и, соответственно, количество золы, остающейся в фильтре, влияет на ресурс. Чем больше двигатель расходует масла, тем больше золы, которая в отличие от сажи не сгорает и забивает фильтр необратимо. Чем более зольная смазочная жидкость используется в эксплуатации, тем больше необратимых загрязнений. Именно поэтому в автомобили, оборудованные сажевыми фильтрами рекомендуются исключительно малозольные масла.

Советы владельцу

  • В эксплуатации бензинового авто с сажевым фильтром следует избегать сильных ударов по корпусу фильтра, они повреждают керамические соты и следует следить за герметичностью турбонагнетателя, любая негерметичность увеличивает нагрузку на фильтр.
  • Самодиагностика автомобиля способна предупредить водителя, если фильтр заполнен более чем на 55% значком на приборной панели. При его появлении следует совершить регенерационную поездку. Если к символу фильтра добавился значки ЕРС и Check Engine, то загрязнений уже более 70% и требуется визит в сервис. Важно с этим не затягивать, пока фильтр полностью не засорился и сервисная очистка принципиально возможна.
  • Необходимо использовать исключительно предписанные инструкцией масла с низким показателем зольности и имеющие допуск от производителя автомобиля. Такие масла сейчас доступны на российском рынке:
    • для VAG требуются масла с допусками 504 00 или 508 00,
    • для BMW – Longlife 04, 12 FE, 17 FE,
    • для Mercedes Benz – 229.51,52; 229.71.

    Очистка фильтра от сажи называется регенерацией. Она может быть следующих видов:

    • Пассивная организуется при отсутствии каких-либо мер со стороны блока управления при движении авто. Требуется только подходящая температура.
    • Активная реализуется при помощи датчиков давления, которые размещены до и после фильтра. Включение производится блоком управления. Сравнение сигналов передает информацию о степени засоренности.
    • Принудительная возникает на приборном щитке и говорит о необходимости совершения регенерационной езды. Для этого существует специальная инструкция по скоростному режиму и локациям, которые подойдут для достижения цели. ПРи игнорировании произойдет переполнение сажевого фильтра.

    Все эти масла представлены в ассортименте Liqui Moly GmbH серией Тор Тес. За последний год появилось второе поколение линейки Тор Тес, серии 6000. Выпущены в розничную продажу Top Tec 6100 0W-30, Top Tec 6200 0W-20, Top Tec 6300 0W-20 и Top Tec 6600 0W-20. Это сверхсовременные решения для бензиновых и дизельных двигателей с фильтрами твердых частиц, непосредственным впрыском и турбиной. Эти масла построены по принципу ресурсосбережения, то есть одновременно для экономии топлива и повышения ресурса автомобиля в целом. Их применение способствует общему снижению расходов на эксплуатацию автомобиля.

    Дизельный сажевый фильтр

    Ролики Конвейерные Полимерные

    Фильтр твердых частиц, который обычно называют DPF (от английского Diesel Particulate Filter), устройство предназначенное для автомобилей с дизельным двигателем. Его задачей является улавливание и удаление пылевых частиц из выхлопных газов.

    Им оснащены все автомобили с дизельными двигателями, соответствующими стандарту выбросов Евро-5, выпущенными с 2009 года. Таким образом, на практике мы не сталкиваемся с новым автомобилем, который не был бы оснащен этим устройством.

    Фильтр DPF полезен для окружающей среды, поскольку при правильной работе, он предотвращает попадание канцерогенных веществ в воздух. С другой стороны, при засорении или повреждении это может быть большой проблемой для его владельца.

    Фото Дизельного сажевого фильтра

    Как работает фильтр DPF

    Сажевый фильтр работает по простому принципу. Он захватывает твердые частицы из выхлопных газов на сетке из специального материала, а затем сжигает их двумя способами.

    По сути, это своего рода улавливатель сажи. Их последующее сжигание, предотвращает выброс канцерогенных веществ в атмосферу.

    Пассивная регенерация сажевого фильтра

    Это автоматический процесс. Захваченные частицы сжигаются всякий раз, когда условия в двигателе и температура в фильтре совпадают. Это обычно имеет место при движении по автомагистрали в течение длительного времени, когда транспортное средство развивает большую скорость.

    Активная регенерация фильтра DPF

    Этот процесс происходит после определенного пробега, но только если не произошла пассивная регенерация. На практике это тот случай, когда автомобиль находился в городских условиях в течение длительного периода времени. Температура выхлопных газов искусственно повышается для сжигания твердых частиц.

    Теоретически, фильтр DPF должен представлять собой саморегулирующийся блок, который будет иметь такой же срок службы, что и автомобиль или его двигатель. Однако опыт показывает, что, несмотря на автоматические механизмы регенерации, фильтр засоряется, особенно на автомобилях с большим пробегом, а также на автомобилях, которые часто передвигаются по городу.

    Замена нового фильтра обычно является дорогостоящим делом, и для некоторых типов транспортных средств стоимость нового элемента буквально астрономическая.

    Поэтому, некоторые владельцы таких автомобилей, незаконно удаляют фильтр. Такой автомобиль не пройдет контроль выбросов.

    Фото схемы подключения сажевого фильтра

    Симптомы проблем с фильтром DPF

    Проблемы с сажевым фильтром проявляются в его частой регенерации. Водитель узнает, что автомобиль снова находится на более высоких оборотах на холостом ходу, а также немного увеличивается средний расход топлива, что является результатом частой очистки.

    Визуально, очистка фильтра DPF, проявляется густым дымом, и поэтому частое появление дыма является сигналом о надвигающихся проблемах. Если дым белый, катализатор окисления фильтра DPF может быть неисправен.

    Современные автомобили своевременно предупреждают об ограниченных функциональных возможностях с помощью светящегося значка фильтра дизельных частиц на приборной панели.

    Как предотвратить засорение фильтра твердых частиц

    Вариантов продления срока службы фильтра DPF практически два, и оба они очень просты. Если у вас новый дизельный автомобиль, вы в выигрыше и можете позаботиться о своем автомобиле с самого начала. Срок службы фильтра DPF в ваших руках.

    При покупке подержанного автомобиля, сначала проверьте общее состояние, постарайтесь выяснить, как к нему относились, а затем попробуйте следовать двум основным правилам, чтобы поддерживать дизельный сажевый фильтр в форме.

    1. Разрешить автомобилю регулярную пассивную регенерацию фильтра DPF.

    Дизельные двигатели предназначены для обычной езды по шоссе или за городом. Когда вы путешествуете таким образом, вы экономите топливо, а также позволяете очистить фильтр DPF. Пассивная регенерация дизеля запускается примерно каждые 500 километров. Если вы покупаете автомобиль с дизельным двигателем для езды по городу, вы получите проблемы в дальнейшем.

    2. Используйте средства, поддерживающие чистоту фильтра.

    В этом случае речь идет не только о заправке дизельного топлива хорошего качества, но и об использовании подходящих моторных масел и других вспомогательных средств для очистки сажевого фильтра.

    Присадки для очистки сажевого фильтра:

    Liqui Moly Diesel Partikelfilter Schutz — добавить присадку из расчета 1 флакон на 75 л топлива. Рекомендуется использовать средство каждые 2000 км.

    PROTEC DPF Super Clean — залить в топливный бак непосредственно перед полной заправкой. 375 мл достаточно для 80-90 литров дизтоплива. Рекомендуется применять каждые 3 месяца.

    JET 100 Energy — залить средство в горловину топливного бака. 250 мл (1 флакон) на 40–60 л топлива.

    Фото присадок для очистки сажевого фильтра

    Добавки для обслуживания фильтров DPF и других специальных автозапчастей

    По мере развития современных технологий, средства их поддержания меняются. Новейшие автомобили становятся все более экономичными и эффективными, но, с другой стороны, они более восприимчивы к грязи, особенно при большом пробеге. Поэтому рекомендуется использовать качественные присадки, которые обеспечивают профилактическую очистку и безопасны для автомобиля.

    Добавка для фильтра твердых частиц

    Для обеспечения длительного срока службы фильтра твердых частиц, целесообразно регулярное использование присадок, которые будут держать фильтр в долгосрочной перспективе чистым. Такие средства способствуют регулярной регенерации фильтра и предотвращают оседание сажи в выхлопной системе.

    Кроме того, обеспечивают правильное качество дизеля в баке, улучшают параметры выбросов двигателя и облегчают запуск автомобиля. Регулярное использование, значительно продлит срок службы фильтра DPF, сэкономив деньги, которые вы бы потратили на его замену.

    Качество дизельного топлива важно для длительного срока службы фильтра DPF. Но его качество трудно определить. Регулярное добавление присадок к дизельному топливу, гарантирует, что любые примеси дизельного топлива будут удалены из выхлопной системы и из фильтра DPF.

    Заливайте присадку непосредственно в топливный бак через каждые 5000 километров. Аналогичная ситуация с моторными маслами более низкого качества. В этом случае происходит такое же засорение.

    Поэтому использование присадки — это практически необходимость для поддержания автомобиля в хорошем состоянии.

    Качественное моторное масло для поддержания автомобиля в хорошей форме

    Автомобиль похож на живой организм. Для того, чтобы он функционировал должным образом и работал долго, необходимо позаботиться о его нагрузке, и поэтому нужно фокусироваться не только фильтре твёрдых частиц. Необходима регулярная замена рабочих жидкостей и их пополнение. Прежде всего, важно использовать качественное моторное масло.

    Фильтр твердых частиц (DPF) является головной болью для многих автомобилистов. Вынужденная замена этого фильтра у некоторых легковых автомобилей обойдётся в 5 — 10 тысяч гривен, а у грузовых 25 — 40 тысяч гривен, и поэтому не следует недооценивать профилактический уход за этим агрегатом и всей трансмиссией.

    Добавка к дизельному топливу, является идеальным средством для очистки фильтра DPF. Также целесообразно использовать качественное моторное масло.

    Сажевый фильтр DPF

    С 1 сентября 2009 года в Европейском союзе был введен в действие новый экостандарт выхлопа для легковых автомобилей – Евро-5. В России применение данного стандарта стало обязательным с 1 января 2016 года. С этого момента импортируемые или производимые на территории нашей страны автомобили должны соответствовать установленным ограничениям на содержание вредных примесей в продуктах отработки двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Для автомобилей с дизельным двигателем это означает обязательное наличие так называемых сажевых фильтров.

    Сажевый фильтр (его еще называют фильтр твердых частиц, от англ. Diesel Particulate Filter, DPF) – это устройство, предназначенное для фильтрации продуктов горения дизельных ДВС от мелких частиц сажи. Качественные сажевые фильтры снижают выброс сажи в окружающую среду практически на 99,9%.

    В зависимости от различных параметров (качество используемого топлива, режим работы ДВС и т.п.) частицы сажи могут иметь различный химический состав. Сажевые частицы представляют собой аморфный углерод с примесью частиц металлических окислов, воды, углеводородов, серы и других химических элементов. Размеры этих частиц варьируются от 10 до 1000 нанометров. Образование сажи происходит из-за неполного сгорания топлива, что может быть вызвано рядом причин (большое количество примесей в топливе, затрудняющих самовоспламенение, недостаток кислорода и т.п.). Образуясь в ходе горения топлива в цилиндрах ДВС, частицы сажи поступают в выпускную систему, где улавливаются сажевым фильтром.

    • Конструктивно сажевые фильтры состоят из керамической матрицы, помещенной в герметичный металлический корпус.
    • Матрица состоит из множества ячеек квадратной формы (имеются модификации с усовершенствованными восьмиугольными ячейками), которые представляют собой узкие каналы, поочередно закрытые с обеих сторон.
    • Внутренняя поверхность каждого канала выполнена из пористого материала, который и представляет собой фильтрующий элемент. Расположение сажевого фильтра в выпускной системе зависит от его модели и конфигурации.

    Чаще всего он расположен непосредственно после каталитического нейтрализатора, однако в некоторых модификациях эти два элемента объединены. В нейтрализаторах окислительного типа сажевый фильтр располагается после выпускного коллектора. Данное расположение неслучайно, т.к. именно здесь температура отработанных газов, поступающих из ДВС, имеет максимальное значение. Каналы ячеек матрицы в этом случае покрывают катализатором, который окисляет несгоревшие частицы топлива.

    В процессе работы фильтра частицы сажи постепенно заполняют собой фильтрующий материал стенок каналов матрицы. Когда их концентрация достигает критического значения, они затрудняют продвижение отработанных газов по выпускной системе, что негативно сказывается на КПД двигателя (снижается мощность). Отдельную проблему представляют малые частицы сажи размерами порядка 0,1 мкм, т.к. они очень тяжело улавливаются сажевым фильтром. И хотя их доля в общем объеме выбрасываемой ДВС сажи составляет около 5%, данные частицы представляют наибольшую опасность для человека: частицы размером менее 5 микрон не отфильтровываются в верхних дыхательных путях, в результате чего сажа накапливается в легких. Поэтому помимо этапа фильтрации в работе сажевого фильтра выделяют этап регенерации. Регенерация позволяет избавлять фильтр от накопившейся сажи и повышать его фильтрующую способность.

    Регенерация сажевого фильтра может быть выполнена в двух вариантах: активном и пассивном.

    • При пассивной регенерации размещенный в ячейках катализатор при воздействии температуры выхлопных газов ускоряет процесс окисления (сгорания) отфильтрованных частиц сажи. Иногда для улучшения данного эффекта в дизельное топливо добавляют специальные присадки, которые позволяют запустить реакцию окисления сажи при меньших значениях температуры. Однако в ряде случаев (работа ДВС на холостом ходу, малые нагрузки, движение в пробках и т.п.) необходимое значение температуры для запуска пассивной регенерации не достигается. В таких случаях применяют активную регенерацию.
    • Активная регенерация подразумевает применение более высоких значений температуры. При использовании принудительной регенерации температура газов в фильтре повышается до 600 градусов по Цельсию. Это может достигаться несколькими способами, которые используются как комплексно, так и по отдельности. К ним относят задержку времени подачи дизельного топлива в камеру сгорания ДВС, дополнительную подачу топлива в цилиндры на такте выпуска отработанных газов, распыление небольшого количества топлива в отработанные газы, поступающие в сажевый фильтр, разогрев газов перед фильтром различными способами (нити накаливания, микроволны) и другие.

    В современных сажевых фильтрах используются как пассивная, так и активная регенерации. Разработка новых экологических стандартов требует постоянной оптимизации и усовершенствования конструкции и принципов работы сажевых фильтров. На сегодняшний день наиболее распространенными являются сажевые фильтры с каталитическим покрытием и сажевые фильтры с системой ввода присадок в топливо.

    Фильтры первого типа устанавливаются на автомобили, производимые концерном Volkswagen, а также некоторыми другими производителями.

    В качестве катализатора в этих фильтрах используют платину и ее соединения. За счет работы катализатора находящаяся в фильтре сажа сгорает под воздействием температуры отработавших газов, после чего удаляется из фильтра. В процессе окисления частиц сажи оксиды азота NO за счет присутствия катализатора окисляются до диоксида NO2. Диоксид азота, взаимодействуя с сажей (основную часть которой составляет углерод), образует два соединения – оксиды азота и углерода (угарный газ). Затем образовавшиеся оксиды оксиляются кислородом и образуют соответствующие диоксиды. Температура протекания процесса обычно не превышает 500 градусов по Цельсию.

    В случаях, когда отдельные компоненты системы управления (например, датчик измерения расхода воздуха (расходомер), датчики температуры на входе и выходе фильтра, датчики давления и т.п.) сигнализируют о падении пропускной способности фильтра, требуется проведение активной регенерации, во время которой температура внутри сажевого фильтра достигает 650 градусов по Цельсию. Когда датчики системы управления сигнализируют о снижении пропускной способности, блок управления увеличивает объем подаваемого топлива в цилиндры, одновременно ограничивая объем поступающего воздуха (кислорода). В таких условиях температура газов повышается до необходимых для активной регенерации значений.

    Сажевые фильтры с системой ввода присадок в топливо функционируют по иным принципам. Этот тип сажевых фильтров был разработан концерном Peugeot-Citroen (PSA). В связи с тем, что активно внедряли в массовое производство данные фильтры именно французские производители, за такими фильтрами закрепилась не англоязычная аббревиатура DPF, а франкоязычная FAP (Filtre A Particules). Спустя некоторое время эти фильтры на своих автомобилях стали устанавливать Ford и Toyota.

    В связи с отсутствием в фильтрующих ячейках фильтра катализатора для горения сажи, конструктивно такие фильтры устанавливаются отдельно от каталитического нейтрализатора. При этом в топливо добавляется специальная присадка (на основе церия и его соединений), которая снижает минимально необходимую температуру горения частиц сажи до 450-500 градусов по Цельсию. В ряде случаев подобные значения температуры во время пассивной регенерации недостижимы, поэтому в фильтре происходит постепенное накопление сажевых частиц. При достижении их критического значения необходимо применять активную регенерацию.

    Вводимая в топливо для обеспечения горения сажи присадка располагается в отдельной емкости объемом до пяти литров. Этого количества присадки обычно хватает на 80-120 тысяч километров пробега автомобиля и характеризует срок службы сажевого фильтра. Количество оставшейся присадки постоянно мониторится с помощью поплавкового датчика. Количество добавляемой присадки контролируется электроникой и пропорционально объему топлива, поступившему в топливный бак во время заправки автомобиля.

    Применение присадки в топливо для горения сажи обуславливает наличие в отработавших газах продуктов горения церия, которые также улавливаются фильтром, но в отличие от частиц сажи, они не сгорают даже при активной регенерации. Это ограничивает период работы сажевого фильтра. Современные сажевые фильтры с системой присадок в топливо поддерживают свою работоспособность на протяжении 120 000 км пробега, однако уже сегодня производители заявляют о появлении в скором времени фильтров, способных эффективно выполнять свои функции на протяжении 250 000 км пробега.

    После того, как сажевый фильтр выработал свой ресурс, его необходимо заменить на новый. Однако из-за их высокой стоимости зачастую автолюбители не устанавливают в автомобиль новый сажевый фильтр, а перепрограммируют систему управления дизелем на работу без сажевого фильтра.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *