Фильтр твердых частиц — в погоне за сажей

Автомобили с дизельными двигателями всегда привлекали невысоким уровнем потребления более дешевого топлива, по сравнению с бензиновыми двигателями той же мощности. Сегодня это преимущество теряет свое значение и не только из-за выравнивания цен на бензин и дизельное топливо. Кроме того повысилась степень риска выхода из строя сложного оборудования современного дизеля, требующего больших затрат для устранения неполадок.

С 2006 года в Европе обязательным условием стало применение сажевого фильтра, который устраняет 90% твердых частиц в выхлопных газах. Это позволяет удовлетворить нормы токсичности Евро-4 и Евро-5, принятые в большинстве стран Европейского союза, или Северной Америке. В России экологический аспект не так важен, и водитель, приобретающий автомобиль, который в меньшей степени загрязняет окружающую среду, не может рассчитывать на дополнительные льготы. Вместо этого необходимо принимать во внимание перспективу существенных затрат, связанных с восстановлением сажевого фильтра или заменой на новый.

Продолжительность жизни фильтра зависит от многих факторов, но главный из них – это условия эксплуатации автомобиля. Наиболее опасны для него поездки на короткие расстояния, когда двигатель не успевает достичь рабочей температуры и не может запустить автоматическую регенерацию фильтра, т.е. сжечь накопленные частицы сажи.

Первые фильтры (одноразовые) появились на автомобилях концерна PSA, например Peugeot 406 Coupe 2.2 HDi. Первоначально они предлагались в дорогих автомобилях в качестве дополнительного оборудования. Со временем они стали появляться и в более дешевых автомобилях.

Сегодня все дизельные двигатели, отвечающие нормам токсичности Евро-3, оснащаются сажевым фильтром. Самые старые фильтры, так называемые «мокрые» для своей работы требуют специальной жидкости (CAM FBC). Ее добавляют в топливо. Попадая в камеры сгорания, жидкость повышает температуру выхлопных газов примерно до 440 градусов и приводит к выгоранию сажи в фильтре.

«Сухие фильтры» имеют температуру воспламенения сажи около 550 градусов. К сожалению, они могут использоваться не с каждым двигателем. Кроме того в автомобиле, эксплуатируемом преимущественно в городе, не всегда имеется возможность достичь заданной температуры выхлопных газов. В таком случае очень полезна жидкость JLM DPF Cleaner, так же добавляемая в топливо. Она позволяет сжигать твердые частицы при более низких температурах. Благодаря этому фильтры в транспортных средствах, используемых на коротких дистанциях, заполняются гораздо медленнее.

Несложная конструкция обеспечивает долговечность фильтра. Фильтрующий элемент имеет пространственную структуру с большой общей площадью поверхности стенок, выполненных из металла, керамики или специальной бумаги. Корпус снаружи выглядит как глушитель или каталитический нейтрализатор. Он имеет специальное термическое покрытие, так как температура во время сгорания сажи достигает 500 градусов.

На фото внизу схематично показана работа фильтра.

1. Фильтр твердых частиц представляет собой металлическую банку, заполненную керамической вставкой с многочисленными каналами, перехватывающими частицы сажи.

2. Сажа постепенно накапливается в фильтре, затрудняя прохождение потока выхлопных газов. Автомобильная электроника фиксирует этот момент и дает сигнал на начало регенерации.

3. В зависимости от типа автомобиля в камеры сгорания дизеля поступает дополнительное количество топлива или топлива с жидкостью, что способствует повышению температуры выхлопных газов до 440-550 градусов.

4. При правильно проведенной регенерации фильтр снова готов к работе.

Фильтры старого типа служили около 80-120 тыс. км, в то время, как современные все чаще доживают до 160-200 тыс. км. Стоимость восстановления фильтра оценивается приблизительно в 6000 рублей, а замены – от 12 до 25 тыс. рублей. Удаление фильтра никак не наказуемо, но не приемлемо с точки зрения морали. В Европе за это можно пострадать, так как законом предусмотрена ответственность за данное деяние.

Убедительные признаки забитого сажевого фильтра дизеля и суть процедуры его регенерации

Дизель ныне не чадит. Основной компонент дизельного черного дыма (сажа) задерживается в специальном фильтрующем элементе, интегрированном в выхлопную систему. Экодеталь не вечная – со временем забивается. Преждевременная замена или удаление – неуместны, разумней вовремя подметить критический уровень наполнения, чтобы воспользоваться штатными средствами регенерации. Они продлевают жизнь узлу, вернут прыть двигателю и сохранят время.

На что обращать внимание: признаки забитого сажевого фильтра на автомобильном дизеле любой марки

Заметить, а тем более объяснить, небольшие ухудшения в динамике в пределах городской черты может не каждый. А это первый знак засорения сажевика. Сажа на керамической матрице будь-то немецкого DPF с платиновым ускорителем химреакций или французского FAP с жидкостью-катализатором выжигания Eolys откладывается постоянно, создавая сопротивление потоку выхлопных газов. Говоря научным языком, неполное сгорание топлива ведет к образованию частиц аморфных углеродов, которые оседают на стенках очистителя, и постепенно снижают пропускную способность детали.

Приборная индикация

А теперь оцените режим работы двигателя в городской толкучке: постоянные перегазовки, прогревы, простои в ожиданиях зеленого сигнала. И без экспертного мнения ясно, что в таких условиях быстро будет забит сажевый фильтр на дизеле и симптомы выяснять не придется – все будет отображено на приборном табло. Но заметим: универсального стандарта оповещения о наличии проблемы нет.

• Подсвеченный значок DPF. Фильтрующий элемент заполнен сажей, выполнено несколько безуспешных попыток активной регенерации в движении. В срочном порядке необходим активный прожиг на трассе.
• Одновременная подсветка датчика сажевого фильтра + Check Engine или «Чек» + мигающая спираль преднакала. Аварийный режим работы двигателя, о чем оповестит бортовая система, а в ЭБУ появится ошибка типа Diesel Particulate Filter Restricted/Clogged MIL ON. Требуется принудительный прожиг.

Физические ограничения

Когда зажигается лампа сажевого фильтра, электронные «ошейники» не активируются, да и тяга заметно не падает. Приближение момента срабатывания электронной индикации помогает вычислить увеличенный на 1-2 литра расход топлива и разжиженное топливом масло (возрастает его уровень в картере).

Совершенно иная ситуация с аварийным режимом: ЭБУ душит систему впрыска – не позволяет пользоваться газом во всю мощь для недопущения чрезмерного нагрева фильтрующего узла. Вот какие принудительные блокировки срабатывают на машине Audi Q7 3,0 TDI:

• Скорость передвижения – не более 100 км/ч.
• При ускорениях доступна только половина тягового момента.
• Расход топлива не превышает 10 л/100 км.
• Невозможно запустить круиз-контроль.

Итого зимой в автомобиле без установленного подогрева антифриза свечами накала будет прохладно. Если сигналы приборной доски и электронные блокировки игнорируются, наступает момент, когда машина глохнет и не заводится, или двигатель запускается, но тут же останавливается.

Подтвердить, что это действительно крайние признаки забитого сажевого фильтра дизеля помогает демонтаж и продувка фильтрующего элемента компрессором. При таких обстоятельствах на выходе давления не будет.

Решает компания

Автомобили Opel обучены алгоритму индикации, подобному машинам VAG: когда совсем худо дело – лампа DPF мигает. У Toyota – абсолютная аналогия с немцами. Mazda, Peugeot, Citroen предупреждающей индикацией не располагают: подсвечивание лампы сажевика информирует об активации аварийного режима. Однако у французов индикатор вправе засветиться при снижении объема жидкости-катализатора в специальном бачке ниже минимальной отметки.

Что делать при обнаружении симптомов забитого сажевого фильтра на легковом дизеле любой модели

На интуитивном уровне цель ясна – избавиться от скоплений сажи. Наиболее простой метод – выжечь пассивным, активным или принудительным путем, чтобы углеродные частицы преобразовались в диоксид углерода (углекислый газ), который беспрепятственно выйдет в атмосферу. Техническое наименование процесса – регенерация.

Пассивный прожиг

Получасовая загородная поездка на одной передаче с постоянными оборотами, но не ниже 2 500 об/мин, снижает балласт твердых частиц на внушительный процент. С ростом оборотов коленвала в фильтре повышается температура отработанных газов до 350-500°C, что позволяет вступить диоксиду азота в реакцию с сажей и получить диоксид углерода. Отсутствие резких ускорений снижает процент недожженного топлива – основной причины образования углеродных элементов.

Вообще говоря, дизелям в особенности противопоказан прогрев на холостых и движение на низких оборотах. Поэтому, любителям городских покатушек совет один: разбавить список короткометражных маршрутов длинными участками, на которых беспрепятственно можно совершать пассивный прожиг. 2-3-х выездов за город в неделю вполне достаточно. Рекомендуемая скорость: 70-80 км/ч.

Внимание. Пассивный прожиг полезен для сажевиков, совмещенных с нейтрализатором (DPF): путь до него, и выхлопные газы не успевают остыть. Если система основана на применении присадок (FAP), то фильтрующий узел расположен далеко от камеры сгорания и нагреться исключительно от отработавшей газовой смеси не успевает, поэтому выжигание естественным образом не происходит.

Активная регенерация

Приставка Active присвоена процессу из-за вмешательства искусственного интеллекта в режим работы систем двигателя с целью повысить температуру выхлопных газов в сажевике до 600-650°C. ЭБУ запускает активный прожиг сажевого фильтра на дизеле после достижения определенного уровня наполненности его твердыми частицами. Это может быть 30-40 грамм – у каждого автомобиля порог свой.

Если ЭБУ подметил допустимую базовую температуру отработавшей газовой смеси (не менее 250°C), прогретый мотор (не менее 60-75°C) и заметно наполненный топливный бак (более 1/4), то регенерация запускается. На время ее активации (последующие 10-30 минут), электроника меняет тон функционирования мотора:

• Глушится клапан EGR, перепускающий часть газов из выпуска на впуск. Отсутствие отработавшей газовой смеси при наполнении цилиндров способствует повышению температуры сгорания в котлах.
• Активируется послевпрыск. Распыление дополнительной порции ДТ после основного цикла (такт расширения) обеспечивает догорание солярки в сажевике, благодаря низкой температуре ее самовоспламенения (62°C).
• Изменяется геометрия расположения сопловых лопаток турбины турбокомпрессора. Минимизация расширения выхлопных газов уменьшает долю энергии, расходуемой на механическое раскручивание колеса центробежного аппарата, что способствует сохранению тепла отработавшей газовой смеси.

К сведению. Образование углекислого газа при прожиге активным способом происходит вследствие реакции между сажей и кислородом.

О запуске прожига бортовая электроника никак не оповещает. Признаки прохождения активной регенерации считываются по показаниям иных приборов и характеру работы двигателя:

• Мгновенно растет температура антифриза. Часто водитель не замечает этого и ищет, в чем же причина срабатывания вентилятора охлаждения мотора на холодную , хотя ОЖ уже давно горячая. На BMW 525D E60 показания с положенных 92°C увеличиваются до 97°C.
• Увеличивается расход топлива из-за послевпрыска. Заметить факт роста на некоторых машинах, в частности на Пежо, невозможно – бортовой компьютер намеренно занижает привычный расход на время проведения процесса.
• Растет температура масла. Например, у Peugeot 407 в режиме прожига она достигает 116°C при нормальных 90-95°C.
• Возникает цоканье раскаленного металла, которое отчетливо слышно снаружи.
• На «холостых» меняется звук мотора на характерный басовитый.
• Из глушителя идет густой белый дым.

Оптимальные условия для успешного проведения операции: равномерное движение со скоростью 50-60 км/ч и частота вращения коленвала около 2 000 об/мин по тахометру. Электроника в состоянии выявить симптомы забитого сажевого фильтра на легковом дизеле, но оценить, где движется автомобиль, она не может. Посему команда на проведение регенерации может быть подана даже в городе.

В совокупности с тем, что система никак не сигнализирует о запуске цикла восстановления фильтра, водитель может не заметить произведение активного прожига, и продолжать двигаться в рваной манере. Тогда избыток топлива приводит к его попаданию в картер и повышению уровня масла. Разжиженную смазку придется срочно менять, а для сажевика либо остается последняя попытка активной регенерации, о чем говорит горящая лампа DPF, либо принудительный прожиг, если приборная сигнализация однорежимная.

Крайняя попытка активного прожига у каждого автомобиля производится по-разному:

1. Когда горит лампа DPF на первых VolksWagen с сажевым фильтром, необходимо в срочном порядке выехать на автомагистраль и двигаться на 4 или 5 передаче со скоростью не более 60 км/ч до момента, когда лампа потухнет (обычно это 30-40 минут непрерывного равномерного движения).
2. На новых Toyota Land Cruiser 200 дополнительно выводится сообщение, требующее остановиться и запустить процесс в «паркинге» с помощью специальной кнопки. Система самостоятельно проведет регенерацию в течение 20-30 минут, при этом оперировать педалью газа запрещено.

Последний шанс: принудительный прожиг дизельного сажевого фильтра штатными средствами

Процесс этот вынужденный, а программа его выполнения прописана в ЭБУ. Запускается он извне, в ручном режиме – чаще с помощью диагностического оборудования. Если коротко: через сервисную программу активируется особый режим работы мотора (закрытый EGR + послевпрыск + изменение геометрии турбокомпрессора), поднимаются обороты ХХ до 1 500-2 000 единиц и двигатель «коптит» в течение 20-30 минут на месте.

По сути, это и есть финальная попытка активной регенерации. Только, скажем, VolksWagen B6, предпочитает дать водителю шанс не посещать лишний раз сервис. Ну а Toyota сразу рекомендует запускать принудительный прожиг, причем никаких программных средств для этого не нужно – включил кнопку и пожалуйста.

Аспекты процесса

Свои ограничения у операции есть. На VAG-овских машинах регенерация не запустится, если система выявит признаки напрочь забитого сажевого фильтра дизеля, а именно принципиальную разницу показаний датчика дифференциального давления (измеряет разницу давлений газов на входе и выходе) и запредельные показания счетчика объема сажи (более 68 грамм). Цель вынужденной очистки – сбить лишь часть задержанных углеродов (на Audi Q7 3,0 TDI операция завершается при расчетных 56 граммах).

К сведению. Определить физический объем твердых частиц в фильтре невозможно, поэтому используется одна из двух моделей: измеряется давление и температура на входе и выходе из очистителя, расход воздуха мотором или оценивается стиль вождения, информация с сенсора температуры отработавшей газовой смеси и кислородного датчика.

Что делать, если принудительный прожиг не запускается

Предлог запрета – выявленные симптомы забитого фильтра. Исключать выход из строя датчика дифференциального давления нельзя, но чаще система не врет, что доказывает окно с расчетным количеством сажи в диагностической программе. Сбросить счетчик можно, но сенсоры не обманешь.

Реанимировать компонент реально только после пассивного прожига, когда фактический объем сажи станет меньше. Счетчик, естественно, накрутит лишние цифры из расчета 3-5 грамм на 100 км, но показания датчика дифференциального давления уже будут в кондиции, а накрученное обнуляется через пропись нового сажевика.

К сведению. Резкие старты с 0 до 100 км/ч выбивают сажу из-за избыточного давления в выхлопной системе. 5-6 жестких разгонов в течение первых 10…30 секунд после запуска двигателя способны удалить около 10 грамм углерода. Ускорения производятся только на прогретом моторе.