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.

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.

Классическое предназначение детали

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.

Конструктивные особенности

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.

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.

Эксплуатация сажевого фильтра

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.

Восстановления фильтрующего узла

Фильтрующие агрегаты последнего поколения (с 2010 года) имеют два типа восстановления сажевого узла — автоматическая (пассивная) и принудительная (активная).

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.

Классификация фильтров

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.

Топливная присадка

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:

Cажевый фильтр для бензиновых двигателей

Бензиновый сажевый фильтр

О сажевых фильтрах для дизельных двигателей есть уже достаточно много информации. По принципу действия сажевые фильтры для дизельных и для бензиновых двигателей во многом схожи. Однако сажевые фильтры для бензиновых двигателей являются новой техникой и имеют существенные отличия по сравнению с дизельными сажевыми фильтрами.
Долгое время считалось, что бензиновые двигатели совсем не коптят. Но время показало, что при сгорании в бензиновом двигателе тоже могут образовываться мельчайшие твёрдые частицы. Объясняется это внедрением технологии непосредственного впрыска бензина. Поэтому уже экологический стандарт Евро-5a для автомобилей с непосредственным впрыском включает в себя предельные значения массы твёрдых частиц.
Сажевый фильтр служит для охраны окружающей среды и здоровья людей. С ним масса и количество твёрдых частиц, выбрасываемых автомобилем в атмосферу, намного ниже предельных значений.

Система выпуска ОГ с бензиновым сажевым фильтром рассчитана на весь срок службы автомобиля. От водителя, придерживающегося «нормального» стиля вождения, система сажевого фильтра не требует внимания или активного вмешательства. Это означает, что при нормальной эксплуатации автомобиля контрольная лампа сажевого фильтра никогда не загорается.

Если контрольная лампа сажевого фильтра всё же загорелась, необходимо произвести регенерационную поездку (см. об этом ниже). При регенерационной поездке двигатель может работать на холостом ходу со слегка повышенной частотой вращения, а шум его работы может быть резче обычного.

Меры внутри двигателя

В семейство двигателей EA211 входят моторы TSI с зубчатым ремнём привода ГРМ. Данное семейство задумано для модульной платформы с поперечным расположением двигателя (MQB). При его разработке с самого начала уделялось большое внимание уменьшению количества твёрдых частиц в отработавших газах. Для этого были приняты некоторые меры внутри самого двигателя.

Среди таких мер, например, следующие:
– Увеличение давления топлива. У предшествующего семейства EA111 давление топлива в системе непосредственного впрыска составляло от 40 до 50 бар на холостом ходу, а максимальное давление — 130 бар. У двигателей семейства EA211 давление топлива на холостом ходу возросло примерно до 140 бар, а максимальное давление составляет около 350 бар. В результате капельки топлива получаются меньше и испаряются быстрее.
– Модифицированная камера сгорания, модифицированные форсунки, изменившиеся моменты впрыска. Эти меры уменьшают образование твёрдых частиц.
Названные меры очень эффективны, поэтому усовершенствованные двигатели семейства EA211 отвечают всем действующим в настоящее время экологическим стандартам. Тем не менее Volkswagen уже сейчас внедряет сажевый фильтр для бензиновых двигателей.

Мера вне двигателя

Мера вне двигателя, направленная на сокращение содержания твёрдых частиц, — это сажевый фильтр. Volkswagen выводит на европейский рынок автомобили, которые оснащаются расположенным близко к двигателю сажевым фильтром с каталитическим покрытием. Первой такой моделью стал Tiguan с двигателем 1,4 л 110 кВт TSI, передним приводом и механической коробкой передач.
При такой концепции фланец бензинового сажевого фильтра прилегает непосредственно к турбонагнетателю. В бензиновый сажевый фильтр интегрирован трёхкомпонентный нейтрализатор, выполненный в виде каталитического покрытия. После следующего за ним сильфона в выпускной трубе установлен ещё один трёхкомпонентный нейтрализатор.

Датчик 1 давления ОГ G450

Место установки и назначение. Датчик 1 давления ОГ ввёрнут сверху в корпус распредвалов.
Его задача — измерять давление ОГ перед турбонагнетателем, а значит, и перед сажевым фильтром. Каналом в корпусе распредвалов и в блоке цилиндров он соединён с интегрированным выпускным коллектором. В датчик давления интегрировано уплотнительное кольцо, поэтому после снятия датчик нельзя использовать повторно, его следует заменить.

Принцип действия. Датчик давления измеряет давление ОГ относительно вакуума, который принимается за опорное значение. Этот метод исключает неточности, вызванные колебаниями атмосферного давления при изменении погоды или высоты над уровнем моря. Выступающий опорным значением вакуум, содержится внутри керамической измерительной ячейки датчика давления.

Когда давление ОГ изменяется, мембрана керамической ячейки деформируется. При возрастании давления ОГ мембрана отжимается в направлении расположенной напротив поверхности с покрытием. Расстояние между поверхностями с покрытием уменьшается, и ёмкость «конденсатора» возрастает.
При уменьшении давления ОГ мембрана деформируется в обратном направлении. Расстояние между поверхностями с покрытием увеличивается — ёмкость «конденсатора» уменьшается. Такой способ позволяет точно измерить давление в выпускном коллекторе, значение которого передаётся в виде аналогового
сигнала. Описанные изменения ёмкости крайне малы. Поэтому электроника датчика сделана достаточно чувствительной.

Электрическое подключение. Датчик G450 соединён трёхжильным проводом с блоком управления двигателя J623.
Последствия отказа. При распознавании дефекта в регистратор событий записывается ошибка.

В системе выпуска отработавших газов с бензиновым сажевым фильтром используются два триггерных лямбда-зонда.
Лямбда-зонд перед нейтрализатором соединён с блоком управления двигателя «постоянным регулятором»

Место установки и назначение. Лямбда-зонд перед нейтрализатором находится перед обоими нейтрализаторами, лямбда-зонд после нейтрализатора — между двумя нейтрализаторами. Интегрированный в бензиновый сажевый фильтр трёхкомпонентный нейтрализатор выполняет основную работу по нейтрализации ОГ. Этим объясняется место установки лямбда-зонда 1 после нейтрализатора GX7. Зонд контролирует нейтрализатор, который выполняет основную работу по нейтрализации отработавших газов.

Использование сигнала
Сигнал лямбда-зонда используется для следующих функций:
Лямбда-зонд 1 перед нейтрализатором GX10:
– регулирование топливовоздушной смеси.
Лямбда-зонд 1 после нейтрализатора GX7:
– проверка функционирования предварительного катализатора и подстройка лямбда-зонда 1 перед нейтрализатором;
– опосредованный контроль повреждения бензинового сажевого фильтра.

Функция опосредованного контроля повреждения бензинового сажевого фильтра
Материал основы сажевого фильтра обладает более высокой жаропрочностью, чем каталитическое покрытие. Прежде чем сажевый фильтр будет повреждён очень высокими температурами, каталитическое покрытие успеет потерять свою работоспособность. По сигналу лямбда-зонда позади нейтрализатора и по плохой работе предварительного катализатора блок управления двигателя может косвенно заключить, что бензиновый сажевый фильтр повреждён. При неисправности нейтрализатора мигает лампа Check Engine K83 и в регистратор событий записывается ошибка.

Последствия при выходе из строя
При выходе из строя лямбда-зонда 1 перед нейтрализатором GX10 происходит переключение с лямбда-регулирования на лямбда-управление и загорается лампа Check Engine K83 (MIL). При выходе из строя лямбда-зонда 1 после нейтрализатора GX7 лямбда-регулирование продолжает работать. Загорается лампа Check Engine K83 (MIL). В обоих случаях в регистраторе событий появляется запись.

Регенерация бензинового сажевого фильтра

Поскольку у двигателей с непосредственным впрыском бензина сажа образуется только во время холодного пуска и в течение короткого времени после него, регенерация требуется очень редко. Частота и продолжительность регенерации зависит от степени засорения фильтра и наличия необходимых для регенерации условий. Различают три типа регенерации:
– пассивная регенерация,
– активная регенерация,
– регенерация в условиях сервисного предприятия.

Для распознавания засорения фильтра сажей и золой используется записанная в блок управления двигателя модель. По температуре всасываемого воздуха и охлаждающей жидкости, частоте вращения двигателя и нагрузке на двигатель блок управления двигателя регистрирует изменение степени засорения
сажевого фильтра.

Пассивная регенерация
Пассивная регенерация происходит во время движения почти постоянно без каких-либо мер со стороны блока управления двигателя.
Необходимое условие: продолжительность поездки должна быть достаточна для того, чтобы температура бензинового сажевого фильтра достигла требуемых 600 °C. Для регенерации сажевого фильтра требуется кислород. Особенно много его поступает во время принудительного холостого хода. Благодаря этому
«дополнительному» кислороду достигается температура, достаточно высокая для сжигания сажи и её превращения в диоксид углерода (CO2).

Активная регенерация
Если, несмотря на пассивную регенерацию, загрязнение сажевого фильтра достигает определённого значения, вводятся меры по поддержке регенерации.
Если профиль езды водителя не создаёт достаточных для регенерации условий, загорается контрольная лампа сажевого фильтра K331, призывающая водителя совершить регенерационную поездку (см. таблицу ниже).

Регенерация в условиях сервисного предприятия
Если загрязнение сажевого фильтра превысило установленный предел ввиду того, что водитель, например, игнорировал требование совершить регенерационную поездку, активной регенерации во время движения может оказаться недостаточно. Система управления двигателя дополнительно включает лампу Check Engine K83 (MIL) и лампу электропривода акселератора K132 (лампа EPC). На дисплее появляется требование обратиться на сервис.
Если контрольные лампы зажглись в связи с сажевым фильтром, то они горят жёлтым и не мигают.
Состояние системы сажевого фильтра никогда не может быть причиной для того, чтобы немедленно прекратить движение.
Регенерация на сервисе проводится посредством Ведомого поиска неисправностей.
Вытяжная установка для отсасывания ОГ в сервисном цехе должна быть рассчитана на температуры не ниже 300 °C. Для подсоединения вытяжной установки к системе выпуска ОГ разрешается использовать только раструб VAS 5199 или VAS 5199/12.

В следующей таблице приведены различные степени засорения и требуемые меры. При нормальной езде контрольная лампа сажевого фильтра K331 не загорается. Это связано с тем, что у бензинового двигателя в сажевом фильтре при температуре выше 600 °C всегда происходит пассивная регенерация. Поэтому дополнительные активные меры, как правило, не требуются. Но из соображений безопасности активная регенерация всё равно проводится через каждые 2000 км, независимо от степени загрязнения фильтра.

Загрязнение *	Меры
Прим. до 15 %	– Активные меры не нужны. – Пассивная регенерация в результате «нормальной» работы двигателя.
Прим. от 15 %	Активная регенерация с помощью содействующих регенерации мер.
Прим. от 55 %	Активная регенерация с помощью содействующих регенерации мер. В дополнение к этому: – Горит контрольная лампа сажевого фильтра K331. – Запись в регистраторе событий: «Сажевый фильтр, ряд 1, контрольная лампа активна». – Водителю необходимо совершить регенерационную поездку.
Прим. от 70 %	– Горит контрольная лампа сажевого фильтра K331. – Горит сигнальная лампа электропривода педали акселератора K132. Значение: уменьшение мощности. – Горит контрольная лампа ОГ K83 (MIL). – Запись в регистраторе событий: «Сажевый фильтр, ограничение, загрязнение сажей, ряд 1». – Требуется регенерация на сервисном предприятии.
Достигнуты пределы загрязнения (100 %)	– Горит контрольная лампа сажевого фильтра K331. – Горит сигнальная лампа электропривода педали акселератора K132. Значение: уменьшение мощности. – Горит контрольная лампа ОГ K83 (MIL). – Запись в регистраторе событий: «Сажевый фильтр, ограничение, загрязнение сажей слишком сильное, ряд 1». – Сервисная регенерация более невозможна, требуется замена бензинового сажевого фильтра.

Для отслеживаемости запись «Сажевый фильтр, ряд 1, контрольная лампа активна» не удаляется из регистратора событий ещё несколько циклов движения, после того как погаснет контрольная лампа сажевого фильтра K331!
Во время активной регенерации дополнительно могут быть приняты следующие меры:
– В зависимости от температуры система отключения цилиндров (ACT) и функция старт-стоп могут быть выключены.
– Частота вращения холостого хода может быть повышена до 1000 об/мин. Если контрольная лампа сажевого фильтра K331 горит, то, чтобы достичь лучшей регенерации при стоящем на месте автомобиле, она повышается даже до 1450 об/мин.

В руководстве по эксплуатации рекомендуется проводить регенерационную поездку, когда загорается контрольная лампа сажевого фильтра K331. Регенерации
способствует движение со скоростью от 50 до 120 км/ч. При этом необходимо соблюдать действующие ограничения скорости и рекомендации по выбору передач. Контрольная лампа сажевого фильтра K331 гаснет автоматически по завершении регенерации фильтра. Регенерационная поездка может длиться от 5 до 20 минут.
Другие стили вождения тоже приводят к регенерации, пока двигатель работает.

Сажевые фильтры дизельных и бензиновых двигателей в сравнении

Общее
— Двигатели обоих типов образуют при сжигании топлива частицы сажи и золы.
— У двигателей обоих типов твёрдые частицы имеют примерно одинаковый размер.
— При обеих системах сажевый фильтр регенерируется пассивно и активно. При этом окисляются только частицы сажи, частицы золы не окисляются.
— При обеих системах необходимо использовать низкозольные моторные масла.
— При бензиновом сажевом фильтре в блоке управления двигателя, как и при дизельном сажевом фильтре, запрограммирован предел загрязнения фильтра. По достижении определённого процентного значения загрязнения загорается контрольная лампа сажевого фильтра K331, призывающая водителя совершить регенерационную поездку.
— Текст руководства по эксплуатации был унифицирован применительно к регенерационной поездке для обеих систем.
— Если водитель игнорирует требование совершить регенерационную поездку и степень загрязнения фильтра увеличивается, в случае обеих систем возникает необходимость регенерации фильтра на сервисе.

Отличия
— Дизельные двигатели производят больше сажи, чем бензиновые двигатели.
— Бензиновый двигатель с непосредственным впрыском производит твёрдые частицы преимущественно во время холодного пуска при низких наружных температурах и сразу после пуска двигателя. Дизельный двигатель производит сажу практически всё время, пока работает.
— При дизельном двигателе достичь требуемой для регенерации сажевого фильтра температуры труднее, чем при бензиновом двигателе.
— Сжигание в дизельном двигателе происходит с избытком воздуха, поэтому для регенерации кислорода всегда достаточно, а у бензинового двигателя — нет.
— У дизельных двигателей первая активная регенерация производится уже после 100 км пробега, у бензиновых двигателей — нет.
— В зависимости от варианта у дизельных двигателей с сажевым фильтром при инспекционном сервисе требуется считывать степень загрязнения сажей (в первый раз, например, при пробеге 180 000 км), у бензиновых двигателей с сажевым фильтром такой необходимости нет.

Если вы не нашли информацию по своему автомобилю — посмотрите ее на автомобили построенные на платформе вашего авто.
С большой долей вероятности информация по ремонту и обслуживанию подойдет и для Вашего авто.