Сажевый фильтр

Практическое применение катализатора на автомобиле

Любой современный автомобиль с бензиновым и дизельным двигателем оснащается системой очистки токсичных газов — катализаторами.

Устанавливается катализатор непосредственно после приемной трубы или соединяется через разветвленные трубы к головке блока цилиндров и называется такая конструкция катколлектором. Второй способ наиболее чаще стал применяться на автомобилях, так как происходит ускоренный нагрев элементов катализатора. После катализатора на автомобилях, принадлежащих к экологическим нормам Евро-3, Евро-4 и Евро-5 устанавливается датчик кислорода, который выполняет функции диагностические. Иными словами, диагностируемый датчик кислорода выполняет контроль эффективности работы катализатора и в случае превышения норм выхлопа загорается на панели приборов ошибка, сообщающая о критической работе катализатора. В этом случае необходимо проверить параметры работы двигателя и установить причину превышения норм допустимого выхлопа токсичных газов.

Ресурс катализатора составляет ориентировочно от 100000 до 200000 километров пробега, но если двигатель на этом этапе работал без пропусков воспламенения в цилиндрах или их было незначительное число раз, то функционирование достигает и до 500000 км.

Как уберечь катализатор от повреждений и раннего износа?

Для этого необходимо знать причины, вызывающие ранний износ или его повреждение

Прежде всего необходимо обращать внимание к качеству заливаемого в бензобак топлива. В случае некачественного топлива, насыщенного искусственно ферритами, марганцем и другими инородными веществами, включая водяной конденсат, происходит засорение микроканалов, что приводит к противодавлению в выхлопной системе

Обратный отскок выхлопных газов значительно нарушает работу газораспределительного механизма и в силу поступления в впускной тракт горячих отработанных газов усиливает износ поршневой группы и клапанов. Такое явление на некоторых типах автомобилей учитывается и устанавливается специальное устройство, называемое рециркулятором.

В бензиновых двигателях может быть внутренняя система рециркуляции и внешняя. Внутренняя система проектируется таким образом, чтобы выпускной клапан оставался некоторое время открытым в то время, когда уже открылся впускной клапан. Такое положение клапанов называют «перекрытием», обеспечивающей внутреннюю рециркуляцию газов и не требующей дополнительных компонентов. Внешняя работает с дополнительным компонентом, называемым клапан рециркуляции (EGR).

Благодаря системе рециркуляции отработанные газы, попадающие обратно во впускную систему, охлаждаются, что снижает расход топлива и количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу.

Следующим фактором, влияющим на износ катализатора, является неисправность двигателя. Несбалансированная работа двигателя влечет к изменению топливоподачи. Топливо в значительном количестве начинает поступать в катализатор, забивая микроканалы и эффективность его резко падает. И, наоборот, если в систему поступает слишком мало топлива, бедная смесь, то катализатор начинает сильно греться, вызывая очень высокую температуру (выше 800 градусов), вследствие чего элементы с драгметаллом начинают плавиться. И в том, и в другом случае дорогостоящий катализатор подлежит замене, так как ремонту он не пригоден.

Механические удары также могут быть причиной раннего износа катализатора, так как в образовавшуюся трещину начинает поступать воздух вызывая перегрев и проникновение инородных частиц, забивающих микроканалы, препятствующих прохождению отработанных газов.

Катализатор является частью выхлопной системы двигателя и соответственно его неисправность отражается на работе мотора. В основном неисправность катализатора выражается в его разрушении (на основе керамики) или оплавлении (на металлической основе), а также в засорении микроканалов. Если катализатор начал плохо пропускать отработанные газы, то это отразится на работе двигателя:

• трудный продолжительный запуск;
• заводится и глохнет;
• падает тяговая характеристика;
• увеличивается расход топлива;
• возникает неприятный запах, напоминающий сероводород;
• при разгоне возникают провалы;
• горит аварийная лампа неисправности двигателя.

Устройство сажевого фильтра и принцип его действия

Конструктивно сажевый фильтр представляет собой контейнер, изготовленный из нержавеющей стали. Элемент размещается в выпускном тракте на минимальном расстоянии от турбокомпрессора для обеспечения высокой температуры газов. В одном корпусе с очистительным устройством размещается нейтрализатор газов окислительного типа. Поток газов сначала проходит через нейтрализатор, а затем попадает в фильтр.

Внутренний объем фильтра заполнен сотовым керамическим элементом (карбид кремния) с каталитическим покрытием поверхности. Керамика применяется по причине способности выдерживать нагревы до высоких температур. Соты расположены параллельно и по очереди перекрыты то с одной, то с другой стороны. За счет этого обеспечивается проход газов через пористые стенки каналов, покрытых катализатором. На этом этапе происходит фильтрация частиц сажи.

Система сажевого фильтра

Сажевый фильтр входит в состав целого комплекса, состоящего из узлов:

• 1 — контроллер, расположенный в комбинации приборов;
• 2 — блок управления работой двигателя;
• 3 — измерительный датчик расхода воздуха (ДМРВ);
• 4 — двигатель;
• 5 — сенсор температуры газов перед турбокомпрессором;
• 6 — турбокомпрессор;
• 7 — сенсор температуры газов перед фильтром;
• 8 — лямбда-зонд;
• 9 — фильтр;
• 10 — сенсор замера перепада давления выхлопных газов в фильтре;
• 11 — сенсор температуры газов после фильтра;
• 12 — глушитель.

На V-образных двигателях установлены индивидуальные сажевые фильтры и датчики на каждый блок цилиндров.

Типы фильтров

На дизелях применяются два типа фильтров, отличающихся способом очистки от сажи:

• тип DPF, требующий ручной промывки специальными жидкостями;
• модель FAP, с системой самоочищения по данным от датчиков.

На ранних моделях дизелей мог применяться внешний фильтр, устанавливаемый в выхлопной трубе. В настоящее время подобное устройство не используется.

Сажевый фильтр – благо или проблема?

Система очистки газов от сажи имеет важное значение для экологии. Но препятствием является качество дизельного топлива, которое в России далеко от идеала

Если в Европе и Северной Америке сажевые фильтры служат по 150-200 тыс. км, то в РФ очиститель зачастую выходит из строя через 40-50 тыс. км. Можно провести замену устройства, но ценник запчастей превышает 100 тыс. рублей и не факт, что новый фильтр прослужит долго.

Для продления срока службы сажевого фильтра рекомендуется проводить принудительный прожиг сот при каждом плановом ТО и использовать моторное масло с пометкой «для двигателей, оснащенных сажевым фильтром».

Помимо оригинальных деталей, на рынке встречаются аналоги, обладающие сниженной стоимостью. Несмотря на экономическую выгоду, не рекомендуется установка подобных узлов. Это связано с низким качеством компонентов, не выдерживающих температурной регенерации. Из-за этого керамическая вставка разрушается, а корпус может прогореть. Прогар устройства становится причиной возгорания автомобиля.

Некоторые владельцы авто пытаются заменить керамические соты металлической стружкой, мотивируя это тем, что сохранится функциональность фильтра. По факту подобное изделие не выполняет своих обязанностей. Датчики будут фиксировать ошибки и выводить информацию на комбинацию приборов. Некоторые автомобили при появлении ошибок фильтра сразу переводят двигатель в режим аварийной работы.

Способы очистки противосажевого фильтра

Очистку DPF можно сделать на любом СТО. Но эта процедура недешевая, поэтому можно провести чистку сажевого фильтра дизельного двигателя своими руками. Сделать это можно несколькими способами.

Использование присадок

В некоторых марках автомобилей рядом с основным топливным баком имеются дополнительные резервуары для присадок. К последним относятся специальные вещества, ускоряющие осаждение сажи в фильтре. Присадки добавляются в топливо под контролем электроники. В основе большинства присадок находится оксид цинка. Он способен связывать мельчайшие частицы сажи в плотный слой, оседающий в ячейках фильтрующего элемента. При формировании слоя происходит его насыщение кислородом. Это значительно повышает эффективность дожигания.

Даже если в дизельном автомобиле нет специального бачка для присадок, владелец машины может добавлять их непосредственно в бензобак. Однако эффективность такой очистки вызывает сомнение. Дело в том, что длительное использование присадок приводит к появлению налета на стенках каналов, выводящих выхлопные газы. Со временем осадок может полностью закупорить их. Из-за этого катализатор приходится менять не на 120 000 км, а всего через 80 000 км пробега или даже меньше. Избежать негативного влияния присадок можно с помощью промывки каналов.

Промывка diesel particulate filter

Опытные автолюбители промывают противосажевый фильтр в своих авто с помощью обычных пульверизаторов, оснащенных длинной и тонкой трубкой. Процедура проходит в несколько этапов:

1. Нужно прогреть двигатель и затем дать ему остыть до температуры в 40°. Разбег в несколько градусов не имеет значения. Затем следует выкрутить датчик давления выхлопных газов, а на его место вставить тонкую трубку распылителя. В последний предварительно следует налить раствор для промывания. После это в блок с помощью пульверизатора закачивается 200 мл жидкости. Через 15 минут добавляется еще 200 мл. Процедуру следует повторять до тех пор, пока общий объем залитой жидкости не достигнет 1 л. Во время заполнения блока трубку распылителя нужно вращать, чтобы промывающая смесь попала во все ячейки фильтра.
2. На первом этапе для очистки фильтра всегда используется легковоспламеняющаяся жидкость. Чтобы она не вспыхнула ее нужно вымыть из выхлопной системы. Для этого используется нейтрализующий раствор. Его нужно вводить точно таким же способом, только в меньшем объеме — 0,5 л. Через полчаса датчик давления устанавливается на свое место, двигатель запускается и прогревается. Прогрев необходим для испарения остатков жидкости из выхлопной системы.

Промыть сажевый фильтр своими руками также можно без помощи пульверизатора. Для этого в магазине нужно купить специальное средство в баллончике. Емкость последнего обычно не превышает 400 мл. Такого объема пенного очистителя обычно достаточно, чтоб полностью очистить фильтрующий элемент. Поскольку очиститель пенный, заправлять им блок фильтрации следует небольшими порциями с временным перерывом между ними.

Снижение эффективности катализатора

Со временем катализатор постепенно теряет свою способность очищать выхлопные газы, и автомобиль по экологичности выбросов перестает соответствовать своей норме (например, Евро 4, Евро 5). И если автомобиль, оборудован вторым лямбда-зондом, расположенным после катализатора, и являющимся диагностирующим (примерно с 1999 года он уже стоит практически на всех машинах), то на панели приборов загорается ошибка, которая при компьютерной диагностике чаще всего имеет номер P0420 и расшифровывается как «Степень преобразования каталитического конвертера ниже порогового значения», «старение катализатора», «недостаточная эффективность катализатора» и т.п. Понятное дело, что эта ошибка также появится, если катализатор удалить. Что надо делать? В большинстве случаев эта ошибка совершенно никак не влияет на работу двигателя и не отражается на езде машины, но многих автовладельцев вполне обоснованно не устраивает посторонняя «лампочка», постоянно горящая перед глазами, и они хотели бы сделать так, чтобы она не горела. Есть три способа убрать ошибку. Первый – установка нового оригинального или универсального катализатора, что, собственно, и предусмотрено автопроизводителями и законодательством во всем цивилизованном мире. Действительно, можно купить новый катализатор, но никто этого не делает из-за высокой цены нового катализатора. Новый оригинальный катализатор – недешевая деталь, которая обойдется в сумму от нескольких сотен долларов до тысячи и даже больше. Поэтому в нашей стране новый катализатор, тем более оригинальный, никто по своей воле не ставит. Но есть более бюджетная альтернатива «оригиналу» – новый универсальный катализатор. Правда, это решение подходит не всегда. В некоторых случаях, когда родной катализатор имеет слишком специфическую форму и расположение, подобрать подходящий по размеру универсальный может оказаться затруднительно. Кроме того, они, как правило, китайского производства, и их ресурс и прочность самой керамики существенно ниже, чем у оригинала. Поэтому в случаях, когда установка универсального катализатора является оптимальным решением, мы предлагаем его исключительно в металлическом исполнении, так как металлические соты по крайней мере не подвержены рассыпанию на куски в отличие от хрупкой керамики. Вообще следует понимать, что катализатор – это такая вещь, сохранность и срок службы которой в меньшей степени зависят от самого катализатора, а в основном определяются условиями, в которых он работает. Техническая исправность двигателя, в частности нормальная работа топливной системы и системы зажигания, позволяют катализатору служить долго. Именно поэтому, покупая катализатор, вы никогда не получите какой-либо серьезной гарантии на него, даже если берете оригинал у официального дилера. Слишком много внешних факторов способны оказывать негативное влияние на ресурс катализатора.

Второй способ убрать ошибку «по катализатору» – поставить под второй лямбда-зонд специальную проставку, которая также известна как «обманка лямбда-зонда». Эта обманка уменьшает количество выхлопных газов, поступающих к лямбда-зонду, а если она усовершенствованная, с маленьким катализатором внутри, то этот выхлоп еще и проходит некоторую очистку. В результате лямбда-зонд подает на блок управления сигналы, соответствующие исправно работающему катализатору, поэтому ошибка не загорается. Если обманка лямбда-зонда не помогает, есть третий способ – программное отключение второго лямбда-зонда. Эта процедура известна как «перепрошивка на Евро-2». Перепрошивка заключается в редактировании заводской настройки блока управления двигателем («мозгов») таким образом, что в ней второй лямбда зонд никак не фигурирует и не опрашивается, а в остальном двигатель работает так же, как и прежде. Однако такое решение применимо не для всех машин, очень много тут зависит от года выпуска и модели блока управления. Также в некоторых случаях программное устранение ошибки возможно лишь путем увеличения пороговых значений сигнала со второго лямбда-зонда, а сам датчик при этом должен оставаться на месте и быть исправным.

Промывка сажевого фильтра

Если сажевый фильтр чрезмерно засорен и не удается запустить регенерацию — выходом из положения может стать его промывка. Эту услугу предоставляют в сервисных центрах, но при желании можно осуществить промывку и своими руками.

Промыть сажевый фильтр дизельного двигателя можно как со снятием, так и непосредственно на автомобиле. Для этого используется специальная промывочная жидкость. При этом почистить фильтр без снятия нельзя той же самой жидкостью, что используется для промывки демонтированного устройства.

Снятие фильтра необходимо производить в соответствии с рекомендациями по эксплуатации автомобиля.

Затем необходимо:

• замочить фильтр в очищающей жидкости (сроки зависят от типа применяемого средства);
• продуть его с помощью компрессора;
• установить обратно на место.

После этого следует запустить двигатель и провести регенерацию в штатном порядке.

Для того чтобы провести промывку сажевого фильтра без его снятия с автомобиля, необходимо выкрутить из выхлопной датчик температуры или давления. В отверстие от них вставляется специальный зонд, с помощью которого очищающая жидкость будет распыляться на фильтр. Обычно для этого используют щелочной раствор. Впрыскивание раствора необходимо повторить несколько раз с интервалом в 5 секунд. Вследствие такой манипуляции частички сажи растворяются и равномерно распределяются по поверхности фильтра. Это создает возможность сжечь их впоследствии в процессе регенерации.

Так как замена сажевого фильтра стоит очень дорого, многие автовладельцы предпочитают вообще удалить его из автомобиля.

Выезд на таком автомобиле за границу становится невозможным, а гарантия от производителя теряется.

Сажа в двигателе возникает как побочный продукт сгорания топлива. Хотя ее объем зависит от соотношения воздуха и топлива, она все же формируется в том или ином количестве. Препятствовать загрязнению окружающей среды ею помогает сажевый фильтр, который задерживает в себе около 97% всех частиц. Он не дает ей выйти наружу, а в будущем попросту сжигает при работе двигателя. Такой эффект сжигания и называется регенерацией.

Удаление

Сажевый фильтр служит только в целях экологии, поэтому его можно удалить без последствий для автомобиля. Тогда двигатель станет легче работать, а экологические нормы понизятся до стандарта «Евро-3» – что некритично. Процедура потребует некоторых навыков и усилий по причине взаимосвязи элемента с ЭБУ силового агрегата.

ЗА и ПРОТИВ

Плюсы удаления:

• отсутствие ошибок и режима аварийного состояния двигателя по причине забитого элемента фильтрации;
• отпадает необходимость режима регенерации (обязательная процедура);
• уменьшение расхода топлива;
• улучшение динамических показателей авто (повышение мощности);
• устойчивая работа силового агрегата;
• отпадает необходимость обслуживать фильтрующий элемент.

Минусы:

• ухудшение экологических показателей. Уровень выброса сажи в атмосферу резко повышается, хотя технический осмотр пройти можно;
• проблемы с эксплуатацией транспортного средства в странах с обязательным требованием необходимых экологических стандартов (Европейский Союз).

Способы удаления

1. Перепрошивка программного обеспечения. Посредством подключения программатора происходит установка нового софта (не предусматривающий наличие фильтрующего элемента) на контроллер. После чего сам фильтр демонтируется. Успех операции зависит от уровня профессионализма специалистов. При неквалифицированном подходе возможны различные сбои в работе силового агрегата и непредсказуемые последствия.
2. «Обманка» (эмулятор). Устройство, занимающее место удаленного фильтрующего элемента и имитирующее его работу. Установка «обманки» носит противоречивый характер: с одной стороны мотору станет легче работать, а с другой – имитация работы сохранит в памяти контроллера необходимость осуществления регенерации. Расход топлива останется на прежнем уровне.

Что следует помнить при использовании автомобиля DPF?

• Надо избегать быстрого ускорения при низких оборотах, которое приводит к попаданию большого количества сажи в DPF.
• Использовать топливо от проверенных АЗС с низким содержанием серы.
• Использовать моторные масла, предназначенные для использования в автомобилях с фильтрами DPF — с низким содержанием золы. Это моторные масла, которые содержат небольшое количество присадок для предотвращения износа моторного масла. Именно эти добавки создают сажу, если масляная основа горит.
• Мы также должны помнить, что состояние двигателя и его комплектующих влияет на долговечность сажевого фильтра DPF. Какие компоненты оказывают негативное влияние на долговечность фильтра частиц?
• Изношены поршневые кольца приводят к попаданию моторного масла в камеры сгорания. Горящее моторное масло вызывает большое количество дыма и сажи.
• Изношены форсунки Common Rail не распыляют топливо в камерах сгорания должным образом. Слишком много топлива по отношению к количеству воздуха вызывает сильный черный дым и большое количество сажи.
• Поврежден турбокомпрессор — это может стать причиной попадания моторного масла во впускную систему и далее в камеры сгорания. Горящее моторное масло создаст больше дыма и копоти.
• Редкая замена, засорение воздушного фильтра — препятствует подаче воздуха в турбокомпрессор и камеры сгорания, что приводит к попаданию в них слишком малого количества воздуха. Сжигание слишком богатой смеси приводит к образованию большого количества дыма и сажи.
• Поврежденный (или загрязненный) расходомер воздуха — из-за ошибочных показаний компьютер ЭБУ не сможет выбрать правильное количество топлива для количества воздуха. Это может привести к впрыскиванию слишком большого количества топлива в камеры сгорания относительно количества воздуха. И это, как мы уже знаем, является причиной большого количества черного дыма и сажи, которые забивают DPF.
• Используются изношенные свечи накаливания — они не способны надлежащим образом нагревать камеры сгорания, поэтому выбросы сажи намного выше стандартных в течение первых минут езды.

Стоит ли удалять сажевый фильтр

Многие водители, которые хотят устранить проблему постоянной чистки и замены, а также связанные с этим дополнительные финансовые затраты, предпочитают снимать сажевый фильтр. Это можно сделать несколькими способами:

• Снятие устройства. Демонтаж сажевого фильтра позволяет немного повысить производительность автомобиля. С другой стороны, когда автомобиль работает, ЭБУ двигателя указывает на ошибку и распознает отсутствие фильтра как неисправность системы.
• Изменение программного обеспечения блока управления двигателем, т.е. обновление ПО до версии без информации о наличии DPF. Обновление ПО осуществляется с помощью специального устройства — программатора. Однако в то же время вы должны убедиться, что новое программное обеспечение работает должным образом, поскольку последствия могут быть непредсказуемыми.
• Подключение устройства эмуляции, без изменения ПО, которое посылает сигналы в блок управления, аналогично тому, как это делает настоящий сажевый фильтр.

2 Самоочистка фильтров – вариант, предусмотренный производителями

Данный вариант присутствует далеко не во всех марках и моделях автомобилей. Бюджетные, к примеру, не имеют возможности автоматической самоочистки, зато её можно имитировать механическим путём, если знать принцип действия. Функционирует система при помощи специального датчика, который отслеживает степень закупоривания каналов, определяя давление на входе и выходе. Как только оно достигает уровня, указывающего на снижение проходимости отработанных газов, на электронный блок управления транспортного средства поступает сигнал. В камеры двигателя впрыскивается больше горючего, и при его сгорании температура выхлопа стремительно увеличивается, что позволяет дожечь сажу в фильтре.

В бюджетных версиях авто редко есть функция самоочистки, что легко решается механическим путём при знании и соблюдении определенной методики

Существует ещё несколько способов, совместимых с работой электронных блоков, и производители используют их, исходя из предпочтительности для определенной модели автомобиля. Так, блок управления может по сигналу обеспечить более поздний впрыск топлива. Также, после того как датчик уведомит электронику о закупорке каналов, запускается специальный электрический нагреватель, если таковой предустановлен в транспортном средстве. В некоторых моделях предусматривается впрыск горючего непосредственно перед сажевым фильтром для возможности дожигания. И, наконец, в некоторых автомобилях присутствует микроволновой блок, использующийся для той же цели.

Дизельные двигатели могут работать с разной степенью интенсивности и в городе обычно эксплуатируются на малых и средних оборотах вала. В этом случае сигнал о закупоривании каналов может не поступить от датчика вплоть до полной забивки фильтрующего элемента. И дожигание сажи станет невозможным. Для того чтобы электронный блок наверняка сработал, следует время от времени поднимать обороты вала до максимума. То же самое возможно сделать без наличия блока управления механическим путём, подняв работу дизельного двигателя до предельной мощности, что приведёт к резкому повышению температуры выхлопных газов. Однако такой вариант срабатывает далеко не всегда и зависит от конструкции системы фильтрации.

Принцип действия

Оснащение выпускной системы сажевым фильтром осуществляется в непосредственной близости с таким механизмом, как окислительный каталитический нейтрализатор. Фильтрация может размещаться за нейтрализующим компонентом, а может быть объединена с ним. Близость выпускного коллектора не случайна – именно здесь зафиксирована максимальная температура отработанного газа.

Ключевым элементом сажевой фильтрующей системы выступает матрица, в изготовлении которой используется керамика, а точнее – карбид кремния. Ячеистые элементы матрицы помещаются в корпус из металла, на выходе сечение матричных ячеек имеет форму квадрата. Более сложные и эффективные сажевые фильтры устанавливаются на входе, они обладают 8-угольной формой ячеек.

Функционирование сажевой фильтрации происходит последовательно:

• непосредственно сама фильтрация;
• сажевая регенерация.

Первый этап работы фильтра сопровождается захватом сажевых частиц с их последующим оседанием на структурной ячейке устройства. Хуже всего задерживаются элементы, имеющие мизерные размеры (0,1-1 мкм), но их удельный вес в общем объеме отработки редко превышает 5%. Однако, мельчайшие частицы сажи признаны экологами наиболее токсичными и при производстве современных фильтров ячейки располагаются таким образом, чтобы задерживать даже микрочастицы.

По мере скопления сажи на фильтре снижается эффективность выведения отработанных топливных газов, что в свою очередь негативно сказывается на работе двигателя в целом. Процесс очищения фильтрующей системы носит название регенерации, которая может быть пассивной или активной. Но современные производители комбинируют обе технологии очистки для повышения эффективности фильтрования.