Сажевый фильтр (DPF) в дизельном двигателе: как работает, признаки засора и способы решения проблемы

В отработавших газах любого двигателя содержатся мелкие частицы углерода (сажа), причем их концентрация выше в выхлопе дизелей. Сажевые фильтры стали обязательными для дизелей с принятием нормы соответствия токсичности Евро-5, при это система улавливания сажи иногда ставилась и на двигатели стандарта Евро-4. Сажевый или партикулярный фильтр также ставится и на бензиновые двигатели, удовлетворяющие требованиям стандарта Евро-6.

Причиной образования сажи является неравномерный состав рабочей смеси по объему цилиндра. Активное выделение сажи дизельными двигателями обусловлено специфическими условиями процессов сгорания топлива. Типовой сажевый фильтр состоит из стального неразъемного корпуса с внутренней секцией, имеющей лабиринтные каналы. При движении потока газов сажа оседает в фильтре, а затем выжигается (режим регенерации). Утилизация сажи осуществляется подачей дополнительного топлива, повышающего температуру отработавших газов.

Размер частиц сажи (Partikel, от немецкого слова «частица» и произошло название партикулярный фильтр), улавливаемых системой DPF не превышает 0,05 мкм. Более мелкие частицы уходят в атмосферу, но их содержание очень мало и не превышает 5%. Частица сажи имеет сложную структуру – поверх углеродного ядра абсорбируются прочие соединения металлов и неметаллов. Состав частиц сажи сильно зависит от условий работы дизельного двигателя, особенностей рабочего процесса горения и качества топлива.

Фильтр DPF располагается после каталитического конвертера окислительного типа либо выполнен в едином корпусе с нейтрализатором. Во втором случае система очистки располагается близко к выпускному коллектору и температура газов достаточна для прожига фильтра без использования специальных присадок к топливу. Чаще всего встречаются фильтры с каталитическим покрытием, расположенные рядом с двигателем и объединенные с нейтрализатором.

Поток газов попадает в керамическую секцию с каналами, попеременно закрытыми с разных сторон. Между каналами расположены газопроницаемые фильтрующие стенки из пористого карбида кремния с покрытием катализатором (подложка на основе смеси оксидов алюминия и церия с поверхностным слоем платины). Сажа оседает в каналах, а затем дожигается в ходе процесса регенерации, который практически не замечается водителем.

Пассивная регенерация активируется при движении по трассе, сажа вступает в реакцию с диоксидом азота с превращением в углекислый газ и диоксид азота. Химические реакции проходят над слоем платины, являющейся катализатором. Активная регенерация запускается за счет подачи дополнительного топлива и увеличения температуры газов – в этом случае сажа соединяется с кислородом с образованием углекислого газа.

Запуск регенерации осуществляется блоком управления на основе анализа данных от датчика перепада давления, а также датчика массового расхода воздуха и датчиков температуры газов до и после фильтра. По мере оседания сажи уменьшается пропускная способность фильтра, что и является основной предпосылкой к запуску регенерации. В процессе очистки фильтра отключается система рециркуляции отработавших газов, что дополнительно повышает температуру выхлопа.

Основным способом увеличения температуры газов на входе в фильтр является подача топлива в небольшом объеме после основной порции. Впрыск осуществляется после прохождения поршнем верхней мертвой точки. Одновременно электроника немного корректирует подачу воздуха дроссельной заслонкой, а также добавляет давление наддува для компенсации потери мощности дизельного двигателя в ходе регенерации фильтр DPF.

Процедура очистки усложняется при преимущественно городском цикле эксплуатации при частом движении накатом и постоянно меняющихся режимах работы двигателя. При движении накатом подача основной массы топлива в цилиндр отсутствует, впрыскиваемая дополнительная порция испаряется и выбрасывается в выпускной тракт. Взвесь топлив в воздухе сгорает в полости фильтра, что позволяет повысить температуру для начала процесса регенерации. Датчик температуры после фильтра используется для регулирования подачи дополнительной порции топлива.

При нормальных условиях работы засор фильтра невозможен – сажа выжигается автоматически. Если происходит засорение системы очистки газов от сажи, то есть несколько способов устранения загрязнений. В щитке приборов есть контрольная лампа, которая срабатывает при невозможности автоматического прожига фильтра. Водителю достаточно создать условия для старта процедуры регенерации, после чего лампа должна погаснуть.

Замена сажевого фильтра практикуется редко из-за высокой стоимости запчастей и отсутствия контроля в РФ за соблюдением нормативов Евро. Снятие фильтра практически никогда не оказывается бесследным – даже перевод системы управления дизелем на прошивку с «вырезанным» сажевым фильтром не гарантирует периодического появления проблем.

Сажевый фильтр не требует регулярного обслуживания, очистка происходит в автоматическом режиме. Алгоритм работы DPF достаточно сложен и взаимосвязан с рядом систем двигателя. В случае сильного загрязнения фильтра необходимо устранить причину избыточного образования сажи и очистить систему улавливания твердых частиц специальной жидкостью. Снятие DPF почти всегда приводит к периодическим проблемам с двигателем, который просто не рассчитан на работу без системы улавливания частиц сажи.