Что там с сажевым фильтром? Как они работают, почему засоряются и как их защитить

Я заметил, что один из самых задаваемых вопросов связан с автомобильными сажевыми фильтрами, о них часто спрашивают те, кто забирает бывшие в употреблении автозапчасти на СТО, но, к сожалению, по причинам, не связанным с уменьшением загрязнения.

Устройство имеет многообещающее название, которое точно объясняет, что оно делает, а именно: оно фильтрует и удерживает частицы из выхлопного тракта теплового двигателя, включая более новые, включая бензиновые двигатели.

Первыми автомобилями, оснащенными этим устройством, были модели Mercedes с 3-литровым дизельным двигателем, продаваемые в штате Калифорния, начиная с 1985 года, но они вызывали множество проблем из-за засорения и выделения тепла, которое деформировало головку блока цилиндров — проблемы, которые также встречаются в некоторых современных автомобилях.

Интересно, что в те годы Mercedes продавал топовые дизельные автомобили в США, но не в Европе, но позже ситуация изменилась.

Но по-настоящему широко продаваемые функциональные сажевые фильтры появились в 2000 году на фирме PSA (Peugeot Citroen), имеющие реальный срок службы в сотни тысяч км и около 10 лет.

Их секрет заключался в присадке на основе церина под названием Eolys, которая концептуально функционировала примерно так же, как желчный пузырь в пищеварительной системе млекопитающих: автомобили, оснащенные дизельными двигателями Commonrail, одними из самых надежных и усовершенствованных даже на сегодняшний день, имели бак на несколько литров присадки, которая, как шарик пищеварительной системы, вводилась в систему подачи топлива и проходила через всю установку, пока не достигала сажевого фильтра, где она активировалась, будучи способной поддерживать полное сгорание этих отложений без необходимости очень высокой температуры.

Как работают сажевые фильтры: технология, улавливающая сажу в выхлопных газах

Концептуально эти фильтры представляют собой простые установки, которые располагаются после двигателя, на выхлопном тракте, и в отличие от катализаторов восстановления и окисления они не преобразуют ноксы в менее вредные элементы посредством химической реакции, а фактически фильтруют ноксы, содержащие мельчайшие частицы, невидимые для человеческого глаза, но очень «видимые» дыхательной системой.

Первоначально эта технология была специфична только для дизельных двигателей, которые имели высокие рабочие температуры и давления, которые образовывали эту сажу в процессе воспламенения от сжатия, независимо от того, были ли они с системами непрямого или прямого впрыска, в отличие от бензиновых двигателей, где двигатели в то время имели преимущественно многоточечный впрыск и требовали простого катализатора для окисления опасных вредных веществ и превращения их в менее вредные вещества.

Таким образом, частицы углерода, образующиеся в результате процесса неполного сгорания, фильтровались в своего рода сите внутри корпуса фильтра, причем это сито имело форму сот, которые заставляют газы проходить через некоторые трубки, заглушенные на одном конце, которые позволяют проходить выхлопным газам, но не мельчайшим частицам, которые накапливаются в этой структуре.

Многие путают каталитические нейтрализаторы с сажевым фильтром, но они работают по-разному, хотя оба содержат внутри керамическую структуру.

Катализаторы пропускают газы полностью, они ничего не фильтруют, но посредством реакций каталитического восстановления и окисления изменяют химическую структуру этих газов, превращая, например, оксид азота, чрезвычайно вредный элемент, в простой азот и воду, некоторые элементы, которые не являются вредными.

Почему засоряются сажевые фильтры и как работает процесс автоматической регенерации

Фильтры твердых частиц «ограничивают» путь выхлопных газов, удерживая вещества из выхлопных газов.

Поскольку последние задерживают вещество, очевидно, что в какой-то момент они, как и любой фильтр, заполнятся, и их необходимо прочистить, причем этот процесс является автоматическим и называется регенерацией.

Как и каталитические нейтрализаторы, сажевые фильтры для работы требуют высоких температур, но они не переносят очень высоких температур, поскольку керамическая структура внутри не выдерживает температуру выше 1200°C.

Существуют альтернативные материалы, которые выдерживают двойную температуру, но они химически не стабильны и не могут выдерживать долговременные реакции.

Вот почему французы из PSA внедрили добавку Eolys, так что рабочая температура составляет около 450°C.

При таких высоких температурах достигается точка сгорания этих частиц, которые полностью окисляются и превращаются в газ.

Пассивная регенерация против активной: как правильно «чистить» сажевый фильтр

Эти регенерации бывают двух типов: пассивные и активные.

Пассивные предполагают, что температура поддерживается выхлопными газами без какого-либо внешнего вмешательства, а активные предполагают дополнительную последовательность впрыска топлива, которое попадает в выхлопные газы и сгорает в фильтре, тем самым принудительно повышая температуру сгорания.

Ни при каких обстоятельствах и ни при каких обстоятельствах сажевый фильтр не должен допускать выделения видимых паров в виде белых/серых/синих/черных паров, что является явным признаком технических проблем.

Существует миф о том, что восстановленные автомобили выделяют видимый дым, но такого понятия не существует.

Последовательность достигается либо дополнительным количеством впрыскиваемого в камеру сгорания, либо дополнительной топливной форсункой, расположенной прямо на входе в сажевый фильтр.

Эти последовательности обычно называются пост-впрыском, поскольку это количество предназначено исключительно для фильтра, а не для процесса сгорания, посредством которого достигается механическая работа.

Было бы идеально, чтобы фильтры выполняли свою регенерацию только пассивно, поскольку это была бы самоподдерживающаяся реакция без необходимости последующего впрыска или добавок.

Проблема с этими фильтрами заключается в том, что если автомобиль часто ездит в городском потоке по коротким дорогам, а не за городом на высоких скоростях, он легко засоряется и, таким образом, не может достичь высокой температуры выхлопных газов, пассивная регенерация не может быть выполнена, и фильтр часто переходит в принудительные активные регенерации, которые работают плохо, не имея высокой скорости выхлопных газов.

Как компьютер определяет засорение сажевого фильтра: роль датчиков давления

Компьютер обнаруживает засорение фильтра с помощью датчиков давления, которые сравнивают значения, полученные до и после фильтра, поэтому, когда разница превышает определенное значение, запускается процедура принудительной активной регенерации, а если и это не уменьшает разницу давлений, на приборной панели загорается сигнальная лампа, информирующая водителя о необходимости визита в сервис.

Эта штука постоянно засоряет фильтр, и последующий впрыск в камеру сгорания в конечном итоге выливает избыточное топливо в масляную ванну, создавая явление, называемое разбавлением, которое влияет на свойства масла и в конечном итоге приводит к механическому износу.

Точно так же работает сажевый фильтр на бензиновом двигателе, в последнее время они тоже стали обязательными, поскольку большинство бензиновых двигателей имеют непосредственный впрыск, поэтому они генерируют частицы, но они не имеют такой плотности и не так опасны, но фильтрацию все равно требуют.

Преимущество бензиновых двигателей заключается в том, что газы в выхлопном тракте постоянно имеют высокую температуру, и, таким образом, фильтр всегда подвергается пассивной регенерации, а поскольку NOx не так «заряжены», этот фильтр имеет более легкий срок службы и требует меньше работы.

Но частицы по-прежнему остаются частицами, поэтому эти фильтры в какой-то момент также засоряются, поэтому им требуется активная регенерация посредством последующего впрыска и регулировки последовательности переменных фаз для нагрева выхлопного тракта (в том числе некоторые дизельные двигатели, такие как Mercedes и Mazda, имеют для этого регулируемые фазы на выпускном распределительном валу).

Почему сажевые фильтры не «на всю жизнь»: ограничения внутренней структуры и химических материалов

Разница в том, как я уже говорил выше, что более высокие температуры и газы с меньшим количеством частиц не требуют столь же сложных фильтров.

Очевидно, что у этих фильтров есть множество аспектов, которые можно обсудить подробно, но в заключение я думаю, что лучше всего кратко объяснить, как ухаживать за сажевым фильтром, чтобы нам не пришлось заменять его преждевременно.

В какой-то момент их все равно придется заменить, они не рассчитаны на десятилетия и сотни тысяч км, потому что внутренняя структура и химические вещества в этой структуре постепенно теряют свои свойства.

В последнее время все катализаторы и фильтры объединены в общий корпус, что позволяет иметь несколько таких корпусов на выхлопном тракте.

Из этого текста я думаю вы поняли, что секрет в высокой температуре и скорости выхлопных газов, поэтому, насколько это возможно, следует избегать коротких поездок с частыми пусками и остановками и хотя бы раз в неделю или в ежедневных поездках, если есть возможность, также рекомендуется проезжать участок дороги, где двигатель может постоянно работать на несколько более высоких оборотах.

Во многих машинах это указано в инструкции, а именно езда на средней скорости не менее 40 минут.

Некоторым это сделать сложно, но хотя бы на выходных вывезти машину в длительную поездку было бы полезно.

Техническое состояние двигателя: существенный фактор защиты катализатора и сажевого фильтра

Также очень важно, чтобы автомобиль был в хорошем техническом состоянии, не расходовал лишнего масла, антифриза или топлива, масло и антифриз ни в коем случае не должны попадать в выхлоп, потому что они разрушают катализаторы и сажевые фильтры.

Источником расхода масла является засоренная выхлопная система картера PCV, проблемы с отложениями в районе сегментов поршня или поцарапанные гильзы.

Изношенные турбокомпрессоры также теряют масло и антифриз в выхлопном тракте.

Еще одна проблема автомобилей в том, что они не информируют водителя о начале активных регенераций, которые не следует прерывать выключением двигателя, просто это происходит очень часто, по незнанию.

Мы можем сказать, что регенерация активна по увеличенным оборотам двигателя, даже когда автомобиль стоит на месте, по высокой температуре в районе порогов и автоматическому запуску потребителей электроэнергии, таких как обогрев зеркал и заднего стекла, компьютер запускает их, так что генератор становится механическим паразитом, поэтому его труднее тренировать, на двигатель ложится более высокая нагрузка, которая выделяет больше тепла в выхлопном тракте.

Если фильтры засорены выше определенного процента, как правило, в соответствии с процедурой обслуживания, их следует заменить, поскольку некачественно выполненные процедуры очистки могут повредить структуру этих керамических сот из-за чрезмерного давления.

Если бы мы изначально думали превентивно, нам бы даже не пришлось покупать дизельные автомобили для езды по городу, но это уже другой разговор для отдельной статьи.