Введение в 2005 году экологического стандарта ЕВРО-4, регламентирующего количество вредных выбросов в окружающую среду автомобилями с двигателями внутреннего сгорания, вынудил производителей автомобилей применить техническое решение, которое позволило бы добиться значительного снижения выбросов вредных и опасных для здоровья человека веществ (сажа, оксид азота NOx, оксид углерода и др.) Именно по этой причине, большинство современных дизельных автомобилей, выпущенных с 2004 года, оборудованы системой нейтрализации сажи, основным элементом которой является "противосажевый фильтр".

Существует три основных схемы установки фильтра на автомобиле:

Первая это установка фильтра перед каталитическим нейтрализатором (катализатором).

Вторая схема, установка после катализатора.

И третья, это комбинированный модуль сажевого фильтра и катализатора. Такая схема широко применяется автомобильным концерном Volkswagen (Фольксваген).

Сажевый фильтр с каталитическим покрытием

Сажевый фильтр с каталитическим покрытием применяется на автомобилях концерна Volkswagen и ряда других производителей. Он устанавливается за выпускным коллектором в непосредственной близости от двигателя, там, где температура отработавших газов максимальна.

Основным конструктивным элементом сажевого фильтра является матрица, которая изготавливается из керамики (карбида кремния). Керамическая матрица имеет ячеистую структуру, состоящую из каналов малого сечения, попеременно закрытых с одной и с другой стороны. Стенки каналов имеют пористую структуру и выполняют роль фильтра. На поверхность стенок нанесен тонкий слой катализатора – титана. Матрица помещена в металлический корпус.

При прохождении отработавших газов через сажевый фильтр, частицы сажи задерживаются на поверхности стенок матрицы. Нанесенный на стенки матрицы катализатор способствует окислению несгоревших углеводородов и угарного газа.

В работе сажевого фильтра с каталитическим покрытием различают активную и пассивную регенерацию.

При пассивной регенерации происходит непрерывное окисление сажи за счет действия катализатора и высокой температуры отработавших газов (350-500°С). Цепочка химических преобразований при пассивной регенерации имеет следующий вид:

• оксиды азота вступают в реакцию с кислородом в присутствии катализатора с образованием диоксида азота;
• диоксид азота вступает в реакцию с частицами сажи (углеродом) с образованием оксида азота и угарного газа;
• оксид азота и угарный газ вступают в реакцию с кислородом с образованием диоксида азота и углекислого газа.
• При определенных режимах работы двигателя (небольшая нагрузка и др.) наблюдается недостаточно высокая температура отработавших газов и пассивная регенерация происходить не может. В этом случае осуществляется активная (принудительная) регенерация сажевого фильтра. Активная регенерация происходит при температуре 600-650°С, которая создается при помощи системы управления дизелем. При данной температуре частицы сажи сгорают, т.е. вступают в реакцию с кислородом с образованием углекислого газа.

Управление активной регенерацией сажевого фильтра осуществляется с помощью следующих датчиков системы управления дизелем:

• расходомер воздуха;
• датчик температуры отработавших газов до сажевого фильтра;
• датчик температуры отработавших газов после сажевого фильтра;
• датчик перепада давления в сажевом фильтре.

На основании электрических сигналов датчиков электронный блок управления производит дополнительный впрыск топлива в камеру сгорания, а также снижает подачу воздуха в двигатель и прекращает рециркуляцию отработавших газов. При этом температура отработавших газов поднимается до требуемой величины.

Сажевый фильтр с автоматической регенерацией

Сажевый фильтр с автоматической регенерацией (Filtre a Particules, FAP) является разработкой концерна PSA (Peuqeot-Citroen). В выпускной системе фильтр устанавливается отдельно за каталитическим нейтрализатором. В данной конструкции фильтра применен способ регенерации сажи за счет впрыска в топливо присадки, повышающей температуру отработавших газов. Аналогичный подход реализован в сажевых фильтрах других автопроизводителей (Ford, Toyota). Работа сажевого фильтра организована следующим образом. При заполнении фильтра частицами сажи, система управления дизелем обеспечивает автоматический впрыск в дизельное топливо специальной присадки, содержащей церий. Церий обладает свойством при сгорании выделять большое количество тепла. Присадка впрыскивается по сигналу блока управления несколько раз. Первый раз — на такте впрыска топлива. При этом повышается температура отработавших газов, которые разогревают матрицу фильтра до температуры 700°С. При достижении заданной температуры, впрыск присадки происходит на такте выпуска отработавших газов. Церий при этом не сгорает, а доставляется с газами в сажевый фильтр. При попадании на раскаленную поверхность матрицы топливо вместе с церием воспламеняется. Температуры достигает 1000°С, при которой сажа полностью окисляется (сгорает), т.е. происходит регенерация фильтра. Необходимо отметить, что несмотря на высокую температуру, разрушение матрицы фильтра не происходит. Церийсодержащая присадка хранится в отдельной емкости, заправки которой хватает на несколько лет работы двигателя (порядка 80000 км пробега). Сажевый фильтр с автоматической регенерацией устойчив к использованию дизельного топлива низкого качества, при этом расход присадки увеличивается.

Последствия эксплуатации авто с засоренным сажевым фильтром:

С течением времени, масло заполнило интеркуллер и затем попало в цилиндры, что и привело к гидроудару. Часто, непроходимость сажевого фильтра и высокое давление внутри выпускного тракта служит причиной выхода из строя клапана EGR системы рециркуляции отработанных газов. И наоборот, неисправный клапан EGR может стать первопричиной выхода из строя сажевого фильтра.
последствия эксплуатации авто с неисправным сажевым фильтром
На фото остатки сгоревшего катализатора, причина — засорение сажевого фильтра.

Выявление проблемы с сажевым фильтром
Засоренность сажевого фильтра достигла критического уровняAudi A6 предупреждение о засорении DPF фильтраЧем раньше будет выявлена проблема с сажевым фильтром, тем лучше. Регулярная диагностика и своевременное прохождение ТО, помогут решить проблему на ранней стадии.

Симптомами проявления проблем с сажевым фильтром являются:

•  снижение тяги мотора
•  периодически появляющаяся повышенная дымность выхлопных газов
•  повышенный расход топлива
•  неустойчивые обороты холостого хода
•  повышенный уровень моторного масла в двигателе
•  неестественный, шипящий звук при работе двигателя
•  предупреждающий сигнал в виде иконки DPF фильтра на панели приборов

Какие «плюсы» удаления сажевого фильтра?

•  отсутствие подобных проблем в будущем
•  восстановление тяговых характеристик двигателя
•  снижение среднего расхода топлива
•  отпадает необходимость использования дорогостоящих моторных масел предназначенных для автомобилей с сажевыми фильтрами
•  отсутствие необходимости заправки реагентами (AdBlue, EOLYS и др.)
•  стоимость процедуры удаления во много раз ниже стоимости нового сажевого фильтра, срок службы которого при эксплуатации в наших условиях существенно ниже  регламентированного заводом изготовителем