Школа Федора Рязанова. Диагностика дизельных систем с электронным управлением. Урок 7. Сажевый фильтр (система DPF)

На предыдущих занятиях мы разобрали причины появления одного из компонентов, загрязняющих атмо­сферу – несгоревшее топливо, видимое человеческим глазом как дым. Он бывает двух типов: белый дым – это несгоревшее топливо, выходящее в выхлопную трубу, черный дым – тоже топливо, только подвергшееся пиролизу. С точки зрения экологии оба вида дыма являются опасными для здоровья человека. Но кроме этого, его появление говорит о неполном сгорании топлива. Что, в свою очередь, кроме загрязнения атмосферы, приводит к падению мощности и увеличению расхода. Чтобы этого избежать, необходимо внедрить ряд конструктивных и технологических решений: добиться идеальности конструкции камеры сгорания и всего двигателя в целом, идеальности факелов распыла и всей топливоподающей аппаратуры, и многое другое. К сожалению, при данном уровне развития технологий идеальный автомобиль еще не создан. Небольшое количество несгоревшего топлива в виде дыма попадает в атмосферу. Чтобы вложиться в современные экологические нормы, более целесообразным с экономической точки зрения является уже не ужесточение требований к конструкции, а применение устройств очистки выхлопных газов.

Для улавливания дыма применяется сажевый фильтр. Принцип действия его прост: частицы сажи, продукты пиролиза и несгоревшее топливо физически задерживаются фильтром, исключая его попадания в атмосферу. Он может иметь разную конструкцию – керамические «соты» (аналогично катализатору на бензиновых моторах), перегородки с рядом мелких отверстий, шарики и различные другие варианты исполнения.

Для понимания принципов его работы и способов диагностики тип конструкции не имеет значения – важно понимать, что рано или поздно он загрязняется (наполняется сажей). В отличие от воздушного или масляного фильтра, его замена – достаточно трудоемкая и дорогостоящая операция. Поэтому более целесообразным является его очистка. Этот метод называется «регенерация сажевого фильтра», или на обычном разговорном языке – «прожиг». Определенное количество дизельного топлива впрыскивается в камеру сгорания на такте выпуска (так называемый дополнительный поздний впрыск). Выходя в выхлопной коллектор, оно попадает в сажевый фильтр и, воспламеняясь, сжигает накопившиеся там частицы. Клапан EGR в этом случае закрывался полностью, обес­печивая достаточное количество кислорода для надежного прохождения этого процесса. При правильном и своевременном проведении регенерации сажевый фильтр, исправно выполняя свою функцию по очистке отработавших газов, способен отработать весь срок службы автомобиля. Но реальное положение дел несколько отличается от этой радужной картины. Почему так происходит? Как всегда, все дело кроется в деталях, которые производители не учли (или не захотели учитывать) во время проектирования. Опыт эксплуатации сажевых фильтров показал, что проведение регенерации в городских условиях практически невозможно. Причина – в городском режиме езды не создавались условия для ее проведения. Рассмотрим эти условия.

Условия проведения регенерации сажевого фильтра

Температура воспламенения дизельного топлива примерно равна 270° С. Чтобы его порция, попавшая в сажевый фильтр, самовоспламенилась, и начался процесс регенерации, фильтр необходимо прогреть до температуры не ниже 300° С. Для этого температура отработавших газов (ОГ) должна быть не меньше этого значения в течение времени, при котором он гарантированно нагреется по всему объему до указанной температуры. Это время напрямую зависит от массы самого сажевого фильтра, температуры окружающей среды, а также ряда других факторов, и может достигать несколько десятков минут. Но это не единственная проблема, мешающая проведению регенерации. Данная температура фильтра также должна выдерживаться во все время этого процесса. Если по каким-то причинам горение сажевых частиц в нем прерывается, последствия могут быть не очень приятными. Впрыснутое, но не воспламенившееся топливо, а также продукты начавшегося, но не окончившегося горения, а также твердые частицы вылетают в выхлопную трубу. Автомобиль при этом начинает дымить смесью черного и белого дыма так, что старые «КамАЗы», пробежавшие без надлежащего обслуживания более миллиона километров, покажутся верхом экологического совершенства. Да и водители, следующие за автомобилем, у которого на ходу прерывается регенерация, не всегда остаются довольны этим достаточно печальным зрелищем. Для самого сажевого фильтра прерывание регенерации также заканчивается достаточно плачевно – спекшиеся частицы сажи, обильно пропитанные дизельным топливом, образуют плотную субстанцию, трудноудаляемую при дальнейшей эксплуатации и, как правило, приводят к окончательному выходу фильтра из строя. Поэтому основным условием для запуска регенерации является полный прогрев фильтра до необходимой температуры. Тут производители столкнулись с серьезной проблемой. На холостом ходу при малых цикловых подачах топлива температура ОГ не достигала даже 200° С и фильтр элементарно не прогревался.

При интенсивной езде и начавшейся регенерации остановка на светофоре и переход на малые подачи топлива приводили к срыву горения и появлению вышеуказанных последствий. Для более стабильного горения твердых частиц и снижения температуры их воспламенения активные элементы сажевого фильтра стали покрывать слоем катализатора – платиной. Вступая в промежуточную реакцию с кислородом, впрыскиваемой дополнительной порцией дизельного топлива и продуктами неполного сгорания, образовывались сложные промежуточные соединения. Далее они разлагались на углекислый газ, воду и платину в исходном состоянии. Таким образом, платина в процессе прохождения реакции окисления (горения) не расходовалась, а просто снижала температуру начала воспламенения, облегчая и повышая стабильность процесса регенерации. Ее применение повысило стоимость данного узла, но не решило проблему до конца. Поэтому производители для гарантированного его прохождения поставили ряд условий: