Сажевый фильтр: принцип действия и виды

Нужно отметить, что в современных дизельных двигателях такой проблемы нет, и топливо сжигается по максимуму, форсуночные дизельные двигателя отличаются особенной чистотой, но даже при таком раскладе сажа выделяется.

Проводимые исследования показали, что добиться идеального сжигания частиц сажи не получится, эксперименты проводились с двигателями Common Rail, с вихревыми и форсуночными. Однако, сделать впрыск настолько мелкий, чтобы он сгорал не оставляя частиц, не получается. Поэтому с 2004 года все компании выпускающие автомобили с дизельными агрегатами, были вынуждены выпускать сажевые фильтры. Они комплектовались вместе с автомобилем, а также шли и в розничную продажу для замены.

Такие фильтры эффективно снижают количество выброса сажи в воздух, в зависимости от состояния двигателя и качества топлива, эта цифра колеблется от 80% до 100% - внушительный результат. Производители используют различные методы по внедрению сажевых фильтров. Например, в некоторых марках фильтры сразу объединяются с каталитическими нейтрализаторами, иные производители ставят их как отдельную часть выпускной системы. У сажевого фильтра есть две задачи: фильтрация газов на наличие сажевых частиц. При правильной фильтрации, на выходе отсеивается 95% сажи, оставшиеся 5% настолько малы (до 1 мкм). Никакой фильтр их не способен уловить, подобные частицы выносят с собой самые опасные химические элементы.

Вторая задача сажевого фильтра это очистка и вывод частиц сажи со стенок выхлопной системы. Со временем, когда сажа собирается на стенках узла в большом количестве, проход газам уменьшается, это приводит к излишнему давлению. Подобная ситуация заметно уменьшает мощность двигателя. Исходя из этих моментов были созданы два вида фильтров, регенерирующих сажу.

Фильтр с каталитическим покрытием

Такой фильтр устанавливается на выходе из выпускного коллектора, в непосредственной близости с двигателем, замысел в том, чтобы была максимально высокая температура газов при входе в фильтр. Такой фильтр имеет керамическую основу, делается из карбида кремния, а форма сделана в виде матрицы. Сама матрица имеет множество мелких ячеек и мелких каналов, они построены так, что через ряд бока то открыты, то закрыты для газов. Стенки этих мелких каналов имеют пористую структуру, покрыты титановым напылением, который представляет из себя катализатор, таким образом, эти стенки выполняют роль фильтров. Матрица стоит в металлическом коробе, который крепится к выпускному коллектору.

Проходя по стенкам такого устройства с мелкими ячейками и пористой структурой, сажа оседает на матрице, а катализатор в свою очередь окисляет их. Подобные каталитические фильтры бывают с активной регенерацией и с пассивной.

В случае с пассивной регенерацией происходит постоянный выхлоп при большой температуре от 300 до 500 градусов на титановый катализатор. Попадая на катализатор, оксид азот превращается в диоксид азота, после этой реакции снова появляется оксид азота, но и дополнительно угарный газ (СО2). Затем эти элементы в соприкосновении с кислородом превращаются в безобидный диоксид азота и углекислота.

Что касается активной регенерации, то здесь работает принудительный режим. Необходимо создать максимально жесткие температурные условия и режим работы двигателя. Но двигатель работать в постоянном напряжении не должен, поэтому такие условия создаются искусственно. Создается высокая температура 500-600 градусов и сажа выгорает до мельчайших частиц, а в остатке получается углекислота.

Активная регенерация - довольно сложный процесс, требующий специального оборудования и слежения за ним, поэтому двигатель оснащается четырьмя датчиками. Температурные датчики ставятся до и после выхлопа, датчик контроля за расходом воздуха, датчик давления в фильтре. Как только блок управления агрегата получает определенный сигнал от одного из датчиков, происходит впрыск топлива, одновременно регулируется подача кислорода в камеру и рециркуляция газов. При таких действиях температура искусственно нагнетается до нужного предела.

Фильтр с автоматической регенерацией

Он устанавливается после каталитического нейтрализатора, в горючее добавляются специальные присадки, которые повышают температуру выхлопа, таким образом сажа сгорает полностью, без сложных устройств. Как только фильтр полностью забит сажей, срабатывает датчик контроля. Блок управления добавляет в топливо присадку, которая содержит большую массовую долю вещества — церий, при сгорании оно поднимает высокую температуру и сжигает сажу.

Впрыск присадки делается столько раз, сколько диктует датчик контроля, но сперва на такте впрыска топлива. При этом резко поднимается температура, матрица разогревается до 700 градусов. Второй впрыск делается в момент выпуска газов, а церий на этом впрыске поступает на матрицу фильтра и уже там воспламеняется от поверхности матрицы. В этот момент температура поднимается до 1000 градусов, при такой температуре сажа на стенках выхлопной системы сгорает полностью. Материал матрицы настолько прочный, что способен выдерживать такие температурные нагрузки длительное время.

Так как церий - довольно специфическое вещество, оно хранится изолированно от двигателя в специальном контейнере, его хватает на 80 тыс. км. Плюсом такого метода сжигания сажи стоит отметить то, что фильтр абсолютно нормально сжигает даже некачественное топливо, но расход церия при этом немного увеличивается.