Сажевые фильтры. Назначение, устройство, принцип действия

Введение новых стандартов экологической безопасности автомобилей заставляет производителей разрабатывать все более совершенные технологии, позволяющие их продукции соответствовать нормативам. Такими стремлениями обусловлено появление целых семейств моторов, которые отличаются низким уровнем выбросов продуктов переработки. Ведется работа и в других областях. Так, в 2004 году появился сажевый фильтр на дизеле, который минимизирует объемы вредных выбросов. Хотя к моменту своего появления он не был так широко востребован, разработчики продолжали развитие идеи, и в наши дни, согласно стандарту «Евро-5», наличие данного устройства в конструкции автомобиля является обязательным.

Для чего нужен сажевый фильтр?

Устройства такого типа представляют собой средства доочистки отработанных газов. Сразу надо отметить, что применяются сажевые фильтры исключительно в дизельных двигателях. В бензиновых агрегатах их аналогом выступает катализатор. Главной задачей установки является удаление токсичных веществ из выхлопа. Такая переработка газов и делает машины более экологичными. Фильтры могут быть разными по устройству, но все они выполняют задачу уменьшения показателей содержания сажи в выхлопах на 80%.

К сожалению, выполнение данной функции влечет за собой массу других проблем, большинство из которых связано с обслуживанием самого фильтра. По мере переработки газов устройство загрязняется и требует очистки. В крайних случаях сажевые фильтры удаляются, а на их место устанавливаются новые компоненты доочистки.

Устройство фильтра

Блок размещается за каталитическим нейтрализатором. Некоторые вариации фильтра также допускают его конструкционное совмещение с окислительным нейтрализатором. В таких случаях он располагается за выпускным коллектором, где отмечается максимальная температура газов. Главной составной частью является матрица, размещенная в металлическом корпусе. В стандартных моделях ее изготавливают из карбида кремния, который отличается ячеистой структурой с каналами малого сечения. Собственно, пористая структура боковых стенок в этих каналах и обеспечивает выполнение очистки. Важно отметить, что сажевый фильтр на дизеле является лишь частью целого комплекса устройств и систем, участвующих в рабочем процессе. В этой группе также участвуют температурные датчики, силовой агрегат, борт-компьютер, турбокомпрессор и т. д. Другое дело, что фильтр выполняет конечную функцию очистки и поэтому может рассматриваться как ключевое звено, так как реализует физическое задержание вредных элементов.

Принцип работы

Весь процесс можно разделить на два этапа – непосредственное выполнение фильтрации и регенерацию сажи. На первой стадии частицы сажи захватываются, после чего оседают на стенах фильтра. В этом плане самыми проблемными являются мелкие частицы размером до 1 мкм, так как их незначительный вес мешает задержанию. Хотя доля таких элементов представляет лишь 5% из общего объема, как раз они наиболее опасны для человека. Впрочем, современные сажевые фильтры позволяют эффективно справляться и с обработкой таких частиц. Второй этап заключается в регенерации осевших элементов. Дело в том, что их скопление в больших объемах не только вредит самому фильтру, но и сокращает мощность двигателя, поскольку формируется препятствие для прохождения последующих газов. В связи с этим мероприятия по очистке сажевых устройств являются обязательной частью в обслуживании автомобиля.

Пассивная очистка фильтра

Данный вид очистки реализуется благодаря воздействию высоких температур отработанных газов, которые могут достигать 600 °С. Еще одной разновидностью пассивного способа регенерации является внесение в топливо различных присадок, обеспечивающих эффективное сгорание сажи. В данном случае также происходит воздействие температуры, но на уровне 400-500 °С. Отслеживать режимы термического воздействия позволяет датчик сажевого фильтра, который контролирует и некоторые параметры работы двигателя. Однако в некоторых условиях эксплуатации автомобиля пассивная фильтрация оказывается бесполезной или вовсе невозможной.

Активная очистка фильтра

Это принудительный подход к очистке фильтра, который основывается на специальном повышении температурного режима в среде отработавших газов. Скапливающаяся в процессе поддержания таких условий сажа постепенно сгорает. Главное в активной очистке – это способы, которыми достигается высокая температура. Среди наиболее распространенных методов выделяют поздний топливный впрыск, подачу дизеля на такте выпуска и нагрев микроволнами. В отдельных случаях очистка сажевого фильтра также производится электронагревателем. Прибор можно устанавливать рядом с устройством очистки, но перед этим следует тщательно продумать конфигурацию размещения его компонентов. Управление активным восстановлением осуществляется также при участии датчиков – в частности, применяются устройства для измерения давления и температуры.

Как удалить сажевый фильтр?

Несмотря на применение современных систем очистки, фильтры такого типа рано или поздно начинают мешать работе двигателя. Это выражается скоплениями сажи, которые не удаляются предусмотренными способами. Выходом из таких ситуаций может быть демонтаж устройства. Причем выполняется это мероприятие в два этапа. В первую очередь производится механическая операция, в ходе которой демонтируется непосредственно сажевый фильтр. Цена данной процедуры варьируется от 7 до 12 тыс. руб. К слову, установка нового фильтра оценивается в 30-40 тыс. руб., поэтому лишь немногие решаются на полное обновление системы очистки. Второй этап заключается в программном удалении устройства путем перепрошивки блока управления двигателем.

Заключение

Разработчики экологических нормативов применительно к автомобилям, безусловно, заботятся о будущем человечества и стремятся ориентировать производителей на направления, наиболее гуманные с точки зрения воздействия на природу. Конечным продуктом развития одного из таких направлений и стали сажевые фильтры, сокращающие вредное влияние на экологическую обстановку. При этом сами автомобилисты получили вместе с новой установкой массу проблем. Достаточно отметить необходимость регулярного отслеживания эффективности регенерации фильтров. В случае недостаточной самоочистки устройства автовладельцу ничего не остается, кроме как удалить этот блок или заменить его на новый фильтр. Но в обоих случаях затраты будут неизбежны.