Сажевый фильтр: что это, зачем нужен, конструкция, можно ли удалить

Стандарты экологической безопасности (Евро 3 и выше) требуют фильтрации выхлопа автомобилей с дизельными двигателями. Для соответствия этим стандартам производители автомобилей используют специальное устройство под названием сажевый фильтр. В данной статье мы расскажем о том, что такое сажевый фильтр, как он устроен и как работает.

Что такое сажевый фильтр на дизеле

В процессе работы дизельного двигателя соответствующее топливо сгорает не полностью, образуя твердые частицы в диапазоне размеров между 10 нм и 1 мкм. Твердые частицы сажи относятся к загрязнителям 3-го класса опасности. При контакте с человеческим организмом они провоцируют обострение респираторных заболеваний и рак кожи, а в окружающей среде нарушают климатические условия. Так, дожди по выходным дням в больших городах происходят, в частности, из-за того, что капли воды в атмосфере образуются вокруг сажевых частиц.
Наличие сажевого фильтра сокращает содержание твердых частиц в выхлопе на 80-90%. Однако за такой результат приходится платить технологической сложностью и высокой стоимостью системы. Рассмотрим её конструкцию и принцип работы ближе.

История

Фильтрация дизельных твердых частиц была впервые рассмотрена в 1970-х годах из-за опасений относительно воздействия вдыхаемых твердых частиц.[11] Сажевые фильтры использовались на внедорожные машины с 1980 г., а в автомобилях с 1985 г.[12][13] Исторически выбросы дизельных двигателей средней и большой мощности не регулировались до 1987 года, когда было введено первое в Калифорнии правило для тяжелых грузовиков, ограничивающее выбросы твердых частиц на уровне 0,60 г / л.[14] С тех пор все более строгие стандарты были введены для легковых и тяжелых дорожных дизельных транспортных средств, а также для дизельных двигателей повышенной проходимости. Аналогичные правила были приняты Евросоюз и некоторые отдельные европейские страны, большинство азиатских стран и остальные север и Южная Америка.[15]

Хотя ни одна юрисдикция не сделала фильтры обязательными, все более строгие нормы выбросов, которым должны соответствовать производители двигателей, означают, что в конечном итоге все дорожные дизельные двигатели будут оснащены ими.[14] Ожидается, что в Европейском Союзе фильтры потребуются для соответствия нормативам выбросов двигателей тяжелых грузовиков Euro.VI, которые в настоящее время обсуждаются и планируются на период 2012-2013 годов. В 2000 году в ожидании будущего Евро 5 нормативно-правовые акты PSA Peugeot Citroën стала первой компанией, которая сделала фильтры стандартными для легковых автомобилей.[16]

По состоянию на декабрь 2008 г. Калифорнийский совет по воздушным ресурсам (CARB) учредил Правила штата Калифорния в отношении грузовиков и автобусов 2008 г. который — с разницей в зависимости от типа, размера и использования транспортного средства — требует, чтобы внедорожные дизельные тяжелые грузовики и автобусы в Калифорнии были модернизированы, переоборудованы или заменены, чтобы сократить выбросы твердых частиц (ТЧ) как минимум на 85%. Одним из способов выполнения этого требования является дооснащение двигателей дизельными сажевыми фильтрами, одобренными CARB.[17] В 2009 г. Закон о восстановлении и реинвестировании Америки

предоставили финансирование для помощи владельцам в компенсации затрат на модернизацию дизельных двигателей для их автомобилей.[18] Другие юрисдикции также запустили программы модернизации, в том числе:

2001 — Гонконг программа модернизации.[19]
2002 — В Япония то Префектура Токио приняли закон, запрещающий въезд грузовым автомобилям без фильтров за пределы города.[20]
2003 — Мехико запустила программу модернизации грузовиков.[21]
2004 — Нью-Йорк программа дооснащения (внедорожная).[22]
2008 — Милан Ecopass площадь плата за трафик — высокий въездной налог на все автомобили с дизельным двигателем, кроме тех, у которых есть сажевый фильтр, как стандартный, так и дооснащенный.[23]
2008 — Лондонская зона с низким уровнем выбросов заряжает автомобили, которые не соответствуют нормы выбросов, поощряя модернизацию фильтров.[24][25]

Неправильно обслуживаемые фильтры твердых частиц на автомобилях с дизельными двигателями склонны к накоплению сажи, что может вызвать проблемы с двигателем из-за высокого противодавления.[4]

В 2022 году Великобритания внесла изменения в свои требования к тестам MOT.[26] в том числе более жесткая проверка дизельных автомобилей. Одним из требований было наличие правильно подогнанного и работающего сажевого фильтра. Вождение без сажевого фильтра может повлечь за собой штраф в размере 1000 фунтов стерлингов.[27][28]

Как устроен сажевый фильтр

Существует несколько типов фильтрующих систем:

DPF (Diesel Particulate Filter)
FAP (Filter a Particules)
RPF (RussPartikelFilter)

Они обладают некоторыми отличиями принципов работы. Так, системы FAP и RPF требуют использования специальных топливных присадок, которые связывают твердые частицы. С этим обстоятельством связана более сложная конструкция (наличие бачка для присадки) и, соответственно, повышенная стоимость эксплуатации ввиду необходимости восполнения присадки. Фильтры DPF не нуждаются в применении присадок.
Усредненная конструкция сажевого фильтра включает в себя:

ЭБУ (электронный блок управления).
Подключенные к нему датчики давления и температуры на входе и выходе фильтра.
Блок катализатора.
Собственно металлокерамический фильтр.

Модели, предназначенные для использования топливных присадок, также снабжаются бачком для хранения используемой жидкости и форсунками для её впрыска в топливный бак или в пространство между катализатором и фильтром.
Катализатор и фильтр, как правило, снабжаются сообщающимися корпусами. Некоторые модели используют специальный сажевый фильтр с каталитическим покрытием, что исключает необходимость в отдельном блоке катализатора.

Эксплуатационный период фильтра – от чего он зависит?

Почти все лидеры мирового автопрома повально заявляют, что срок стабильной работы сажевого фильтра колеблется в пределах 100-150 тыс. км. И никак не меньше. И все же в такие данные верится с трудом. Как-никак, а такие «эко-защитники» применяются уже давно. И практика однозначно доказала, что цифровые данные наверняка рассчитывались для идеальных условий эксплуатации автомобилей. А в России таких условий нет однозначно, поэтому ячейки-соты забиваются гораздо раньше.

Самое негативное влияние на сажевый фильтр оказывает качество солярки и моторного масла. Даже скорее не само масло, а содержащиеся в нем присадки. Проблема со смазочным материалом решается достаточно тривиально – в систему следует заливать моторное масло с пометками «DPF» или «FAP» на канистре. С дизельным топливом, увы, ничего не поделаешь: на российских автозаправках частенько продается горючее с высоким содержанием серы, что приводит к катастрофическому снижению рабочего ресурса системы фильтрации отработанных газов. Вот и возникает у автовладельцев вопрос, нужен ли сажевый фильтр в принципе…

Принцип работы сажевого фильтра

Из двигателя выхлопные газы поступают в выпускную систему, проходит через ячеистый катализатор и попадает в сажевый фильтр. В металлическом корпусе этого элемента конструкции размещена керамическая фильтрующая структура с множеством глухих канальцев, крипт.
На их стенках и оседают частицы сажи, а остальные компоненты в газообразном состоянии продолжают путь по выпускной системе, проходя через материал фильтра путем диффузии. Это основной режим работы – фильтрация. Регенерация сажевого фильтра

В процессе эксплуатации крипты фильтра быстро забиваются сажей. Менять его каждые 600 – 2000 км пробега было бы нецелесообразно, поэтому в фильтрах предусмотрены циклы регенерации.

ЭБУ считывает показатели дифференциального давления и/или температуры на входе и выходе узла выпускной системы. Когда разница показателей достигает определенного уровня, система «понимает», что фильтр забит, и активирует процесс регенерации. Процесс регенерации возможен только в определенных условиях: необходимая температура двигателя (не менее 800С), скорость (не менее 80 км/ч), время (от 2 до 15 минут). Если такие условия не возникают, процесс, так называемой, спонтанной регенерации невозможен. Именно поэтому фильтры авто, которые перемещаются преимущественно в черте города, забивается быстрее.

Регенерация фильтра заключается в выжигании накопившейся сажи. В зависимости от модели это происходит при помощи электрического нагревательного элемента или путем впрыска определенных порций топлива в выпускную систему. Во время регенерации фильтр разогревается до значительной температуры (7000С и более), поэтому и возможен только в указанных выше условиях.

Существует процедура принудительной регенерации, которая выполняется на специальных стендах в сервисных центрах, но ввиду значительных температур прибегать к ней опасно и не многие СЦ готовы пойти на это. Нужно отметить, что промывка фильтров не является альтернативой регенерации. Если штатная спонтанная регенерация уже не способна избавить от осевшей сажи, значит, пора менять или удалять фильтр.

Конструкция и расположение в системе

Сажевый фильтр относится к выхлопной системе и может располагаться рядом с нейтрализатором или объединяться с ним в единую конструкцию (в этом случае он находится вблизи выпускного коллектора, что обеспечивает фильтрацию газов при максимальной температуре). Применяется устройство только в автомобилях, работающих на дизельном топливе, и, в отличие от катализатора, который устанавливается на бензиновых двигателях, он очищает выхлоп исключительно от частиц сажи.

Сажевый фильтр

Конструктивно сажевый фильтр состоит из следующих элементов:

Матрица. Изготавливается из карбида кремния (керамики) и представляет собой систему тонких каналов с сечением в форме квадрата или восьмиугольника. Торцы ходов попеременно закрыты, а стенки имеют пористую структуру, благодаря чему сажа задерживается внутри и оседает на стенках.
Корпус. Выполняется из металла. Имеет входной и выходной канал.
Датчики измерения давления (перепадов на входе и выходе).
Датчик температуры на входе и на выходе.

Признаки и последствия неисправностей сажевого фильтра

Главной проблемой сажевого фильтра, как правило, становится терминальная степень заполнения сажей. Она проявляется, прежде всего, густым черным выхлопом и рядом других характерных симптомов:

Значительный рост потребления топлива.
Снижение тяги.
Рост уровня масла в картере (оно разбавляется впрыскиваемым топливом и эта смесь приводит к тому, что двигатель уходит «в разнос»).
Нестабильная работа двигателя на холостом ходу.

Естественно о возникновении неполадок сигнализируют соответствующие маркеры приборной панели.

Можно ли удалить сажевый фильтр

Многие автомобилисты, желая избавиться от проблемы постоянной очистки и замены и сопряженных с ними дополнительных финансовых расходов, решают удалить сажевый фильтр. Сделать это можно несколькими способами:

Демонтаж устройства. Механическое удаление сажевого фильтра позволяет незначительно повысить мощность автомобиля. С другой стороны, при эксплуатации машины ЭБУ двигателя начнет выдавать ошибку, воспринимая отсутствие фильтра как неисправность.
Внесение корректив в программное обеспечение ЭБУ двигателя (обновление программы до версии, не содержащей информацию о подключении сажевого фильтра). Обновление программного обеспечения выполняется специальным устройством – программатором, но при этом необходимо быть уверенным в корректности работы новой прошивки, поскольку последствия могут быть непредсказуемы.
Подключение эмулятора устройства (без изменения заводской программы), который посылает ЭБУ сигналы, аналогичные работе реального сажевого фильтра.

Однако следует иметь ввиду, что установленные на сегодняшний день экологические стандарты запрещают эксплуатацию автомобиля с дизельным двигателем без сажевого фильтра.
Обязательно посмотрите эти видео про сажевый фильтр:

Если Вы заметили ошибку, неточность или хотите дополнить материал, напишите об этом в комментариях, и мы исправим статью!
Ключевые теги: устройство автомобиля

Удаление

Сажевый фильтр служит только в целях экологии, поэтому его можно удалить без последствий для автомобиля. Тогда двигатель станет легче работать, а экологические нормы понизятся до стандарта «Евро-3» – что некритично. Процедура потребует некоторых навыков и усилий по причине взаимосвязи элемента с ЭБУ силового агрегата.

ЗА и ПРОТИВ

Плюсы удаления:

отсутствие ошибок и режима аварийного состояния двигателя по причине забитого элемента фильтрации;
отпадает необходимость режима регенерации (обязательная процедура);
уменьшение расхода топлива;
улучшение динамических показателей авто (повышение мощности);
устойчивая работа силового агрегата;
отпадает необходимость обслуживать фильтрующий элемент.

Минусы:

ухудшение экологических показателей. Уровень выброса сажи в атмосферу резко повышается, хотя технический осмотр пройти можно;
проблемы с эксплуатацией транспортного средства в странах с обязательным требованием необходимых экологических стандартов (Европейский Союз).

Можно ли удалить своими руками

Да, можно, но делать это крайне не рекомендуется! Вероятность что-то сломать весьма высока. Помните — вы действуете на свой страх и риск!

Сначала надо отсоединить датчики и разрезать болгаркой выпускную трубу, которая расположена после фильтра.
Затем открутите болты со стороны двигателя, разрежьте и вскройте обшивку фильтра.
Достаньте само приспособление. Возможно, понадобиться выбивать отдельные сегменты.
Заварите корпус и установите его на место. Подключите датчики.

Корпус сажевого фильтра без самого фильтра

После этого останется только загрузить новую прошивку.

Процесс удаления: физический и программный этапы

Процедура состоит из двух этапов — физического и программного.

Физический нетруден. Специалисты находят банку, в которой расположены фильтр и катализатор, и вырезают её. В некоторых моделях авто для этого придётся снять выхлопную трубу. Взамен фильтра нужно что-нибудь поставить — это могут быть как обычные металлические заглушки, так и пламегасители. Установка пламегасителя немного увеличит срок службы глушителя. Если компонент оснащён датчиками температуры и зондами углекислого газа, может потребоваться их изъятие и установка в заглушку — это помогает избежать программных ошибок.

Внешний вид изъятого сажевого фильтра

Затем надо перепрограммировать блок двигателя. Если этого не сделать, датчики будут считать, будто фильтр постоянно забит. Результат — демонстрация кодов неисправностей, а в некоторых случаях и вовсе включается аварийный режим.

Эта часть процедуры выполняется исключительно экспертами сервисного центра. Добиться результата можно тремя способами.

Установить прошивку от той версии авто, где по умолчанию нет сажевого фильтра. Метод чреват снижением функциональности — например, на Honda CRV отключается круиз-контроль.
Установить прошивку, созданную энтузиастами. Это своего рода лотерея — может повезти, а может и нет. Качество прошивок сильно варьируется.
Установить прошивку от изготовителя автомобиля. Лучший вариант, не несущий практически никакого риска.

В некоторых моделях Nissan, Toyota, Mazda и Ford невозможно выполнить стандартную перепрошивку — приходится прибегать к эмуляции. Устанавливается приспособление-обманка, заставляющее блок считать, будто фильтр расположен на своём месте. Контроллер получает сигналы и не замечает изъятия компонента. Однако у этого варианта есть недостаток — режим регенерации всё равно будет включаться, так что расход топлива не снизится.

Сажевый фильтр: что это, зачем нужен и можно ли удалить