Обязательным к применению это устройство, стало с начала января 2011 года, вместе со вступлением в действие усиленных требований экологических норм Евро-5. До того момента данный компонент силовой установки мог использоваться избирательно и на усмотрение производителя.
Причины применения сажевых элементов фильтрации
В силу своей особенности, именно дизельные моторы требовали внедрения в конструкцию такого фильтра. Он необходим для устранения из выхлопа образовывавшейся при недостаточном сгорании тяжелого топлива сажи.
Сажа – это мельчайшие частицы размером до 1 мкм, образованные углеродным ядром со, словно налипшими на него молекулами серы, оксидов металлов, углеводородов. Сажа может отличаться по своей структуре, которая очень сильно зависит как от качества и состава топлива, так и от режимов эксплуатации двигателя.
Для максимально эффективного очищения выхлопа от сажи сажевый фильтр размещается вслед за каталитическим нейтрализатором. Нередко эти две системы объединены в единый блок и тогда модуль носит название сажевого фильтра с каталитическим покрытием.
Сажевый фильтр — это отдельная и специфическая конструкция. Главный компонент каждого такого фильтра – это металлокерамическая или керамическая матрица с ячеистой структурой. Боковые стенки многочисленных каналов которой пористые, и выполняют функции фильтра.
Ячейки менее дорогостоящих фильтров имеют прямоугольную форму. Ячейки более современных сажевых фильтров – восьмиугольные, с большей рабочей поверхностью и потому более длительным сроком службы.
Принцип действия сажевика — пассивная и активная регенерация
Если говорить о принципе действия, которое отведено сажевому фильтру, то надлежит выделить две последовательные фазы: фильтрации и последующей фазы сажевой регенерации. То есть очистки фильтра от ранее скопившихся в нем сажевых частиц. Причем регенерация бывает активной и пассивной.
К процессу пассивной регенерации относят очистку сажевого элемента от скопившейся сажи за счет разогрева фильтра отработавшими газами, имеющими температуру около 600о C. Чтобы процесс регенерации осуществлялся при более низких температурах (до 5000 C), в топливо добавляется некоторое количество специфических присадок.
Нередко, из-за невозможности запуска процесса пассивной регенерации, например, когда двигатель преимущественно работает без значительных нагрузок, используется режим активной или принудительной регенерации. В этом случае рост температуры выхлопных газов обеспечивается, в частности за счет:
- применения более позднего впрыска топлива;
- впрыска дополнительной порции топлива на выпускном такте;
- введения в конструкцию электронагревателя, располагаемого перед фильтром сажевой очистки;
- микроволнового разогрева отработавших газов.
В режиме пассивной регенерации окисление сажи осуществляется непрерывно и достигается за счет работы дорогостоящего иридиево-платинового катализатора, функционирующего в диапазоне рабочих температур от 350 до 5000 C. Наблюдается ряд химических преобразований, имеющих следующую последовательность:
- Образующийся в ходе горения топлива оксид азота за счет взаимодействия с катализатором окисляется до диоксида азота;
- Диоксид азота взаимодействует с сажей, в результате образуются оксид азота плюс угарный газ;
- При окислении кислородом образуются соответственно диоксид азота и углекислый газ, уходящий в атмосферу.
В режим активной регенерации (рабочая температура в пределах 600-6500 C) двигатель переходит на основании показаний датчиков, управляющих его работой:
- воздушного расходомера;
- контроля разности давлений на входе-выходе;
- температуры газов на выходе.
Вследствие обработки идущих от этих датчиков сигналов, управляющий блок подает команду на снижение подачи воздуха в мотор, прекращение рециркуляции выхлопных газов, добавочный впрыск топлива. Как итог – растет температура газов до уровня, необходимого для принудительной регенерации.
Сажевые фильтры и топливные присадки
Применение подобной конструкции подразумевает наличие в системе специальной присадки, которая содержит церий. Чаще всего она хранится в отдельной емкости (бачке) и по мере необходимости добавляется в топливо. Это гарантирует сжигание скопившейся в фильтре сажи при температурах от 450 до 5000 C. Чаще всего такая система подразумевает размещение фильтра сажевой очистки отдельно от каталитического нейтрализатора, вслед за ним.
Присадка подается отдельными порциями в топливный бак, пропорционально объему заливаемого в процессе заправки топлива, на основании сигналов, поступающих от блока управления мотором или отдельного электронного блока.
В качестве наблюдаемого побочного эффекта от использования присадки, возможно образование на стенках сажевика отложений, сокращающих срок его службы. Обычно фильтр отрабатывает до 120000 км, после чего требуется его замена. Вскоре вероятно появятся конструкции срок эксплуатации которых возрастет вдвое или до 250000 км.
