Сажевый фильтр дизельного двигателя¶

Сажевый фильтр (синонимы: фильтр твёрдых частиц, DPF — Diesel Particulate Filter, FAP — Filtre à Particules) — устройство системы отвода отработавших газов дизельного двигателя, предназначенное для улавливания и накопления сажевых частиц (углеродных частиц размером 10–100 нм), образующихся при неполном сгорании топлива. Относится к элементам системы очистки выхлопных газов наряду с окислительным катализатором (DOC) и каталитическим нейтрализатором (SCR). Устанавливается на легковых автомобилях с дизельными двигателями с начала 2000-х годов в соответствии с нормами токсичности Евро-4 и последующих стандартов.

¶Принцип работы

Сажевый фильтр представляет собой керамический (чаще карбид кремния или циркония) или металлический сотовый элемент с пористыми стенками. Газы проходят через стенки ячеек, при этом твёрдые частицы задерживаются на поверхности и внутри пор, а очищенный газ выходит наружу. Существуют две основные схемы потоков:

• Поток глубины — частицы проникают в поры материала и удерживаются внутри;
• Поток поверхностный — частицы накапливаются в виде слоя («пирога») на входных поверхностях ячеек.

По мере накопления сажи растёт сопротивление потоку, повышается противодавление на выпуске, ухудшается динамика и растёт расход топлива. Для удаления накопленной сажи применяется регенерация.

¶Регенерация

Регенерация — процесс сжигания накопленной сажи, превращающейся в углекислый газ. Различают два типа:

¶Пассивная регенерация

Происходит непрерывно при нормальной работе двигателя. Катализатор окисления (DOC), установленный перед фильтром, окисляет оксид азота NO в NO₂, который при температуре выше 250–350 °C реагирует с сажей и сжигает её. Для эффективности пассивной регенерации требуется длительная поездка по трассе с постоянной средней нагрузкой.

¶Активная регенерация

Запускается блоком управления двигателем (ЭБУ) автоматически, когда датчик перепада давления фиксирует критический уровень заполнения фильтра (обычно 40–60 %). ЭБУ увеличивает подачу топлива (впрыск дополнительной порции на такте выпуска), повышает температуру выхлопных газов до 550–600 °C, при которых сажа сгорает за 10–20 минут. Активная регенерация может не завершиться при частых коротких поездках по городу — в этом случае ЭБУ выводит предупреждение на приборную панель и может перевести двигатель в аварийный режим («деградацию мощности»).

¶Устройство и элементы системы

Комплекс системы DPF включает:

¶Классификация

По материалу корпуса:

• Керамические (SiC, cordierite) — наиболее распространены, высокая термостойкость;
• Металлические — более устойчивы к термоударам, применяются реже.

По способу регенерации:

• С только пассивной регенерацией (редко);
• С комбинированной пассивной и активной;
• С форсированной регенерацией (с дополнительным подогревом).

¶Применение и нормативная база

В России сажевые фильтры на дизельные автомобили стали массово устанавливаться с вступлением в силу технического регламента Таможенного союза ТР ТС 018/2011 «О безопасности колёсных транспортных средств» (в редакции, соответствующей нормам Евро-4/5), а также с импортом автомобилей европейских производителей. Требования к выбросам твёрдых частиц установлены нормативами Евро-4 (PM 0,025 г/км), Евро-5 (PM 0,005 г/км) и Евро-6 (0,005 г/км, введён жёсткий контроль PN — числа частиц).

¶Обслуживание и возможные неисправности

Типичные проблемы, связанные с DPF:

• Засорение при городской эксплуатации — частые короткие поездки не позволяют завершить регенерацию;
• Загрязнение масляной золой — применение масла не по спецификации (например, не ACEA C-класса с низким сульфатным остатком) приводит к быстрому забиванию фильтра;
• Повреждение керамического элемента — при перегреве или механическом воздействии;
• Отказ датчиков — ложные показания перепада давления.

Для восстановления работоспособности применяется:

• Длительная поездка по трассе (форсированная регенерация);
• Промывка специальными составами (химическая регенерация) без демонтажа;
• Снятие, промывка или замена фильтра;
• Прошивка ЭБУ с отключением DPF (в России и ряде стран ЕС такая практика незаконна, так как нарушает экологические нормы).

¶Экономика и альтернативы

Стоимость нового сажевого фильтра для легкового автомобиля в России составляет от 30 до 150 тысяч рублей в зависимости от марки; восстановление (промывка) — от 5 до 20 тысяч. Альтернативой DPF в дизельных двигателях выступает система SCR с мочевиной (AdBlue), которая снижает выбросы оксидов азота, но не улавливает сажу; для полного соответствия нормам Евро-6 дизельные двигатели оснащаются комплексом DOC + DPF + SCR.

Источники:

• Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 018/2011
• Руководства по эксплуатации дизельных двигателей Volkswagen, Mercedes-Benz, BMW
• ГОСТ Р и нормативные документы по токсичности отработавших газов
• Отраслевые публикации по системам очистки выхлопных газов дизельных двигателей