Практически все дизельные двигатели современных легковых автомобилей имеют в своём арсенале так называемые "противосажевые фильтры”. Само название отвечает на вопрос, для чего этот фильтр нужен – задерживать частицы сажи, которые появляются в случае неполного сгорания топлива.
Сажевый фильтр представляет собой жаростойкое сито, ячейки которого настолько малы, что, задерживают в своих "клеточках” сажевые "зёрна”. Принцип тот же, как если бы мы просеивали через сито песок, крупу или муку.
Однако, следуя этому принципу и законам логики, когда-нибудь должен настать тот момент, когда основное количество ячеек противосажевого фильтра будет плотно закупорено частичками сажи.
Двигателю становится труднее "дышать”, автомобиль перестаёт демонстрировать ту прыть, которой он обладал сразу после покупки, а на приборной панели то и дело начинают вспыхивать жёлтые, а иногда, даже красные контрольные лампы, зовущие водителя на внеочередное посещение фирменной СТОА, что в свою очередь вызывает мысли о грядущих денежных тратах. Негативные опасения рождают отрицательные эмоции, выплёскивающиеся мыслями о ненадёжности автомобиля и о неудачном выборе объекта покупки.
А зря! Суть морганий контрольных ламп довольно проста и безобидна - противосажевому фильтру нужна очистка. В этом состоит основная причина предубеждений к современному дизелю, следствием которых стала очень небольшая распространённость в России легковых автомобилей, работающих на "тяжёлом” топливе. В то же время, признаем свершившимся тот факт, что владельцы некоторых современных дизельных легковых автомобилей в России часто жалуются на проблемы, связанные с засорением противосажевого фильтра. К сожалению, дальнейший анализ каждой из ситуаций показывает, что большинства проблем можно было бы легко избежать, знай владелец некоторые особенности своего автомобиля, относящиеся к противосажевому фильтру. В конце концов, многих проблем могло бы и совсем не быть, если б изначально покупатель знал – не все противосажевые фильтры одинаковы!!!
Противосажевые фильтры – что могут и какие бывают.
Попробуем пролить свет на очередной круг мифов и реальностей, витающих вокруг современных легковых автомобилей с дизельными двигателями, ответив на вопросы:
- Противосажевые фильтры: какие они бывают?
- Плюсы и минусы той или иной конструкции?
- Что нужно знать и уметь, чтобы избежать некоторых проблем?
- Что предлагает Peugeot?
Противосажевые фильтры современных дизельных двигателей можно разделить на три группы:
1) PM (Particulare Matter, Particulare Matrix), и/или фильтры открытого типа (далее ФО)
2) DPF (Diesel Particulare Filter), и/или фильтры закрытого типа (далее ФЗ)
3) FAP™ ("filtre a particules"), и/или фильтры закрытого типа с функцией регенерации (ФЗР)
PM (Particulare Matter, Particulare Matrix) и/или фильтры открытого типа (ФО)
Являются даже не столько фильтрами, сколько уловителями частиц сажи. ФО представляют собою "улитку”, которая свёрнута из чередующихся между собой гладкого и гофрированного слоя жаростойких металлов. Керамика в ФО обычно не применяется. Этот тип противосажевых фильтров называется "открытым” по причине того, что каждый "гофр” можно рассматривать как открытую с двух сторон металлическую трубку (канал) с внутренним отверстием приведённого диаметра около 0.05 – 0.1 мм. Дожигание частиц сажи до состояния CO2 в ФО происходит за счёт химической реакции с двуокисью азота NO2 под воздействием собственной температуры выхлопных газов.
Такой фильтр позволяет удержать около 50% частиц сажи, то есть, можно сказать, что ФО вдвое сокращает количество вредных выбросов.
Устанавливается на автомобили различных марок, обычно, в качестве опции. По причине своего несовершенства, а также множества побочных эффектов, проявляющихся в реальных условиях эксплуатации, ФО на автомобилях марки Peugeot никогда не применялись и не применяются.
"+”
•Относительно простая конструкция и технология изготовления
•Относительно невысокая цена
•Не требуется сложная электронная система для контроля параметров
•Низкая склонность к забиванию благодаря относительно большому приведённому диаметру
•Относительно простая регенерация: для восстановления ФО достаточно демонтировать и промыть спецрастворителями.
"-"
•Низкая эффективность (ФО удерживают около 50% вредных выбросов, в то время как у DPF и FAP™ это значение доходит до 95%).
•Небольшая скорость химических реакций (дожигания частиц сажи), особенно в условиях холодного и влажного климата.
•Практическая невозможность применения систем контроля с обратной связью за состоянием ФО и степенью его "проницаемости”, и по этой причине…
•Склонность ФО к выгоранию металлической "клетчатки”, особенно, в случае различных неисправностей систем впрыска топлива и/или ГРМ, а также применения топлива низкого качества.
•Процесс регенерации (прочистки) ФО требует демонтажа фильтра – операции, включающей в себя большое количество ручных работ, что неизбежно ведёт к удорожанию всего мероприятия.
DPF (Diesel Particulare Filter), и/или фильтры закрытого типа (ФЗ).
Основой ФЗ является реактор из пористого карбида кремния (керамика), пронизанный огромным количеством закрытых микроканалов. Эти микроканалы (приведённый диаметр около 0.08 – 0.10 мм) являются закрытыми, а их совокупность представляет микроклетчатку.
Образно, микроканал ФЗ можно представить в виде трубки, свёрнутой из фильтровальной бумаги и заглушённой с одной из сторон. Частицы сажи, попадающие с выхлопными газами в микроканалы, оседают и удерживаются на его стенках, а очищенные газы, проникая сквозь поры керамических стенок, выходят из фильтра наружу (к катализатору).
Из ФЗ выхлопные газы выходят на 90% очищенными от частиц сажи различного размера.
ФЗ имеют собственную систему, анализирующую степень засорения (забитости) с обратной связью. Анализ происходит при помощи двух датчиков давления, один из которых расположен на входе, а другой на выходе из фильтра.
Ахиллесовой пятой ФЗ является то, что при езде в условиях городских пробок, в выхлопных газах любого, даже самого совершенного дизельного двигателя, будет содержаться увеличенное количество частиц сажи. По этой причине, городской режим движения является самым худшим и опасным для ФЗ. Фильтр, попросту говоря, может быть быстро закупорен частицами сажи, мощность и крутящий момент двигателя упадут, автомобиль "перестанет ехать”.
В случае, когда частицы сажи достаточно сильно закупорили микроканалы клетчатки ФЗ, от осевшей в фильтре сажи следует избавиться при помощи её "выжигания”. Для этого температуру внутри фильтра следует довести до 600 - 800°С, с целью увеличить скорость реакции окисления углерода, содержащегося в саже до состояния CO и CO2. Для "выжигания” сажи из ФЗ в "Руководстве по эксплуатации” на некоторые модели, производители рекомендуют – "…время от времени активировать процесс регенерации фильтра, проезжая примерно 40 км со скоростью
км/ч на низких передачах, либо двигаться в обычном режиме, также используя низшую из возможных передач…”. Проблема состоит в том, что обычный водитель не всегда имеет возможность осуществить предписанные "Руководством по эксплуатации” действия. ФЗ забивается сажей ещё больше, и, в конце концов, может выйти из строя.В качестве полумеры, программы компьютеров управления системой впрыска топлива некоторых дизельных двигателей имеют возможность самостоятельно менять параметры работы двигателя с целью "выжечь” из ФЗ отложения сажи, но их оптимальная работа на практике по-настоящему осуществима обычно только совместно с АКПП, и то, не при всех режимах движения автомобиля.
ФЗ в настоящее время устанавливаются на подавляющее большинство дизельных автомобилей различных марок.
ФЗ типа DPF применялись на первых дизельных двигателях HDi (1998 – 2001г). В настоящее время, в связи с появлением эксклюзивной и более совершенной технологии FAP™, на автомобилях группы PSA, и в частности Peugeot, DPF-фильтры не применяются.
"+”
•Практически полное очищение выхлопных газов от сажи (задерживается до 90 – 95% частиц).
•Работоспособность и состояние ФЗ под полным контролем электронной системы с обратной связью.
•Высокая скорость и полнота химических реакций (дожигание частиц сажи до состояния CO и СO2) вне зависимости от наружной температуры и влажности.
•Высокая стойкость к выгоранию начинки по причине применения жаропрочной керамики.
"-"
•Быстро забивается частицами сажи и теряет проницаемость при движении автомобиля в городском режиме и/или при использовании топлива низкого качества.
•Сложный и медленный процесс регенерации ФЗ.
•Обязательное наличие системы диагностики и контроля за состоянием ФЗ.
•Сложная конструкция и технология изготовления, а также высокая себестоимость.
•Необходимость полной замены ФЗ через 60 –
000 км.•Более частая замена ФЗ в условиях применения некачественного дизельного топлива.
FAP™ ("filtre a particules"), и/или фильтры закрытого типа с функцией регенерации (ФЗР)
FAP™ – официально зарегистрированное обозначение технологии фильтра закрытого типа с регенерацией, созданной группой PSA Peugeot Citroen. FAP™-фильтр по своей сути является усовершенствованным ФЗ DPF, который дополнен системой автоматической регенерации.
Для регенерации FAP™-фильтра используется специальная цериесодержащая присадка EOLYS™, которая автоматически впрыскивается в дизельное топливо из отдельного резервуара. Присадка впрыскивается в топливный бак регулярно по сигналу системы контроля работоспособности FAP™-фильтра, в результате чего ФЗР практически не может быть забит, тем более, полностью закупорен.
Цериесодержащая присадка EOLYS™ представляет собою жидкий коллоидный раствор дизельного топлива с микрогранулами церия. Микрогранулы состоят из частиц церия, заключённых в нерастворимой оболочке из вещества, по своим свойствам напоминающего желатин. Благодаря своему свойству при окислении (сгорании) выделять большое количество тепла, церий дополнительно разогревает выхлопные газы.
Дополнительно разогретые выхлопные газы, попадая в FAP™-фильтр разогревают жаропрочный керамический реактор до 700°С, в результате чего, все осевшие в микроканалах частички сажи быстро выгорают практически без остатка. Кроме этого, при локальных температурах порядка 1000°С окисляется основное количество сложных углеводородных продуктов неполного сгорания. Примерно через 3 – 5 минут после впрыска присадки EOLYS™ в дизельное топливо, FAP™-фильтр полностью самоочищается и снова готов к полноценной работе.
Самое важное преимущество технологии FAP™ состоит в том, что процесс регенерации фильтра никак не отражается на поведении автомобиля, происходит автоматически и абсолютно незаметно для водителя.
До недавнего времени ФЗР FAP™ являлся единственной в мире системой противосажевого фильтра с регенерацией. Несколько лет назад у некоторых производителей автомобилей (Ford, Toyota, и др.) появились альтернативные FAP™-фильтру PSA разработки фильтров с регенерацией (cDPF, DPNR и др.). Однако, и сегодня FAP™-фильтр считается самой совершенной, надёжной и безотказной системой противосажевого фильтра с регенерацией в мире.
В настоящее время, подавляющее большинство дизельных двигателей автомобилей Peugeot оснащены противосажевыми фильтрами FAP™ III-го поколения.
"+”
- Увеличенный срок службы FAP™-фильтра относительно ФО и ФЗ. При правильной эксплуатации, на практике, срок службы FAP™-фильтра соразмерим со сроком службы самого автомобиля. Практическое отсутствие причин для внеплановой замены FAP™-фильтра.
- Отсутствие избыточного забивания и/или засорения фильтра
- Постоянное присутствие в рабочем состоянии, а значит и отсутствие влияния на характеристики двигателя и автомобиля в целом.
- Самая высокая устойчивость (по отношению к ФО и ФЗ) к эксплуатации на дизельном топливе низкого качества.
- Более низкие затраты при эксплуатации относительно ФЗ (даже более частая заправка жидкостью EOLYS™ оказывается дешевле замены DPF-фильтра).
- Необходимость пополнения запаса жидкости EOLYS™ через
– 100 000 км (один раз в течение нескольких лет!)"-" (это даже не практические, а теоретические минусы)
- Нежелательность эксплуатации FAP™-фильтра при отсутствии жидкости EOLYS™.
- Более частый долив (заправка) жидкости EOLYS™ при эксплуатации автомобиля на дизельном топливе низкого качества.
- Повышенные требования к системе диагностики и контроля за состоянием ФЗ, что, теоретически, делает её более сложной и дорогой.
- Повышенные требования к жаростойкости и жаропрочности материалов реактора FAP™-фильтра в виду работы при температурах, иногда локально превышающих 1000°С.
Регенерация FAP™-фильтра. Как это работает?
1) Церий, заключённый в микрогранулах, содержащихся в "пилотных” и основных порциях топлива, впрыскиваемых системой Common Rail™ в цилиндры дизельного двигателя, никак не влияет на протекание сгорания, но увеличивает температуру выхлопных газов. Такое увеличение температуры не может привести к перегреву двигателя, но подготавливает FAP™-фильтр к регенерации, разогревая рабочую поверхность его реактора (клетчатку).
2) Во время такта выпуска отработавших газов, когда выпускные клапаны открыты, происходит послевпрыск топлива в поток газов, вытесняющихся поршнем из цилиндра. Отработавшие газы, уже частично охлаждённые, не вызывают воспламенение церия, а лишь испаряют желатиновую оболочку микрогранул.
3) В предварительно разогретом виде и с испарённой оболочкой, частицы церия попадают на уже разогретую до необходимой температуры (400 - 600°С) клетчатку FAP™-фильтра.
4) Разогретый церий, будучи задержанным клетчаткой FAP™-фильтра, попадая на поверхность с высокой температурой, в присутствии кислорода отработавших газов и углерода сажи, мгновенно воспламеняется, поджигая частички сажи.
5) Частички сажи, заключённые в клетчатке FAP™-фильтра, будучи вместе с ней разогретыми до 400 - 600°С готовы вступить в реакцию с кислородом: С + О2 = СО2. Необходимо лишь то, что начнёт реакцию! Как известно - для взрыва динамита необходим детонатор, а для розжига костра – маленькая спичка. Роль детонатора/спички в регенерации FAP™-фильтра и выполняет попадающий на поверхность его клетчатки церий. Его микрочастицы, воспламеняясь, поджигают слой частиц сажи, локально поднимая температуру до 1000°С(!!!). Это, с одной стороны, не приводит к повреждению (выгоранию) керамической решётки (клетчатки), а с другой стороны, максимально быстро и в полном объёме окисляет не только частицы сажи (являющимися разновидностью состояния углерода), но и более сложные составляющие выхлопных газов дизельного двигателя, в том числе и окислы органических соединений.
Понятия.
Сажа
дисперсный углеродный продукт неполного сгорания или термического разложения углеводородов, состоящий из сферических частиц чёрного цвета. Средний размер сажевых частиц 100—3500 Ангстрем (1 Ангстрем = 10-7 мм). Частицы сажи образованы из слоев углеродных атомов, подобных слоям в графите. Поверхность частиц сажи может быть шероховатой или гладкой.
Сажа, образующаяся при работе двигателей внутреннего сгорания, выбрасывается вместе с продуктами горения в атмосферу в виде вредных дымов. Сажа, особенно слипшаяся в более крупные частицы, является сильным канцерогеном. Она может способствовать возникновению различного рода аллергических реакций организма человека. Сажевые частицы в нормальных условиях не взаимодействуют с кислородом воздуха и поэтому удаляются только за счёт процессов осаждения и/или последующего дожигания до состояния CO2, которые идут очень медленно. Поэтому для сохранения здоровья человека необходим жёсткий контроль за полнотой сгорания топлива.
Церий — Се (Cerium), химический элемент III группы периодической системы элементов Менделеева, атомный номер 58, атомная масса 140,12 относится к редкоземельным элементам. Церий был открыт в 1803 г. и назван по имени малой планеты Цереры.
Интерес к церию возник после того, как было обнаружено, что сплавы церия с железом обладают интересным свойством — при ударе кусочка такого сплава о шероховатую стальную поверхность высекаются искры с температурой до 200° С. Такие искры легко воспламеняли вату, паклю и, главное, бензин. В результате возникли зажигалки с широко известными "кремешками". Вначале это были бензиновые, а позже газовые зажигалки, которые начали успешно вытеснять спички (в настоящее время чаще применяют пьезоэлектрические источники искры в зажигалках).
Церий — весьма активный металл. На воздухе он окисляется за несколько суток, образуя серый рассыпающийся порошок. При нагревании на воздухе в виде монолитного блока церий загорается при 160-180° С. Металлический порошок церия, вспыхивает на воздухе в результате энергичного окисления. Церий разлагает воду при кипячении, растворим в минеральных кислотах, устойчив к действию щелочей. Бурно взаимодействует с галогенами, азотом и углеродом (это свойство и используется в FAP™-фильтрах).
Какие правила необходимо соблюдать для нормальной работы FAP™-фильтра в российских условиях эксплуатации.
1) Рекомендуется пользоваться моторным маслом Total Activa/Quartz INEO ECS 5W-30 с низким содержанием сульфатных зол, фосфора и серы. Причина рекомендации о применении этого моторного масла не только в том, что оно обеспечивает нормальную работу дизельного двигателя при температурах окружающей среды до - 25°С. Основное его преимущество состоит в следующем…
Даже самые совершенные в мире двигатели внутреннего сгорания имеют отвод картерных газов (образование которых неизбежно) в систему впуска воздуха. Картерные газы содержат:
•Испарённые частицы моторного масла
•Отработавшие газы
•Продукты реакции моторного масла и отработавших газов
Моторное масло Total Activa/Quartz INEO ECS 5W-30 позволяет не только избавиться от вредного воздействия картерных газов на детали двигателя, но и практически полностью исключить их влияние на работу FAP™-фильтра.
2) Категорически запрещается добавлять в дизельное топливо и/или моторное масло как моющие, так и противоизносные присадки, не рекомендованные сервисной сетью Peugeot!
Независимые исследования преждевременно вышедших из строя FAP™, DPF, и других противосажевых фильтров иногда шокируют своими результатами - в повреждённых керамических клетчатках обнаруживались экзотические оксиды в виде фторо-боро-молибдено-содержащих оксидных композиций (удаление и/или дожиг которых возможен только при сверхвысоких температурах порядка 3000°С!), ставших следствием применения "чудодейственных” присадок с веществами, используемыми обычно в космической промышленности для совершенно иных целей. Будьте бдительны!!!
3) FAP™-фильтр в настоящее время обладает самой лучшей выносливостью, безотказностью и температурно-химической стойкостью среди противосажевых фильтров. Однако, образно говоря - как любой человеческий организм, помещённый в идеальные условия, может прожить до 120 – 140 лет, но за 3-5 лет может быть уничтожен воздействием алкоголя, табака и наркотиков, так и FAP™-фильтр, при нормальных условиях эксплуатации подлежащий замене через 120 – 140 000 км, может прийти в негодность уже после десятка заправок некачественным топливом.
