Новости

Jul 30, 2023

Что такое сажевый фильтр? PH объясняет

Одним из наиболее заметных побочных продуктов сгорания дизельного топлива являются твердые частицы.

Одним из наиболее заметных побочных продуктов сгорания дизельного топлива являются твердые частицы, которые состоят в основном из сажи, образующейся от несгоревшего топлива. Эта сажа вместе с другими твердыми частицами и побочными продуктами сгорания выделяется в виде густого черного дыма — обычно при большой нагрузке двигателя.

Сажа и другие мелкие частицы, выбрасываемые дизельными двигателями, вредны при проглатывании и могут вызвать такие проблемы, как повреждение легких и рак. В частности, в городских районах огромное количество дизельного транспорта в значительной степени способствует заболеваниям, связанным с загрязнением воздуха. Способы фильтрации этих твердых частиц из потока выхлопных газов начали исследоваться в конце 1960-х годов, что привело к разработке сажевых фильтров. Первая серийная автомобильная система была предложена компанией Mercedes-Benz, например, на калифорнийском рынке 300D 1985 года.

Системы, которые позже стали известны как «дизельные сажевые фильтры» (DPF), основывались на улавливании сажи выхлопных газов в фильтрующем узле. Когда фильтр заполнялся, выполнялся цикл «регенерации». Этот процесс повысит температуру в сажевом фильтре до такого высокого уровня, что нежелательные накопившиеся побочные продукты сгорят и окислятся, а затем высвободятся в виде менее вредного углекислого газа.

Поскольку дизельное топливо стало более популярным, а пробки в городах привели к все более неприятным проблемам с качеством воздуха, использование DPF стало более распространенным. К 2009 году, когда правила выбросов продолжали ужесточаться, всем новым дизельным автомобилям стало необходимо иметь сажевый фильтр.

Как работает сажевый фильтр? Внутри сажевого фильтра находится структура, называемая «подложкой фильтра», которая является элементом, ответственным за улавливание частиц сажи. Обычно он изготавливается из керамических материалов, а его стенки часто пористые. Используются две распространенные формы конструкции: фильтр пристенного потока и фильтр частичного потока. В первом случае весь выхлопной газ проходит через пористые стенки фильтра, что эффективно удаляет частицы, но может привести к легкому засорению узла. Фильтры частичного потока, напротив, содержат каналы, которые протекают и переплетаются - поэтому, когда выхлопной газ быстро меняет направление, он откладывает сажу на стенке подложки. Эти фильтры не засоряются легко, но они гораздо менее эффективны.

В любом случае основной принцип один и тот же. Выхлопные газы двигателя подаются в сажевый фильтр, и газы проходят через пористый материал или каналы внутри. Частицы в потоке выхлопных газов не могут пройти через стенки или каналы фильтра, поэтому они затем оседают внутри DPF, в то время как остальная часть выхлопных газов выходит из выхлопной трубы.

Отложения в DPF, если их не контролировать, в конечном итоге заблокируют фильтр в сборе и вызовут серьезные проблемы с производительностью. Чтобы очистить фильтр, не снимая его с автомобиля, происходит процесс, называемый «регенерацией». Это предполагает повышение температуры внутри сажевого фильтра до такой степени, что хранящийся внутри мусор сгорает и окисляется в газообразную форму, обычно в углекислый газ. Процесс, в результате которого образуются менее вредные выбросы, чем простой выброс сажи в атмосферу, может происходить пассивно или активно.

Пассивная регенерация происходит, когда температура выхлопных газов достаточно высока, чтобы сжечь материал внутри фильтра; такие условия могут возникнуть, когда автомобиль движется на скоростях автомагистрали, и в результате процесс остается невидимым для водителя. С другой стороны, активная регенерация предполагает искусственное повышение температуры внутри фильтра. Один из подходов — изменить поведение двигателя, например, задержать процесс впрыска, чтобы сгорание продолжалось в выхлопе и нагревало фильтр. В качестве альтернативы можно использовать систему отопления или топливо может впрыскиваться непосредственно в выхлопные газы, сгорая в системе для повышения ее температуры.

В некоторых случаях, например, когда водитель постоянно совершает короткие поездки, фильтр может не успеть восстановиться. В конечном итоге это приводит к его блокировке, снижению производительности двигателя и возникновению проблем; в результате многие технические специалисты могут принудительно регенерировать DPF, чтобы очистить его. Хотя сажевые фильтры могут доставлять проблемы, они, по крайней мере, эффективны: один производитель утверждает, что его фильтры с пристеночным потоком улавливают 90 или более процентов частиц сажи, выбрасываемых двигателем.