Что такое сажевый фильтр, его устройство и принцип работы

С введением экологических стандартов, начиная с 2009 года все автомобили с самовоспламеняющимся ДВС должны быть оборудованы сажевыми фильтрами. Рассмотрим, зачем они нужны, как они работают и как за ними ухаживать.

Что такое сажевый фильтр, и как он работает?

Само понятие фильтр указывает на то, что деталь участвует в процессе очистки. Только в отличие от воздушного фильтра, сажевый устанавливается в выхлопной системе. Деталь предназначена для того, чтобы максимально снизить выброс вредных веществ в атмосферу.

В зависимости от качества изделия и фильтрующих элементов эта деталь способна обеспечить удаление до 90 процентов сажи из выхлопа после сгорания дизтоплива. Работа СФ проходит в два этапа:

1. Удаление сажи. Фильтрующие элементы, пропускающие дым, задерживают твердые частицы. Они оседают в ячейках материала. В этом основная задача фильтра.
2. Регенерация. Это процедура по очистке ячеек от скопившейся сажи. Она производится тогда, когда при исправных сопутствующих системах мотор начинает терять мощность. Другими словами, регенерация это восстановление чистоты поверхности ячеек. В разных модификациях применяется своя технология по чистке сажевика.

Где находится и для чего нужен сажевый фильтр в автомобиле

Так как СФ участвует в очистке выхлопа, то он устанавливается в магистраль выхлопной системы автомобиля, работающего от дизельного ДВС. Каждый производитель оснащает свои автомобили системой, которая может отличаться от аналогов других брендов. По этой причине нельзя установить жесткого правила, где должен находиться фильтр.

В некоторых автомобилях сажевик используется вместе с катализатором, который устанавливается во всех современных автомобилях, оснащенных бензиновым мотором. В этом случае фильтр может стоять либо перед каталитическим нейтрализатором, либо после него.

Некоторые производители (например, Volkswagen) создали комбинированные фильтры, которые совмещают в себе функции и фильтра, и катализатора. Благодаря этому выхлоп от дизеля по чистоте не отличается от бензинового аналога. Часто такие детали устанавливаются сразу после выпускного коллектора, чтобы температура отработанных газов обеспечивала должную химическую реакцию по нейтрализации вредных веществ.

Устройство фильтра

В классическом исполнении устройство сажевого фильтра очень похоже на устройство катализатора. Он имеет форму металлической колбы, только внутри нее находится прочный фильтрующий элемент с ячеечной структурой. Часто этот элемент изготавливается из керамики. Тело фильтра имеет множество ячеек с сечением в 1мм.

В комбинированных вариантах элементы катализатора и фильтрующий элемент помещены в один модуль. Дополнительно в таких деталях устанавливается лямбда-зонд, датчики давления и температуры отработанных газов. Все эти детали обеспечивают максимально эффективное удаление вредных частиц из выхлопа.

Особенности работы и эксплуатации сажевого фильтра

Срок службы сажевых фильтров напрямую зависит от условий эксплуатации транспортного средства. В зависимости от этого автовладельцу необходимо проверять состояние фильтра в через каждый 50-200 тысяч километров пробега. Если машина эксплуатируется в городских условиях и часто оказывается в пробках, то ресурс фильтра будет меньшим по сравнению с аналогом, установленным в машине, которая эксплуатируется в более легких условиях (дальние поездки по трассе). По этой причине немалое значение играет показатель моточасов силового агрегата.

Так как забитый сажевый фильтр снижает показатели мощности двигателя, каждому автомобилисту необходимо периодически проводить регенерацию системы выхлопа. Также большое значение имеет соблюдение регламента замены моторного масла. Поэтому автовладелец должен тесно придерживаться рекомендаций производителя машины.

Выбор масла для дизеля

Так же, как и в случае каталитического нейтрализатора, которым оснащаются современные бензиновые автомобили, сажевый фильтр может серьезно пострадать, если владелец авто использует неподходящее моторное масло. В таком случае смазка может попадать в цилиндры и сгорать на такте рабочего хода.

При этом будет выделяться большое количество сажи (это зависит от объема поступающего масла), которая не должна присутствовать в выхлопной системе автомобиля. Эта копоть попадает в ячейки фильтра и образует нагар на них. Для дизельных моторов Ассоциацией Европейских Автопроизводителей был установлен стандарт моторного масла, которое удовлетворяет требованиям экологического стандарта не менее Евро4.

На упаковке с таким маслом будет нанесена маркировка С (с индексами от 1 до 4). Такие масла разработаны специально для автомобилей, оснащенных системой нейтрализации или очистки отработавших газов. Благодаря этому срок службы сажевого фильтра увеличивается.

Автоочистка

Во время работы силового агрегата могут запускаться физические процессы, которые автоматически очищают сажевый фильтр от нагара. Это происходит, когда выхлопные газы, поступающие в емкость фильтра, разогреваются до +500 градусов и выше. Во время так называемой пассивной автоочистки сажа окисляется раскаленной средой и откалывается от поверхности ячеек.

Но чтобы данный процесс запустился, мотор должен работать на определенных оборотах продолжительное время. Когда машина находится в пробке и часто ездит на небольшие расстояния, выхлопные газы не успевают прогреться до такой степени. Как результат – сажа накапливается в фильтре.

В помощь водителям, эксплуатирующим свои автомобили в таком режиме, производители разной автохимии разработали специальные противосажевые присадки. Их использование позволяет запустить автоочистку фильтра при температуре выхлопных газов в пределах +300 градусов.

Некоторые современные автомобили оснащаются системой принудительной регенерации. Она впрыскивает некоторое количество топлива, которое воспламеняется в каталитическом нейтрализаторе. Благодаря этому сажевый фильтр раскаляется и происходит удаление налета. Эта система работает на основании датчиков давления, установленных до сажевого фильтра и после него. Когда появляется большая разница между показаниями этих датчиков, активируется система регенерации.

Некоторые производители, например, Peugeot, Citroen, Ford, Toyota вместо дополнительной порции топлива для разогрева фильтра используется особенная присадка, которая находится в отдельном резервуаре. В составе этой присадки имеется церий. Система регенерации периодически добавляет это вещество в цилиндры. Присадка принудительно разогревает отработавшие газы до температуры около 700-900 градусов. Если машина оснащена разновидностью такой системы, ему не нужно ничего делать для очистки сажевого фильтра.

DPF сажевые фильтры закрытого типа

Сажевые фильтры в современном исполнении делятся на два типа:

• dpf фильтры закрытого типа;
• fap фильтры с функцией регенерации фильтрующего элемента.

К первой категории относятся элементы, внутри которых имеются керамические соты, как в каталитическом нейтрализаторе. На их стенки наносится тонкий титановый слой. Эффективность такой детали зависит от температуры выхлопа – только в этом случае будет происходить химическая реакция по нейтрализации окиси углерода. По этой причине такие модели устанавливаются максимально близко к выпускному коллектору.

Оседая на керамические соты с титановым покрытием, сажа и угарный газ окисляются (температура, при которой возникает реакция, должна быть несколько сотен градусов). Наличие датчиков позволяет вовремя диагностировать неисправность фильтра, о чем водитель получит уведомление от ЭБУ на приборке автомобиля.

FAP сажевые фильтры закрытого типа с функцией регенерации

FAP-фильтры – тоже закрытого типа. Только отличаются они от предыдущих функцией самоочистки. Сажа в таких колбах не скапливается. Ячейки этих элементов покрыты особенным реагентом, который вступает в реакцию с горячим дымом и при высокой температуре полностью удаляет частички из выпускного тракта.

Некоторые современные автомобили оснащаются специальной промывочной системой, которая в нужный момент впрыскивает реагент при движении авто, благодаря чему сажа удаляется уже на ранних этапах образования.

 Иногда вместо присадки используется дополнительная порция топлива, которая догорает в самом фильтре, повышая температуру внутри колбы. В результате прожига все частицы полностью удаляются из фильтра.

Регенерация сажевого фильтра

При сгорании дизтоплива выделяется большое количество твердых частиц. Со временем эти вещества оседают на внутренней части каналов сажевика, от чего происходит его засорение.

Если заправляться плохим топливом, есть высокая  вероятность, что в фильтрующем элементе будет скапливаться большое количество серы. Она препятствует качественному сгоранию солякри, способствует окислительной реакции в выпускной системе, из-за чего ее детали будут быстрее выходить из строя.

Однако быстрое загрязнение сажевого фильтра может происходить и по причине неправильной настройки дизельного мотора. Еще одна причина – неполное сгорание воздушно-топливной смеси, например, из-за вышедшей из строя форсунки.

Что такое регенерация?

Под регенерацией фильтра подразумевается очистка или восстановление забитых ячеек фильтра. Сама процедура зависит от модели фильтра. А также от того, как этот процесс настроил производитель автомобиля.

В теории сажевик не может полностью забиться, так как в нем должны происходить химические реакции. Но на практике такое часто случается (причины указаны немного выше). По этой причине производителями была разработана функция самоочистки.

Существует два алгоритма выполнения регенерации:

• Активный;
• Пассивный.

Если автомобиль не может выполнить самостоятельную чистку катализатора и фильтра, эту процедуру можно выполнить самому. Она потребуется в следующих случаях:

• Машина редко ездит на большие расстояния (выхлоп не успевает прогреться до нужной температуры);
• ДВС заглушили в процессе регенерации;
• Неисправные датчики – ЭБУ не получает нужных импульсов, из-за чего не включается процедура очистки;
• При низком уровне топлива регенерация не происходит, так как для нее нужно дополнительное количество дизеля;
• Неисправность клапана EGR(находится в системе рециркуляции выхлопных газов).

Признак забитого фильтра – резкое снижение мощности силового агрегата. Решить проблему в таком случае поможет мойка фильтрующего элемента при помощи специальных химических средств.

Для чистки сажевого фильтра не нужны механические средства. Достаточно снять деталь с выхлопной системы и закрыть одно из отверстий. Далее в емкость заливается универсальный эмулятор. Средство помогает удалить налет без необходимости покупать новую деталь. Жидкость должна полностью покрыть загрязненную поверхность. На протяжении 12 часов деталь периодически нужно встряхивать, чтобы сажа лучше отставала.

После применения очистителя деталь промывается под проточной водой.  

Пассивная регенерация

Этот процесс выполняется при работе мотора под нагрузкой. Когда машина едет по дороге, температура выхлопа в фильтре повышается до около 400 градусов. Эти условия провоцируют химическую реакцию по окислению сажи.

В процессе регенерации в таких фильтрах образуется диоксид азота. Это вещество воздействует на углеродные соединения, из которых состоит сажа. Такой процесс образует оксид азота вместе с угарным газом. Далее благодаря наличию в полости кислорода эти два вещества вступают с ним в реакцию, в результате чего образуется два других соединения: СО₂ и диоксид азота.

Стоит учесть, что не всегда такой процесс происходит одинаково эффективно, поэтому периодически нужно проводить принудительную чистку дпф сажевика.

Активная регенерация

Чтобы сажевый фильтр не вышел из строя, и не пришлось менять его на новый, необходимо периодически проводить прочистку активной поверхности катализатора. В условиях городского движения или поездок на малые дистанции невозможно обеспечить пассивную чистку катализатора.

В таком случае необходим запуск активной или принудительной процедуры. Суть ее сводится к следующему. Перекрывается клапан егр (при необходимости автоматически вносятся коррективы в работу турбины). Дополнительно к основной порции топлива формируется некоторое количество воздушно-топливной смеси.

Она подается в цилиндр, в котором частично сгорает. Остаток смеси поступает в выпускной коллектор и попадает в катализатор. Там она догорает и температура выхлопа подскакивает – образуется эффект доменной печи с включенным поддувом. Благодаря этому эффекту производится прожигание скопившихся в ячейках катализатора частичек.

Такая процедура необходима, чтобы в каталитическом нейтрализаторе продолжала происходить химическая реакция. Благодаря этому в фильтр будет поступать меньше сажи, а это в свою очередь увеличит ресурс противосажевого фильтра.

Помимо очистки катализатора сгорание дополнительной порции ВТС за пределами двигателя обеспечивает повышение температуры и в контуре самого фильтра, что частично тоже способствует его очистке.

Водитель узнает о том, что электроника выполняет данную процедуру по непродолжительному повышению оборотов на холостом ходу во время длительной поездки. В результате такой самоочистки из выхлопной трубы выйдет более темный дым (это норма, так как из системы удаляется сажа).

Почему регенерация может давать сбои и как провести ручную очистку

Существует несколько причин, из-за которых регенерация сажевого фильтра не происходит. Например:

• Непродолжительные поездки, из-за которых процесс не успевает запуститься;
• Регенерация прерывается из-за остановки мотора;
• Один из датчиков не передает показания или сигнал от него совсем отсутствует;
• Низкий уровень топлива или присадки в резервуаре. Система определяет, сколько топлива или противосажевой присадки нужно для полноценной регенерации. Если уровень низкий, то процесс не запустится;
• Неисправность клапана EGR.

Если машина эксплуатируется в таких условиях, что самоочистка не запустится, то сажевый фильтр можно почистить вручную. В этом случае его нужно снять с автомобиля. Далее один вывод нужно заглушить пробкой, а в другой заливается жидкость для промывки. Периодически фильтр нужно потряхивать, чтобы сорвалась откисшая сажа.

На промывку фильтра необходимо выделить около 12 часов. По истечении этого времени промывка сливается, а сам фильтр промывается чистой проточной водой. Хотя эту процедуру можно выполнить самостоятельно, лучше отвезти для этого машину на СТО, чтобы совместить с диагностикой всей выхлопной системы. Необязательно в таком случае придется тратить так много времени. Например, некоторые СТО имеют специальное оборудование, которое имитирует процесс регенерации фильтра путем принудительного выжигания сажи. Может использоваться особенный нагреватель и впрыск топлива, что имитирует работу системы регенерации.

Причины повышенного образования сажи

Ключевой параметр, влияющий на чистоту сажевого фильтра, это низкое качество топлива. Дизтопливо такого качества может в ставе иметь большое количество серы, которая не только не дает топливу полностью сгореть, но и провоцирует окислительную реакцию металла. Если было замечено, что после недавней заправки система запускает регенерацию чаще, то лучше поискать другую заправку.

Также на количество сажи в фильтре зависит от настроек работы самого силового агрегата. Например, когда впрыск происходит некорректно (не распыляется, а бьет струей, из-за чего в одной части камеры образуется неоднородная воздушно-топливная смесь – обогащенная).

Как ухаживать за сажевым фильтром

Так же, как и другие детали, которые подвергаются нагрузкам, сажевый фильтр тоже нуждается в периодическом обслуживании. Конечно, если в машине должным образом настроена работа двигателя, топливной системы и всех датчиков, то в сажевике будет меньше образовываться сажи, а регенерация будет происходить максимально эффективно.

Однако нет необходимости ждать, когда на приборной панели загорится лампочка с ошибкой двигателя, чтобы проверить состояние противосажевого элемента. Диагностика автомобиля поможет на ранних этапах определить засорение СФ.

Продлить его срок службы можно, если применять специальную промывку или очиститель, которые позволяют быстро и безопасно убрать сажевые отложения из фильтра.

Срок службы и замена сажевого фильтра

Несмотря на запуск автоматической очистки, сажевый фильтр все равно приходит в негодность. Причиной тому является постоянная работа в зоне высоких температур, а во время регенерации этот показатель прилично повышается.

Обычно при должной работе мотора и с использованием качественного топлива фильтр способен отходить около 200 тысяч километров пробега. Но в некоторых регионах не всегда доступно качественное топливо, из-за чего обращать внимание на состояние сажевого фильтра необходимо раньше, например, через каждые 100 000 км.

Бывают случаи, когда фильтр остается целым и при пробеге в 500 тысяч. Так или иначе, каждый автомобилист должен самостоятельно обращать внимание на поведение транспортного средства. Ключевым фактором, свидетельствующим о проблемах с сажевым фильтром, является значительное снижение мощности мотора. Также двигатель начнет брать много масла, а из выхлопной системы может появиться сизый дым и в работе ДВС – нехарактерный звук.

Можно ли убрать сажевый фильтр?

Если просто сказать, то это сделать реально. Только второй вопрос – какой смысл, если автомобиль в таком случае не будет соответствовать экологическим стандартам. Помимо этого электронный блок управления настроен так, чтобы контролировать работу и этого элемента. Если его убрать из системы, то в электронике будет происходить постоянный программный сбой.

Некоторые идут на этот шаг  и ставят обманку по следующим причинам:

• Отпадет необходимость в обслуживании дополнительной детали машины;
• Новый сажевый фильтр стоит достаточно дорого;
• Немного снижается расход топлива, так как процесс регенерации не будет выполняться;
• Незначительно, но все же мощность мотора увеличится.

Однако минусов у такого решения намного больше:

• Самое первое – несоответствие никаким экологическим стандартам;
• Цвет выхлопа заметно изменится, что будет создавать проблему в большом городе, особенно летом и в пробках (воздуха и так не хватает, а тут еще рядом пыхтящий автомобиль заставляет включать циркуляцию воздуха внутри машины);
• О поездках в страны Евросоюза можно забыть, потому что машину не пустят через границу;
• Отключение некоторых датчиков приведет к сбою в программном обеспечении блока управления. Чтобы решить проблему, потребуется перепрошивка ЭБУ. Стоимость прошивки высока, а последствия могут быть непредсказуемыми. Обнуление данных в блоке управления вызовет массу вопросов, которые не дадут возможности продать машину по приемлемой цене.

Это лишь некоторые негативные стороны вырезки сажевого фильтра. Но их должно быть достаточно, чтобы отбросить идею и приняться за реставрацию, чистку или покупку нового сажевого фильтра.

Вместо заключения

Решать, удалять ли сажевый фильтр из выхлопной системы автомобиля – личное решение каждого автомобилиста. Если в случае со старыми машинами эта проблема решена на заводском уровне (СФ редко встречаются), то некоторые авто нового поколения без него вообще не будут работать. И количество таких машин не снижается, потому что достойную замену дизелю еще не выпустили.

С автомобилями, оснащенными сложными электронными системами, лучше не экспериментировать, так как при наличии постоянной ошибки ЭБУ может перейти в аварийный режим.

Дополнительно о сажевом фильтре смотрите в видео:

Сажевый фильтр, регенерация - что это такое и как работает?

Видео на тему

В дополнение предлагаем подробное видео о том, как происходит регенерация сажевого фильтра:

Перед тем, как вырезать сажевый фильтр, посмотри это видео.

Вопросы и ответы:

Можно ли очистить сажевый фильтр? Для этого нужно его снять, залить специальной жидкостью для очистки и спустя около 8 часов промыть и поставить на место. Промывку также можно выполнить, не снимая деталь с авто.

Как часто нужно менять сажевый фильтр? Любой сажевый фильтр забивается. Обычно его замена требуется в среднем через 200 тысяч километров пробега, но на это влияет качество топлива, состав ВТС и количество моточасов.

Можно ли ездить без сажевого фильтра? В техническом плане это не повлияет отрицательно на авто. Но электроника будет постоянно фиксировать ошибку, а выхлоп не будет соответствовать экостандартам.