Предметы:
- Общий
- Происхождение частиц сажи
- Работа сажевого фильтра
- Самогенерирующийся сажевый фильтр
- Полуоткрытый сажевый фильтр
- Выхлопные газы дизельного двигателя
в целом:
На дизельных двигателях используется сажевый фильтр. Задача сажевого фильтра — пропускать выхлопные газы и удерживать частицы сажи. Сегодня каждый дизельный двигатель нового автомобиля оснащен сажевым фильтром, отвечающим строгим экологическим требованиям. В некоторых крупных городах уже запрещено ездить на «грязных» дизельных автомобилях без сажевого фильтра и бензиновых автомобилях без каталитического нейтрализатора.
Происхождение частиц сажи:
Частицы сажи всегда образуются в процессе сгорания дизельного двигателя. Копоть является признаком неполного сгорания. Частицы сажи представляют собой небольшие углеродные сферы с ядром из чистого углерода диаметром примерно 0,05 микромиллиметра. Определенные вредные вещества, в том числе углеводороды, оксиды серы и металлов, прилипают к ядру этого углерода. Некоторые углеводороды могут быть вредны для здоровья.
Образование и количество частиц сажи зависят главным образом от эксплуатации, подачи воздуха, впрыска и сгорания топлива в двигателе. Выбросы сажи увеличиваются, особенно при недостатке кислорода, поскольку смесь слишком богата и, следовательно, сгорание является неполным. Чип-тюнинг также может быть причиной чрезмерного выброса сажи.
Размеры частиц сажи практически одинаковы в дизелях с непрямым впрыском с вихревой камерой, в двигателях с непосредственным впрыском, Common Rail и насос-форсунками.
Работа сажевого фильтра:
Сажевый фильтр состоит из керамического корпуса сотовой формы из карбида кремния, заключенного в металлический корпус. Керамическое тело состоит из множества параллельных микроскопических ходов, поочередно закрытых с одной стороны.
Когда выхлопные газы проходят через сажевый фильтр, частицы задерживаются во входных каналах, в то время как остальные газообразные компоненты выхлопных газов проходят через пористые стенки фильтра.
Самогенерирующийся сажевый фильтр:
Самогенерирующийся сажевый фильтр блокирует около 90% всей сажи, выбрасываемой двигателем. Поскольку через некоторое время в самогенерирующемся сажевом фильтре остается много частиц сажи, без принятия мер он может засориться. Чтобы этого не произошло, фильтр необходимо регулярно регенерировать (каждые 200-1000 км). Это называется «процессом регенерации». Это означает, что скопившиеся частицы сажи сгорают. При сгорании частицы превращаются в безвредные вещества углекислый газ и воду. Температура сгорания частиц сажи составляет не менее 600°С для сажевых фильтров без каталитического покрытия, однако выхлопные газы зачастую недостаточно горячие для этого. Для сжигания частиц сажи можно использовать следующие методы:
- Сажевый фильтр с каталитическим покрытием:
Этот тип сажевого фильтра имеет каталитическое покрытие, позволяющее сжигать частицы сажи при температуре 250°С. Однако сажевый фильтр необходимо располагать как можно ближе к двигателю, иначе будет потеряно много тепла. Этот метод регенерации применяется, в том числе, для полуоткрытых и непрерывно регенерирующих сажевых фильтров. - Используйте катализатор окисления: Благодаря катализатору окисления оксиды азота в выхлопных газах частично преобразуются в диоксид азота. Этот диоксид азота очень реактивен, а это означает, что сажа воспламеняется гораздо легче и, следовательно, при более низкой температуре. Поэтому катализатор окисления всегда размещается перед сажевым фильтром, обычно даже сразу после выпускного коллектора. Иногда устанавливается даже 2 таких катализатора. (см. картинку)
- Внешний нагрев: установив катушку накаливания или топливную форсунку в выхлопную систему, можно достичь необходимой температуры для воспламенения частиц сажи. Управление осуществляется через блок управления двигателем. При этом регистрируются значения датчиков перепада давления, измеряющих до и после фильтра, о том, что сажевый фильтр начинает заполняться.
- Дополнительный впрыск топлива: за счет добавления дополнительного топлива в форсунки во время такта выпуска температура выхлопных газов увеличивается, что позволяет добиться регенерации.
Полуоткрытый сажевый фильтр:
Полуоткрытые сажевые фильтры предназначены для автомобилей, которые не оснащены сажевым фильтром в стандартной комплектации. Поэтому этот тип сажевого фильтра устанавливается позже. Полуоткрытых сажевых фильтров становится все меньше, ведь все новые автомобили теперь оснащены сажевым фильтром в стандартной комплектации.
Полуоткрытые сажевые фильтры имеют открытую структуру, которая позволяет выхлопным газам беспрепятственно проходить через фильтр. Некоторые частицы сажи прилипают к стенам. Фильтр имеет внутри каталитическое покрытие, позволяющее регенерировать (сжигать) частицы сажи при низких температурах. Регенерация происходит непрерывно при высокой температуре. Вероятность засорения фильтра невелика, если его время от времени прогревать. Основным недостатком является то, что выбросы могут быть сокращены максимум на 60% при оптимальных условиях, а выбросы при менее оптимальных условиях, что часто имеет место при нормальном использовании, могут быть снижены только на 30%.
Выхлопные газы дизельного двигателя:
На изображении справа и пояснении ниже вы можете увидеть, из чего состоят выхлопные газы дизельного двигателя.
- 67% Азот (N2)
- 12% Углекислый газ (CO2)
- 11% воды (H2O)
- 10% кислорода
- 0,3% других веществ, включая частицы сажи (PM), углеводороды (HC), оксиды азота (NOx), окись углерода (CO).
Чтобы сократить выбросы NOx, в дизельных двигателях все чаще используют один Катализатор SCR с системой дозирования AdBlue.
