Система фільтрації частинок (fap фільтр)
У країнах Європи в даний час особлива увага приділяється екології. Це в свою чергу стосується і автомобілів. Норми, що пред'являються до них постійно посилюються. Начебто тільки були норми Євро-3, потім Євро-4, а ось вже і Євро-6 на підході. У зв'язку з цим автовиробниками суттєвий прогрес у вирішенні складної проблеми зменшення токсичності вихлопу дизелів, причому не тільки сажі, а й СО, СН і NOx.
З сажею розробники дизелів і їх систем харчування борються за допомогою спеціальних фільтрів, а з токсичністю - використовуючи каталітичні нейтралізатори, знайомі по бензиновим моторам.
Перші сажові фільтри з'явилися в 90-і роки XX століття на вантажівках, але адаптувати ці громіздкі вузли для легкових авто відразу не вийшло - не дозволяли розміри і чимала вартість. До початку XXI століття проблему вирішили, зробивши компактні сажові фільтри, що працюють за новим принципом. Однією з перших на легкових авто їх впровадила компанія Peugeot. Фільтр в двигунах HDi входить до складу цілої системи, яка включає в себе блок управління роботою двигуна, датчики тиску, систему дозування спеціальної присадки до палива та систему харчування Сommon Rail, про структуру та принципи роботи якої ми вже писали в нашому розділі «Технічний лікнеп» .
Робочим елементом фільтра служить карбід кремнію, що має пористу структуру з десятками тисяч каналів, де накопичуються частинки сажі. Канали через певний час забиваються, тому їх потрібно чистити. Для цього паливо в циліндри подається з запізненням, і частина його згорає в випускному тракті, що викликає підвищення температури відпрацьованих газів перед входом в фільтр зі 150 ° С до 250 ° С. Після цього вихлопні гази ще раз нагріваються в процесі окислення в каталізаторі - тепер уже до 450 ° С. Такий температурний режим забезпечує спалювання частинок сажі в фільтрі. У звичайних умовах для цього потрібна температура не менше 550 ° С, однак для зниження цієї межі передбачена спеціальна присадка EOLYS. Знаходиться вона в спеціальному пристрої, вмонтованому в паливний бак (або розташованим поруч з ним), і додається в дизельне паливо в необхідній пропорції.
Структура і загальний принцип роботи системи фільтрації автомобілів асоціації Peugeot-Citroen показаний на малюнку 1. А принципи модифікації системи - на малюнку 2.
Крім технології очищення сажових фільтрів, розробленої Peugeot. існує ще один спосіб спалювання сажі в фільтрі (керамічному або металлокерамическом) - без використання спецпрісадкі. Режим «спалювання» активізується, як і у Peugeot. блоком управління двигуном після отримання інформації про заповнення фільтра від датчиків тиску в системі вихлопу. Особливість режиму згоряння полягає в тому, що системою рециркуляції подається в циліндри на повторне спалювання більшу кількість відпрацьованих газів, впорскується більше палива і знижується подача свіжого повітря. Це веде до помітного збільшення температури вихлопу, завдяки чому і вигорає сажа. Однією з перших цю технологію використовувала Toyota.
Одна з останніх новинок в області зниження токсичності вихлопу дизельних моторів - електронна система контролю дизеля EDC (electronic diesel control) компанії Bosch.
Конструктивно вона включає в себе багатокомпонентну систему випуску відпрацьованих газів, в якій передбачено сім (!) Датчиків: два - лямбда-зонда, два температурних, два - тиску і один - рівня сажі у вихлопі, а також три очисних елемента: каталітичний нейтралізатор, каталізатор -накопичувач, який виконує функції додаткового очищення вихлопу від двоокису азоту (NO2) і попередньої - від частинок сажі, і заключний фільтр сажі.
Датчики в системі вихлопу дозволили максимально оптимізувати процеси сумішоутворення і згоряння. До речі, для цього під контроль «мозку» EDC передали і багато систем двигуна - паливо і повітроподача, рециркуляції відпрацьованих газів, електронну дросельну заслінку і турбонаддув.
Для підвищення екологічності дизеля автовиробники встановлюють на свої машини ще й всілякі модифікації описаних систем, які в залежності від робочого об'єму двигуна і типу системи подачі палива (Сommon Rail, насос-форсунка, передкамерний або безпосереднє уприскування) відрізняються кількістю каталізаторів і саж фільтрів.
В автомобілях Volkswagen для перерахованих вище цілей використовується Diesel Particular Filter (DPF). Конструктивно - це фільтр твердих частинок вихлопу дизельних двигунів, вбудований у вихлопній трубопровід за окислювальним каталізатором. Він відфільтровує з вихлопної системи двигуна частинки сажі, які утворюються при згорянні дизельного палива. На розміщеної нижче ілюстрації (рис.3) показані основні компоненти фільтра твердих частинок вихлопу дизельних двигунів:
- Прилади панелі управління
- Панель управління силовим агрегатом
- Бак з паливною сумішшю
- Датчик рівня горючої суміші в баку
- Деталь фільтра насоса паливної суміші
- Паливний бак
- Дизельний двигун
- Датчик температури турбіни
- турбіна
- Лямбда-зонд
- окислювальний каталізатор
- Датчик температури фільтра дизельного двигуна
- Фільтр твердих частинок вихлопу дизельних двигунів
- Датчик тиску вихлопних газів
- глушник
- Вимірювач маси повітря
Матриця фільтр сажі представляє собою порожнисту структуру з кераміки на базі карбіду кремнію. Керамічна матриця укладена в металевий корпус. Вона пронизана безліччю паралельно розташованих каналів малого перетину, закритих поперемінно з однієї чи іншої сторони. Тому розрізняють впускні і випускні канали, розділені між собою фільтруючими стінками (рис.4).
Фільтруючі стінки складаються з пористого карбіду кремнію. Вони покриті сумішшю оксидів алюмінію і церію, що виконують функцію підкладки для каталізатора, в якості якого використовується благородний метал - платина.
Каталізатор - це речовина, яка сприяє протіканню хімічної реакції, але саме при цьому не змінюється і нових з'єднань не утворює (рис.5).