Регенерация сажевого фильтра

Дифференциальный датчик давления

Блок управления двигателя постоянно контролирует степень загрязнения сажевого фильтра путем расчета сопротивления потока фильтра. Для определения сопротивления потока значение объемного потока ОГ до сажевого фильтра сопоставляется с разностью давлений до и после сажевого фильтра с помощью дифференциального датчика давления.

При отсутствии сигнала от датчика давления ОГ вначале выполняется циклическая регенерация сажевого фильтра в зависимости от пробега или от длительности эксплуатации. Однако такой способ не обеспечивает надежную регенерацию сажевого фильтра в течение длительного времени. После определенного числа циклов в комбинации приборов вначале включается контрольная лампа сажевого фильтра , а затем начинает мигать контрольная лампа прогрева камеры сгорания свечами накаливания . Это означает, что владелец автомобиля должен обратиться на сервисную станцию.

Объемный поток ОГ рассчитывается блоком управления двигателя на основании значения воздушной массы потока во впускном тракте, которое измеряется расходомером воздуха и датчиком температуры ОГ до сажевого фильтра, служащим также для защиты сажевого фильтра от перегрева. Устанавливаемый перед сажевым фильтром датчик температуры содержит резистор с положительным температурным коэффициентом PTC (Positive Temperature Coefficient). То есть, сопротивление резистора увеличивается с повышением его температуры.

Датчик температуры типа PTC

Датчик кислорода

На выпускном коллекторе, перед турбокомпрессором, устанавливается датчик температуры типа PTC. Он служит для измерения температуры омывающих его ОГ. Информация от этого датчика используется для определения момента впрыска и дозирования топлива для дополнительного впрыска. Помимо этого по сигналу данного датчика осуществляется защита турбокомпрессора от действия слишком высоких температур. При выходе датчика температуры из строя, защита турбокомпрессора от перегрева не действует. Поэтому регенерация сажевого фильтра отменяется, а водитель посредством контрольной лампы свечей накаливания предупреждается о необходимости обращения в сервисное предприятие. При этом, рециркуляция ОГ прекращается, чтобы снизить образование сажи.

Датчик кислорода обычно устанавливается на выпускном коллекторе перед нейтрализатором. Позволяет определять концентрацию кислорода в ОГ в достаточно широком диапазоне измеряемых значений. Сигнал этого датчика помогает повысить точность определения дополнительной дозы топлива и момента ее подачи при проведении регенерации фильтра. Наибольшая эффективность процесса регенерации достигается при определенной минимальной концентрации кислорода в ОГ и достаточно высокой их температуре. Регулирование при этом производится по сигналу датчика кислорода, который дополняется сигналом датчика температуры перед турбокомпрессором. При отсутствии сигнала датчика кислорода параметры регенерации определяются менее точно, но она проводится достаточно надежно. При выходе из строя датчика кислорода может иметь место повышенный выброс оксидов азота.

Когда блок управления двигателем определяет необходимость очистки сажевого фильтра, запускается процесс активной регенерации.
При этом выполняются следующие функции:

• Прекращается рециркуляция ОГ, чтобы повысить температуру сгорания топлива (рис. 1).
• Чтобы повысить температуру ОГ, производится дополнительный впрыск топлива, подаваемого после основной дозы, а именно, при повороте коленчатого вала на 35° после ВМТ (рис. 2).
• Подача воздуха в двигатель снижается посредством регулируемой дроссельной заслонки с электроприводом (рис. 3).
• Давление наддува поддерживается на уровне, при котором водитель может не заметить перевод двигателя на режим регенерации.
  Дополнительная порция топлива догорает в выхлопном тракте, разогревая тем самым выхлопные газы до температуры 600-650°C, необходимой для выгорания сажи (окисления до диоксида углерода). Сажа начинает выжигаться. Об этом может свидетельствовать чёрно-серый дым, выходящий из трубы, Моментальный расход топлива и обороты холостого хода повышаются, в некоторых случаях появляется запах «сгоревших тормозных колодок». Как только сажа выгорит, о чем опять-таки засвидетельствует изменение давления на входе и выходе фильтра, мотор возвращается к обычному режиму работы. После проведения активной регенерации полностью восстанавливается способность фильтра задерживать содержащуюся в ОГ сажу.
  Регенерация выполняется через каждые 500-700 км пробега. Ее продолжительность составляет примерно 5 - 10 минут. Процесс регенерации происходит незаметно для водителя (рис. 4).

«Ахиллесовой пятой» сажевого фильтра (СФ) 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 СФ. Фильтр, попросту говоря, может быть быстро закупорен частицами сажи, мощность и крутящий момент двигателя упадут, и 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 увеличения скорости реакции окисления углерода, содержащегося в саже до состояния CO и CO₂. Для "выжигания" сажи из СФ в руководствах по эксплуатации на некоторые модели производители рекомендуют «...время от времени активировать процесс регенерации фильтра, проезжая примерно 40 км со скоростью 80 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. СФ 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. Важно отметить, что многочисленные неудачные попытки регенерации сажевого фильтра не проходят бесследно для автомобиля. Во время процесса регенерации обогащённая топливно-воздушная смесь не сгорает полностью, и часть несгоревшего топлива через поршневые кольца все же попадает в моторное масло и, тем самым, разжижает его. Со временем можно заметить, что уровень масла стал значительно выше отметки "max". Это настолько снижает смазывающие и защитные свойства масла, что может нанести вред мотору. Масло с низкой вязкостью легче преодолевает уплотнения, и его подтекания могут быть выявлены в самых неожиданных местах. А попадание масла внутрь интеркулера (через вентиляцию картерных газов), и затем вместе с нагнетаемым воздухом в цилиндры двигателя, может вызвать процесс неконтролируемого горения (двигатель идёт вразнос) вплоть до физического разрушения мотора. Чтобы предотвратить нежелательные последствия несостоявшейся регенерации фильтра, система управления включает контрольную лампу сажевого фильтра при определенном его заполнении или после нескольких несостоявшихся запусков режима регенерации. Таким образом водитель предупреждается о необходимости проведения регенерации фильтра в кратчайшие сроки. Он может это сделать, повысив скорость автомобиля до значений, при которых температура ОГ подымается до необходимого для регенерации уровня.