Меры по снижению содержания сажи

Одной из важнейших целей разработчиков дизельных двигателей является снижение содержания вредных веществ в отработавших газах. Существует целый ряд различных технических решений по снижению количества вредных веществ в ОГ. При этом различают меры, затрагивающие и не затрагивающие двигатель

Меры, затрагивающие двигатель:
снижение количества вредных веществ может быть достигнуто оптимизацией конструкции самого двигателя. Эффективная оптимизация процесса сгорания позволяет исключить образование вредных веществ.

К мерам по оптимизации двигателя относятся:
исполнение впускных и выпускных каналов, позволяющее создать оптимальный поток,
высокое давление впрыска благодаря использованию насос-форсунок,
исполнение камеры сгорания, например, уменьшение мертвого объема, форма углубления в днище поршня.

Меры, не затрагивающие двигатель:
Выброс сажи, образующейся при сгорании, может быть предотвращен при помощи мер, не затрагивающих непосредственно сам двигатель. К ним относится снижение количества сажи путем применения сажевого фильтра.
При этом различают две системы: сажевый фильтр с использованием и без использования топливной присадки.

Система с использованием топливной присадки
Данная система применяется в автомобилях с фильтром, удаленным от двигателя. Поскольку в этом случае отработавшие газы проходят длинный путь от двигателя до сажевого фильтра, температура, необходимая для сгорания сажи, может быть достигнута только при использовании присадки.

12

Система без использования топливной присадки

Данная система будет применяться в автомобилях с фильтром, расположенным рядом с двигателем. Поскольку отработавшие газы проходят меньший путь от двигателя до сажевого фильтра, их температура достаточно высока для сгорания сажи. При необходимости температура ОГ может дополнительно повышаться блоком управления двигателя.

Устройство и принцип работы

Система сажевых фильтров с присадкой

На приведенной ниже схеме показаны компоненты сажевого фильтра. На следующих страницах объясняется строение и принцип работы сажевого фильтра с использованием присадки.

1 Блок управления в комбинации приборов J285
2 Блок управления двигателя
3 Бачок с присадкой
4 Датчик бачка топливной присадки (бачок пуст) G504
5 Насос подачи присадки к топливу для работы сажевого фильтра V135
6 Топливный бак
7 Дизельный двигатель
8 Датчик температуры перед турбокомпрессором G507
9 Турбокомпрессор
10 Лямбда-зонд перед катализатором G39
11 Окислительный катализатор
12 Датчик температуры перед сажевым фильтром G506
13 Сажевый фильтр
14 Датчик давления ОГ G450
15 Глушитель
16 Расходомер воздуха G70

Сажевый фильтр

Сажевый фильтр (например, в автомобилях Skoda Superb с двигателем 2,0 л/103 кВт TDI) устанавливается в выпускной системе за окислительным катализатором. Он отфильтровывает сажу из отработавших газов двигателя.

Устройство
Сажевый фильтр состоит из ячеистого фильтрующего элемента, выполненного из карбида кремния, заключенного в металлический корпус. Керамический фильтрующий элемент состоит из соединенных перемычками параллельных микроскопически малых каналов.
Следующие свойства карбида кремния делают его прекрасным фильтрующим материалом:
- высокая механическая прочность
- прекрасная устойчивость к колебаниям температур
- способность выдерживать термическую нагрузку и проводимость
- высокая износостойкость

Принцип работы
Отработавшие газы проходят через пористые перегородки сажевого фильтра между входящим и исходящим каналами корпуса фильтра. При этом частицы сажи остаются на стороне входа фильтра.

Регенерация сажевого фильтра
Сажевый фильтр необходимо регулярно чистить от сажи, чтобы предотвратить его засорение и нарушение работы. В процессе регенерации скопившиеся в фильтре частицы сажи сгорают при температуре около 500 °С. Сажа воспламеняется при температуре примерно 600 650 °С. Такая температура отработавших газов может достигаться только при работе дизельного двигателя с полной нагрузкой.
Для того чтобы сажевый фильтр можно было восстанавливать в любых условиях эксплуатации, температура воспламенения сажи снижается при помощи присадки при одновременном повышении температуры ОГ путем вмешательства блока управления двигателя.
Процессом регенерации управляет блок управления двигателя.

Сажевый фильтр чист

Загрязнение сажевого фильтра

В процессе регенерации происходит сго-рание всей сажи, накопившейся в сажевом фильтре. Регенерация выполняется через каждые 500 - 700 км пробега. Ее продол-жительность составляет примерно 5 - 10 минут. Процесс регенерации происходит незаметно для водителя.

Регенерация сажевого фильтра

Присадка

Присадка представляет собой железосодержащий реагент, растворенный в углеводородной смеси. В автомобилях koda Superb он заливается в отдельный пластмассовый бачок, расположенный в нише для запасного колеса.

Задача присадки состоит в снижении температуры горения сажи, что позволяет осуществить процесс регенерации сажевого фильтра в режиме частичной нагрузки.

Температура воспламенения сажи состав-ляет около 600 650 °С. Такая температура ОГ достигается только при работе дизельного двигателя с полной нагрузкой. Присадка снижает температуру воспламенения сажи примерно до 500 °С.

Присадка автоматически впрыскивается в топливный бак через трубку обратной подачи топлива при каждой заправке. Это производится при помощи насоса присадки сажевого фильтра, управляемого блоком управления двигателя.

Количество залитого в бак топлива рассчитывается блоком управления двигателя на основании анализа информации от датчика уровня топлива. По завершении каждого процесса дозирования концентрация молекул железа в топливе составляет 10 промиль (единиц на миллион). Это соответствует пропорции примерно 1 литр присадки на 2 800 литров топлива.

Топливная присадка поступает в сажевый фильтр вместе с сажей. Там она откладывается вместе с частицами сажи.

Степень загрязнения сажевого фильтра

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.

Разность давлений
Разность давлений воздушного потока до и после сажевого фильтра определяется датчиком давления ОГ G450.
Объемный поток ОГ
Объемный поток ОГ рассчитывается блоком управления двигателя на основании значения воздушной массы потока в выпускном трубопроводе и температуры ОГ до сажевого фильтра. Воздушная масса потока ОГ примерно соответствует воздушной массе потока во впускном тракте, измеряемом расходомером воздуха G70.

Объем воздушной массы ОГ зависит от температуры. Она определяется датчиком температуры перед сажевым фильтром G506. С учетом температуры ОГ блок управления двигателя может на основании воздушной массы потока ОГ рассчитать объемный поток ОГ.

Блок управления двигателя соотносит разность давлений с объемным потоком ОГ получая, таким образом, значение сопротивления потока сажевого фильтра. На основании значения сопротивления потока блок управления двигателя определят степень загрязнения сажевого фильтра.

Управление двигателем в процессе регенерации
Блок управления двигателя делает вывод о степени загрязнения фильтра на основании значения сопротивления потока фильтра. Большая разность давлений указывает на то, что фильтр скоро засорится. Блок управления двигателя запускает процесс регенерации.

В этом случае:

отключается система рециркуляции ОГ, чтобы повысить температуру сгорания, после основного впрыска уменьшенного количества топлива при нахождении поршня в точке 35° угла поворота коленвала после в.м.т. производится дополнительный впрыск в целях повышения температуры ОГ,	22
электрическая дроссельная заслонка регулирует количество всасываемого воздуха,	23
кроме того регулируется давление наддува, благодаря чему в процессе регенерации не происходит ощутимого для водителя изменения крутящего момента.