Сажовий фільтр дизельного двигуна і система нейтралізації азотних сполук

Мотивацією написати цю статтю стало невірне розуміння принципів роботи багатьма людьми — і кого знаю особисто, і користувачів в інтернеті.

Почнімо з сажового фільтра.

Сажовий фільтр, як зрозуміло з назви — призначений для того, щоб затримувати сажу (ваш кеп) і не випускати її в атмосферу. Сажа є шкідливою і не естетичною. Чадящі Камази, маршрутки — оце є іллюстрація сажі у вихлопі. Сажа утворюється внаслідок неповного окислення (суть процесу яке ми зазвичай називаємо "горіння") палива — це може бути і дизельне пальне, і бензин, і моторна олива. Є деякі види палива, які згоряють без утворення сажі, але як правило це спричинене їх газоподібним станом — вони чудово перемішуються з повітрям, внаслідок чого краще горять (повністю окислюються). Повернімося до сажі. Ті з вас, хто бачив димоход твердопаливного котла або печі уявляють собі, що таке сажа. Ті, хто не бачив — уявіть собі пил, пил чорного кольору, який збивається в комки і утворується павутиноподібні нарости. Сажа хоч і утворюється під час горіння, але сама по собі є паливом, тобто вона горить. Під час горіння сажі утворюється зола.Горіння сажі в побуті (котли, каміни, печі) як правило є випадковим, малоконтрольованим і часто — катастрофічним явищем внаслідок недотримання профілактики димоходу. Там її чистять, як правило, механічно (трубочисти і тп).Сажа в дизельному двигуні утворюється як сказано вище — внаслідок неповного окислення (згоряння) палива. Частково це відбувається в стехіометричній суміші, але найсильніше — при збагаченні суміші (сильне натискання на педаль газу).Сажа поступово накопичується в фільтрі, який очищається принципово єдиним методом: ОКИСЛЕННЯ, тобто спалювання сажі. Саме ж окислення реалізується кількома способами, в залежності від виробника і технології яку вони обрали:
* Прокалювання, тобто підйом температури фільтра, внаслідок чого сажа поступово починає вигорати. Підйом температури у випуску відбувається за рахунок довприску додаткових порцій палива. Також у VAG сажовик максимально близько розташований до коллектора, внаслідок чого при нормальній роботі двигуна відбувається поступова самоочистка фільтра.
* Каталітичний — у сажовик вбудовані форсунки, які бризкають спеціальною рідиною — каталізатором (не плутати з AdBlue, про неї згодом). Подібні сажовики точно зустрічались у французів (Peugeot/Citroën). Рідина коричневого (?) кольору, як правило в спеціальних пакетах. Сажовик при цьому розташований вже подалі від двигуна, що унеможливлює нормальну роботу EGR ( exhaust gases recirculation), тому, наскільки мені відомо — зараз ця технологія майже не використовується.
* Інші способи

Розкажу більше про прокалювання. На просторах інтернету мені зустрічалося наочне відео ( ), на якому інженер в лабораторії іллюструє цей принцип за допомогою свічки і металлічної пластини. Металлічну пластину тримають над свічкою, опускаючи нижче — чим нижче, тим гірше горить парафін і тим більше утворюється копоті. Після чого беруть цю пластину і газову паяльну лампу. Лампою накаляють пластину і сажа (копоть) зникає на очах.У VAG "паяльна лампа" реалізована за допомогою довприску порцій дизельного пального, за рахунок чого прогрівається, а точніше — прокалюється сажовий фільтр.У VAG робота сажовика складається з 2х принципових фаз:
* Звичайна робота, під час якої відбувається накопичення сажі і саморегенерація без додаткових довприсків і тп
* Регенерація, під час якої сажа окисляється і вигорає, залишаючи по собі золу. Хімічну реакцію знайду та додам формулу. Регенерація відбувається за температури 500-700°C

Є проміжні фази, але для розуміння процессу не принципові.Не вважайте рекламою, але є непогана программа для Android — VAG DPF. Вона дозволяє зручно і наочно виводити ключові параметри роботи сажовика. Всі ці самі параметри можна контролювати за допомогою VCDS/ODIS/ВАСЯ Діагност, але саме в цій програмці — найзручніше.Тепер про спостереження і міфи:Спостереження:По місту накопичення може тривати 150-270км. По трассі максимум, що я побачив — 500 км. Регенерація відбувається протягом 10-30хв, в залежності від режиму їзди і умов навколишнього середовища (оберти двигуна, навантаження на двигун, швидкість руху — це впливає на робочі температури і на обдуваємість вузлів).Згідно моїх спостережень — найефективніше сажа вигоряє при рівномірній їзді на обертах двигуна 2500-3000 об/хв, і 2-3 передачі увімкненій. Але це не означає, що процесс регенерації не відбудеться на холостому ходу, або на обертах 1200-1500 при їзді на 5й передачі. Блок управління двигуном має чудові алгоритми, які дозволяють ефективно очищати сажовий фільтр при повсякденній експлуатації, для цього користувачеві спеціально не потрібно створювати ніяких умов. Але за деяких умов накопичення відбувається повільніше — це рівномірна їзда на прогрітому двигуні на високих обертах.Температура охолоджуючої рідини по панелі приладів лишається без змін.Температура оливи може піднятися на 5…7°C.Температура вихлопу стає значною.Може з'являтися запах плавленого пластику/резини.Колір вихлопу лишается не змінним.

Міфи:
1. якщо вискочив значок — треба терміново їхати на станцію, або і взагалі випилювати сажовик. насправді ж: значок сажовика сигналізує про те, що в ньому зібралася критична масса сажі. все. більше нічого. наступним кроком має бути спроба водія забезпечити регенерацію. якщо значок горить не довглоце може бути довготривала їзда
2. я можу оцінити, що почався процес регенерації по хлопку в сажовику або по кольору вихлопа. насправді ж: це або самонавіювання, або проблеми в роботі двигуна. без діагностичних пристроїв можна відчути по: дещо вищим обертам двигуна, невеличкій зміні характера перемикання передач. колір той самий, хлопків не повинно бути.
3. під час регенерації температура двигуна значно піднімається (і охолоджуючої рідини, і оливи). насправді ж — піднімається незначно. Охолоджуюча рідина взагалі не змінює показник, а олива піднімається 5…7°C. значне підняття температури при регенерації сажовика це лише свідчить про проблеми терморегулції в системі охолодження двигуна.
4. для роботи сажовика потрібен AdBlue. насправді — це окрема система, для нейтралізації сполук азоту в газах і з сажею (яка по суті є твердими часточками) — не має нічого спільного. про AdBlue — трошки нижче.
5. сажовик вигорає при заглушеному двигуні. насправді для горіння чого-небудь повинен бути кисень. двигун заглушений = кисню нема, горіння припиняється.

Ще пара коментарів про сажовик VAG:
* контроллер вимірює кількість сажі в паливі за допомогою 2х методів — датчики і обчислення. в системі стоїть 2 датчика тиску — до сажовика і після. якщо сажовик пустий — відповідно опору газам він не створює. по мірі завантаження часточками сажі — фільтр забивається, тиск ДО сажовика росте, після — залишається незмінним. додатково до цього блок управління двигуном рахує, скільки палива згоріло і на основі цього розраховує кількість сажі у фільтрі. я не вловив, по чому орієнтується блоку управління двигуном для ініціації регенерації — розрахунками чи датчиками, але схоже на те, що це якийсь зважений показник, а не щось одне.
* більш розширено про цикл наповнення і регенерації. у VAG виглядає наступним чином:

1. наповннення до 99%
2. підготовка до регенерації — на 100% завантаженості блок починає робити серії довприсків дизельного пального, стрімко підвищуючи температуру сажовика
3. регенерація — при досягненні 500°C сажа починає горіти, фільтр очищується.
4. кул-даун (охолодження) — при очистці фільтра до 20-25% процес довприсків призупиняється, але процес горіння сажі триває, внаслідок чого ще певний час сажа вигоряє і кількість сажі у фільтрі зменшується, це триває пару хвилин.
5. знову наповнення.

переривання процесів.наповнення — логічно припустити що ніяких наслідків нема.підготовка до регенерації — призводить до надлишку сажі у фільтрі. у такому випадку можна побачити 100+1%, потім 100+2%. максимум який я бачив у себе +22%. причину поясню пізнішерегенерація — до певного відсотку наповненості — при новому запуску блок управління двигуном знову почне процесс підготовки до регенераціх а потім — саму регенерацію; після певного відсотку — продовжить накопичення.кулдаун — сажа, яка лишилась горіти у фільтрі -згасне, і процесс зупиниться. ви просто втратите залишкове тепло, яке могло бути використано ефективніше.коли регенерація не відбувається (та навіть не розпочинаєтсья підготовка до неї)
1. критично малий залишок палива в баку
2. відкритий капот
3.

Якщо регенерація довгий час не відбувається, якщо вона постійно переривається — користувач побачить на панелі приладів відповідне повідомлення. якщо воно щойно загорілось — мануал рекомендує проїхати по трасі. і це дійсно найпростіший і найдієвіший спосіб. але, якщо ви знову перериваєте процес (глушите авто і відкладаєте на потім) — то потужність двигуна почне сильно падати (через забитий вихлоп) і потім буде окрім всього обмежена блоком управління двигуном. чим далі — тим щільніше фільтр закупорюється і тим менший ефект дасть проїзд по трасі. можна ініціювати регенерацію за допомогою діагностичного кабеля і спеціального програмного забезпечення.після прочитання тексту вище аналітики повинні були здогадатися резюме: якщо ви живете в маленькому містечку і ваші поїздки — коротенькі (5-10хв) то ви постійно будете мати проблеми з сажовиком. в такому випадку варто відмовитися від дизельного двигуна. на користь бензина чи електрики — вам видніше.

пару слів про ресурс сажовика — як правило, від 250 до 300ткм. як я писав вище — під час випалювання сажі утворюється зола. вона вже ніяк не вигорає. її можна видалити механічно — є спеціальні суміші для промивки. але на двигунах з ЕГР варто бути обережним — краще при промивці демонтувати сажовий фільтр, щоб не загнати золу (яка є абразивом) на впуск.

AdBlue

ще одна екологічна примочка, в цей раз в буквальному сенсі ? призначена для боротьби зі сполуками азоту (оксидами азоту), що утворюються при згорянні дизельного палива — NO, NO2 (іноді їх обидві позначають як NOx). Ці сполуки є надзвичайно шкідливими для здоров'я людини — вони викликають онкологію (ракові пухлини).У деяких автовиробників має різні назви, але найбільш розповсюджена назва — AdBlue. Може зустрітися також назва DEF (Diesel Exhaust Fluid)/ і рідше AUS32 (Aqueous Urea Solution 32)AdBlue являє собою 32.5% водний розчин солі (але не NaCl) а іншої — (NH2)2CO. ця рідина контрольовано впорскується у випускний тракт. в системі є бак, насос, трубки, клапани і форсунка.

наступні формули дають змогу зрозуміти процес. перші дві формули — це перетворення самого AdBlue, дві останні — це реакції з оксидами азоту, в яких вони нейтралізуються. і в результаті — маємо вихлоп без токсинів.

Термоліз мочевини (AdBlue):
(NH2){2}CO --> NH3+HNCO

Гідроліз:
HNCO+H2O --> NH3+CO2

Каталітична нейтралізация при температурі більше 250 °C:
4NO+4NH3+O2 --> 4N2+6H2O

Каталітична нейтралізация при температурі від 170 до 300 °C:
NO+NO2+2NH3 --> 2N2+3H2O

у легковому автомобілі 10л рідини цілком вистачає на 10'000км і більше. Витрати рідини дуже залежать від режиму — траса/місто. вартість 10л складає близько $10. система контролює вміст в баку — і якщо залити низькоякісну рідину, може видати помилку і заблокувати запуск двигуна. тому купуте рідину у перевірених точках продажу, і не намагайтесь зекономити на сірниках. заливати воду для обману системи — не варто.система ніяк не пов'язана з роботою сажового фільтра, окрім того, що форсунка вмонтована в нього для забезпечення температурного режиму. це 2 різні системи, сажовик відфільтровує тверді часточки, а AdBlue нейтралізує гази.буду радий якщо написане вище допоможе вам у розумінні процесів. якщо будуть запитання або зауваження — пишіть, я додам це в текст.