Автомобіль / Силова установка / Двигун внутрішнього згоряння / Екологічні системи двигуна / Сажовий фільтр / Фільтр сажевий

Фільтр сажевий

Фільтр сажевий - це конкретна деталь системи очищення вихлопних газів, яка затримує тверді частинки у пористій внутрішній структурі. Канонічний англійський термін TESMA - Particulate filter.

Для дизельних автомобілів широко використовується позначення DPF - Diesel Particulate Filter. На бензинових двигунах із безпосереднім упорскуванням можуть застосовуватися споріднені фільтри GPF або OPF, однак їх конструкція та алгоритми роботи можуть відрізнятися.

У Базі знань TESMA потрібно розрізняти Сажовий фільтр як усю підсистему та Фільтр сажевий як конкретний фізичний вузол у випускному тракті.

Фільтр сажевий не є звичайним змінним фільтром. Його конструкція розрахована на багаторазове накопичення та окиснення сажі під час регенерацій. Але зольний залишок поступово залишається всередині й визначає довгострокове старіння вузла.

Для чого потрібний фільтр

Під час роботи двигуна утворюються тверді частинки, які без фільтра виходили б разом із вихлопними газами.

Фільтр виконує кілька задач:

затримує тверді частинки;
зменшує їх викид в атмосферу;
накопичує сажу до моменту регенерації;
забезпечує поверхню, на якій сажа може поступово окиснюватися;
працює разом із датчиками та електронною системою керування двигуном.

З чого складається DPF

Типова деталь має:

металевий корпус;
вхідний і вихідний патрубки або фланці;
пористий керамічний моноліт;
велику кількість паралельних каналів;
термостійкий утримувальний матеріал;
штуцери для вимірювання тиску залежно від конструкції;
місця для датчиків температури залежно від виконання.

На частині автомобілів DPF конструктивно об'єднаний з окиснювальним каталізатором або іншими елементами системи доочищення.

Як працюють канали фільтра

У типовій wall-flow конструкції канали моноліту поперемінно закриті з протилежних кінців.

Вихлопний газ входить у відкритий канал, але не може пройти ним наскрізь. Він змушений пройти через пористу стінку у сусідній канал і лише після цього виходить із фільтра.

Газ проходить через пористий матеріал, а значна частина твердих частинок залишається на його поверхні та у порах.

Чому фільтр створює протитиск

Навіть справний фільтрувальний блок створює певний опір потоку.

Він зростає зі збільшенням:

кількості накопиченої сажі;
кількості золи;
об'єму вихлопних газів;
частоти обертання двигуна;
навантаження.

Саме тому значення тиску не оцінюють без урахування режиму роботи двигуна.

Сажа всередині DPF

Сажа є переважно горючим вуглецевим забрудненням.

При справній системі її кількість періодично зменшується під час регенерації.

Якщо регенерації проходять нормально, фільтр може багаторазово накопичувати та окиснювати сажу без демонтажу.

Зола всередині DPF

Зола принципово відрізняється від сажі.

Це негорючий залишок, який може утворюватися з:

присадок моторної оливи;
продуктів зносу;
мінеральних компонентів;
інших негорючих частинок.

Регенерація не спалює золу.

Зі збільшенням пробігу вона поступово накопичується всередині моноліту та зменшує його корисний об'єм.

Чому потрібно розрізняти сажове і зольне заповнення

Це визначає правильний спосіб ремонту.

Якщо фільтр заповнений переважно сажею і механічно справний, система може відновити його регенерацією за відповідних умов.

Якщо основною проблемою стала зола, підвищення температури не поверне початковий вільний об'єм.

У такій ситуації може розглядатися професійне очищення сажового фільтра або заміна.

Чому DPF засмічується сажею

Засмічення сажового фільтра може виникати, якщо двигун виробляє сажу швидше, ніж система встигає її видаляти.

Причини:

часті короткі поїздки;
регулярно перервані регенерації;
несправні паливні форсунки;
недостатня кількість повітря;
витік у системі наддуву;
несправність турбокомпресора;
неправильна робота EGR;
занизька температура двигуна;
несправність датчиків DPF;
висока витрата моторної оливи.

Що означає високе зольне заповнення

Зольне старіння є довгостроковим процесом.

Фільтр може нормально регенеруватися, але після кожного циклу певна кількість негорючих залишків залишається.

З часом:

зменшується ефективний об'єм для накопичення сажі;
можуть скорочуватися інтервали між регенераціями;
зростає базовий опір потоку;
система наближається до сервісного ліміту.

Як моторна олива впливає на ресурс

Використання правильної специфікації моторної оливи має значення для ресурсу DPF.

Надмірне споживання оливи збільшує кількість продуктів її згоряння у вихлопі.

Це може прискорювати:

зольне заповнення;
забруднення моноліту;
зростання протитиску;
скорочення інтервалу між сервісними роботами.

Оливу підбирають за допуском виробника двигуна, а не лише за в'язкістю або написом Low SAPS.

Основні механічні пошкодження DPF

тріщина керамічного моноліту;
оплавлення каналів;
локальний перегрів;
руйнування внутрішнього блока;
відрив моноліту від утримувального шару;
механічне пошкодження корпуса;
тріщина зварного шва;
деформація фланця;
пошкодження штуцерів датчика тиску.

Чому моноліт тріскається

Причинами можуть бути:

сильний механічний удар;
надмірна вібрація;
пошкоджені кріплення вихлопної системи;
критичний перегрів;
локальний температурний стрес;
неправильна сервісна процедура.

Тріщина може порушити нормальний напрям проходження газів через пористі стінки.

Що відбувається при оплавленні

Критично висока температура може деформувати або оплавити структуру каналів.

Тоді можливе:

зменшення прохідного перерізу;
різке збільшення протитиску;
нерівномірний розподіл потоку;
механічне руйнування моноліту.

Оплавлений DPF не відновлюється звичайною регенерацією.

Чому DPF перегрівається

Причиною може стати неконтрольоване теплове навантаження.

Перевіряють:

надмірну кількість сажі перед регенерацією;
неправильну подачу пального;
несправність системи регенерації;
помилки температурних датчиків;
підтікання додаткової форсунки регенерації, якщо вона передбачена;
ненормальний процес згоряння у двигуні.

Блок впорскування регенерації і DPF

На частині дизельних систем встановлений окремий блок впорскування для регенерації сажового фільтра.

Його неправильна робота може призводити як до недостатньої температури регенерації, так і до надмірного теплового навантаження.

Тому при тепловому пошкодженні DPF потрібно перевірити не лише сам фільтр.

Датчик диференційного тиску

Стан DPF часто оцінюється за різницею тиску перед і після фільтра.

Але датчик вимірює не «кількість сажі», а різницю тиску.

На показання впливають:

потік вихлопних газів;
частота обертання;
температура;
стан трубок;
зольне і сажове заповнення;
механічний стан моноліту.

Чому високий перепад тиску не завжди означає забитий DPF

Потрібно виключити:

забиту трубку датчика;
пошкоджену трубку;
переплутані трубки;
несправний датчик;
пошкодження проводки;
помилкову адаптацію.

Окрема процедура - Вимірювання протитиску сажового фільтра.

Чому низький тиск також не завжди означає справність

Надто низьке значення може виникнути не лише при чистому фільтрі.

Перевіряють:

тріщину моноліту;
видалений або пошкоджений внутрішній блок;
негерметичність трубок;
неправильну роботу датчика.

Тобто діагностичне значення має не одна цифра, а її відповідність реальній конструкції та режиму роботи.

Основні симптоми несправності

часто запускається регенерація;
DPF не завершує регенерацію;
горить Check Engine;
з'являється індикатор DPF;
підвищується протитиск;
двигун втрачає потужність;
автомобіль переходить в аварійний режим;
збільшується витрата пального;
змінюється димність;
з'являються DTC системи фільтрації твердих частинок.

Жоден симптом не дозволяє без вимірювань визначити фізичний стан моноліту.

Часті регенерації

Часта регенерація сажового фільтра не означає автоматично, що деталь уже потрібно міняти.

Причиною можуть бути:

надмірне утворення сажі двигуном;
незавершені попередні цикли;
помилка датчика тиску;
температурна проблема;
значне зольне заповнення;
неправильний режим експлуатації.

Втрата потужності

При значному опорі випуску двигун не може ефективно відводити вихлопні гази.

Крім того, блок керування може обмежувати крутний момент у захисному режимі.

Але зниження потужності двигуна також створюють несправності турбіни, впуску, EGR, форсунок та інших систем.

Чорний дим

Справний фільтрувальний моноліт значно зменшує кількість видимих твердих частинок.

Якщо автомобіль із штатним DPF помітно димить чорним, перевіряють:

цілісність моноліту;
попередні втручання у вихлоп;
паливну систему;
турбіну;
EGR;
впуск і наддув.

Як оцінюють фізичний стан DPF

Діагностика може включати:

DTC;
freeze frame;
розрахункову масу сажі;
розрахункове або сервісне значення золи;
диференційний тиск;
температури;
історію регенерацій;
візуальний або ендоскопічний огляд, якщо конструкція дозволяє;
оцінку протитиску після демонтажу або очищення.

Розрахункова маса сажі - не вага фільтра

Блок керування часто визначає навантаження математично.

У розрахунку можуть використовуватися:

витрата пального;
режими роботи двигуна;
тиск;
температура;
пробіг;
історія регенерацій.

Тому значення сканера потрібно перевіряти на логічну відповідність реальному стану системи.

Чи можна зважити DPF

Вага деталі сама по собі рідко є достатнім діагностичним критерієм.

На результат впливають:

конструкція корпуса;
залишкова волога після очищення;
тип моноліту;
кількість золи;
відкладення.

Для професійної оцінки використовують комплекс параметрів.

Чи можна просто провести регенерацію

Якщо проблема - допустиме накопичення сажі, фільтр механічно справний, а всі умови виконані, штатна або сервісна регенерація може знизити сажове навантаження.

Але примусова регенерація сажового фільтра не виправить:

оплавлений моноліт;
тріщину;
велику кількість золи;
зруйновані канали;
несправний датчик;
причину надмірного утворення сажі.

Коли фільтр можна очищувати

Професійне очищення може бути доцільним, якщо:

моноліт механічно цілий;
немає критичного оплавлення;
корпус придатний до подальшої експлуатації;
значна частина обмеження пов'язана із золою або видаляємими відкладеннями;
першопричина забруднення встановлена.

Що перевірити перед очищенням

протитиск;
стан моноліту;
тріщини;
оплавлення;
наявність оливних відкладень;
стан корпуса;
причину надмірного заповнення.

Немає сенсу витрачати час на очищення блока, який фізично зруйнований.

Як оцінити результат очищення

Після професійного очищення важливо оцінити не лише зовнішній вигляд.

Перевіряють:

прохідність;
протитиск;
відсутність залишкової вологи перед монтажем;
цілісність моноліту;
стан корпуса;
відповідність параметрів після встановлення.

Чому побутова промивка може бути проблемою

Використання випадкових хімічних засобів не гарантує видалення золи.

Можливі проблеми:

залишки рідини у моноліті;
нерівномірне очищення;
пошкодження покриття;
залишення щільних відкладень у глибині каналів;
відсутність контролю реального протитиску.

Коли DPF потрібно замінити

Заміна сажового фільтра виправдана при підтвердженому:

механічному руйнуванні моноліту;
оплавленні каналів;
значних тріщинах;
втраті фільтрувальної здатності;
неремонтопридатному пошкодженні корпуса;
забрудненні, яке неможливо безпечно усунути;
іншому стані, за якого відновлення не забезпечує нормальні параметри.

Чому не можна просто видалити моноліт

Видалення фільтрувального блока не є ремонтом DPF.

Це змінює штатну конфігурацію системи контролю викидів і може:

збільшити викиди твердих частинок;
створити DTC;
змінити алгоритми регенерації;
ускладнити подальшу діагностику;
суперечити вимогам до викидів для конкретного автомобіля.

Що перевірити перед встановленням нового DPF

паливні форсунки;
турбокомпресор;
герметичність наддуву;
EGR;
робочу температуру двигуна;
датчики температури;
датчик диференційного тиску;
його трубки;
витрату моторної оливи;
відповідність моторної оливи допуску;
систему регенерації.

Новий фільтр не вирішить проблему двигуна, який продовжує виробляти надмірну кількість сажі.

Підбір фільтра сажевого

Для точного підбору використовують:

VIN;
код двигуна;
OE-номер;
рік виробництва;
екологічне виконання;
ринок автомобіля;
тип коробки передач, якщо він впливає на конфігурацію;
розташування датчиків;
штуцери диференційного тиску;
фланцеві з'єднання;
тип комбінованого модуля DOC/DPF/SCR.

Чому OE-номер особливо важливий

Одна модель автомобіля може мати кілька варіантів DPF.

Відмінності можуть бути у:

об'ємі моноліту;
розташуванні датчиків;
кількості штуцерів;
фланцях;
довжині корпуса;
поєднанні з каталізатором;
екологічній специфікації.

Чому фотографії недостатньо

Зовні однакові корпуси можуть мати різну внутрішню конструкцію.

Тому підбір тільки за фото створює ризик отримати деталь, яка фізично схожа, але не відповідає системі керування автомобіля.

Демонтаж

Випускна система працює при високій температурі.

Перед демонтажем:

дати системі повністю охолонути;
зчитати та зберегти діагностичні дані;
від'єднати необхідні датчики;
від'єднати трубки диференційного тиску;
обробити різьбові з'єднання за потреби;
зняти кріплення;
підтримати важкі секції вихлопу;
обережно демонтувати вузол.

Що оглянути після демонтажу

вхідну поверхню моноліту;
вихідну поверхню;
тріщини;
сліди оплавлення;
маслянисті відкладення;
зольне заповнення;
корпус;
фланці;
штуцери тиску;
теплові екрани.

Монтаж нового або очищеного DPF

Перед встановленням перевіряють:

правильність деталі;
стан ущільнювальних поверхонь;
прокладки;
кріплення;
датчики;
трубки тиску;
відсутність сторонніх предметів;
сухість фільтра після очищення.

Вихлопна система не повинна монтуватися з механічним натягом.

Що потрібно зробити після заміни

Залежно від автомобіля потрібні:

реєстрація нового DPF;
скидання або коригування розрахункового значення золи;
адаптація датчика диференційного тиску;
перевірка нульового сигналу;
контроль DTC;
контрольна поїздка;
перевірка протитиску;
перевірка температур;
контроль наступної штатної регенерації.

Скидання лічильника без реальної заміни або очищення не відновлює фізичний стан DPF.

Практичні випадки

Фільтр хотіли замінити через високий перепад тиску

Перед заміною перевірили систему вимірювання. Одна трубка датчика диференційного тиску була майже повністю забита. Після її відновлення показання змінилися настільки, що заміна DPF не знадобилася.

Після регенерації тиск залишався високим

Сажа успішно згоріла, але протитиск майже не зменшився. Подальша перевірка підтвердила значне зольне заповнення. Ще одна регенерація не могла вирішити проблему.

Очищений фільтр швидко заповнився сажею

Сам DPF був відновлений до нормальної прохідності. Через короткий час параметри знову погіршилися. Причиною виявилася несправна паливна форсунка, яка різко збільшувала сажоутворення.

Низький протитиск прийняли за ідеальний стан

Датчик показував дуже невелику різницю тиску. Огляд показав тріснутий фільтрувальний моноліт, через який частина газів проходила без нормальної фільтрації.

Новий DPF почав часто регенерувати

Фільтр підібрали правильно, але двигун не виходив на нормальну робочу температуру. Після ремонту системи терморегулювання інтервал між регенераціями нормалізувався.

Типові помилки

плутати всю систему DPF із конкретною деталлю;
вважати будь-який DPF із високим розрахунковим навантаженням фізично забитим;
міняти фільтр тільки за DTC;
не перевіряти датчик диференційного тиску;
не перевіряти трубки датчика;
ігнорувати температурні датчики;
плутати сажове заповнення із зольним;
очікувати, що регенерація видалить золу;
багаторазово запускати примусову регенерацію;
регенерувати механічно пошкоджений фільтр;
намагатися очистити оплавлений моноліт;
визначати стан DPF тільки за однією цифрою тиску;
не враховувати оберти та навантаження при оцінці тиску;
ігнорувати занадто низький перепад тиску;
не шукати тріщину моноліту;
вважати будь-яку втрату тяги несправністю DPF;
не перевіряти форсунки;
ігнорувати EGR;
не перевіряти турбіну та наддув;
ігнорувати витрату моторної оливи;
використовувати невідповідну оливу;
встановлювати новий DPF без усунення причини старого засмічення;
підбирати фільтр тільки за моделлю автомобіля;
підбирати тільки за фотографією;
не звіряти OE-номер;
не перевіряти штуцери та датчики;
встановлювати вологий фільтр після очищення;
скидати значення золи без фактичного обслуговування;
не перевіряти протитиск після ремонту.

Товарні групи TESMA

Двигун та вихлоп

Керування двигуном і паливоподача

Обслуговування двигуна

Пов'язані сторінки бази знань TESMA

Що ще почитати на цю тему

Часті питання

Що таке фільтр сажевий?

Це конкретна деталь випускної системи, яка фізично затримує тверді частинки у пористому моноліті.

Як називається деталь англійською?

Particulate filter.

DPF і фільтр сажевий - одне й те саме?

У дизельному автомобілі DPF є найпоширенішим типом сажевого фільтра.

Чим ця сторінка відрізняється від «Сажовий фільтр»?

«Сажовий фільтр» описує всю підсистему, а ця сторінка - конкретний фільтрувальний вузол.

Що знаходиться всередині DPF?

Пористий керамічний моноліт із великою кількістю каналів.

Чому канали закриті з різних сторін?

Щоб змусити вихлоп пройти через пористі стінки, які затримують тверді частинки.

Що накопичується у фільтрі?

Сажа та поступово негорючий зольний залишок.

Чим сажа відрізняється від золи?

Сажа може окиснюватися під час регенерації. Зола не згорає при звичайній регенерації.

Чи очищує регенерація DPF повністю?

Вона зменшує сажове навантаження, але не видаляє накопичену золу.

Чому DPF створює протитиск?

Вихлоп проходить через пористу структуру. Опір зростає при накопиченні сажі та золи.

Чи є один норматив тиску для всіх DPF?

Ні. Значення залежить від двигуна, обертів, навантаження та конструкції.

Чи завжди високий перепад тиску означає забитий DPF?

Ні. Спочатку перевіряють датчик і його трубки.

Чи може занадто низький перепад бути проблемою?

Так. Причиною може бути тріщина моноліту, пошкодження трубок або інша несправність.

Чому DPF тріскається?

Через удар, перегрів, тепловий стрес, вібрацію або інше механічне пошкодження.

Чому DPF оплавляється?

Через критично високе теплове навантаження.

Чи можна регенерувати оплавлений фільтр?

Ні. Регенерація не відновить деформовані канали.

Чи можна очистити DPF?

Так, якщо моноліт механічно придатний і забруднення можна видалити відповідним професійним методом.

Чи можна очистити тріснутий DPF?

Очищення не усуває тріщину.

Коли потрібна заміна?

При оплавленні, значному механічному руйнуванні, втраті фільтрувальної здатності або неремонтопридатному стані.

Чому очищений DPF швидко забивається знову?

Якщо двигун продовжує виробляти забагато сажі через форсунки, EGR, наддув, турбіну або іншу несправність.

Чи впливає моторна олива на ресурс DPF?

Так. Продукти згоряння оливи збільшують зольне навантаження.

Як підбирати новий DPF?

За VIN, кодом двигуна, OE-номером, екологічним виконанням і конфігурацією вихлопної системи.

Чи достатньо фотографії?

Ні. Внутрішня конструкція та розташування датчиків можуть відрізнятися.

Чи потрібно щось програмувати після заміни?

На частині автомобілів потрібно зареєструвати новий фільтр або виконати сервісне скидання та адаптацію за процедурою виробника.

Чи можна просто скинути значення золи сканером?

Скидання математичного значення не видаляє фізичну золу з фільтра.

Що найважливіше перевірити перед новим DPF?

Причину пошкодження або засмічення старого фільтра.

Висновок

Фільтр сажевий - це фізичний фільтрувальний елемент системи DPF, стан якого визначається не лише кількістю сажі, а й накопиченням золи, цілісністю моноліту та реальною пропускною здатністю.

Регенерація, професійне очищення і заміна вирішують різні задачі. Сажа може бути окиснена, зола потребує іншого способу видалення, а тріснутий або оплавлений моноліт уже не відновлюється температурним циклом.

Перед рішенням про заміну потрібно перевірити диференційний тиск, датчик і трубки, температури, стан двигуна, форсунки, EGR, наддув, турбіну та витрату моторної оливи.

Головне правило: не потрібно міняти DPF лише тому, що сканер показує велике навантаження. Спочатку потрібно визначити, що саме заповнило фільтр, чи цілий його моноліт і чому система опинилася у цьому стані.