Системи двигуна, каталізатор та сажовий фільтр DPF

Для дизельних двигунів найбільш характерні викиди — це оксиди азоту та тверді частки (сажа).

Навіть при нормальному спалюванні дизельного палива утворення твердих часток (сажі) неможливо уникнути. Режимів неповного згорання достатньо, до того ж у кожному з них кількість сажі у відпрацьованих газах багаторазово збільшується. Оксиди азоту утворюються, коли в камері згорання висока температура і надлишок повітря в паливо-повітряній суміші. Саме через цей надлишок звичайний нейтралізатор не може їх знешкоджувати.

Для початку інженери впровадили систему EGR — система рециркуляції відпрацьованих газів, яка їх частину повертає на впуск. Багато хто думає, що все це потрібно просто для допалювання відпрацьованих газів, але це лише додаткова опція EGR. Його основне завдання — знизити кількість кисню у свіжій паливо-повітряній суміші і знизити температуру згорання в циліндрі. На дизельних двигунах ця система складається з клапана керування, охолоджувача потоку газів і впускного запірного клапана.

Клапан керування EGR встановлений на стороні випуску і відводить відпрацьовані гази назад на впуск. Його роботу регулює модуль керування двигуном. Також в клапан вмонтований датчик положення. Виробники передбачили функцію самоочистки: при вимкненні двигуна клапан кілька раз відкривається та закривається. Якщо система EGR виходить з ладу, він залишається закритий. Однак є випадки, коли накопичення сажі і корозія призводять до того, що клапан заклинює у відкритому положенні. Дизельний двигун ніколи не вирізнявся внутрішньою чистотою, а на додачу постійно на впуск буде повертатись повна порція відпрацьованих газів. Це призведе до зниження ресурсу двигуна і втрати його потужності.

Охолоджувач EGR також працює як інтеркулер в системах наддуву. Охолоджені гази мають більшу густину, а отже — більший розхід. Додатково вони ще більше «збивають» температуру згорання в циліндрі. В деяких режимах роботи двигуна така активна рециркуляція лише шкодить і призводить до неповного спалювання палива — наприклад при пуску двигуна чи його прогріванні. Щоб запобігти цьому, в систему вмонтований клапан, який направляє гази в обхід охолоджувача і додатково оберігає його від утворення конденсату через надто низьку температуру.

Випускний запірний клапан — дросельна заслінка — стоїть на впускному тракті перед каналом подачі відпрацьованих газів. При необхідності вона закривається майже на половину, зменшуючи переріз впускного трубопроводу. Завдяки цьому у впускному колекторі створюється розрідження і зростає інтенсивність рециркуляції відпрацьованих газів. Фактично, для роботи самого двигуна вона не використовується, тільки у випадку його більш м’якої зупинки — коли заслінка повністю закрита та зупиняє подачу повітря. При відмові заслінка повністю відкривається.

Про несправність системи рециркуляції відпрацьованих газів сигналізує лампа Check. Діагностику потрібно проводити за допомогою спеціального обладнання.

Гарний стан системи і двигуна забезпечать періодичні поїздки за місто без заторів, а також використання якісного моторного мастила та дизельного палива.

Наступний крок для зменшення викидів шкідливих речовин в атмосферу — встановлення каталізатора та сажового фільтра DPF. Часто їх встановлюють в одному корпусі але трапляються і роздільні конструкції.

Фільтр DPF схожий на звичайний нейтралізатор. Різниця в тому, що саме він накопичує частки сажі і в ньому відбувається їх допалювання — регенерація. Для цього процесу потрібна температура близько 600°С. При звичайних умовах температура відпрацьованих газів дизеля має 150-300°С, але впливом на керування двигуна її можна підняти лише до 500°С. Проблему можна вирішити двома способами. Перший — канали фільтра покривають платиною: цей каталітичний шар знижує температуру згорання сажі до потрібних 500°С та пришвидшує сам процес. Другий спосіб — використати як каталізатор присадку в паливо (для неї передбачений невеликий додатковий бак).

Після регенерації сажа, що все ж не допалюється, заповнює фільтр. Ці частки сажі утворюються з моторного мастила та палива, перетворити їх неможливо. При цьому корисний об’єм фільтра зменшується, інтервали між регенераціями скорочуються. Остаточно «забитий» фільтр потрібно замінити.

Фільтр із каталітичним шаром доповнений датчиком протитиску, датчиком температури відпрацьованих газів і лямбда-зондом. Датчик протитиску визначає різницю тисків відпрацьованих газів до і після фільтра DPF. За різницею тисків визначається кількість накопиченої сажі та стан самого фільтра. Надто високий перепад тисків двигуна ЕБК оцінює, як забруднення фільтра, сигналізує водію лампою Check і переходить в аварійний режим роботи. Аналогічно ЕБУ зреагує при надто низькому перепаді, сигналізуючи про пошкодження фільтра. Також сигнал датчика призначений для контролю регенерації.

Залежно від складності системи використовують від двох до трьох датчиків температури відпрацьованих газів, розміщених на корпусі фільтра. Передній датчик на вході в окислюючий нейтралізатор визначає чи досягнено робочу температуру. Середній датчик — на вході до фільтра DPF — сигналізує про температуру, яка потрібна для регенерації. Задній датчик (у більш простих системах його не використовують) ставлять на виході для контролю температури вихлопних газів. За показниками розраховується кількість спаленої сажі.

Лямбда-зонд розташований за сажовим фільтром, його показники потрібні для більш точного визначення кількості спаленої сажі.

Система з паливною присадкою облаштована і працює за схожим принципом. У ній немає лямбда-зонда, є лише датчик температури відпрацьованих газів. Залежно від кількості палива, заправленого в бак, із додаткової ємності з присадкою в основний бак з паливом впорскується присадка. Під час роботи двигуна вона осідає на частках сажі в фільтрі DPF і на його каналах – працює, як каталізатор. За процес регенерації відповідає ЕБК. Коли накопичення сажі перевищує 60 %, електронний блок керування починає шукати умови для запуску процесу регенерації. Зазвичай, це рух автомобіля на помірній швидкості, при обертах більше 2000. У таких умовах різними способами (як правило, це додатковий вприск та закриття керуючого клапана EGR) температура відпрацьованих газів піднімається до потрібних 500°С. Запущений процес контролює датчик протитиску і температури, оскільки нагрів більше 1000°С може пошкодити фільтр DPF.

В ідеальних умовах повна регенерація займає 15 хв., при цьому з вихлопної труби піде білий дим, після регенерації він зникне. Характерних інтервалів проходження регенерації немає. Оскільки кожен автомобіль експлуатують індивідуально.

Однак у реальних умовах все набагато складніше. Постійний рух у заторах на короткі відстані не дає регенерації відбутися. Вона може неодноразово запускатись, але жодного разу не завершиться. Рано чи пізно система попросить, щоб їй допомогли очиститись.

При 80% накопиченні сажі запалюється сигнальна лампа DPF. У такому випадку ще є надія на автоматичне очищення, якщо рухатись тривалий час за межами міста, без заторів. При 100-відсотковій завантаженості фільтра DPF лампа починає постійно блимати. В блоці керування зберігається помилка, і автомобіль переходить в аварійний режим з обмеженим впорскуванням палива. В такому випадку необхідно звернутись у сервіс для очистки фільтра. У випадку, якщо ви пропустили це попередження і накопичення сажі сягне більше 100% , засвітиться Check — робота двигуна буде ще більш обмежена, але очистка ще можлива. Коли фільтр забруднений на 200% або зруйнований, його можна тільки замінити. А коштує він чимало.

При додатковій подачі палива під час регенерації воно потрапляє в моторне мастило. Далі мастило розріджується та втрачає свої властивості. Через це на масляному щупі можна побачити три мітки: мінімум, максимум і максимальний рівень розрідження.

Блок керування двигуном здатен сам розраховувати рівень розрідження за тривалістю та інтервалами регенерації. При досягненні визначеного порога на панелі приладів засвічується відповідна індикація.

Повністю покладатись на електроніку не варто, потрібно періодично контролювати рівень мастила щупом. Навіть при не значному збільшенні мастила воно втрачає ефективність, а продукти спалювання додатково забруднюють сажовий фільтр. Не чекайте до останнього та замініть мастило. При наявності фільтра DPF потрібно використовувати мастило з пониженою зольністю, інакше інтервали регенерації, які супроводжує збільшений розхід, будуть скорочуватись, а мастило швидше втратить свої властивості.

Посилення вимог до кількості викидів оксидів азоту змусило інженерів ще більше ускладнити дизельний двигун. Але виробники вже досягли межі можливостей обмежити викиди в циліндрі двигуна. Знайомтесь: система селективної каталітичної нейтралізації SCR. Побачити її можна на вантажних автомобілях класу екологічності Євро-6 та на легкових дизельних автомобілях, призначених для європейського ринку. У вихлопну систему додали ще один нейтралізатор-перетворювач і бак з присадкою — сечовиною (AdBlue). Цей розчин додатково подається в нейтралізатор і перетворює оксиди азоту в нешкідливі речовини.

Перетворювач складається з двох частин: цеолітного нейтралізатора та нейтралізатора прослизання. Цеоліт — це каталітичне напилення, завдяки якому відбувається реакція між карбамідом та оксидами азоту. При цьому виділяється аміак, а він нейтралізує оксиди. Іноді аміак, який не вступив в реакцію проходить системою далі. Для його нейтралізації і слугує друга частина — нейтралізатор прослизання. Змішувач перед перетворювачем SCR забезпечує майже рівномірне розподілення карбаміду в потоці відпрацьованих газів і допомагає його випаровуванню.

Датчик NOx контролює очистку відпрацьованих газів. Працює він за тим же принципом, що й кисневий датчик. Також він підключений до окремого модуля керування і утворює з ним єдиний блок.

У бак для AdBlue вмонтовані помпа та підігрівач. Розчин не шкідливий, але починає замерзати при температурі −11°С. За регламентом його потрібно періодично заправляти. Форсунка стоїть перед нейтралізатором SCR і подає карбамід на змішувач. Керує роботою системи окремий модуль. Індикація SCR в основному пов’язана з низьким рівнем рідини. При несправності вона доповнюється Check. У деяких випадках можливе блокування запуску двигуна.

Як і в інших системах, діагностику можна провести лише спеціалізованим обладнанням (комп’ютерна діагностика). Система дуже чутлива до якості палива, тому більшість проблем виникає саме через це.

Слідкуйте за індикаторами на панелі приладів, не заощаджуйте на паливі, заливайте лише якісні мастила, періодично виводьте ваш автомобіль із заторів на трасу, не лінуйтесь перевірити рівень мастила. Дотримання цих простих рекомендацій допоможе запобігти дорогому ремонту автомобіля, або виходу його з ладу.

На різних автомобілях різні алгоритми роботи лампи DPF, тому обов’язково вивчіть інструкцію з експлуатації автомобіля. Трапляються випадки, коли мигання лампи вказує на активну регенерацію, а власник не розуміє, що трапилось і глушить двигун. А цього робити не потрібно. Хоча зазвичай лампа загорається та гасне при запуску двигуна і. спрацьовує лише у випадку проблеми.

На сучасних автомобілях у корпус пічки монтують електричний обігрівач. Він схожий на радіатор, нагрівається дуже швидко і подає тепло навіть при холодному двигуні. Трапляються й інші рішення. Наприклад, в систему вихлопу монтують заслінку, яку можна прикрити, натиснувши кнопку. Протитиск на випуску зросте — двигун прогріється швидше.

Більшість паливних фільтрів облаштовані датчиком рівня води. Потрапляє вона туди різноманітними шляхами і призводить до корозії елементів паливної апаратури. Щільність води вища за щільність дизельного палива, тому вона накопичується в нижній частині фільтра. Поплавковий датчик подасть сигнал про його заповнення. Для зливу передбачені болт або кришка.

У деякі фільтри вмонтований підігрівач. Із незначним запарафіненням дизельного палива він впорається за умови, що паливо зимове.

Іноді на корпусі фільтра трапляються ручні помпи для прокачування системи, в яку потрапило повітря.

Більшість дизельних двигунів оснащені турбіною. Це складний механізм і змінну геометрію кожен виробник бачить по-своєму. Деякі виробники вмонтували в корпус направляючі лопатки, що дозволяють змінювати прохідне січення каналу відпрацьованих газів перед колесом турбіни. Це забезпечує постійний тиск наддуву в широкому діапазоні обертів. Деякі виробники пішли ще далі — в один великий корпус вмонтували дві турбіни — високого та низького тиску.

Для полегшення запуску двигуна в холодну погоду слугує передпусковий підігрів. Спеціальні свічки за кілька секунд нагрівають камеру спалювання до 1000°С. Завдяки цьому випаровування палива і запалювання суміші полегшується. Несправність хоча б однієї зі свічок ускладнить (інколи і зробить неможливим) запуск двигуна.

У сучасних автомобілях свічки працюють в трьох режимах: звичний передпусковий підігрів, супроводжуючий підігрів, та режим регенерації DPF. Супроводжуючий режим застосовується на холодному двигуні і триває близько 4 хв. Потрібен він переважно для зниження шкідливих викидів. У режимі регенерації свічки можуть додатково збільшувати температуру відпрацьованих газів.

Індикація розрідження масла залежить від автомобіля. Це може бути лампа DPF, звична маслянка або текстове повідомлення. На деяких автомобілях є окремі датчики високого та низького рівня масла. Коли індикація вже з’явилась, двигун може перейти в аварійний режим роботи з обмеженням потужності.

Після кожної заміни мастила варто за допомогою комп’ютера повідомити про це ЕБК, налаштувавши розрахунок розрідження.

Якщо ви виявили будь-яку несправність чи симптом, зверніть увагу на стан сажового фільтра DPF чи каталізатора. Оскільки саме вони визначають як та скільки буде працювати двигун вашого автомобіля.