Сажа в дизельном двигателе

Дизельные двигатели  продуцируют сажу в результате неполного сгорания топлива. Предполагается, что продуктами идеальной реакции сгорания топлива в цилиндре являются диоксид углерода, вода, и азот, но ни один двигатель не является на 100% эффективным. 


Основной причиной появления сажи в выхлопе является обогащенная смесь. Чаще всего такая смесь образуется не из-за того, что  в камеру сгорания подаётся больше чем нужно топлива, а из-за того, что воздуха меньше, чем необходимо. Самые распространённые причины — забит воздушный фильтр, нарушена целостность воздухоподающего тракта, недостаточная производительность турбины. Также проблемы может создавать заклинивший клапан системы EGR.

В целом, образование сажи является сложным процессом, зависящим как от гидродинамических, так и термодинамических граничных условий. Вначале горения топлива значительное количество сажи может образовываться в цилиндре в зонах локального обогащения смеси, однако, в ходе процесса  горения количество сажи уменьшается более, чем на 70% за счет ее окисления. 


Снижение давления впрыска топлива или концентрации кислорода вызывает увеличение содержания и выброса сажи. На процесс образования сажи оказывают влияние локальные взаимодействия между струей впрыскиваемого топлива, зоной горения, несгоревшей смесью и геометрией поршня.

В основном, если стехиометрический состав топливо-воздушной смеси (для дизеля отношение воздух/диз.топливо 14,6 : 1) в камере сгорания превышает 60-80% от общего объема, то диффузионное горение происходит без образования сажи и ее частиц.  
В противном случае, начинается эффект пиролиза топлива - его разложение на простые химические соединения и элементы. Таким образом,  в цилиндрах образуется большое количество сажи, ведь для этого созданы все условия: высокая температура и недостаток кислорода.

Из цилиндров  сажа попадает в моторное масло, остается в выпускном тракте и на лопатках турбины , возвращается во впуск через клапан EGR, но ее основная масса задерживается  в сажевом фильтре.

Со временем, накапливаясь в фильтре в больших количествах, сажа создает значительное сопротивление выхлопным газам.  
Оценку загрязненности сажевого фильтра ЭБУ автомобиля производит по прямым и косвенным данным.  Прямые снимаются с датчиков температуры, кислорода и NOx , а также датчика дифференциального давления. Косвенными являются интегрированные по времени расход топлива, давление турбины , обороты двигателя,  скорость и пробег. С учетом всех этих данных и информации о режимах работы двигателя можно оценить массовую долю сажи в выхлопе. 


Для очистки сажевого фильтра  в автомобиле предусмотрена процедура регенерации, суть которой с помощью увеличения температуры в сажевом фильтре добиться полного сгорания накопленной сажи. 

Несмотря на то, что процедура регенерации достаточно эффективна, к пробегу от 150 тыс км сажевый фильтр забивается негорючими отложениями и золой, против которых регенерация бессильна. Такой фильтр подлежит замене на новый либо очистке более "суровыми" методами, например, мойке в специальном оборудовании Flash Cleaner Mashine.