Система фильтра твердых продуктов сгорания дизельного топлива (DPF) уменьшает выбросы твердых продуктов сгорания дизельного топлива до пренебрежимо малых уровней.

 

 

Поз.	№ запасной части	Наименование
1	-	Датчик температуры
2	-	HO2S
3	-	Датчик дифференциального давления
4	-	Трубка датчика высокого давления
5	-	Трубка датчика низкого давления
6	-	Фильтр продуктов сгорания дизельного топлива
7	-	Датчик температуры

Выделение твердых частиц происходит в виде черного дыма, выделяемого дизельным двигателем при определенных условиях нагрузки. Выхлопные газы - это сложная смесь твердых и жидких элементов, причем твердые частицы - это, в основном, микросферы углерода, на которых конденсируются углеводороды, выделяющиеся из топлива и смазочных материалов двигателя.

Система DPF состоит из следующих компонентов:

• Фильтр продуктов сгорания дизельного топлива
• Управляющее программное обеспечение DPF встроенное в модуль управления двигателем (ЕСМ)
• Датчик дифференциального давления

DPF расположен в системе выпуска, позади каталитического нейтрализатора. Основная характеристика DPF - это его способность к регенерации. Регенерация представляет собой сгорание твердых частиц, захваченных фильтром, которая предотвращает закупорку фильтра и обеспечивает свободное прохождение выхлопных газов. Процесс регенерации происходит через расчетные интервалы времени и не заметен для водителя автомобиля.

Регенерация играет очень важную роль, поскольку переполнение фильтра может привести к повреждению двигателя из-за чрезмерно высокого обратного давления отработавших газов, а также возможна поломка или разрушение самого фильтра. Продукты, улавливаемые фильтром, - это в основном частицы углерода с абсорбированными углеводородами.

 

 

Поз.	№ запасной части	Наименование
A	-	Лицевая сторона с чередующимися закрытыми ячейками
B	-	Вид сбоку, показывающий поток ОГ, проходящий через фильтр, и собирающиеся в фильтре твердые частицы
C	-	Задняя сторона с чередующимися закрытыми ячейками

DPF использует технологию фильтрации на базе фильтра с каталитическим покрытием. DPF выполнен из карбида кремния, заключенного в стальной контейнер, который обладает отличной сопротивляемостью к ударным тепловым воздействиям и характеристиками теплопроводности. DPF разработан с учетом эксплуатационных потребностей для поддержания оптимального противодавления.

Пористая поверхность фильтра состоит из тысяч маленьких параллельных каналов, расположенных продольно по отношению к выпускной системе. Смежные каналы в фильтре вперемежку закрыты с конца. Такая конструкция заставляет ОГ проходить через пористые стенки фильтра, которые выполняют роль фильтрующей среды. Твердые продукты, слишком большие для того, чтобы пройти через пористую поверхность, собираются и сохраняются в каналах.

Если собирающиеся на фильтре твердые продукты не удаляются, может быть затруднено прохождение выхлопных газов. Для удаления твердых частиц служит процесс регенерации, при котором твердые частицы сжигаются.

В процессе регенерации для удаления твердых частиц из DPF используется NO2. NO2 генерируется каталитическим нейтрализатором перед DPF. Каталитический нейтрализатор генерирует температуры, превышающие 250°C (482°F) - уровень, при котором начинается процесс регенерации.

DPF регенерация управляется температурой ОГ и DPF. DPF имеет фильтрующую поверхность с обработкой "wash coat", которая включает в себя платину и другие активные компоненты и аналогична обработке каталитического нейтрализатора. При определенной температуре ОГ и DPF "wash coat" активирует сжигание твердых частиц в дополнение к окислению монооксида углерода и углеводородов.

Температура ОГ и DPF контролируется программным обеспечением DPF в ЕСМ. Программное обеспечение DPF отслеживает нагруженность DPF на основании стиля вождения, пройденного расстояния и сигналов от датчиков дифференциального давления и датчиков температуры. При достижении заданного уровня объема твердых частиц происходит активная регенерация DPF. Она осуществляется во взаимодействии с ЕСМ посредством регулирования различных функций управления двигателем, таких как:

• впрыск топлива
• регулирование расхода всасываемого воздуха с помощью дросселя
• рециркуляция отработавших газов
• управление давлением наддува

Процесс регенерации возможен благодаря эластичности двигателя с системой впрыска "common-rail", который обеспечивает точное регулирование подачи топлива, давления топлива и впрыска. Эти параметры являются основополагающими для обеспечения эффективного процесса регенерации.

Для регенерации DPF используются два фильтра - активный и пассивный.

 

Пассивная регенерация

Для пассивной регенерации не требуется специального вмешательства системы управления двигателем, она происходит при нормальной работе двигателя. Вследствие пассивной регенерации твердые частицы, осевшие в DPF, медленное преобразуются в двуокись углерода. Этот процесс активен, когда температура DPF достигает 250°C (482°F). При высоких скоростях и большой нагрузке на двигатель этот процесс становится непрерывным.

Во ходе пассивной регенерации только часть твердых частиц преобразуется в двуокись углерода. Это связано с тем, что процесс химической реакции эффективен только в пределах диапазона нормальной рабочей температуры от 250°C до 500°C (от 482°F до 932°F).

Выше этого температурного диапазона эффективность преобразования твердых частиц в двуокись углерода растет с ростом температуры DPF. Таких температур можно добиться только при помощи процесса активной регенерации.

 

Активная регенерация

Активная регенерация начинается, когда объем твердых частиц в DPF достигает порогового уровня, который отслеживает или определяет управляющее программное обеспечение DPF. Расчет пороговых значений учитывает стиль управления автомобилем, пройденное расстояние и сигналы противодавления от датчика дифференциального давления.

Как правило, активная регенерация происходит каждые 725 км, но при этом частота регенерации зависит от условий движения автомобиля. Например, при движении автомобиля с небольшой нагрузкой в городском потоке активная регенерация будет происходить чаще. Это вызвано более быстрым накоплением твердых частиц в DPF по сравнению с режимами, когда автомобиль движется на высокой скорости и происходит пассивная регенерация.

Программное обеспечение DPF содержит в себе счетчик пробега, который инициирует регенерацию и служит для резервирования активной регенерации. Регенерация запрашивается на основании пройденного расстояния, если она не была инициирована сигналом противодавления от датчика дифференциального давления.

Активная регенерация DPF начинается, когда температура DPF поднимается до температуры сгорания твердых частиц. Температура DPF повышается за счет увеличения температуры ОГ. Это достигается путем введения дополнительного впрыска после предварительного и основного впрыска.

Программное обеспечение DPF отслеживает сигналы от двух температурных датчиков DPF для определения температуры DPF. В зависимости от температуры DPF, программное обеспечение DPF посылает запрос в ЕСМ на выполнение одного или двух циклов дополнительного впрыска топлива:

• Первый дополнительный впрыск топлива замедляет сгорание внутри цилиндра, что увеличивает температуру ОГ.
• Второй дополнительный впрыск топлива происходит позже в ходе цикла рабочего такта. Топливо частично сгорает в цилиндре; часть несгоревшего топлива попадает в систему выпуска, где оно инициирует экзотермическую реакцию в каталитическом нейтрализаторе, еще больше увеличивая температуру DPF.

Процесс активной регенерации занимает приблизительно 20 минут. Первая фаза увеличивает температуру DPF до 500°C (932°F). Вторая фаза еще увеличивает температуру DPF до 600°C (1112°F), что является оптимальной температурой для сгорания твердых частиц. Эта температура поддерживается на протяжении 15-20 минут для полного сжигания твердых частиц в DPF. Процесс сжигания преобразует частицы углерода в двуокись углерода и воду.

Температура активной регенерации DPF тщательно контролируется программным обеспечением DPF для поддержания требуемой температуры 600°C (1112°F) на впускном отверстии DPF. Система управления температурой не позволяет превысить эксплуатационные температурные пределы турбокомпрессора и каталитического нейтрализатора. Температура на впуске турбокомпрессора не должна превышать 830°C (1526°F), температура каталитического нейтрализатора не должна превышать 800°C (1472°F), а температура на выходе должна оставаться ниже 750°C (1382°F).

Во время активной регенерации происходят следующие процессы, управляемые ЕСМ:

• Турбокомпрессор поддерживается в полностью открытом положении. Это минимизирует теплопередачу от ОГ к турбокомпрессору и сокращает скорость потока ОГ, что позволяет добиться оптимального разогрева DPF. Если водитель пожелает увеличить крутящий момент, при необходимости, лопатки турбокомпрессора могут быть закрыты.
• Дроссельная заслонка закрывается, так как это помогает увеличить температуру ОГ и сокращает скорость потока ОГ, что сокращает время разогрева DPF до оптимальной температуры.
• Закрывается клапан системы рециркуляции отработавших газов (EGR). Использование EGR сокращает температуру ОГ и потому не позволяет добиться оптимальной температуры DPF.

Если вследствие использования автомобиля и/или стиля управления автомобилем процесс активной регенерации не может быть осуществлен или невозможно регенерировать DPF, дилер может выполнить принудительную регенерацию DPF. Это можно сделать либо осуществив поездку на автомобиле, пока двигатель не разогреется до нормальной рабочей температуры, после чего необходимо продолжать движение со скоростью не ниже 48 км/ч на протяжении 20 минут, либо подключив к автомобилю диагностическую систему, одобренную компанией Land Rover, которая поможет специалисту выполнить процедуру регенерации для очистки DPF.