Саджовий фільтр дизельного двигуна (DPF) 2.7L (Дискавері 3)

На автомобілях, починаючи з 2008 модельного року, в якості опції доступний фільтр сажі (DPF).

ПРИМІТКА Система випуску ОГ без DPF також доступна на автомобілях, починаючи з 2008 модельного року.

Система DPF зменшує викиди твердих продуктів згоряння дизельного палива до дуже малих рівнів.

Елементи системи DPF

Найменування пункту	Каталожний номер запасної частини	Опис
1		Датчик температури ОГ (перед каталізатором)
2		Датчик температури ОГ (після каталізатора)
3		Трубка датчика високого тиску
4		Датчик диференціального тиску
5		Трубка датчика низького тиску
6		Датчик температури ОГ (після DPF)
7		Саджовий фільтр
8		Каталітичний нейтралізатор

Виділення твердих частинок відбувається у вигляді чорного диму, що виділяється дизельним двигуном за певних умов навантаження. Вихлопні гази - це складна суміш твердих і рідких елементів, причому тверді частинки - це, в основному, мікросфери вуглецю, на яких конденсуються вуглеводні, що виділяються з палива та мастильних матеріалів двигуна.



Система DPF складається з наступних елементів:

• Саджовий фільтр
• Керуюче програмне забезпечення DPF, вбудоване в модуль керування двигуном (ЕСМ)
• Датчик диференціального тиску

Саджовий фільтр

DPF розташований у системі випуску, позаду каталітичного нейтралізатора. Основна характеристика DPF – це його здатність до регенерації. Регенерація є згоряння твердих частинок, захоплених фільтром, яка запобігає закупорці фільтра і забезпечує вільне проходження вихлопних газів. Процес регенерації відбувається через розрахункові інтервали часу та не помітний для водія автомобіля.

Регенерація відіграє дуже важливу роль, оскільки переповнення фільтра може призвести до пошкодження двигуна через надмірно високий зворотний тиск відпрацьованих газів, а також можлива поломка або руйнування самого фільтра. Продукти, що уловлюються фільтром, - це в основному частинки вуглецю з абсорбованими вуглеводнями.

Найменування пункту	Каталожний номер запасної частини	Опис
A		Лицьова сторона з закритими осередками, що чергуються
B		Вид збоку, що показує потік ОГ, що проходить через фільтр, і тверді частинки, що збираються у фільтрі
C		Задня сторона з закритими осередками, що чергуються

DPF використовує технологію фільтрації на основі фільтра з каталітичним покриттям. DPF виконаний з карбіду кремнію, укладеного в сталевий контейнер, який має відмінну опірність до ударних теплових впливів і характеристик теплопровідності. DPF розроблено з урахуванням експлуатаційних потреб для підтримки оптимального протитиску.

Пориста поверхня фільтра складається з безлічі дрібних паралельних каналів, розташованих поздовжньо по відношенню до випускної системи. Суміжні канали у фільтрі впереміж закриті з кінця. Така конструкція змушує ОГ проходити через пористі стінки фільтра, які виконують роль середовища, що фільтрує. Тверді продукти занадто великі для того, щоб пройти через пористу поверхню, збираються і зберігаються в каналах.

Якщо тверді продукти, що збираються на фільтрі, не видаляються, може бути утруднено проходження вихлопних газів. Для видалення твердих частинок служить процес регенерації, у якому тверді частинки окислюються.

Регенерація DPF керується температурою ОГ та DPF. DPF має фільтруючу поверхню з обробкою "wash coat", яка включає платину та інші активні компоненти і аналогічна обробці каталітичного нейтралізатора. При певній температурі ОГ та DPF "wash coat" активує спалювання твердих частинок на додаток до окислення монооксиду вуглецю та вуглеводнів.

Температура ОГ та DPF контролюється програмним забезпеченням DPF в ЄСМ. Програмне забезпечення DPF відстежує навантаженість DPF на підставі манери їзди, пройденої відстані та сигналів від датчиків диференціального тиску та датчиків температури. При досягненні заданого рівня обсягу твердих частинок відбувається активна регенерація DPF. Вона здійснюється у взаємодії з ЄСМ за допомогою регулювання різних функцій керування двигуном, таких як:

• упорскування палива
• регулювання витрати всмоктуваного повітря за допомогою дроселя
• система рециркуляції відпрацьованих газів
• управління тиском наддуву

Процес регенерації можливий завдяки еластичності двигуна із системою упорскування "common-rail", який забезпечує точне регулювання подачі палива, тиску палива та упорскування. Ці параметри є основними забезпечення ефективного процесу регенерації.

Для регенерації DPF використовуються два фільтри - активний та пасивний.

Пасивна регенерація

Для пасивної регенерації не потрібно спеціального втручання системи керування двигуном, вона відбувається за нормальної роботи двигуна. Внаслідок пасивної регенерації тверді частинки, що осіли в DPF, повільно перетворюються на двоокис вуглецю. Цей процес активний, коли температура DPF досягає 250°C (482°F). При високих швидкостях та великому навантаженні на двигун цей процес стає безперервним.

У результаті пасивної регенерації лише частина твердих частинок перетворюється на двоокис вуглецю. Це з тим, що процес хімічної реакції ефективний лише межах діапазону нормальної робочої температури від 250°C до 500°C (від 482°F до 932°F).

Вище цього температурного діапазону ефективність перетворення твердих частинок двоокис вуглецю зростає зі зростанням температури DPF. Таких температур можна досягти лише за допомогою процесу активної регенерації.

Активна регенерація

Активна регенерація починається, коли обсяг твердих частинок в DPF досягає порогового рівня, який відстежує або визначає програмне забезпечення DPF. Розрахунок порогових значень враховує стиль керування автомобілем, пройдену відстань і сигнали протитиску від датчика диференціального тиску.



Як правило, активна регенерація відбувається кожні 725 км, але при цьому частота регенерації залежить від умов руху автомобіля. Наприклад, під час руху автомобіля з невеликим навантаженням у міському потоці активна регенерація відбуватиметься частіше. Це спричинено швидшим накопиченням твердих частинок у DPF порівняно з режимами, коли автомобіль рухається на високій швидкості та відбувається пасивна регенерація.

Програмне забезпечення DPF містить лічильник пробігу, який ініціює регенерацію і служить для резервування активної регенерації. Регенерація запитується на підставі пройденої відстані, якщо вона не була ініційована сигналом протитиску датчика диференціального тиску.

Активна регенерація DPF починається, коли температура DPF піднімається до температури згоряння твердих частинок. Температура DPF збільшується за рахунок збільшення температури ОГ. Це досягається шляхом введення додаткового упорскування після попереднього та основного упорскування.

Програмне забезпечення DPF відстежує сигнали від двох температурних датчиків DPF визначення температури DPF. Залежно від температури DPF, програмне забезпечення DPF надсилає запит до ЄСМ на виконання одного або двох циклів додаткового впорскування палива:

• Перший додатковий упорскування палива уповільнює згоряння всередині циліндра, що збільшує температуру ОГ.
• Друге додаткове упорскування палива відбувається пізніше в ході циклу робочого такту. Паливо частково згоряє у циліндрі; частина незгорілого палива потрапляє в систему випуску, де воно ініціює екзотермічну реакцію каталітичному нейтралізаторі, ще більше збільшуючи температуру DPF.

Процес активної регенерації займає приблизно 20 хвилин. Перша фаза підвищує температуру DPF до 500°C (932TF). Друга фаза збільшує температуру DPF до 600°C (1112°F), що є оптимальною температурою для згоряння твердих частинок. Ця температура підтримується протягом 15-20 хвилин для повного спалювання твердих частинок DPF. Процес спалювання перетворює частинки вуглецю в двоокис вуглецю та воду.



Температура активної регенерації DPF ретельно контролюється програмним забезпеченням DPF для підтримки необхідної температури 600°C (1112°F) на впускному отворі DPF. Система керування температурою не дозволяє перевищити експлуатаційні температурні межі турбокомпресора та каталітичного нейтралізатора. Температура на впуску турбокомпресора не повинна перевищувати 830°C (1526TF), температура каталітичного нейтралізатора не повинна перевищувати 800°C (1472TF), а температура на виході повинна залишатися нижче 750°C (1382°F).

Під час активної регенерації відбуваються такі процеси, керовані ЄСМ:

• Турбокомпресор підтримується повністю відкритому положенні. Це мінімізує теплопередачу від ОГ до турбокомпресора і скорочує швидкість потоку ОГ, що дозволяє досягти оптимального розігріву DPF. Якщо водій забажає збільшити момент, що крутить, при необхідності, лопатки турбокомпресора можуть бути закриті.
• Дросельна заслінка закривається, оскільки це допомагає збільшити температуру ОГ і скорочує швидкість потоку ОГ, що скорочує час розігріву DPF до оптимальної температури.
• Закривається клапан системи рециркуляції газів, що відпрацювали (EGR). Використання EGR скорочує температуру ОГ і тому не дозволяє досягти оптимальної температури DPF.

Якщо внаслідок використання автомобіля та/або стилю керування автомобілем процес активної регенерації не може бути здійснений або неможливо регенерувати DPF, дилер може виконати примусову регенерацію DPF. Це можна зробити або здійснивши поїздку автомобілем, поки двигун не розігріється до нормальної робочої температури, після чого необхідно продовжувати рух зі швидкістю не нижче 48 км/год протягом 20 хвилин, або підключивши до автомобіля діагностичну систему, схвалену компанією Land Rover, яка допоможе спеціалісту виконати процедуру автоматичної регенерації для очищення DPF.

Система керування сажевим фільтром

Щоб досягти оптимальної ефективності DPF і запобігти його засмічення, необхідно постійно відстежувати стан DPF. В ЄСМ міститься програмне забезпечення DPF, яке управляє моніторингом та роботою системи DPF і також відстежує інші дані автомобіля для визначення періодів регенерації і інтервалів технічного обслуговування.

Програмне забезпечення DPF можна розділити на три окремі програмні модулі управління: модуль контролю DPF, модуль управління витратою палива DPF та модуль управління витратою повітря DPF.

Ці три модулі управляються четвертим програмним модулем, який називають узгоджуючим модулем DPF. Узгоджувальний модуль управляє роботою інших модулів, коли надходить запит активну регенерацію. Модуль контролю DPF є підсистемою узгоджувального модуля DPF.

Модуль керування витратою палива DPF

Модуль керування витратою палива DPF керує такими функціями:

• Синхронізацією чотирьох роздільних впорскування на робочий хід і кількістю палива, що впорскується (попередній, основний і два додаткових упорскування).
• Тиск упорскування і перемикання між трьома різними рівнями калібрування впорскування.

Вказані вище функції залежать від стану каталітичного нейтралізатора та DPF.

На додаток до вимірювання активності нейтралізатора та DPF керований упорскування визначає необхідний рівень упорскування. Система управління витратою палива обчислює кількість палива та синхронізацію чотирьох роздільних впорскування для кожного з трьох рівнів калібрування тиску впорскування, а також управляє перемиканням між рівнями.



Два додаткових упорскування необхідні для поділу функцій збільшення температури газів у циліндрі та вироблення вуглеводнів. Перше додаткове упорскування використовується для генерування більш високої температури газів у циліндрах одночасно з підтримкою такого ж крутного моменту двигуна, що і при нормальній (не в ході регенерації) роботі двигуна. Друге додаткове упорскування використовується для вироблення вуглеводнів за допомогою напряму незгорілого палива в каталітичний нейтралізатор без збільшення крутного моменту двигуна.

Модуль керування витратою повітря DPF

[Стаття скопійована з веб-сайту www.LRman.ru]
Модуль керування витратою повітря DPF керує такими функціями:

• Системою керування EGR
• Системою керування тиском наддуву
• Системою управління температурою і тиском повітря, що всмоктується

У процесі активної регенерації відключається EGR і обчислюється активація із зворотним зв'язком регулятора тиску наддуву. Модуль управління витратою повітря контролює рівень тиску та температури повітря у впускному колекторі. Цей контроль необхідний, щоб досягти правильних умов усередині циліндра для стабільного та надійного згоряння додатково впораного палива.

Модуль керує температурою повітря, що всмоктується, приводячи в дію дросельну заслінку EGR і регулюючи тиск наддуву.

Узгоджуючий модуль DPF

Узгоджуючий модуль DPF при отриманні запиту на регенерацію від модуля контролю ініціює та узгоджує наступні запити на регенерацію DPF:

• Вимкнення EGR
• Управління тиском наддуву
• Збільшення навантаження на двигун
• Управління тиском та температурою повітря у впускному колекторі
• Управління упорскуванням палива

Коли модуль контролю видає запит на регенерацію, модуль, що узгоджує, запитує відключення EGR і тиск наддуву необхідне для регенерації. Потім він чекає від системи EGR сигналу зворотного зв'язку, що підтверджує, що клапан EGR закритий.

Коли клапан EGR закривається, узгоджуючий модуль ініціює запит на збільшення навантаження на двигун за допомогою керування температурою та тиском повітря, що всмоктується.

Після отримання підтвердження, що умови на впуску знаходяться під контролем або що закінчився час калібрування, узгоджуючий модуль переходить у стан очікування, коли водій відпустить педаль акселератора. Якщо це відбувається або закінчується час калібрування, узгоджуючий модуль генерує запит для керування упорскуванням палива для підвищення температури ОГ.

Датчик диференціального тиску

Найменування пункту	Каталожний номер запасної частини	Опис
1		Патрубок низького тиску
2		Патрубок високого тиску
3		Електричний роз'єм

Датчик диференціального тиску встановлений на кронштейні, що прикріплений до роздавальної коробки.

Датчик диференціального тиску використовується програмним забезпеченням контролю стану DPF. Два патрубки на датчику з'єднуються трубками з впускною та випускною стороною DPF. Трубки дозволяють датчику вимірювати тиск DPF на впуску та на випуску.

Зі збільшенням кількості твердих частинок, захоплених DPF, тиск з боку впуску DPF збільшується порівняно зі стороною випуску. Програмне забезпечення DPF використовує це порівняння у поєднанні з іншими даними для обчислення накопиченої кількості захоплених частинок.

Вимірюючи різницю тиску між впуском та випуском DPF та температуру DPF, програмне забезпечення DPF може визначити, чи засмічився фільтр DPF та чи потрібна його регенерація.

Датчик температури DPF

У системі DPF використовуються три датчики температури. Перший датчик встановлений відразу після турбокомпресора у впускному патрубку каталітичного нейтралізатора, другий встановлений у випускному патрубку каталітичного нейтралізатора, а третій датчик у випускному конічному патрубку DPF.

Датчики вимірюють температуру ОГ на виході з турбокомпресора після каталітичного нейтралізатора і після проходження через DPF і надають інформацію, необхідну для обчислення температури DPF.

Ця інформація використовується у поєднанні з іншими даними для обчислення кількості накопичених твердих частинок та для керування температурою DPF.

Індикація на щитку приладів

Якщо автомобіль регулярно здійснює короткі поїздки на низькій швидкості, ефективна регенерація DPF може бути неможлива.

У цьому випадку програмне забезпечення DPF визначає, що DPF закупорений, на підставі сигналів від датчика диференціального тиску і видає водію такі попередження:

Найменування пункту	Каталожний номер запасної частини	Опис
1		'DPF FULL VISIT DEALER' (DPF ЗАПОЛНЕНИЙ, ВІДВІДАЙТЕ ДИЛЕРА)
2		'DPF FULL' (DPF ЗАПОЛНЕНИЙ)

Автомобілі, оснащені DPF та щитком приладів високого рівня, для попередження водія про стан DPF використовують повідомлення на екрані центру повідомлень.

Коли DPF заповнюється, водій дізнається про це за повідомленням DPF FULL, що супроводжується символом довідника. Як описано в Посібнику користувача, водій повинен здійснити поїздку на автомобілі, поки двигун не розігріється до нормальної робочої температури і потім продовжуватиме рух зі швидкістю не менше 30 миль/год (48 км/год) протягом 20 хвилин. Після успішного завершення регенерації DPF повідомлення "DPF FULL" перестане відображатись.

Якщо програмне забезпечення DPF визначає, що DPF все ще закупорено, буде відображено повідомлення "DPF FULL VISIT DEALER". Водію слід відвідати авторизованого дилера для проведення примусової регенерації DPF.

Побічні ефекти фільтру сажі (DPF)

Наступний розділ описує деякі побічні ефекти, викликані процесом активної регенерації.

Розрідження моторної олії

Розрідження моторного масла може статися внаслідок попадання невеликої кількості палива до картера двигуна під час фази додаткового впорскування. З цієї причини було впроваджено обчислення, засновані на стилі керування автомобілем, призначені для скорочення у разі потреби сервісних інтервалів заміни олії. Водій повідомляється про необхідність заміни масла за повідомленням на щитку приладів.

Програмне забезпечення DPF відстежує стиль керування автомобілем, частоту та тривалість активної регенерації. За допомогою цієї інформації можуть бути зроблені обчислення про розрідження моторного масла. Коли програмне забезпечення DPF обчислює, що розрідження моторної олії досягло заданого порогового значення (паливо становить 7% від об'єму олії), на щитку приладів відображається сервісне повідомлення.

Залежно від стилю керування автомобілем деякі автомобілі можуть вимагати заміни масла раніше запланованого інтервалу. Якщо відображається сервісне повідомлення, необхідно провести повне технічне обслуговування автомобіля, після чого лічильник сервісних інтервалів буде скинуто.

Витрата палива

Під час процесу активної регенерації DPF збільшується витрата палива. Тим не менш, оскільки активна регенерація відбувається рідко і протягом обмеженого проміжку часу, загальна витрата палива збільшується приблизно на 2%. Додаткове паливо, використане під час процесу активної регенерації, зараховується до миттєвої витрати палива та середня витрата палива відображається на щитку приладів.