На автомобилях, начиная с 2008 модельного года, в качестве опции доступен сажевый фильтр (DPF).

ПРИМЕЧАНИЕ: Система выпуска ОГ без DPF также доступна на автомобилях, начиная с 2008 модельного года.

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

Элементы системы DPF

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 элементов:

• Сажевый фильтр
• Управляющее программное обеспечение DPF встроенное в модуль управления двигателем (ЕСМ)
• Датчик дифференциального давления

Сажевый фильтр

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.

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 множества 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 окисляются.

Регенерация DPF 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 манеры езды, 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
• система рециркуляции 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.

В 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 сильно 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 (932TF). 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 (1526TF), температура каталитического нейтрализатора не должна превышать 800°C (1472TF), 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 автоматической регенерации для очистки DPF.

Система управления сажевым фильтром

Чтобы добиться оптимальной эффективности DPF и предотвратить его засорение, необходимо постоянно отслеживать состояние DPF. В ЕСМ содержится программное обеспечение DPF, которое управляет мониторингом и работой системы DPF и также отслеживает другие данные автомобиля для определения периодов регенерации и интервалов технического обслуживания.

Программное обеспечение DPF можно разделить на три отдельных программных модуля управления: модуль контроля DPF, модуль управления расходом топлива DPF и модуль управления расходом воздуха DPF.

Эти три модуля управляются четвертым программным модулем, который называют согласующим модулем DPF. Согласующий модуль управляет работой других модулей, когда поступает запрос на активную регенерацию. Модуль контроля DPF является подсистемой согласующего модуля DPF.

Модуль управления расходом топлива DPF

Модуль управления расходом топлива DPF управляет следующими функциями:

• Синхронизацией четырех раздельных впрыскиваний на рабочий ход и количеством впрыскиваемого топлива (предварительный, основной и два дополнительных впрыска).
• Давлением впрыска и переключением между тремя различными уровнями калибровки впрыска.

Указанные выше функции зависят от состояния каталитического нейтрализатора и DPF.

В дополнение к измерению активности нейтрализатора и DPF управляемый впрыск определяет необходимый уровень впрыска. Система управления расходом топлива вычисляет количество топлива и синхронизацию четырех раздельных впрыскиваний для каждого из трех уровней калибровки давления впрыска, а также управляет переключением между уровнями.

Два дополнительных впрыска необходимы для разделения функций увеличения температуры газов в цилиндре и выработки углеводородов. Первый дополнительный впрыск используется для генерирования более высокой температуры газов в цилиндрах одновременно с поддержанием такого же крутящего момента двигателя, что и при нормальной (не в ходе регенерации) работе двигателя. Второй дополнительный впрыск используется для выработки углеводородов посредством направления несгоревшего топлива в каталитический нейтрализатор без увеличения крутящего момента двигателя.

Модуль управления расходом воздуха DPF

Модуль управления расходом воздуха DPF управляет следующими функциями:

• Системой управления EGR
• Системой управления давлением наддува
• Системой управления температурой и давлением всасываемого воздуха

В процессе активной регенерации отключается EGR и вычисляется активация с обратной связью регулятора давления наддува. Модуль управления расходом воздуха контролирует уровень давления и температуры воздуха во впускном коллекторе. Этот контроль необходим, чтобы добиться правильных условий внутри цилиндра для стабильного и надежного сгорания дополнительно впрыснутого топлива.

Модуль управляет температурой всасываемого воздуха, приводя в действие дроссельную заслонку EGR и регулируя давление наддува.

Согласующий модуль DPF

Согласующий модуль DPF при получении запроса на регенерацию от модуля контроля инициирует и согласует следующие запросы регенерации DPF:

• Отключение EGR
• Управление давлением наддува
• Увеличение нагрузки на двигатель
• Управление давлением и температурой воздуха во впускном коллекторе
• Управление впрыском топлива

Когда модуль контроля выдает запрос на регенерацию, согласующий модуль запрашивает отключение EGR и давление наддува необходимое для регенерации. Затем он ждет от системы EGR сигнала обратной связи, подтверждающего, что клапан EGR закрыт.

Когда клапан EGR закрывается, согласующий модуль инициирует запрос на увеличение нагрузки на двигатель посредством управления температурой и давлением всасываемого воздуха.

После получения подтверждения, что условия на впуске находятся под контролем или, что закончилось время калибровки, согласующий модуль переходит в состояние ожидания, когда водитель отпустит педаль акселератора. Если это происходит или истекает время калибровки, согласующий модуль генерирует запрос для управления впрыском топлива для увеличения температуры ОГ.

Датчик дифференциального давления

Датчик дифференциального давления установлен на кронштейне, прикрепленном к раздаточной коробке.

Датчик дифференциального давления используется программным обеспечением для контролирования состояния DPF. Два патрубка на датчике соединяются трубками с впускной и выпускной стороной DPF. Трубки позволяют датчику измерять давление DPF на впуске и на выпуске.

С увеличением количества твердых частиц, захваченных DPF, давление со стороны впуска DPF увеличивается по сравнению со стороной выпуска. Программное обеспечение DPF использует это сравнение в сочетании с другими данными для вычисления накопленного количества захваченных частиц.

Измеряя разницу давления между впуском и выпуском DPF и температуру DPF, программное обеспечение DPF может определить, засорился ли фильтр DPF и требуется ли его регенерация.

Датчики температуры DPF

В системе DPF используются три датчика температуры. Первый датчик установлен сразу после турбокомпрессора во впускном патрубке каталитического нейтрализатора, второй установлен в выпускном патрубке каталитического нейтрализатора, а третий датчик в выпускном коническом патрубке DPF.

Датчики измеряют температуру ОГ на выходе из турбокомпрессора, после каталитического нейтрализатора и после прохождения через DPF и предоставляют информацию, необходимую для вычисления температуры DPF.

Эта информация используется в сочетании с другими данными для вычисления количества накопленных твердых частиц и для управления температурой DPF.

Индикация на щитке приборов

Если автомобиль регулярно совершает короткие поездки на низкой скорости, эффективная регенерация DPF может быть невозможна.

В этом случае программное обеспечение DPF определяет, что DPF закупорен, на основании сигналов от датчика дифференциального давления и выдает водителю следующие предупреждения:

Автомобили, оснащенные DPF и щитком приборов высокого уровня, для предупреждения водителя о состоянии DPF используют сообщения на дисплее центра сообщений.

Когда DPF заполняется, водитель узнает об этом по сообщению "DPF FULL", сопровождаемому символом справочника. Как описано в Руководстве пользователя, водитель должен осуществить поездку на автомобиле, пока двигатель не разогреется до нормальной рабочей температуры и затем продолжать движение со скоростью не менее 30 миль/ч (48 км/ч) на протяжении 20 минут. После успешного завершения регенерации DPF сообщение "DPF FULL" перестанет отображаться.

Если программное обеспечение DPF определяет, что DPF все еще закупорен, будет отображено сообщение "DPF FULL VISIT DEALER". Водителю следует посетить авторизованного дилера для проведения принудительной регенерации DPF.

Побочные эффекты сажевого фильтра (DPF)

Следующий раздел описывает некоторые побочные эффекты, вызываемые процессом активной регенерации.

Разжижение моторного масла

Разжижение моторного масла может произойти вследствие попадания небольшого количества топлива в картер двигателя во время фазы дополнительного впрыска. По этой причине были внедрены вычисления, основанные на стиле управления автомобилем, предназначенные для сокращения в случае необходимости сервисных интервалов замены масла. Водитель оповещается о необходимости замены масла по сообщению на щитке приборов.

Программное обеспечение DPF отслеживает стиль управления автомобилем, частоту и продолжительность активной регенерации. При помощи этой информации могут сделаны вычисления о разжижении моторного масла. Когда программное обеспечение DPF вычисляет, что разжижение моторного масла достигло заданного порогового значения (топливо составляет 7% от объема масла), на щитке приборов отображается сервисное сообщение.

В зависимости от стиля управления автомобилем некоторые автомобили могут потребовать замены масла раньше намеченного интервала. Если отображается сервисное сообщение, необходимо провести полное техническое обслуживание автомобиля, после чего счетчик сервисных интервалов будет сброшен.

Расход топлива

Во время процесса активной регенерации DPF увеличивается расход топлива. Тем не менее, так как активная регенерация происходит редко и в течение ограниченного промежутка времени, общий расход топлива увеличивается приблизительно на 2%. Дополнительное топливо, использованное во время процесса активной регенерации, причисляется к мгновенному расходу топлива и средний расход топлива отображается на щитке приборов.