Tlak na ochranu ovzdušia a zdravia občanov neustále narastá, čoho dôkazom sú čoraz prísnejšie emisné normy. Zavedenie Euro 4 a hlavne Euro 5 prinieslo veľmi prísny limit na množstvo emisií nespálených pevných častíc vo výfukových plynoch dieselových motorov. Na splnenie limitu tak bolo nutné vybaviť vozidlá filtrom pevných častíc, známym ako DPF (Diesel Particulate Filter). Je však naozaj nutné eliminovať tieto častice takýmto zložitým a relatívne drahým spôsobom? Odpoveď na túto otázku rozdeľuje motoristickú verejnosť na dva tábory.
Úvod do problematiky filtrov pevných častíc
V súčasnosti sa žiadne dieselové vozidlo nezaobíde bez DPF filtra. Cieľom tohto článku je poskytnúť komplexný pohľad na problematiku DPF filtrov, ich funkciu, údržbu a potenciálne problémy, ktoré môžu nastať, vrátane kontaminácie oleja vodou alebo naftou. Pozrieme sa na to s miernym nadhľadom a na pomoc si zoberieme zopár faktov. Nie všetko, čo schvália, je totiž trefa do čierneho.
DPF filter: Princíp a funkcia
Filter pevných častíc je zariadenie, ktoré zachytáva a zadržiava pevné častice (sadze) z výfukových plynov dieselových motorov. Tieto častice sú tvorené množstvom najrôznejších látok, pričom základ tvoria častice uhlíka s priemerom približne 0,05 mikrometra, na ktoré sú nabalené rôzne uhľovodíky, voda a sulfidy pochádzajúce zo zvyškov paliva a oleja. Ďalej sa v nich nachádza malé množstvo oxidov kovov, vznikajúcich oderom vnútri motora.
Keďže PM sa nedajú odbúrať pomocou klasického katalyzátora, vznikol filter pevných častíc, ktorý je schopný zachytiť (cca 98-99%) týchto uhlíkových mikro-častíc. Táto účinnosť sa samozrejme vzťahuje na čas - prevádzku motora, kedy práve neprebieha regenerácia filtra. Prvé veľkosériové nasadenie filtra pevných častíc sa datuje do roku 2000, kedy sa objavil v motoroch 2,2 HDi automobiliek PSA (Peugeot a Citroen).
Filter pevných častíc je v podstate mechanický filter, ktorý obsahuje filtračnú vložku väčšinou vyrobenú z keramického materiálu alebo kovových vlákien. Tento materiál je schopný odolávať teplotám až okolo 1000 °C. Filter je umiestnený vo výfukovom potrubí, pokiaľ možno čo najbližšie k motoru. Filtračná vložka svojim tvarom pripomína včelí plást a je tvorená množstvom kanálikov. Výfukové plyny a častice sadzí prechádzajú poréznymi prepážkami z karbidu kremíka medzi kanálmi. Výfukové plyny prechádzajú touto spletitou sústavou, ktorá zachytáva v nich obsiahnuté sadze.
Prečítajte si tiež: Olejový filter pre BMW E87
Pri zanášaní filtra sadzami postupne narastá aj pneumatický odpor filtra, čo znamená, že výfukové plyny majú čoraz väčšiu prekážku na svojej ceste von do ovzdušia. Monitorovanie stavu filtra je vyhodnocované dvoma nezávislými spôsobmi. Prvým je vyhodnocovanie tlaku pred a za filtrom na základe informácií snímačov tlaku. Druhý spôsob je matematický a spustenie aktívnej regenerácie filtra sa vyhodnocuje na základe predpokladanej produkcie sadzí motorom vzhľadom na prejdenú vzdialenosť, spôsob používania vozidla a do výpočtu vstupuje aj množstvo tzv.
Filter pevných častíc je umiestnený až za oxidačným katalyzátorom, ktorý používajú všetky dieselové vozidlá vyrobené po roku 1993. Účelom oxidačného katalyzátora je redukovať CO2 - oxid uhoľnatý a HC - nespálené uhľovodíky na oxid uhličitý a vodu. Pri tomto procese dochádza následkom oxidácie k zvyšovaniu teploty, čo pomáha uľahčovať regeneráciu nahromadených sadzí v DPF.
Regenerácia DPF filtra: Aktívna a pasívna
Na zachovanie priechodnosti filtra je potrebná tzv. regenerácia, pri ktorej sa častice spália pri vysokej teplote. Existujú dva typy regenerácie: pasívna a aktívna.
Aktívna regenerácia
Ako už bolo vyššie popísané, aktívna regenerácia DPF filtra nastáva vtedy, ak zaplnenie filtra prekročí určitú hranicu, resp. ak riadiaca jednotka rozhodne o regenerácii na základe určitého matematického algoritmu. Zvýšiť dávku paliva tzv. Obmedziť prúdenie vzduchu do sacieho traktu motora - uzavretie tzv. Zvýšiť zaťaženie motora - spustenie rôznych el. Následkom tejto zmeny sa teplota výfukových plynov zvýši na cca 600 - 650°C a sadze začnú horieť.
Aktívna regenerácia filtra nemôže prebiehať kedykoľvek (napr. pri krátkych jazdách, studenom motore, prudkej akcelerácii a pod). Pre optimálnu aktívnu regeneráciu je potrebné jazdiť cca 10-15 min podľa možností v ustálených otáčkach okolo 2000-3000 ot/min, najlepšie pri zaradenom vyššom prevodovom stupni. Nie vždy je ale takáto jazda možná a preto má program riadiacej jednotky aj iné možnosti ako nepriaznivé podmienky včas riešiť. Prvým spôsobom je spúšťať aktívnu regeneráciu aj v prípadoch, ak je DPF zaplnený len do 1/3 resp. 1/2. Druhou možnosťou je spustenie tzv. Aktívna regenerácia je teda plne automatický proces a vykonáva sa zvyčajne po najazdení 300 až 1000 km.
Prečítajte si tiež: Zdravé vysávanie s HEPA filtrom
Aby sa filter neupchal, systém obsahuje kontrolné mechanizmy. V prípade ak sa blíži limitná hodnota, upozorní vodiča hlásenie alebo kontrolka, na potrebu regenerácie filtra a teda tzv. prevetranie auta (ustálená jazda po dobu cca 10-15 min). Ak vodič na tieto hlásenia nereaguje, prikročí systém k „tvrdším“ opatreniam a rozsvieti kontrolku elektroniky motora a zvyčajne dôjde aj k obmedzeniu výkonu motora. V tomto prípade je nutné čo najskôr zájsť do servisu a previesť tzv. nútenú regeneráciu pomocou diagnostiky.
Z uvedených faktov je zrejmé, že aktívna regenerácia filtra nielen zvyšuje emisie (horia sadze), ale aj zvyšuje spotrebu paliva, tepelné zaťaženie filtra a ďalších komponentov motora (napr. turba, výfukového potrubia, hlavy valcov a pod). Ďalším problémom je skutočnosť, že regeneráciou nie je možné spáliť kovové častice (vzniknuté oterom mech. častí motora) a minerálne častice pochádzajúce z oleja či biozložiek z paliva (menia sa na nespáliteľný popolček), ktoré filter postupne zanášajú. Ďalšou nevýhodou je aj postupné nasycovanie motorového oleja nespálenou naftou, ktoré spôsobuje zvýšená dávka paliva do spaľovacieho priestoru. Mnohé motory mali túto dávku príliš veľkú s cieľom najrýchlejšie zohriať spaliny na požadovanú teplotu, čo následne riešili mnohé softvérové úpravy riadiacej jednotky.
Pasívna regenerácia
Pasívna regenerácia sa vykonáva najmä v prípadoch, ak motor vozidla pracuje dlhšiu dobu v režime čiastočného zaťaženia, čo je napr. v prípade plynulej jazdy mimo mesta alebo pokojnejšej diaľničnej jazdy (nie na plný plyn). Úlohou pasívnej regenerácie je najmä predlžovať intervaly aktívnej regenerácie priebežným vypaľovaním sadzí.
DPF filtre schopné pasívnej regenerácie majú v prednej časti povrch kanálikov naviac pokrytý oxidom hliníka, na ktorom je nanesená vrstva obsahujúca platinu alebo paládium. Hlavnou úlohou takéhoto CDPF je ale pasívna regenerácia (Continuously Regenerating trap). Pasívna regenerácia je proces, ktorý sa spúšťa za čiastočného zaťaženia motora a môže prebiehať kontinuálne. Proces pasívnej regenerácie prebieha len v prípade ak nie je filter príliš zaplnený a teplota výfukových plynov dosahuje cca 300 až 450°C. Z tohto dôvodu je žiadúce, aby bol filter umiestnený dostatočne blízko motora. NO2 pôsobí ako oxidačné činidlo a pomáha spaľovať pevné častice aj pri spomínaných nižších teplotách (300-450°C). Pri teplotách pod 300°C už prebieha oxidácia pevných častíc veľmi pomaly, naopak nad teplotou 450°C a viac už dochádza k rozpadu NO2. Proces regenerácie prebieha účinne vtedy, ak je pomer NO2 k pevným časticiam väčší ako (8-20):1.
Vozidlá vybavené tzv. CDPF, ktorý umožňuje pasívnu regeneráciu už nepotrebujú oxidačný katalyzátor. Vozidlá bez CDPF obsahujú oxidačný katalyzátor a klasický DPF. Výhodou CDPF sú dlhšie intervaly medzi aktívnymi regeneráciami, a teda šetrenie paliva a znižovanie rizika upchania filtra.
Prečítajte si tiež: Ako efektívne vyhľadávať informácie?
Aditívny systém aktívnej regenerácie DPF (FAP)
Treba dodať, že proces regenerácie DPF sa neustále zdokonaľuje. Aditívny systém aktívnej regenerácie DPF (FAP) filtra preferuje najmä koncern PSA. Po konštrukčnej stránke sa výrazne neodlišuje od klasického DPF. Prísada nesie názov EOLYS 176 alebo DPX 42 a jedná sa o kvapalinu vyrobenú na báze chemického prvku Cér. Častice oxidu céru vytvárajú väzbu s časticami sadzí v spaľovacom priestore a sú zachytené vo filtri. Pri regenerácii prispievajú spolu s väčším povrchom častíc k rýchlejšiemu spaľovaniu pri nižších teplotách.
Problémy spojené s DPF filtrami
DPF filtre, hoci sú navrhnuté na znižovanie emisií, môžu spôsobovať rôzne problémy, ktoré ovplyvňujú výkon a životnosť motora. Medzi najčastejšie patria:
- Zvýšená spotreba paliva: Regenerácia DPF vyžaduje dodatočné vstrekovanie paliva, čo vedie k zvýšeniu spotreby.
- Zníženie výkonu motora: Zanesený DPF filter zvyšuje odpor výfukových plynov, čo znižuje výkon motora.
- Riedenie motorového oleja naftou: Pri aktívnej regenerácii môže dochádzať k prenikaniu nafty do motorového oleja, čo znižuje jeho mazacie schopnosti a vedie k zvýšenému opotrebovaniu motora.
- Zanesenie filtra popolčekom: Popolček, ktorý vzniká pri spaľovaní oleja a aditív, sa v DPF filtri hromadí a postupne ho zanáša, čím znižuje jeho účinnosť a životnosť.
- Poruchy komponentov: Regenerácia DPF zvyšuje tepelné zaťaženie výfukového systému, čo môže viesť k poruchám turbodúchadla, EGR ventilu a ďalších komponentov.
- Problémy s regeneráciou pri krátkych jazdách: Ak sa vozidlo používa prevažne na krátke jazdy, DPF filter sa nedokáže dostatočne zohriať a regenerácia neprebieha správne, čo vedie k jeho upchatiu.
Voda v oleji a jej vplyv na DPF
Prítomnosť vody v motorovom oleji je vážny problém, ktorý môže mať negatívny vplyv na funkciu DPF filtra. Voda v oleji môže vznikať z rôznych dôvodov, ako napríklad:
- Kondenzácia: Pri studených štartoch a krátkych jazdách sa voda kondenzuje v motore a mieša sa s olejom.
- Únik chladiacej kvapaliny: Poškodené tesnenie hlavy valcov alebo iné netesnosti môžu spôsobiť únik chladiacej kvapaliny do oleja.
- Porucha výmenníka tepla voda-olej: Ak je poškodený výmenník tepla, môže dochádzať k miešaniu vody a oleja.
Voda v oleji znižuje jeho mazacie schopnosti a spôsobuje koróziu kovových častí motora. Okrem toho, voda v oleji môže negatívne ovplyvniť funkciu DPF filtra tým, že:
- Zvyšuje tvorbu popolčeka: Voda v oleji podporuje tvorbu popolčeka pri spaľovaní, čo vedie k rýchlejšiemu zanášaniu DPF filtra.
- Zhoršuje regeneráciu: Voda v oleji znižuje teplotu výfukových plynov, čo sťažuje regeneráciu DPF filtra.
- Poškodzuje filtračnú vložku: Voda v oleji môže poškodiť keramickú filtračnú vložku DPF filtra.
Ako predchádzať problémom s DPF a vode v oleji
Na predchádzanie problémom s DPF filtrami a vode v oleji je dôležité dodržiavať nasledujúce opatrenia:
- Používajte kvalitný motorový olej: Používajte motorový olej, ktorý spĺňa špecifikácie výrobcu vozidla a je určený pre motory s DPF filtrami (low-SAPS oleje).
- Dodržujte intervaly výmeny oleja: Pravidelne vymieňajte motorový olej podľa odporúčaní výrobcu, alebo aj častejšie, ak jazdíte v náročných podmienkach.
- Jazdite pravidelne dlhšie trasy: Pravidelné jazdy na dlhšie vzdialenosti umožňujú DPF filtru dosiahnuť prevádzkovú teplotu a spustiť regeneráciu.
- Používajte kvalitné palivo: Tankujte kvalitné palivo na overených čerpacích staniciach.
- Dbajte na správnu funkciu motora: Pravidelne kontrolujte a udržiavajte motor v dobrom stave, aby sa predišlo úniku chladiacej kvapaliny alebo iným poruchám.
- Používajte aditíva do paliva: Používanie aditív do paliva môže pomôcť udržať DPF filter čistý a podporiť jeho regeneráciu.
- Monitorujte stav DPF filtra: Sledujte kontrolky na prístrojovej doske a v prípade potreby navštívte servis.
Čistenie a výmena DPF filtra
Ak sa DPF filter upchá a regenerácia už nie je možná, je potrebné ho vyčistiť alebo vymeniť. Čistenie DPF filtra je možné vykonať rôznymi metódami, ako napríklad:
- Chemické čistenie: Filter sa demontuje a prepláchne špeciálnymi chemickými prípravkami, ktoré rozpúšťajú sadze.
- Termické čistenie (vypaľovanie): Filter sa zahreje na vysokú teplotu v špeciálnej peci, čím sa sadze vypália.
- Ultrazvukové čistenie: Filter sa ponorí do nádoby s čistiacou kvapalinou a vystaví sa ultrazvukovým vlnám.
- Hydrodynamické čistenie: Filter sa prepláchne vysokotlakovým prúdom vody a vzduchu.
Ak čistenie nie je možné alebo efektívne, je potrebné DPF filter vymeniť. Výmena DPF filtra je finančne náročnejšia, ale zabezpečí správnu funkciu emisného systému vozidla.