Tlak na ochranu ovzdušia a zdravia občanov, najmä v rámci Európskej únie, neustále narastá. Dôkazom sú čoraz prísnejšie emisné normy, ktoré viedli k zavedeniu filtrov pevných častíc (DPF) do dieselových motorov. Od emisnej normy Euro 5 sa takmer žiadne dieselové vozidlo nezaobíde bez DPF filtra. Tento článok sa zaoberá problematikou DPF filtrov, ich funkciou, životnosťou a vplyvom na vozidlá BMW.
Vývoj a dôvod zavedenia DPF filtrov
S príchodom emisných noriem Euro 4 a hlavne Euro 5 bol zavedený veľmi prísny limit na množstvo emisií nespálených pevných častíc vo výfukových plynoch dieselových motorov. Pre splnenie týchto limitov bolo nutné vybaviť vozidlá systémom DPF (Diesel Particulate Filter). Otázka, či je nutné tieto častice eliminovať takýmto zložitým a relatívne drahým spôsobom, rozdeľuje motoristickú verejnosť.
Princíp fungovania DPF filtra
DPF filter 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.
Zloženie pevných častíc produkovaných dieselovými motormi
Každý dieselový motor produkuje určité množstvo nespálených pevných častíc (PM). Tieto častice sú tvorené množstvom najrôznejších látok. Základ tvoria častice uhlíka o veľkosti 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.
Regenerácia DPF filtra
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:
Prečítajte si tiež: Regenerácia DPF Octavia
- Vyhodnocovanie tlaku: Na základe informácií zo snímačov tlaku pred a za filtrom.
- Matematický model: 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 vstreknutého paliva.
Aktívna regenerácia
Aktívna regenerácia nastáva vtedy, ak zaplnenie filtra prekročí určitú hranicu, resp. ak riadiaca jednotka rozhodne o regenerácii na základe určitého matematického algoritmu. Počas aktívnej regenerácie riadiaca jednotka motora upraví jeho chod tak, aby sa zvýšila teplota výfukových plynov a dosiahlo sa spálenie zachytených sadzí. Medzi bežné spôsoby patrí:
- Zvýšenie dávky paliva (tzv. dovstrek).
- Obmedzenie prúdenia vzduchu do sacieho traktu motora (uzavretie tzv. swirl klapiek).
- Zvýšenie zaťaženia motora (spustenie rôznych elektrických spotrebičov).
Následkom tejto zmeny sa teplota výfukových plynov zvýši na cca 600 - 650°C a sadze začnú horieť. 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.
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). 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.
Aditívny systém aktívnej regenerácie DPF (FAP)
Aditívny systém aktívnej regenerácie DPF (FAP) filtra preferuje najmä koncern PSA (Peugeot a Citroën). 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.
Prečítajte si tiež: Filter pevných častíc pre Octaviu 2 Euro 3: Inštalácia a aspekty
DPF filtre aj pre benzínové motory (GPF/OPF)
S príchodom nových emisných noriem Euro 6c a 6d, ktoré začali platiť začiatkom roka 2018, sa začali montovať filtre pevných častíc aj do benzínových motorov (GPF/OPF - Gasoline Particulate Filter/Otto Particulate Filter). Princíp fungovania OPF/GPF filtra je v zásade veľmi podobný DPF filtru. Filter pevných častíc je pri benzínových motoroch umiestnený taktiež vo výfukovom potrubí, jedná sa o keramickú vložku s drobnými kanálikmi, v ktorých sa zachytávajú pevné častice.
Keďže pri benzínových motoroch je teplota výfukových plynov vyššia už prirodzene, regenerácia OPF/GPF filtra prebieha priebežne, aj pri bežnej jazde, bez toho, aby si to vodič vôbec uvedomoval.
Problémy spojené s DPF filtrami
- Zvýšená spotreba paliva: DPF filtre zvyšujú spotrebu motora, keďže časť paliva sa spotrebuje na regeneráciu - vypaľovanie sadzí.
- Zníženie výkonu motora: Filter pevných častíc znižuje výkon, podobne ako katalyzátor a ďalšie ekologické vymoženosti.
- Riziko upchatia filtra: Pri krátkych jazdách a nedostatočnej regenerácii sa filter zanáša a môže dôjsť k jeho upchatiu.
- Kontaminácia motorového oleja: Zvýšená dávka paliva do spaľovacieho priestoru počas regenerácie môže spôsobiť nasycovanie motorového oleja nespálenou naftou.
- Vplyv na životnosť motora: Regenerácia filtra zvyšuje tepelné zaťaženie filtra a ďalších komponentov motora (napr. turba, výfukového potrubia, hlavy valcov a pod).
Životnosť DPF filtra
Priemerná životnosť DPF filtra je približne 100 000 až 200 000 km. Rozhodujúcich faktorov je však niekoľko - závisí to od použitého technického riešenia, štýlu jazdy a využitia auta na diaľnici alebo v meste. Najmä mestská prevádzka dokáže ublížiť DPF filtru najviac. Ak je využitie 50:50 teda mesto:diaľnica tak sa DPF filter dokáže regenerovať a predĺži sa tým jeho životnosť.
Ako predĺžiť životnosť DPF filtra?
- Pravidelné jazdy na dlhšie trasy: Dieselovým a priamovstrekovým benzínovým motorom vyhovujú pravidelné jazdy na dlhšie trasy (diaľnica, jazda mimo obec).
- Používanie kvalitných motorových olejov: Používajte špeciálne typy so zníženou tvorbou sadzí.
- Údržba a kontrola technického stavu motora: Je potrebné kontrolovať či motor dobre tesní a má čistý vzduchový filter.
- Používanie kvalitného paliva a prísad.
- Občasné používanie aditív na dekarbonizáciu motora.
Alternatívne riešenia a názory
Mnohí vodiči, ktorí si prešli finančným peklom zvaným oprava moje DPF, si myslia o jeho opodstatnenosti svoje. Po tzv. „vykuchaní“ alebo deaktivácii sa vo veľkej väčšine zvýši dymivosť motora len minimálne, čo potvrdzujú aj emisné merania.
Používatelia vozidiel BMW sa často stretávajú s názorom, že odstránenie klapiek v sacom potrubí nemá vplyv na funkciu DPF filtra. Existujú však aj opačné skúsenosti, ktoré hovoria, že vrátenie funkčných klapiek do sania môže zlepšiť regeneráciu DPF filtra, najmä v mestskej premávke.
Prečítajte si tiež: DPF filtre: funkcia, problémy a riešenia pre Toyoty