Filtr cząstek stałych - zapchanie, regeneracja, wymiana

Filtr cząstek stałych, zwany w skrócie DPF bądź FAP, to jeden z filtrów wykorzystywanych w systemach wydechowych w silnikach Diesla. Jego podstawowym zadaniem jest oczyszczanie spalin z cząstek sadzy. Filtry cząstek stałych znajdują się na rynku od 1980 roku, ale dopiero w 1996 roku zostały wykorzystane w motoryzacji. Opracowanie DPF-a spowodowało zmniejszenie emisji czarnego dymu, z którego znane były silniki wysokoprężne starszej generacji.

Filtry cząstek stałych są stosowane wraz z innymi komponentami, przez co eliminacja cząstek stałych jest wydajniejsza, a poza tym neutralizowane są związki trujące. Do takich układów należą m.in. katalizatory oxicat, DeNOx i ich kombinacje (tzw. katalizatory czterofunkcyjne). Tego typu konstrukcją jest chociażby układ CRT, łączący funkcje katalizatora oxicat i DPF-u.

Zasada działania

Filtr cząstek stałych stanowi przestrzenną strukturę, charakteryzującą się dużą powierzchnią ścianek. To właśnie na tych ściankach osiadają cząstki sadzy. Powierzchnia jest wykonana zazwyczaj z metalu, specjalnego papieru (filtry jednorazowe) czy materiałów ceramicznych. Sprawnie działający DPF pochłania ok. 85 – 100 % zanieczyszczeń w fazie stałej, przez co szkodliwe substancje nie są wydalane do atmosfery.

Cząstki wyłapywane przez filtry są gromadzone, a następnie sukcesywnie spalane. Spalanie cząstek w normalnych warunkach zachodzi w temperaturze 550 stopni C, a jako że temperatura spalin to jedynie 150 stopni C, temperaturę trzeba podnieść. Sposobów na rozwiązanie tej sytuacji jest parę, a do najbardziej popularnych należy wtórny wtrysk w fazie rozprężenia, dodatkowe dopalanie poprzez katalizator zamontowany pod filtrem, czy dodawanie do paliwa substancji obniżających naturalną temperaturę spalania sadzy.

Typy filtrów

Do najbardziej rozpowszechnionych filtrów cząstek stałych należą trzy rodzaje. Pierwszym z nich są te, które wymagają dodatku. Ich praca polega na wzbogacaniu paliwa substancjami, które obniżają temperaturę spalania paliwa (mowa o tym w powyższym akapicie). Substancja znajduje się w zbiorniku i dodawana jest w ilości adekwatnej do tego, ile zatankowaliśmy. Rozwiązanie to często stosuje się w samochodach francuskich, i właśnie od tego wzięło się określenie FAP (fr. filtre ŕ particules).

Kolejnym rodzajem są filtry suche. Do ich wykorzystywania nie jest wymagane wzbogacanie paliwa, są zamontowane koło turbosprężarki i za katalizatorem tlenku azotu. Najczęściej wykorzystywane w autach niemieckich i japońskich.

Ostatnim typem są filtry z dodatkowym wtryskiwaczem, występujące rzadziej niż wyżej wymienione. Znaleźć je możemy w takich silnikach jak 1.5 dCi Renault czy D-CAT Toyoty. W takim rozwiązaniu filtry cząstek stałych posiadają własny wtryskiwacz paliwa, który dawkuje paliwo potrzebne do wypalenia sadzy wtedy, gdy filtr jest zapełniony.

Problemy

Filtr cząstek stałych sprawia użytkownikom wiele kłopotów. Dlaczego tak się dzieje? Przede wszystkim DPF-y są tak skonstruowane, żeby spalać cząstki, a do tego z kolei są potrzebne stosunkowo wysokie obroty silnika (na poziomie 3000 obrotów na minutę) przez dłuższy czas – około kilkadziesiąt minut. Jeśli korzystamy z auta w trasie, nie ma najmniejszych problemów. Przysłowiowe schody zaczynają się jednak, gdy samochód jest eksploatowany w mieście – korki, krótkie trasy etc. W takiej sytuacji w filtrze zaczyna się gromadzić duża ilość sadzy, której wypalenie w sposób automatyczny jest niemożliwe.

Jeśli sadza zaczyna się gromadzić w większych ilościach, zapali się kontrolka na desce rozdzielczej, na co powinniśmy zareagować w prosty sposób – wyruszyć w trasę za miasto, co przyczyni się do spalenia nadmiaru cząstek. Jeśli jednak filtr przepełni się, jedynym wyjściem jest wizyta w serwisie i wypalenie cząstek przez specjalną maszynę, bądź wymiana filtra. To pierwsze rozwiązanie jest tańsze, ale jeśli filtr jest zużyty, poprawa będzie krótkotrwała i prędzej czy później i tak zakończy się wymianą.

Warto także pamiętać, że jeśli silnik samochodu jest zużyty, to trwałość nowego filtra cząstek stałych będzie o wiele mniejsza, niż filtra zamontowanego fabrycznie. Filtry cząstek stałych są trudno dostępne poza serwisem, a oferta zamienników nie należy do specjalnie bogatych. Jedną z niewielu firm działających na aftermarkecie, które wprowadzają filtry cząstek stałych do swojej oferty, jest brytyjski Blue Print. Niektórzy użytkownicy szukają więc używanych filtrów z samochodów powypadkowych.

Kolejną sprawą w przypadku popularnych DPF-ów jest fakt, że w trakcie spalania cząstek, sterownik jednostki napędowej zmienia fazy wtrysku paliwa. Efektem tego jest większa ilość paliwa, dostającego się do komory spalania. Tym samym, temperatura w filtrze wzrasta i zgromadzona sadza wypala się. Ma to jednak negatywne konsekwencje, bowiem pewne ilości tego „nadprogramowego” paliwa spływają po tulejach cylindrowych do miski olejowej i rozrzedzają olej. W przypadku aut nowych, w których filtr jest w dobrym stanie, i które są eksploatowane w trybie mieszanym, problemu większego nie ma. Gorzej jeśli auto jest starsze, a co za tym idzie filtr jest zużyty, a dodatkowo eksploatujemy je tylko w trybie miejskim. W takim wypadku olej silnikowy jest rozrzedzany tak, że może to skutkować zatarciem silnika!

Wymiana czy usunięcie?

Okres wymiany filtrów cząstek stałych jest zróżnicowany i zależy od rodzaju filtra, modelu samochodu a także sposobu eksploatacji przez użytkownika. W pierwszych filtrach FAP montowanych w Peugeotach i Citroenach z początku XXI wieku żywotność wynosiła zaledwie 80 tysięcy km. Od 2002 roku okres wymiany wydłużył się do 120 tysięcy km, a w przypadku współcześnie produkowanych aut wynosi on 160 tysięcy km. Koszty są duże, ponieważ oscylują w granicach 1500 PLN, a do tej ceny należy doliczyć także koszty wymiany i płynu Eolys (razem ponad 1000 PLN). Większą trwałością charakteryzują się filtry np. montowane w autach z grupy Volkswagena. Ich okres eksploatacji kształtuje się na poziomie 160-180 tysięcy km, gorzej jednak funkcjonują, gdy użytkuje się je na krótkich odcinkach.

Nic więc dziwnego, że bardzo szybko zaczęto starać się „ominąć” negatywne (czytaj: kosztowne) skutki użytkowania filtra cząstek stałych. Opracowano więc procedurę usunięcia filtra cząstek stałych, polegającą na fizycznym usunięciu filtra i wgrania specjalnych sterowników, które modyfikują oprogramowanie i sprawiają, że komputer pokładowy „zapomina”, że filtr był kiedykolwiek zamontowany w samochodzie. Poprawna procedura daje niemal całkowitą pewność, że problemów z DPF-em już nie będzie. Jakie są natomiast wady takiego rozwiązania? Otóż, użytkowanie takiego samochodu jest nielegalne, ze względu na nie spełnianie norm określonych w homologacji auta. Sama czynność (demontaż) nie jest nielegalna, jednak w przypadku stwierdzenia przez policjanta bądź diagnostę zmian tego typu, skutkuje to odpowiednio – zarekwirowaniem dowodu rejestracyjnego bądź niepodbiciem przeglądu technicznego.

Wskazówki dla użytkowników aut z DPF-em

Jeśli w Twoim aucie zamontowany jest filtr cząstek stałych, zastosowanie się do kilku rad pozwoli Ci na może nie bezproblemową, ale na pewno sprawniejszą eksploatację samochodu. Przede wszystkim warto robić weekendowe wycieczki za miasto raz na dwa tygodnie, co pozwoli na wypalenie sadzy zgromadzonej w filtrze. Wystrzegać należy się także naciskania pedału gazu na niskich obrotach czy dodawania dodatków do paliwa, które mogą zmienić jego właściwości.

Pamiętajmy także, że silniki z FAP-em nie „lubią” małych dolewek paliwa, które mogą zmylić sterownik dozujący płyn Eolys. Aby temu zapobiec, warto tankować „do pełna”. Koniecznym warunkiem eksploatacji jest stosowanie tylko olejów niskopopiołowych, które spalają się dokładniej i nie generują sadzy.