Budowa DPF / FAP i działanie filtra cząstek stałych

Samochody sprzedawane na terenie Unii Europejskiej i Europejskiego Obszaru Gospodarczego muszą być wyposażone w silniki spełniające ściśle określone normy emisji spalin. Ilość wydalanych zanieczyszczeń nie może przekraczać ustalonych standardów. Silniki dopuszcza się do sprzedaży na podstawie bardzo dokładnych, surowych testów. Aktualne obowiązują przepisy EURO 6, ustanowione w 2014 roku. Niestosowanie się do tych zasad podlega karze pieniężnej. Ich cel to natomiast ochrona środowiska oraz zapewnienie bezpieczeństwa, poprzez ograniczenie emisji niektórych szkodliwych substancji, powstających podczas użytkowania pojazdów z silnikiem diesla lub benzynowym. Aby zminimalizować ilość wydzielanych spalin, koncerny samochodowe wprowadziły różne rozwiązania, z których najpopularniejsze i najbardziej skuteczne stanowią filtry cząstek stałych. Występują w czterech rodzajach:

• DPF (ang. Diesel Particulate Filter), czyli suchy filtr cząstek stałych dla samochodów z silnikiem diesla,
• FAP (fr. Filtre à Particules), czyli mokry filtr cząstek stałych dla samochodów z silnikiem diesla,
• GPF (ang. Gasoline Particulate Filter), czyli suchy filtr cząstek stałych dla samochodów z silnikiem benzynowym,
• OPF (niem. Ottopartikelfilter), czyli mokry filtr cząstek stałych dla samochodów z silnikiem benzynowym.

Czym jest DPF jak działa?

Zasada działania we wszystkich filtrach cząstek stałych jest praktycznie taka sama. Różne nazwy stosuje się wyłącznie w celu rozróżnienia filtrów dla silników diesla i benzynowych oraz suchych lub mokrych. Zadanie filtra to zatrzymanie cząstek stałych, czyli po prostu sadzy, która powstaje w wyniku procesu utleniania paliwa. Cząstki sadzy zagrażają organizmom żywym ze względu na zawartość szkodliwych substancji oraz małe rozmiary, dzięki którym bez trudu przenikają przez błony komórkowe i inne naturalne blokady. Filtry zatrzymują większość cząstek wewnątrz, na zewnątrz wypuszczając tylko minimalną, dozwoloną ilość, poprzez specjalne mikrokanaliki. Stosowanie filtrów w pojazdach z silnikiem diesla stało się konieczne w 2011 roku, wraz z uchwaleniem rygorystycznej normy EURO 5. Znacznie surowsze i dokładniejsze testy wprowadzone we wrześniu 2018 roku wymusiły natomiast stosowanie ich także w przypadku silników benzynowych. Choć jto skuteczny sposób na ograniczenie zanieczyszczeń, a obecnie właściwie jedyny spełniający unijne normy, kierowcy często go krytykują. Problemem stanowi częste - zwłaszcza w przypadku silników diesla używanych w warunkach miejskich - zapychanie się filtra, co wymusza konieczność wymiany lub profesjonalnego czyszczenia. Usługi tego typu świadczy chociażby poznańska firma Jarecki DPF Serwis. Żywotność filtrów w samochodach z silnikiem benzynowym jest dłuższa, jednak i tak warto przestrzegać pewnych zasad - używać samochodu także do dłuższych przejażdżek, podczas których zgromadzone wewnątrz filtra cząstki ulegną samoczynnemu spaleniu.

Budowa filtra cząstek stałych

Ważnym elementem filtra jest ceramiczny wkład, czyli monolit DPF, wykonany z kordierytu, węglika krzemu lub tytanianu aluminium. Wygląda jak wkłady katalizatorów, a przekrój przypomina plaster miodu. Składają się na niego małe kanaliki, które w porównaniu do tych z wkładów katalizatora, mają mniejszy rozmiar i porowate ścianki. Ponadto pokrywa je powłoka katalityczna. Kanały dzielą się na:

• kanały wlotowe, zaślepione po stronie wylotowej,
• kanały wylotowe, zatkane po stronie wlotowej.

Cząstki sadzy dostają się do kanalików wlotowych, skąd przenikają przez porowate ścianki do kanałów wylotowych. Większe cząsteczki zostają uwięzione w zaślepionych kanałach. Pozwala to na zatrzymanie od 70 do nawet 95% wydzielanej z silników sadzy. Mechanizm ten jest połączeniem filtracji penetracji oraz zbrylowania sadzy. Filtracja penetracji polega na osadzaniu się sadzy w sieci porów wewnątrz monolitu DPF. Gdy już zbierze się odpowiednia ilość sadzy, następuje jej zbrylowanie.

Zadanie powłoki katalitycznej, pokrywającej kanaliki, to wejście w reakcję ze strumieniem spalin. Powłoka składa się w dużym stopniu z nośnika i w niewielkiej części z metali katalitycznych, czyli szlachetnych. Jednak to właśnie metale - najczęściej platyna, pallad i rod występujące w stosunku 5:3:2 - zapewniają funkcjonalność katalizatorów. Dzieje się tak pomimo tego, ze metale szlachetne nie są zbyt podatne chemicznie - to zasługa nośnika, który nie tylko przytwierdza powłokę do ceramicznej struktury, ale także zwiększa właściwości chemiczne u pozostałych materiałów. Dzięki temu, cząstki stałe dostające się do filtra ulegają częściowej regeneracji. Tym samym przedłużają jego żywotność, bez konieczności inwazyjnej ingerencji właściciela samochodu lub serwisu, czego przed wprowadzeniem tego rozwiązania nie dało się uniknąć.

Monolit DPF jest owinięty specjalną matą ceramiczną, która zapewnia potrzebną izolację termiczną, a także chroni filtr cząstek stałych przed mechanicznymi uszkodzeniami oraz drganiem pojazdu.

Czytaj również o: