Filtr cząstek stałych

Przekrój filtra cząstek stałych (DPF),
fot. Michael KR/Wikimedia Commons CC BY-SA 4.0

Co raz bardziej rygorystyczne normy emisji spalin, takie jak Euro 5, EEV, Euro 6, wymusiły stosowanie w silnikach nowych rozwiązań zmniejszających ilość cząstek stałych w spalanym paliwie. Jednym z nich jest filtr cząstek stałych (DPF).

Filtr cząstek stałych to urządzenie montowane w układach wydechowych silników wysokoprężnych i benzynowych. Oczyszcza on gazy spalinowe z cząstek stałych, w których znajduje się głównie niespalony węgiel w formie sadzy, a także zmniejsza poziom emisji szkodliwych dla zdrowia cząstek PM 2,5 i PM10. Często montowany jest w układzie CRT – będącym połączeniem katalizatora oxicat i filtra cząstek stałych, lub jako katalizator czterofunkcyjny, który dodatkowo posiada również katalizator SCR działający w oparciu o mocznik AdBlue, rozkładający tlenki azotu.

Filtr ma postać wielkiego sita o bardzo rozwiniętej powierzchni, wyłapującej sadzę ze spalin. Cząstki stałe osiadają na ściankach, lub włóknach metalowych. Istnieją również filtry jednorazowe wykonane ze specjalnego papieru, które po zużyciu należy wymienić. Wiąże się to z tym, że w filtrze gromadzą się cząstki i powodują jego stopniowe zapychanie i wówczas tak zapchany filtr jednorazowy należy wymienić. Bardziej zaawansowany jest system regeneracji pasywnej, polegający na spalaniu cząstek po osiągnięciu przez filtr odpowiedniej temperatury (wyższej niż temperatura ich spalania – 600 °C).

Umiejscowienie filtra cząstek stałych w układzie wydechowym

EGR – układ recyrkulacji spalin
DPF – filtr cząstek stałych
SCR – katalizator SCR działający w oparciu o mocznik AdBlue w celu rozłożenia szkodliwych dla środkowiska tlenków azotu.
rys. Mercedes-Benz Trucks

Istnieje również system regeneracji aktywnej, w którym zmienia się tryb pracy silnika, w skutek czego emituje on więcej dwutlenku azotu, który przepływając przez filtr powoduje utlenianie węgla z cząstek. Innym sposobem aktywnej regeneracji filtra jest podgrzewanie go płomieniem wtryskiwanej do filtra mieszanki paliwowej, przez co cząstki ulegają częściowemu spaleniu.

W spalinach występują też niepalne substancje, które po spaleniu węgla z cząstek stałych, gromadzą się w filtrze w postaci popiołu, co zmniejsza efektywność regeneracji. Po osiągnięciu krytycznego zanieczyszczeń, konieczna staje się wymiana, lub mechaniczna regeneracja filtra po jego wymontowaniu z układu wydechowego. Wielu producentów stosuje czujniki, które wychwytują poziom zapełnienia filtra i podają jego stan do komputera pokładowego. W razie konieczności wymiany filtra, komputer pokładowy zasygnalizuje błąd w układzie oczyszczania spalin.

Niestety wymiana filtrów cząstek stałych jest droga, przez co niekiedy kierowcy decydują się na ich demontaż. To jednak powoduje gwałtowny wzrost emisji cząstek stałych i w konsekwencji istnieje wysokie ryzyko niespełniania norm emisji wymaganych do dopuszczenia do ruchu.

Producenci ciężarówek i autobusów z kolei wręcz zachęcają posiadaczy starszych pojazdów do montażu filtrów cząstek stałych. Przykładowo montaż tego urządzenia w autobusie, czy w ciężarówce spełniającej normy spalania Euro 3, sprawia że pojazd taki zostaje klasyfikowany tak jak pojazd z normą emisji Euro 4 i uzyskuje specjalną zieloną naklejkę dającą prawo wjazdu do tzw. „zielonych” stref.