Filtry cząstek stałych DPF/FAP [część 1]

Coraz wyższe wymagania dotyczące czystości emisji spalin, zmusiły producentów samochodów do stosowania filtrów cząstek stałych w samochodach z silnikami wysokoprężnymi. Ich ceny są często zawrotne. Czy faktycznie filtr cząstek stałych jest tak skomplikowanym elementem?

Coraz wyższe wymagania dotyczące czystości emisji spalin, zmusiły producentów samochodów do stosowania filtrów cząstek stałych w samochodach z silnikami wysokoprężnymi. Ich ceny są często zawrotne. Czy faktycznie filtr cząstek stałych jest tak skomplikowanym elementem?

W tej krótkiej serii artykułów przedstawię cel stosowania oraz budowę typowego filtra cząstek stałych, jego działanie i sposób regeneracji. Na początek prześledźmy więc pierwszy z aspektów - cel i budowę.

Filtry cząstek stałych zazwyczaj nazywane są skrótowo - FAP (z francuskiego filtre à particules) bądź DPF (z angielskiego diesel particulate filter). Obie oznaczają ten sam element i zależnie od koncernu możemy spotkać się z jednym z tych dwóch skrótów. Wprowadzenie tego typu filtru do samochodów zapoczątkowała norma spalin Euro IV, która dwukrotnie ograniczyła emisję cząstek stałych w porównaniu z normą Euro III. Termin cząstki stałe, odnosi się po prostu do sadzy powstałej w wyniku niecałkowitego spalania paliwa. W skład takiej cząstki wchodzi przede wszystkim węgiel i węglowodór, a także siarczany, tlenki siarki i metali oraz woda.

Zadaniem tego filtra jak sama nazwa wskazuje jest ograniczenie emisji cząstek stałych, czyli sadzy. Znajduje się on w układzie wydechowym zwykle za katalizatorem. Jego stosowanie wymusza instalację także kilku innych elementów niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania filtra, jak np. czujnika ciśnienia, czujnika temperatury przed i za filtrem, szerokopasmowej sondy lambda. Informacje z nich zbierane są do sterownika silnika, który przy pomocy oprogramowania oblicza poziom nasycenia filtra i steruje procesem regeneracji.

Filtr cząstek stałych zbudowany jest z ceramicznego korpusu umieszczonego w metalowej obudowie, która najczęściej wykonana jest ze stali nierdzewnej ze względu na swoją żywotność. Wewnątrz korpus jest podzielony na niewielkie kanały ułożone względem siebie równolegle. Każdy z nich ma zatkany (zamknięty) jeden z końców - albo od strony dolotowej, albo od strony wylotowej. Ułożone są naprzemiennie aby tworzyć pewnego rodzaju siatkę.

Kanały zatkane po stronie wylotowej, nazywane są kanałami wlotowymi - to nimi spaliny wpadają do filtra. Natomiast kanały z zamkniętymi końcami po stronie dolotowej, to kanały wylotowe, którędy wydostają się spaliny. Jak sami widzicie, takie ułożenie wymusza na spalinach przepływ przez porowate ścianki poszczególnych kanałów.

Wykonane są one z węglika krzemu pokrytego tlenkiem glinu i tlenkiem ceru, a na nich osadzone są cząstki platyny. Stężenie tych ostatnich jest nieco większe na wlocie do filtra, jako że podczas procesu regeneracji, wysoka temperatura może spowodować niszczenie cząstek platyny. Ścianki kanałów są porowate, dzięki czemu umożliwiają przepływ spalin, a zatrzymują i gromadzą cząstki sadzy.

Jak można się domyślać, po pewnym czasie nagromadzenie cząstek stałych jest na tyle duże, że prowadzi do zapchania filtra, co utrudnia przepływ spalin. W tym celu stosowane są różne metody jego regeneracji, o czym napiszę w kolejnym artykule.

Zobacz także: