Co to jest filtr cząstek stałych, jego budowa i zasada działania

Wraz z wprowadzeniem norm środowiskowych, począwszy od 2009 roku, wszystkie samochody z silnikami spalinowymi z zapłonem samoczynnym muszą być wyposażone w filtry cząstek stałych. Zastanów się, dlaczego są potrzebne, jak działają i jak się nimi opiekować.

Co to jest filtr cząstek stałych i jak działa?

Sama koncepcja filtra wskazuje, że część bierze udział w procesie czyszczenia. W przeciwieństwie do filtra powietrza, w układzie wydechowym zamontowany jest filtr cząstek stałych. Część ma za zadanie zminimalizować emisję szkodliwych substancji do atmosfery.

W zależności od jakości produktu i elementów filtrujących, ta część jest w stanie usunąć do 90 procent sadzy ze spalin po spaleniu oleju napędowego. Praca Rady Federacji przebiega w dwóch etapach:

1. Usuwanie sadzy. Elementy filtrujące przepuszczające dym zatrzymują cząstki stałe. Osiedlają się w komórkach materiału. To jest główne zadanie filtra.
2. Regeneracja. Jest to procedura czyszczenia komórek z nagromadzonej sadzy. Jest wytwarzany, gdy silnik zaczyna tracić moc w obsługiwanych systemach powiązanych. Innymi słowy, regeneracja to przywrócenie czystości powierzchni komórki. Różne modyfikacje wykorzystują własną technologię czyszczenia sadzy.

Gdzie znajduje się filtr cząstek stałych i do czego służy?

Ponieważ SF bierze udział w oczyszczaniu spalin, jest instalowany w układzie wydechowym samochodu napędzanego silnikiem Diesla. Każdy producent wyposaża swoje samochody w system, który może różnić się od analogów innych marek. Z tego powodu nie ma sztywnej i szybkiej zasady określającej, gdzie powinien znajdować się filtr.

W niektórych samochodach sadza jest używana w połączeniu z katalizatorem, który jest instalowany we wszystkich nowoczesnych samochodach wyposażonych w silnik benzynowy. W takim przypadku filtr może znajdować się przed katalizatorem lub za nim.

Niektórzy producenci (np. Volkswagen) stworzyli filtry kombinowane, które łączą funkcje zarówno filtra, jak i katalizatora. Dzięki temu czystość spalin z silnika wysokoprężnego nie różni się od analogu benzyny. Często takie części są montowane bezpośrednio za kolektorem wydechowym, tak aby temperatura spalin zapewniała odpowiednią reakcję chemiczną neutralizującą szkodliwe substancje.

Filtruj urządzenie

W klasycznej wersji urządzenie DPF jest bardzo podobne do katalizatora. Ma kształt metalowej kolby, tylko wewnątrz znajduje się trwały element filtrujący o budowie komórkowej. Ten element jest często wykonany z ceramiki. Korpus filtra ma dużo oczek 1mm.

W wersjach połączonych elementy katalizatora i element filtrujący są umieszczone w jednym module. Dodatkowo w takich częściach montowana jest sonda lambda, czujniki ciśnienia i temperatury spalin. Wszystkie te części zapewniają najbardziej efektywne usuwanie szkodliwych cząstek z spalin.

Cechy działania i działania filtra cząstek stałych

Żywotność filtrów cząstek stałych zależy bezpośrednio od warunków eksploatacji pojazdu. W zależności od tego właściciel samochodu musi sprawdzać stan filtra co 50-200 tysięcy kilometrów. Jeśli samochód jest eksploatowany w warunkach miejskich i często znajduje się w korkach, to żywotność filtra będzie krótsza w porównaniu z analogicznym samochodem eksploatowanym w lżejszych warunkach (dalekobieżne podróże autostradą). Z tego powodu znaczącą rolę odgrywa wskaźnik godzin pracy silnika jednostki napędowej.

Ponieważ zatkany filtr cząstek stałych zmniejsza osiągi silnika, każdy kierowca musi okresowo regenerować układ wydechowy. Duże znaczenie ma również przestrzeganie przepisów dotyczących wymiany oleju silnikowego. Dlatego właściciel samochodu musi ściśle przestrzegać zaleceń producenta samochodu.

Wybór oleju napędowego

Podobnie jak katalizator w nowoczesnych pojazdach benzynowych, filtr cząstek stałych może zostać poważnie uszkodzony, jeśli właściciel samochodu użyje niewłaściwego oleju silnikowego. W takim przypadku smar może dostać się do cylindrów i wypalić się podczas skoku.

W takim przypadku uwolniona zostanie duża ilość sadzy (zależy to od ilości wchodzącego oleju), która nie powinna znajdować się w układzie wydechowym samochodu. Sadza ta dostaje się do komórek filtra i tworzy na nich osady. W przypadku silników Diesla Stowarzyszenie Europejskich Producentów Samochodów ustaliło standard oleju silnikowego, który spełnia wymagania normy środowiskowej co najmniej Euro4.

Opakowanie z takim olejem będzie oznaczone literą C (z indeksami od 1 do 4). Takie oleje są przeznaczone specjalnie do pojazdów wyposażonych w układ oczyszczania lub oczyszczania spalin. Dzięki temu wydłuża się żywotność filtra cząstek stałych.

Automatyczne czyszczenie

Podczas pracy jednostki napędowej mogą zostać uruchomione procesy fizyczne, które automatycznie oczyszczają filtr cząstek stałych z osadów węglowych. Dzieje się tak, gdy spaliny wchodzące do zbiornika filtra są podgrzewane do +500 stopni i więcej. Podczas tak zwanego pasywnego samooczyszczania sadza jest utleniana przez żarzący się ośrodek i odrywa się z powierzchni komórek.

Ale aby ten proces się rozpoczął, silnik musi pracować z określoną prędkością przez długi czas. Gdy auto stoi w korku i często pokonuje krótkie dystanse, spaliny nie mają czasu na rozgrzanie się do takiego stopnia. W rezultacie w filtrze gromadzi się sadza.

Aby pomóc kierowcom, którzy jeżdżą w tym trybie, producenci różnych chemii samochodowej opracowali specjalne dodatki zapobiegające powstawaniu sadzy. Ich zastosowanie pozwala na uruchomienie automatycznego czyszczenia filtra przy temperaturze spalin w granicach +300 stopni.

Niektóre nowoczesne samochody są wyposażone w system wymuszonej regeneracji. Wstrzykuje trochę paliwa, które zapala się w katalizatorze. Dzięki temu filtr cząstek stałych nagrzewa się, a płytka nazębna zostaje usunięta. System ten działa w oparciu o czujniki ciśnienia montowane przed i za filtrem cząstek stałych. Gdy jest duża różnica między odczytami tych czujników, aktywowany jest układ regeneracji.

Niektórzy producenci np. Peugeot, Citroen, Ford, Toyota zamiast dodatkowej porcji paliwa do rozgrzania filtra stosują specjalny dodatek, który znajduje się w osobnym zbiorniku. Ten dodatek zawiera cer. System regeneracji okresowo dodaje tę substancję do cylindrów. Dodatek na siłę podgrzewa spaliny do temperatury około 700-900 stopni. Jeśli samochód jest wyposażony w odmianę takiego systemu, nie musi nic robić, aby wyczyścić filtr cząstek stałych.

Filtry cząstek stałych DPF typu zamkniętego

Filtry cząstek stałych o nowoczesnym wyglądzie dzielą się na dwa typy:

• filtry typu zamkniętego dpf;
• filtry fap z funkcją regeneracji elementu filtrującego.

Pierwsza kategoria obejmuje elementy z ceramicznym plastrem miodu wewnątrz, jak w katalizatorze. Na ich ścianki nałożona jest cienka warstwa tytanu. Skuteczność takiej części zależy od temperatury spalin - tylko w tym przypadku zajdzie reakcja chemiczna neutralizacji tlenku węgla. Z tego powodu modele te są instalowane jak najbliżej kolektora wydechowego.

Po osadzeniu na ceramicznym plastrze miodu pokrytym tytanową powłoką sadza i tlenek węgla ulegają utlenieniu (temperatura, w której zachodzi reakcja, musi wynosić kilkaset stopni). Obecność czujników pozwala na zdiagnozowanie usterki filtra w czasie, o którym kierowca otrzyma powiadomienie z ECU na porządek auta.

Filtry cząstek stałych FAP typu zamkniętego z funkcją regeneracji

Filtry FAP są również typu zamkniętego. Jedynie różnią się od poprzednich funkcją samoczyszczenia. W takich kolbach nie gromadzi się sadza. Ogniwa tych pierwiastków pokryte są specjalnym odczynnikiem, który reaguje z gorącym dymem iw wysokich temperaturach całkowicie usuwa cząsteczki z dróg wydechowych.

Niektóre nowoczesne samochody są wyposażone w specjalny system spłukiwania, który wtryskuje odczynnik w odpowiednim momencie, gdy samochód się porusza, dzięki czemu sadza jest usuwana już we wczesnych stadiach formowania.

 Czasami zamiast dodatku stosuje się dodatkową porcję paliwa, które wypala się w samym filtrze zwiększając temperaturę wewnątrz kolby. W wyniku spalania wszystkie cząsteczki są całkowicie usuwane z filtra.

Regeneracja filtra cząstek stałych

Podczas spalania oleju napędowego uwalnia się duża ilość cząstek stałych. Z biegiem czasu substancje te osadzają się wewnątrz kanałów sadzy, z których zostaje zatkana.

W przypadku zatankowania złym paliwem istnieje duże prawdopodobieństwo, że w elemencie filtrującym zgromadzi się duża ilość siarki. Zapobiega wysokiej jakości spalaniu oleju napędowego, wspomaga reakcję oksydacyjną w układzie wydechowym, dzięki czemu jego części szybciej ulegną awarii.

Jednak szybkie zanieczyszczenie filtra cząstek stałych może również wystąpić z powodu niewłaściwego dostrojenia silnika wysokoprężnego. Innym powodem jest niepełne spalanie mieszanki paliwowo-powietrznej, na przykład z powodu uszkodzonej dyszy.

Co to jest regeneracja?

Regeneracja filtra polega na oczyszczeniu lub odbudowie zatkanych komórek filtra. Sama procedura zależy od modelu filtra. A także o tym, jak producent samochodów skonfigurował ten proces.

W teorii sadza nie może się całkowicie zatkać, ponieważ muszą w niej zachodzić reakcje chemiczne. Ale w praktyce zdarza się to często (przyczyny są wskazane nieco powyżej). Z tego powodu producenci opracowali funkcję samoczyszczenia.

Istnieją dwa algorytmy wykonywania regeneracji:

• Aktywny;
• Pasywna

Jeśli pojazd nie jest w stanie samodzielnie wyczyścić katalizatora i filtra, możesz wykonać tę procedurę samodzielnie. Będzie to wymagane w następujących przypadkach:

• Samochód rzadko pokonuje duże odległości (wydech nie ma czasu na rozgrzanie się do żądanej temperatury);
• Podczas procesu regeneracji silnik spalinowy był przytłumiony;
• Wadliwe czujniki - ECU nie otrzymuje wymaganych impulsów, dlatego procedura czyszczenia nie włącza się;
• Przy niskim poziomie paliwa regeneracja nie zachodzi, ponieważ wymaga dodatkowej ilości oleju napędowego;
• Awaria zaworu EGR (zlokalizowanego w układzie recyrkulacji spalin).

Oznaką zatkanego filtra jest gwałtowny spadek mocy jednostki napędowej. W takim przypadku mycie elementu filtrującego za pomocą specjalnych chemikaliów pomoże rozwiązać problem.

Filtr cząstek stałych nie wymaga czyszczenia mechanicznego. Wystarczy wyjąć część z układu wydechowego i zamknąć jeden z otworów. Ponadto do pojemnika wlewa się uniwersalny emulator. Pomaga usunąć płytkę nazębną bez konieczności kupowania nowej części. Ciecz musi całkowicie pokryć zanieczyszczoną powierzchnię. Przez 12 godzin część należy okresowo wstrząsać, aby sadza lepiej pozostawała w tyle.

Po użyciu środka czyszczącego część spłukuje się pod bieżącą wodą.  

Regeneracja pasywna

Ten proces jest wykonywany, gdy silnik pracuje pod obciążeniem. Podczas jazdy po drodze temperatura spalin w filtrze wzrasta do około 400 stopni. Te warunki powodują reakcję chemiczną utleniania sadzy.

Podczas procesu regeneracji w takich filtrach generowany jest dwutlenek azotu. Substancja ta działa na związki węgla tworzące sadzę. W procesie tym razem z tlenkiem węgla powstaje tlenek azotu. Ponadto, ze względu na obecność tlenu we wnęce, te dwie substancje wchodzą z nim w reakcję, w wyniku której powstają dwa inne związki: CO₂ i dwutlenek azotu.

Należy pamiętać, że taki proces nie zawsze jest równie skuteczny, dlatego okresowo konieczne jest przeprowadzanie wymuszonego czyszczenia dpf sadzy.

Aktywna regeneracja

Aby zapobiec awariom filtra cząstek stałych i nie trzeba wymieniać go na nowy, konieczne jest okresowe czyszczenie aktywnej powierzchni katalizatora. W ruchu miejskim lub na krótkich dystansach nie jest możliwe zapewnienie pasywnego czyszczenia katalizatora.

W takim przypadku konieczne jest rozpoczęcie procedury aktywnej lub wymuszonej. Jego istota sprowadza się do następującego. Zawór Ugr zamyka się (w razie potrzeby dokonuje się regulacji pracy turbiny). Oprócz głównej porcji paliwa powstaje pewna ilość mieszanki paliwowo-powietrznej.

Jest podawany do cylindra, w którym częściowo się wypala. Pozostała część mieszanki dostaje się do kolektora wydechowego i do katalizatora. Tam spala się i podnosi się temperatura spalin - powstaje efekt wielkiego pieca z włączoną dmuchawą. Dzięki temu następuje wypalenie cząsteczek zgromadzonych w ogniwach katalizatora.

Taka procedura jest niezbędna do kontynuacji reakcji chemicznej w katalizatorze. Dzięki temu mniej sadzy dostanie się do filtra, co z kolei zwiększy żywotność filtra cząstek stałych.

Oprócz oczyszczenia katalizatora spalanie dodatkowej porcji VTS poza silnikiem podnosi temperaturę w samym obwodzie filtra, co również częściowo przyczynia się do jego oczyszczenia.

Kierowca dowiaduje się, że elektronika wykonuje tę procedurę, aby na krótko zwiększyć prędkość biegu jałowego podczas długiej jazdy. W wyniku tego samooczyszczania z rury wydechowej wydobywa się ciemniejszy dym (jest to norma, ponieważ z układu usuwana jest sadza).

Dlaczego regeneracja może się nie powieść i jak wykonać ręczne czyszczenie

Filtr cząstek stałych nie regeneruje się z kilku powodów. Na przykład:

• Krótkie wyjazdy, dzięki którym proces nie ma czasu na rozpoczęcie;
• Regeneracja zostaje przerwana z powodu zatrzymania silnika;
• Jeden z czujników nie przesyła odczytów lub w ogóle nie ma z niego sygnału;
• Niski poziom paliwa lub dodatków w zbiorniku. System określa, ile paliwa lub dodatku przeciwpyłowego jest potrzebne do pełnej regeneracji. Jeśli poziom jest niski, proces się nie rozpocznie;
• Awaria zaworu EGR.

Jeżeli maszyna pracuje w takich warunkach, że samooczyszczanie się nie rozpocznie, filtr cząstek stałych można wyczyścić ręcznie. W takim przypadku należy go usunąć z pojazdu. Następnie jeden wylot należy zatkać korkiem, a do drugiego wlać płyn płuczący. Okresowo filtr należy potrząsnąć, aby oderwać sadzę.

Na umycie filtra należy przeznaczyć około 12 godzin. Po tym czasie pranie jest spuszczane, a sam filtr myty czystą bieżącą wodą. Chociaż tę procedurę można wykonać samodzielnie, to lepiej odwieźć samochód do serwisu, aby połączyć to z diagnostyką całego układu wydechowego. W takim przypadku nie trzeba spędzać tak dużo czasu. Na przykład niektóre stacje serwisowe posiadają specjalny sprzęt, który symuluje proces regeneracji filtra poprzez wymuszone spalanie sadzy. Można zastosować specjalną grzałkę i wtrysk paliwa, która symuluje pracę układu regeneracji.

Przyczyny zwiększonego powstawania sadzy

Kluczowym parametrem wpływającym na czystość filtra cząstek stałych jest zła jakość paliwa. Olej napędowy tej jakości może zawierać dużą ilość siarki w klepce, co nie tylko zapobiega całkowitemu wypaleniu się paliwa, ale także wywołuje reakcję utleniania metalu. Jeśli zauważono, że po niedawnym zatankowaniu system częściej zaczyna regenerację, to lepiej poszukać kolejnego tankowania.

Również ilość sadzy w filtrze zależy od ustawień samego zasilacza. Np. gdy wtrysk przebiega niepoprawnie (nie rozpryskuje się, lecz tryska, przez co w jednej części komory powstaje niejednorodna mieszanka paliwowo-powietrzna – wzbogacona).

Jak dbać o filtr cząstek stałych

Podobnie jak inne części poddawane naprężeniom, filtr cząstek stałych również wymaga okresowej konserwacji. Oczywiście jeśli w samochodzie silnik, układ paliwowy i wszystkie czujniki są odpowiednio skonfigurowane, to w sadzy będzie się tworzyć mniej sadzy, a regeneracja przebiegnie możliwie sprawnie.

Jednak nie ma potrzeby czekać, aż lampka błędu silnika na desce rozdzielczej zaświeci się, aby sprawdzić stan komory cząstek stałych. Diagnostyka samochodu pomoże na wczesnym etapie określić zatkanie SF.

Jego żywotność można wydłużyć dzięki zastosowaniu specjalnego płuczki lub środka czyszczącego, który pozwala szybko i bezpiecznie usunąć osady sadzy z filtra.

Żywotność i wymiana filtra cząstek stałych

Pomimo rozpoczęcia automatycznego czyszczenia filtr cząstek stałych nadal staje się bezużyteczny. Powodem tego jest ciągła praca w strefie wysokiej temperatury, a podczas regeneracji liczba ta znacznie wzrasta.

Zwykle przy prawidłowej pracy silnika i wykorzystaniu wysokiej jakości paliwa filtr jest w stanie przejechać około 200 tysięcy kilometrów. Jednak w niektórych regionach paliwo wysokiej jakości nie zawsze jest dostępne, dlatego należy wcześniej zwracać uwagę na stan filtra cząstek stałych, na przykład co 100 000 km.

Zdarza się, że filtr pozostaje nienaruszony nawet przy przebiegu 500 tys. Tak czy inaczej, każdy kierowca musi niezależnie zwracać uwagę na zachowanie pojazdu. Kluczowym czynnikiem wskazującym na problemy z filtrem cząstek stałych jest znaczny spadek mocy silnika. Ponadto silnik zacznie pobierać dużo oleju, a z układu wydechowego może wydobywać się niebieski dym i nietypowy dźwięk w pracy silnika spalinowego.

Czy można wyjąć filtr cząstek stałych?

Jeśli tylko powiesz, to naprawdę to zrobić. Tylko drugie pytanie - po co w takim razie samochód nie spełnia norm ekologicznych. Ponadto elektroniczna jednostka sterująca jest skonfigurowana do sterowania działaniem tego elementu. Jeśli usuniesz go z systemu, to w elektronice wystąpi trwała awaria oprogramowania.

Niektórzy robią ten krok i kłopoczą się z następujących powodów:

• Nie będzie potrzeby serwisowania dodatkowej części maszyny;
• Nowy filtr cząstek stałych jest dość drogi;
• Zużycie paliwa jest nieznacznie zmniejszone, ponieważ proces regeneracji nie zostanie przeprowadzony;
• Nieznacznie, ale nadal moc silnika wzrośnie.

Jednak to rozwiązanie ma znacznie więcej wad:

• Pierwszym jest nieprzestrzeganie jakichkolwiek norm środowiskowych;
• Kolor wydechu zmieni się zauważalnie, co będzie problemem w dużym mieście, szczególnie latem i w korkach (i tak nie ma wystarczającej ilości powietrza, a wtedy sapiący samochód w pobliżu zmusza do włączenia cyrkulacji powietrza wewnątrz auta);
• Można zapomnieć o wyjazdach do krajów UE, bo samochód nie będzie wpuszczany przez granicę;
• Wyłączenie niektórych czujników spowoduje nieprawidłowe działanie oprogramowania jednostki sterującej. Aby rozwiązać problem, musisz sflashować ECU. Koszt oprogramowania jest wysoki, a konsekwencje mogą być nieprzewidywalne. Zresetowanie danych w jednostce sterującej wywoła wiele pytań, które nie pozwolą na sprzedaż samochodu po akceptowalnej cenie.

To tylko niektóre z negatywnych aspektów wycięcia DPF. Ale powinny wystarczyć, aby zrezygnować z pomysłu i przystąpić do naprawy, czyszczenia lub zakupu nowego filtra cząstek stałych.

Zamiast zawierania

Decyzja o usunięciu filtra cząstek stałych z układu wydechowego pojazdu to osobista decyzja każdego kierowcy. Jeśli w przypadku starych samochodów problem ten zostanie rozwiązany na poziomie fabrycznym (SF są rzadko spotykane), to niektóre samochody nowej generacji w ogóle nie będą działać bez niego. A liczba takich samochodów nie maleje, ponieważ godny zamiennik silnika wysokoprężnego nie został jeszcze wydany.

Lepiej nie eksperymentować z samochodami wyposażonymi w złożone układy elektroniczne, ponieważ w przypadku ciągłego błędu ECU może przejść w tryb awaryjny.

Więcej informacji na temat filtra cząstek stałych można znaleźć w filmie:

Filtr cząstek stałych, regeneracja - co to jest i jak działa?

Wideo na ten temat

Dodatkowo oferujemy szczegółowy film przedstawiający regenerację filtra cząstek stałych:

Przed wycięciem filtra cząstek stałych obejrzyj ten film.

Pytania i odpowiedzi:

Czy można wyczyścić filtr cząstek stałych? Aby to zrobić, należy go wyjąć, napełnić specjalnym płynem czyszczącym, a po około 8 godzinach opłukać i włożyć z powrotem na miejsce. Płukanie można również wykonać bez wyjmowania części z samochodu.

Jak często trzeba wymieniać filtr cząstek stałych? Każdy filtr cząstek stałych jest zatkany. Zazwyczaj jego wymiana jest wymagana średnio po 200 tys. km, ale ma na to wpływ jakość paliwa, skład współpracy wojskowo-technicznej oraz liczba godzin pracy.

Czy mogę jeździć bez filtra cząstek stałych? Technicznie nie wpłynie to negatywnie na samochód. Ale elektronika będzie stale naprawiać błąd, a wydech nie będzie spełniał norm ekologicznych.