Filtry pevných částic (DPF/FAP) a oxidační katalyzátory tvoří v moderních dieselech úzce propojený systém, jehož správná funkce je zásadní pro úspěšnou regeneraci filtru. V mnoha vozidlech je katalyzátor umístěný před filtrem nebo je katalytická vrstva nanesená přímo v jádru filtru, a bez funkčního katalyzátoru DPF nemůže zkrátka nikdy správně fungovat.
Co zachycuje DPF a proč je nutná jeho regenerace
Při spalování nafty ve vznětovém motoru vzniká určité množství pevných částic (sazí). Filtr pevných částic je vyroben z karbidu křemíku a je umístěn ve výfukovém potrubí. Jeho úkolem je snížení emisí pevných částic z výfukových plynů až o 99 % a zachycuje saze o rozměru až do cca 0,1 µm. Saze z výfukových plynů se zachycují ve filtru a postupně jej spolu s aditivem a dalšími nespalitelnými látkami (síran vápenatý, zinek, fosfáty, kotelní/vodní kámen) ucpávají a omezují tak průchodnost filtru.
Proto je potřeba pravidelná regenerace periodickým spalováním sazí usazených ve filtru. Aktivní regenerace DPF je řízené spálení sazí, při kterém se zachycené saze přemění na nespalitelný popel. Celý proces se pravidelně opakuje přibližně po 400-1 500 km, než dojde k přirozenému úplnému zaplnění filtru popelem (po 80 až 300 tis. km podle modelu a automobilky).
Role oxidačního katalyzátoru při regeneraci
Oxidační katalyzátor umožňuje oxidaci oxidu uhelnatého (CO) a nespálených uhlovodíků (HC) jejich přeměnou na oxid uhličitý (CO2) a vodní páru (H2O). Chemická reakce zvyšuje teplotu výfukových plynů spalováním nespálených uhlovodíků z dodatečně vstřikovaného paliva. Teplota po katalytické reakci se tak může zvýšit až na hodnoty potřebné pro zapálení nafty uvolněné do výfuku.
V první fázi musí vzrůst teplota výfukových plynů na zhruba 400 °C. K tomu dojde zpožděním vstřiku dávky paliva a zároveň zvýšením zátěže motoru. Následně začne fáze takzvaných post-vstřiků, kdy je nafta vstřikována až na konci expanzního zdvihu. Kapky vstřikované nafty totiž nejprve dopadnou na oxidační katalyzátor, který je umístěný před filtrem pevných částic. Teplota za oxidačním katalyzátorem dosahuje ve fázi aktivní regenerace hodnot zhruba 650 až 750 °C. Samotné saze se ale zapalují při teplotě asi 550 °C.
Po ukončení post-vstřiků následuje druhá fáze regenerace a tou je samovolné dohořívání sazí. V této fázi dochází k exotermickému hoření; motor při regeneraci filtru fouká ve spalinách asi 16 % kyslíku tak dlouho, dokud saze zcela neshoří. Až do okamžiku vyrovnání tlaků před a za filtrem. V tu chvíli řídicí jednotka regeneraci ukončí.
Podmínky úspěšné aktivní regenerace
Aby mohly pravidelné aktivní regenerace vůbec probíhat, musí být splněno klidně i 30 nutných podmínek, které souvisejí i se stavem dalších dílů. Především jde o stav a funkčnost katalyzátoru, senzorů teploty a diferenčního tlaku, vstřikovačů, váhy vzduchu, turba a mnoho dalších. Pokud je problém někde v motoru a jeho řízení, aktivní regenerace není vůbec spuštěna nebo není úspěšně dokončena a DPF se zcela zaplní.
Řídicí jednotka usoudí, že je filtr potřeba vypálit, na základě údajů ze snímače diferenčních tlaků a podle počtu ujetých kilometrů nebo motohodin od poslední regenerace. Je-li filtr prázdný, je tlakový rozdíl mezi vstupem a výstupem minimální; jak se filtr zaplňuje, tlakový spád se zvětšuje.
Problémy související s nefunkčním katalyzátorem
Jak vyplývá z výše uvedeného textu, je to právě oxidační katalyzátor, který hraje při regeneraci DPF klíčovou roli. Nefunkční oxidační katalyzátor prozradí bílý kouř linoucí se z výfuku doprovázený zápachem. Čím je tedy způsobena nefunkčnost oxidačního katalyzátoru? Třeba jeho popraskáním, nebo pokud se z něj oloupe aktivní vrstva či je obalený úsadami. Ty mohou vznikat třeba z důvodu zvýšené spotřeby oleje, zejména pokud již turbodmychadlo olej propouští.
Problém je, že dnes je u řady automobilů oxidační katalyzátor ve společném tělese s filtrem pevných částic, takže coby samostatný díl dostupný není. DPF bez katalyzátoru nemůže zkrátka nikdy fungovat (pouze u koncernu PSA se na pomoc s regeneracemi ještě používají speciální aditiva, která snižují zápalnou teplotu sazí). Funkční katalyzátor je tedy základ funkčního DPF.
Příznaky a následky vad katalyzátoru a DPF
Pokud již oxidační katalyzátor nefunguje, jdou saze ven vcelku se vstřikovanou naftou, a to ve formě jakési mlhy. I když je částicový filtr prasklý, pořád v autě je, takže řídicí jednotka se tváří, jako by bylo vše v pořádku. V některých případech ale zaznamená, že diferenční tlak neklesá při regeneraci tak, jak by měl a regeneruje tedy pořád.
Rychlost zaplnění DPF nejvíce ovlivňuje to, jak moc vůz zatěžujete, kde se s ním pohybujete (město, dálnice), velikost jádra konkrétního filtru a celkový počet ujetých kilometrů (má vliv na množství popela). Při správném spalování vznikají převážně N2, CO2 a H2O; dokonalejší spalování minimalizuje vznik pevných částic. Při městském provozu ale teplota výfukových plynů může být pouze kolem 150 °C, což regeneraci výrazně ztěžuje.
Aditiva, popel a životnost filtru
Aditivum usnadňuje průchod kyslíku mezi částicemi, což snižuje teplotu jejich hoření a zkracuje čas potřebný na regeneraci. Aktivní látka aditiva se při spalování váže na částice sazí. Aditivum se používá ve formě anorganického roztoku uloženého v nádrži poblíž nádrže paliva a přidává se automaticky při tankování v potřebném množství odpovídajícím množství doplněného paliva.
Původní filtry pevných částic měly životnost asi 80 000 km. V současnosti to může být až 250 000 km. Důvodem omezené životnosti částicového filtru je jeho zanášení popílkem. U filtrů s aditivy dochází k zanášení filtru rovněž spalováním aditiva. Mnohem horší je to tam, kde motor spaluje olej. Popílek se usadí v části filtru, čímž se snižuje jeho kapacita pro saze. Ten se tak rychleji zaplňuje, což v praxi znamená stále častější regenerace. To vede ke zvýšené spotřebě paliva a zároveň vyššímu ředění oleje naftou.
Nešetrné metody čištění a rizika
Čištění filtrů pevných částic je kapitola sama pro sebe. Mnohé servisy používají mokré čištění vodou pod vysokým tlakem nebo chemické přípravky, které mají saze rozpustit. To je však nesmysl, neboť saze jako takové by shořely pouze pokud by byl funkční oxidační katalyzátor. Usazený popílek lze odstranit pouze mechanicky. Popsaný proces „čištění“ navíc téměř vždy poškodí oxidační katalyzátor mechanicky tlakem kapaliny nebo agresivní chemií.
Těleso filtru je složeno z velmi hustých kanálků; většina vody při mokrém čištění zůstane ve filtru. Pokud někdo namontuje do vozidla zpět mokrým čištěním vlhký filtr, může vinou rychlého nárůstu tlaku páry uvnitř filtru prasknout už při první jízdě. Filtr většinou praskne uvnitř napříč a z venku trhlinu často neodhalíte.
Šetrné profesionální čištění: metoda Advanpure a repasované filtry
Nejpokrokovější metoda čištění známá jako Advanpure čistí filtry stejně jako se to děje ve vozidle, jen je filtr otočen obráceně. V praxi servis demontuje výfukové potrubí i s filtrem a odešle jej partnerskému servisu Advanpure. Před filtrem pracuje výkonný dieselový agregát s pořádným netlumeným rázem do výfuku za předpokladu správné teploty. Oboje jsou nejdůležitějším parametrem čištění a jsou sledovány čidly tak, aby se roztáhly keramické póry na maximum, ale nebyl ohrožen plastický bod hroucení cordieritu nebo případně karbidu křemíku. Filtr se váží suchý, do ničeho se nenamáčí. Vedle hmotnosti se měří i jeho průchodnost před a po vyčištění.
Metoda Advanpure je v Evropě tou nejšetrnější k filtrům pevných částic. Cena jednoho čištění touto metodou vychází přibližně na částku 7 990 Kč bez DPH pro osobní automobil. V případě užitkových vozů, autobusů či traktorů je cena individuální.
Odborně repasované filtry nabízí ve své dealerské síti dnes pouze koncern PSA; repasovaný částicový filtr lze získat za relativně příznivou částku od 8 990 Kč plus práce a spotřební materiál.
Alternativy: druhovýroba a nákup nového filtru
Poslední alternativou k čištění nebo repasování je nákup filtru pevných částic z druhovýroby. Nabízí je například firma Elit; ceny filtrů se pohybují od 7 500 Kč do zhruba 40 000 Kč v závislosti na značce automobilu, roku výroby a motoru. Upozornění: kvůli vysoké ceně často dochází k podvodům - výrobci mohou vkládat do těla filtru pouze poloviční jádro, což snižuje pořizovací cenu, ale vede k rychlému zanášení, vyšší spotřebě paliva a poškození motoru.
Diagnostika a prevence: co zkontrolovat před výměnou filtru
Ucpaný filtr DPF bývá málokdy příčinou sám o sobě, vždy jde o následek něčeho. Než sáhnete k výměně filtru, doporučuje se prověřit stav a funkčnost následujících komponent:
- Snímače teploty DPF (některé vozy mají i tři)
- Snímače diferenčních tlaků - dle zkušeností nejčastější příčina problémů
- Oxidační katalyzátor - monitoruje se, zda vůbec dochází k hoření dodatečně vstřikovaného paliva
- Vstřikovače paliva - špatně rozprašující vstřikovače mohou způsobit potíže
- Termostat - na nedostatečně zahřátém motoru se regenerace nemusí spustit
- Další: EGR ventil, váha vzduchu, turbodmychadlo, klapky v sacím potrubí, chlazení
Jedině zkušený a vybavený servis může udělat kompletní diagnostiku celého složitého systému řízení emisí a motor managementu a příčinu problému DPF najít a odstranit. Pokud se DPF zaplnil kvůli vadě v jiném dílu a tato příčina nebude odstraněna, problém se znovu objeví obvykle do 1 500 km po montáži nového nebo vyčištěného filtru.
Provozní tipy a rizika krátkých jízd
Kdo jezdí velmi často na krátké vzdálenosti, riskuje časté selhávání regenerací a ucpání DPF. V takovém provozu se regenerace spouští častěji, mnohdy není dokončena a filtr se postupně zaplňuje popelem. Moderní diesely jsou schopny regenerovat i při volnoběžných otáčkách, ale trvá jim to déle než při jízdě s vyšším zatížením. Podmínkou úspěšné regenerace je částečné zahřátí motoru (obvykle teplota chladicí kapaliny okolo 70 °C).
Pokud se kontrolka filtru rozsvítí, je potřeba umožnit vozidlu regeneraci - obvykle znamená to delší jízdu mimo město při minimální doporučené rychlosti. Ignorování varování může vést k úplnému zničení filtru: protitlak stoupne natolik, že se regeneraci nepodaří spustit ani diagnostikou v servisu.
Bezpečnost, legislativa a odstranění DPF
Odstranění DPF z vozidla je silně neodporučené a v rozporu s emisními předpisy v EU. Evropská unie důrazně tlačí na dodržování emisních norem a ČR připravuje pravidla pro kontrolu emisních skupin vozidel. Alternativa odstranění DPF může vést k právním a provozním problémům a v budoucnu i ke značným nákladům při opětovné montáži DPF.
Tabulka: srovnání řešení ucpaného DPF
| Řešení | Výhody | Nevýhody |
|---|---|---|
| Profesionální čištění Advanpure | Šetrné, měřená účinnost, bezpečné pro materiál | Vyšší cena (cca 7 990 Kč bez DPH) |
| Repasovaný filtr (dealersky) | Relativně levné, záruka kvality (PSA) | Dostupné jen u některých značek |
| Druhovýrobní filtr | Nižší pořizovací cena | Riziko nekvality, podvodů, zkrácené životnosti |
| Nový originální filtr | Maximální spolehlivost, garantovaná kvalita | Vysoká pořizovací cena (často desítky tisíc) |
Porovnání metod čištění filtrů částic DPF, FAP
Co si zapamatovat
- Funkční katalyzátor je nezbytný pro úspěšnou regeneraci filtru pevných částic.
- Ucpaný DPF je často důsledkem jiného problému v motoru nebo řízení - ne vždy je třeba měnit DPF.
- Nešetrné mokré čištění či agresivní chemie filtr téměř vždy poškodí a mohou vést k prasknutí filtru.
- Profesionální metody čištění (např. Advanpure) a repasování nabízejí rozumný kompromis mezi cenou a kvalitou.
- Pravidelná údržba, diagnostika a použití správného oleje/paliva významně prodlužují životnost DPF a katalyzátoru.
Detailnější informace a širší kontext této problematiky jsou dostupné v samostatných studiích a odborných článcích věnovaných systémům řízení motoru, diagnostice a servisním postupům.