Filtry pevných částic aneb DPF (1/4): Druhy DPF, jejich plusy a minusy

Filtry pevných částic aneb DPF: díly seriálu

1/4 Druhy DPF, jejich přednosti a nedostatky
2/4 Spolehlivost filtrů pevných částic
3/4 Jak předcházet problémům s filtry pevných částic
4/4 Opravy filtrů pevných částic – výměna, čištění, vytloukání 

Filtry pevných částic slouží k zachytávání pevných částic (sazí) ve výfukových plynech naftových motorů. Plošně se rozšířily se zavedením emisní normy Euro 5 a brzy si získaly značnou pozornost motoristické veřejnosti – bohužel nikoliv pro svoji schopnost zachycovat karcinogenní saze, ale kvůli technickým problémům. U dieselových ojetin s velkým nájezdem, jež jsou v České republice tak populární, představuje filtr jednu z nejčastějších a nejnákladnějších komplikací. 

Průkopníkem použití fitrů pevných částic mezi osobními vozy nebyl koncern PSA, který jej poprvé sériově uvedl v únoru 2000 v modelu Peugeot 607 2.2 HDi, ale německý Mercedes–Benz. Ten instaloval z dnešního pohledu pravěkou verzi filtru DPF do exportního naftového modelu 300 SD/SDL pro USA a Kanadu již v letech 1985 až 1987, z důvodu problematičnosti a nízké životnosti systému však od něj záhy upustil.

Chcete ušetřit s nákupem ojetého auta? Nekupujte si diesel!

Dalibor Žák

Ojetiny

Je to sám o sobě zajímavý příběh, zde se však chceme věnovat spíše současností. Necháme stranou kontroverzní meditování o smysluplnosti částicového filtru, ekologických, energetických a zdravotních aspektech jeho existence a zacílíme hlavně na to, co by majitele dieselu s DPF mohlo či mělo zajímat.

Řezy různými konstrukcemi filtru pevných částic – vpravo i s předřazeným katalyzátorem

Nepočítáme-li různé kombinace „uzavřených“ systémů DPF s dodatečnými katalyzátory SCR (pro redukci oxidů dusíku), pak rozeznáváme čtyři základní druhy DPF. Všechny si podrobně představíme na následujících řádcích. 

Filtr pevných částic s otevřeným neřízeným systémem

Jedná se o minimálně rozšířený druh, v podstatě i nejméně účinný a hodící se spíše jako dodatečně montovaný retro-fit, s jehož pomocí se majitelé starších vozů mohli v některých zemích dočkat například daňových výhod. Tento typ filtru byl již z výroby použit u Subaru Legacy 2.0 D, ročníku 2008/2009.

S trochou nadsázky jde o řešení typu „Vlk se nažral a koza zůstala celá“. I zcela „prázdný“ otevřený filtr zachytí jen část výfukem letících pevných částic, průběh regenerace (de facto žádná neprobíhá) u něj nelze nijak řídit.

Nedosáhne-li tento filtr při svém zaplnění dlouhotrvající jízdou s motorem v určité zátěži samovolně teploty potřebné ke spontánnímu zapálení sazí (což je bez dodatečného vstřiku paliva hodně těžké), jednoduše se nezregeneruje nikdy a veškeré spaliny pak proudí „bypassem“ nefiltrovány ven. 

VÝHODY:

• absolutně „spolehlivý“
• lze ho dodatečně aplikovat i na starší vozy
• nehrozí poškozením motoru ani snížením výkonu při nasycení
• neředí olej
• nezvyšuje spotřebu
• nepotřebuje žádné snímače
• nevyžaduje žádné dodatečné náklady při provozu

NEVÝHODY:

• nízká účinnost filtrace již v ideálních podmínkách (od 30 do 70%), při převažujících jízdách na kratší vzdálenosti dokonce nulová
• výfuk od sazí (složitější prokazování horlivému policistovi nebo ouřadovi, že viditelná kouřivost je u tohoto druhu DPF opravdu normální)

Filtr pevných částic s aditivy

Velký propagátorem tohoto systému je již odpočátku koncern PSA (Peugeot/Citroën), občas byl k vidění i na jiných vozech (např. Škoda Superb 1. generace s motorem 2.0 TDI-PD 100 kW). Dávkováním speciální přísady obsahující katalický cer či železo se snižuje teplota potřebná k zapálení a vyhoření sazí.

Regenerace se startuje konvenčně – nejdříve se výfukový systém „předehřívá“ zvýšením zátěže motoru a cíleným zhoršením termodynamické účinnosti, následně dochází k dodatečnému vstřikování další dávky paliva na konci expanzní doby.

Nafta z této dávky se vzněcuje až na oxidačním katalyzátoru (u většiny aut je přímo předřazen filtru DPF v jeho obalu), ve vzácných případech rovnou uvnitř filtru (je-li nasycen kovy podporujícími hoření). Průběh akce je řízen řídící jednotkou na základě údajů z čidel teploty a rozdílového tlaku.

VÝHODY:

• proti uzavřenému bezaditivnímu DPF menší množství vyplýtvaného paliva
• menší ředění motorového oleje
• kratší doba regenerace

NEVÝHODY:

• větší složitost (vyžaduje systém dávkující aditivum do paliva)
• nutnost stálé přítomnosti aditiv, motor sám je přitom nepotřebuje – naopak některé druhy aditiv špatně reagují s biosložkami v palivu
• nižší životnost filtru DPF (právě aditiva jej paradoxně rychleji sytí nespalitelnými zbytky)

Filtr pevných částic bez aditiv

Nejjednodušší, suverénně nejrozšířenější „uzavřený“ systém, bohužel také nejvíce zatěžující motor. Princip je stejný jako v předchozím případě, pouze chybí aditivum usnadňující hoření sazí. Regenerace bývá delší, do výfuku je třeba dopravit více paliva, ředění motorového oleje nespáleným palivem je větší. Část dodatečně vstřikovaného paliva určeného ke vzplanutí ve filtru totiž ulpívá na stěnách válců, kde je stírána do motorového oleje.

Potvrzeno, dražší nafta výkon nezvýší Test naft 2013

AutoRevue.cz

Technika

Zvláště tam, kde je fitr DPF umístěn dále od motoru, je tento systém vyloženě nevýhodný. Spaliny na cestě k filtru chladnou a potřebnou teplotu je třeba „dohánět“ masívní dávkou nafty určené k zažehnutí. Stejně tak není z principu příliš vhodný k použití u motorů se sdruženými vstřikovači (TDI-PD), neboť ty díky časové nepružnosti vstřikovačů ovládaných vačkovou hřídelí hůře dosahují ideálních regeneračních podmínek.

VÝHODY:

• Proti ostatním „uzavřeným“ systémům je jednodušší a výrobně levnější
• není třeba dokupovat aditiva
• proti aditivnímu systému delší životnost filtru DPF

NEVÝHODY: 

• zbytečně vysoké namáhání motoru při regeneraci
• nejvyšší citlivost na správnou kondici vstřikovačů i regulačních prvků
• proti aditivnímu systému vyšší teplotní zatížení výfukového systému
• nejdelší doba regenerace
• vyšší riziko ředění motorového oleje

Filtr pevných částic s externím vstřikovačem

Teoreticky „nejméně špatná“ varianta, ovšem nejsložitější a výrobně nejdražší. Ideální je hlavně u vozů, u nichž není možné z prostorových důvodů umístit DPF co nejblíže k motoru. Můžeme ji najít u novějších dieselů Renaultu, Fordu a Toyoty.

Regenerační dávka nafty neproudí do výfukového potrubí „oklikou“ přes válce, ale je tam vstřikována přímo externím vstřikovačem (zplynovačem). Princip přímého vlévání nafty do výfuku může při dnešních požadavcích na efektivitu využití paliva působit trochu zvrhle, odpadá však problém s ředěním oleje nespálenou naftou a složitým „vybalancováním“ chodu motoru během post-vstřiků.

K úvodnímu předhřívání výfukového potrubí zvýšením zátěže motoru a cíleným zhoršením termodynamické účinnosti však dochází i zde.

VÝHODY:

• nejšetrnější k motoru
• poměrně snadná a rychlá regenerace
• žádné riziko ředění motorového oleje

NEVÝHODY:

• je nejsložitější (dva oxidační katalyzátory, další vstřikovač s vedením a kabeláží, často separátní palivové čerpadlo)
• v budoucnu i o něco vyšší riziko investic a poruch

PŘÍŠTĚ: Spolehlivost filtrů pevných částic