Regenerace filtrů pevných částic: Jak jezdit, abychom neničili drahý filtr?

Emisní norma Euro 5 zavedená v roce 2010 přinesla u vznětových motorů celoplošné rozšíření částicových filtrů. Jakým způsobem je lze vypalovat a je lepší řešení s aditivy, nebo bez nich?

Pokud nepočítáme pokusy Mercedesu s částicovým filtrem z 80. let v modelu S 300 sd (W126) na americkém trhu, pak první automobilkou, která částicový filtr zavedla, byl francouzský Peugeot, záhy následovaný v rámci skupiny PSA také Citroënem. V té době, tedy v roce 2000, začínala platit emisní norma Euro 3, která použití částicového filtru u vznětového motoru nevyžadovala. Od roku 2005 vstoupila v platnost norma Euro 4. V rámci ní došlo ke snížení limitního množství podílu pevných částic (sazí) ve výfukových plynech z 0,05 g/km na 0,025 g/km, tedy o polovinu. I tomuto zpřísnění dokázala některá auta s diesely vyhovět bez částicového filtru, řada jiných ale již filtr potřebovala. Šlo zejména o výkonnější verze stávajících agregátů nebo sice výkonově slabší varianty, ale pojící se třeba s pohonem všech kol, samočinnou převodovkou, případně vozem o vyšší pohotovostní hmotnosti. Zatímco ve štíhlém sedanu tak mohl motor Euro 4 projít bez filtru, v opulentním, těžkém a aerodynamicky nevýhodném SUV se bez něho již neobešel.

Norma Euro 5 však přinesla další zpřísnění, a sice množství pevných částic ve výfukových plynech maximálně 0,005 g/km. Tedy o celý řád méně než Euro 4!

Částicový filtr slouží k zachytávání pevných částic, zejména sazí. Za tímto účelem obsahuje speciálně navrženou vložku s voštinovou strukturou vyrobenou z materiálu, který dlouhodobě snáší vysoké teploty. Většinou je z karbidu křemíku, případně z keramiky. Jelikož se částicový filtr v průběhu provozu vozidla zanáší sazemi, je třeba jej v pravidelných intervalech vypalovat. Způsobů, jak saze z filtru vypálit a tedy odstranit, používají automobiloví výrobci hned několik.
Nejjednodušší jsou filtry s takzvanou pasivní regenerací. Ta probíhá zcela samovolně, pouze na základě nastolení vhodných podmínek. Těmi jsou dostatečná teplota spalin, kterou podmiňuje práce motoru v režimu vyššího zatížení, například při jízdě po dálnici. Takový filtr by však byl při dnešním způsobu užívání vozidel velmi rychle ucpaný a tedy jeho životnost by byla velice krátká. Lidé s auty totiž jezdí často tak, že k výše uvedeným podmínkám mnohdy nemusí vůbec dojít. Stačí, aby auto provozoval řidič pouze na krátké vzdálenosti, třeba k jízdám městem. V takovém případě nemůže být výše uvedená podmínka splněna. Mnohem lepší je proto aktivní regenerace částicového filtru, která dokáže plnit i protichůdné požadavky na provoz vozidla a zajistit regeneraci částicového filtru i v případě, že ji provozování vozidla nedovoluje.

Skupina PSA jakožto průkopník částicových filtrů vsadila od samého začátku na technologii využívající aditiva. Tedy kapalinu v současné době obsahující oxid železa (původně na bázi ceru). Systém s aditivy je z pohledu techniky a vybavení vozidla složitější než řešení bez aditiv, jemuž se také někdy říká „suchý částicový filtr“ nebo „uzavřený částicový filtr“ (cDPF). Systém s aditivy totiž vyžaduje navíc nádobu na aditivum a také dávkovací jednotku, skládající se mimo jiné z elektrického čerpadla, které aditivum dopravuje do palivové nádrže. Kromě PSA používal svého času tyto částicové filtry také Volkswagen, konkrétně coby vybavení motoru 2.0 TDI 8V (například v Passatu B5).

Částicové filtry s aditivy vznikly v dobách, kdy se filtr pevných částic nacházel ve výfukovém traktu daleko od motoru. To znamená, že nebyl součástí jednotky spolu s oxidačně redukčním katalyzátorem, který ve výfukovém potrubí filtru pevných částic vždy předchází. Naopak nacházel se mnohem dále za ním, tedy někde v prostřední části vozidla. Pokud by se při popsaném řešení nepoužily aditiva, velice by se tím komplikovala jeho regenerace. Důvodem je velmi obtížné zajištění teploty 620 až 650 stupňů, která je potřebná pro zapálení sazí. Při použití aditiva lze tuto teplotu snížit na 450 až 500 stupňů, což už je pro systémy, u nichž je DPF ve výfukovém traktu daleko za oxidačně-redukčním katalyzátorem, schůdné.
U systému s aditivy dochází za předpokladu, že natankujete určité množství nafty, ke vstříknutí přesně dané dávky aditiv do nádrže. U starších vozů PSA jste potřebovali natankovat minimálně 7 litrů nafty, u současných je hranice pro dávkování aditiv snížena na 5 litrů.

Při regeneraci filtru využívajícího aditiva se řídicí jednotka rozhoduje na základě několika vstupních hodnot. Tím nejdůležitějším údajem je míra zanesení filtru, o čemž řídicí jednotku motoru informuje snímač diferenčního tlaku, který měří tlakový spád míst před filtrem a za ním. Dále je to samozřejmě teplota spalin před částicovým filtrem a turbodmychadlem. Další snímače, které se zde uplatňují, je dieselová lambda, snímač hmotnosti nasávaného vzduchu a samozřejmě údaj o množství aditiv a nafty v nádržích.

Při procesu regenerace dojde k zavření ventilu recirkulace spalin EGR a zároveň ke vstříknutí dodatečné dávky nafty těsně před horní úvratí pístu daného válce tak, aby nafta hořela ve výfuku, konkrétně v oxidačně redukčním katalyzátoru. Současně se přivře dieselová škrticí klapka a nastaví se neměnné otáčky turbodmychadla.

U vozů PSA se filtr s aditivy používá i u motorů, u nichž je částicový filtr sloučený do jedné jednotky s oxidačně-redukčním katalyzátorem. Výhodou je opět nižší teplota hoření sazí, tudíž při regeneraci není zapotřebí tak velké množství (dávka) nafty. Výhodou je menší vliv na spotřebu paliva. PSA uvádí, že při použití konvenčního systému DPF (tedy bez aditiv) dochází ke zvýšení spotřeby zhruba o 0,75 litru na každých 800 km.

Druhou výhodou je omezení nežádoucího efektu ředění oleje naftou, kterého vinou toho v motoru přibývá. Tento neduh se děje ve zvýšené míře právě u systému bez aditiv, zejména pokud dojde k přerušení regenerace, třeba z důvodu změny jízdních podmínek, kdy již vozidlo nejede ustálenou rychlostí s motorem v režimu mírné až střední zátěže a při středních až vyšších otáčkách. Proto mají motory s filtrem bez aditiv na olejové měrce kromě minima a minima také hladinu „X“. Pokud k ní olej dostoupá, měl by se neprodleně vyměnit. Zejména majitelé vozů Mazda či Mitsubishi jistě vědí, o co jde…

Systém s aditivy má ale i nevýhody. Tou nejčastěji skloňovanou bývá kromě nutnosti aditiva doplňovat také fakt, že spalováním aditiv dochází k zanášení částicového filtru. Ten má tudíž na rozdíl od filtrů bez aditiv omezenou životnost. U první generace těchto filtrů to bylo pouhých 80.000 km, dnes mají vozy PSA s tímto systémem životnost filtru 180.000 až 240.000 km.

To systém, který nevyužívá aditiva, má životnost částicového filtru podstatně delší, řádově stovky tisíc kilometrů. Samozřejmě jen za předpokladu, že funguje správně systém regenerace. V principu to probíhá podobně jako u filtru s aditivy. Pouze dávka nafty je větší, aby byla docílena vyšší teplota filtru. Přesto se výrobci částicových filtrů snaží ji snížit. Třeba tím, že aktivní vrstvu částicového filtru potahují drahými kovy, které mají funkci katalyzátoru, tedy urychlovače chemické reakce.

Vzhledem k tomu, že „suché filtry“ mají teoreticky neomezenou životnost, jsou jako náhradní díl velmi drahé, přijdou na řádově desítky tisíc korun. Naopak filtry s aditivy nabízí PSA již léta profesionálně repasované za částku od 8990 Kč u varianty, kde filtr není součástí komba oxidačně-redukčního katalyzátoru, až po 16.990 Kč u verze, kde je filtr součástí oxidačně redukčního katalyzátoru.

Částicové filtry bez aditiv jsou u výrobců automobilů oblíbenější, neboť nevyžadují dodatečné systémy v podobě nádrže na aditiva a dávkovacího zařízení. Pokud jsou bezaditivní DPF umístěny v kombu s - přesněji za oxidačně-redukčním katalyzátorem, který funguje správně, a pokud majitel vozu čas od času (jednou za 800 až 1000 km) dopřeje filtru takovou jízdu, při níž může proběhnout celý proces regenerace, nebývají s nimi závažné problémy.
U moderních vozidel navíc dokáže citlivá elektronika „hlídat“ i výše zmíněné přibývání oleje v motoru, které se s těmito filtry zákonitě pojí. Systém monitoruje počet studených startů a dále vychází z počtu regenerací filtru, a to i těch nedokončených.

Už před lety nabídla Toyota u svých vznětových motorů řešení částicového filtru s takzvaným pátým vstřikovačem. Stejné používá také Renault na motorech 1.5 dCi a 2.0 dCi v některých aplikacích. A dále Ford u agregátu 2.0 TDCi, třeba v současném focusu či c-maxu.

Řešení s pátým vstřikovačem je výhodné, neboť při regeneraci je nafta dopravována přímo do oxidačního katalyzátoru. Díky tomu tady vůbec nedochází k nežádoucímu jevu ředění oleje naftou. Navíc regenerace částicového filtru je poměrně přesná, přičemž tento systém umožňuje nejsnazší zpětnou adaptaci motoru na normální režim po dokončení regenerace filtru. Nevýhodou je samozřejmě potřeba dalšího zařízení čítající dodatečný vstřikovač, jeho ovládání a palivové vedení.

zdroj: auto.cz