Všechno, co potřebujete vědět o částic.filtrech pro zážeh. motory. Čím se liší od filtrů pro diesely

Částicový filtr pro zážehové motory (GPF) se právě teď začíná objevovat u nově vyrobených aut. Vypadá sice podobně jako filtr pro vznětové motory DPF, ve skutečnosti však využívá jiný princip regenerace.

Až dosud jsme se setkávali s částicovými filtry výhradně ve spojení se vznětovými motory, pro něž se vžila zkratka anglického označení DPF (Diesel Particulate Filter). V souvislosti s přechodem na emisní normu Euro 6.2, která začala platit u nově vyrobených vozidel pro země EU prvním dnem tohoto měsíce, dostanou částicový filtr GPF (Gasoline Particulate Filter) také auta se zážehovými motory. Ale pozor, ne všechna. Toto se týká výhradně motorů s přímým vstřikováním benzínu. Naproti tomu agregáty s nepřímým vstřikem (tedy do sání) jsou tohoto oproštěni, neboť obecně vzato produkují v porovnání s přímo vstřikovými agregáty jen zanedbatelné množství pevných částic.

Třetí skupinu představují motory, které využívají přímý i nepřímý vstřik benzínu. Příkladem je čtyřválec VW/Audi TSI EA 888 třetí generace. Tady bude záležet na nastavení systému řízení motoru. Jinak řečeno, v jak velké míře bude agregát v rámci testu WLTP, jehož nedílnou součástí je jízdní test RDE, přímé vstřikování benzínu využívat.

Zjednodušeně řečeno, částicový filtr pro zážehový motor se svojí stavbou podobá filtru pevných částic pro diesely. I filtr pro benzinové motory svým jádrem připomíná včelí plástve. Vyrobeny jsou obvykle z cordieritu neboli umělé keramiky. Jednotlivé kanály jsou na střídačku průchozí, respektive neprůchozí. Skrz průchozí kanálky spaliny normálně projdou dále do výfuku a tedy ven, v těch neprůchozích se zastaví, přičemž dojde k zachycení obsažených pevných částic, zejména sazí. Na jeden čtvereční palec (tedy plochu 645,16 mm2) připadá hustota od 200 do 350 kanálků. Struktura aktivní vrstvy filtru je tedy velice jemná.
Rozdíl mezi DPF a GPF je v průchodnosti, která je u částicového filtru pro zážehové motory vyšší než u DPF. Důvodem je nižší hmotnost výfukových plynů. Ty tak mohou filtrem GPF snáze procházet než spaliny vznikající ve vznětových motorech při průchodu DPF. Toto ale zároveň znamená, že filtr pro zážehové motory je teoreticky křehčí než částicový filtr dieselů.

U vznětových motorů může být částicový filtr umístěn hned za oxidačně redukčním katalyzátorem, s nímž zpravidla tvoří společné kombo. Nebo může být oddělený a tedy coby samostatná jednotka dále až za katalyzátorem. Prvně uvedené řešení je výhodnější z hlediska regenerace. Při výměně DPF to ale znamená vyměnit také oxidačně-redukční katalyzátor, což opravu prodražuje. U druhého řešení jsou však zkušenosti takové, že regenerace filtru probíhá obecně vzato obtížněji.

U zážehového částicového filtru (GPF) se lze setkat se dvěma (třemi) koncepcemi jeho zástavby do výfukového potrubí. Jednodušší řešení představuje umístění filtru ve výfukovém potrubí až za hlavním trojčinným katalyzátorem. GPF by se tak nacházel coby samostatná jednotka pod podlahou vozidla. Výhodou je možnost použít stávající hlavní trojčinný katalyzátor. Nevýhody jsou v zásadě stejné jako u obdobné koncepce u vznětových motorů, a sice obtížnější čištění a tedy vypalování filtru.
Filtr GPF se stejně jako DPF snáze vypaluje, pokud jej dáte co možná nejblíže za katalyzátor, nejlépe do společné jednotky. Toto lze udělat dvěma způsoby. Buď se GPF umístí až za katalyzátor do jednoho komba, nebo se využije technologie nanesení aktivní vrstvy vzácných kovů na částicový filtr, který tak bude zároveň plnit roli katalyzátoru (cGPF). V obou případech je výhodou snazší čištění filtru, nevýhodou je v případě verze s nanesenou aktivní vrstvou technologická náročnost a tedy i cena. V případě druhém nutnost použít nový, zpravidla menší katalyzátor. Tedy pokud nemá být emisní systém příliš rozměrný a tedy i těžký.

Výrobci částicových filtrů pro zážehové motory udávají, že celé zařízení pracuje velice efektivně, když dokáže zadržet více než 90 procent produkovaných pevných částic. Ve skutečnosti je však tento údaj spíše hudbou blízké budoucnosti.

Podobně jako u dieselů i tady zanášení částicového filtru vede ke zvýšení zpětného tlaku ve výfuku, který klade odpor unikajícím spalinám. A stejně jako u DPF i v tomto případě se pro vypálení zachycených částic využívá regenerace.

Celý proces regenerace GPF je však v porovnání s DPF odlišný. Zatímco u dieselů bylo třeba jet po určitou dobu ustálenou rychlostí v režimu zatížení motoru, v případě benzinových agregátů (tedy GPF) naopak regeneraci vyvolá jízda bez plynu, tedy režim brzdění motorem. Základním požadavkem je totiž zajistit přísun vzduchu či přesněji kyslíku do výfukového traktu.
Motor, který běží bez zatížení (tedy v režimu brzdění) svými písty stále nasává vzduch, který ovšem není zužitkován ve formě zápalné směsi, neboť v uvedeném jízdním režimu se palivo do motoru nevstřikuje. Vzduch je tak nasán do válců a následně vytlačen písty do výfukového potrubí přes otevřené výfukové ventily při výfukovém zdvihu. K zapálení usazených pevných částic tak dojde pouze kombinací teploty spalin, která musí být 400 až 700 stupňů, a přísunu vzduchu s přirozeným obsahem kyslíku dodaného motorem v režimu bez zátěže. Na rozdíl od částicových filtrů pro diesely, které využívají takzvanou aktivní regeneraci (s dodatečným přidáním paliva) si GPF vystačí s pasivní regenerací.

Pasivní regenerace částicového filtru tedy nastává při jízdě bez plynu, kdy do motoru nejde žádné palivo, pouze vzduch. V praxi však mohou nastat případy, kdy řidič pojede delší dobu pod zatížením a tedy bez decelerace (ubrání plynu při současně zařazeném převodu). Jak zajistit, aby se částice z filtru vypalovaly?

Na toto výrobci motorů a GPF samozřejmě také pamatují. Pokud nastane popsaný případ, dojde k nastavení režimu takzvané nucené regenerace. V tomto případě dojde ke zvýšení teploty spalin opožděným zážehem na svíčce a zároveň přechodem motoru na spalování chudé zápalné směsi s výrazným přebytkem vzduchu. Toho tak může být v motoru klidně sedmkrát více než při stechiometrickém směšovacím poměru, kdy na 14,7 kg vzduchu připadá 1 kg benzinu.
A kdy je regenerace potřeba? Za mezní zanesení filtru považujeme hmotnost pevných částic maximálně 8 gramů na jeden litr objemu (g/l). V tomto případě je již ale nezbytná nucená regenerace. Jde však o extrémní případ. U filtrů GPF ze syntetické keramiky je běžné zanesení zhruba 1 g/l.

Nabízí se srovnání kapacity s DPF. Filtr GPF je v porovnání s dieselovými částicovými filtry zhruba desetinásobně až třicetinásobně menší (rozuměj množství částic, které dokáže absorbovat). I z toho důvodu musí u GPF pasivní regenerace probíhat mnohem častěji, řekněme v řádu desítek až stovek ujetých kilometrů.

zdroj: auto.cz