Φίλτρο σωματιδίων βενζίνης (GPF)

Το φίλτρο σωματιδίων βενζίνης, με τη συντομογραφία GPF και ορισμένες φορές γνωστό ως PPF (petrol particulate filter), είναι ένα εξάρτημα της εξάτμισης που παγιδεύει τα μικροσκοπικά σωματίδια αιθάλης που παράγουν οι σύγχρονοι βενζινοκινητήρες. Είναι το αντίστοιχο της βενζίνης για το φίλτρο σωματιδίων ντίζελ (DPF) που τοποθετείται στα πετρελαιοκίνητα εδώ και χρόνια. Η εμφάνισή του αποτυπώνει μια άβολη αλήθεια για τους σύγχρονους βενζινοκινητήρες: αν και η καύση της βενζίνης θεωρούνταν επί χρόνια καθαρή από αιθάλη, η μετάβαση στον άμεσο ψεκασμό επανέφερε ένα πρόβλημα σωματιδίων που πλέον πρέπει να ελέγχεται.

Η ανάγκη προέκυψε ειδικά εξαιτίας του άμεσου ψεκασμού βενζίνης. Όταν το καύσιμο ψεκάζεται κατευθείαν στον θάλαμο καύσης αντί για τον αγωγό εισαγωγής, υπάρχει λιγότερος χρόνος για να αναμειχθεί ομοιόμορφα με τον αέρα και ορισμένες σταγόνες καίγονται σε τοπικά πλούσια σε καύσιμο σημεία. Αυτή η ατελής καύση παράγει λεπτή αιθάλη, μαζί με πολύ μικρά υπερλεπτά σωματίδια που ανησυχούν τις υγειονομικές αρχές. Καθώς ο άμεσος ψεκασμός γενικεύτηκε για τα οφέλη του στην απόδοση και τις επιδόσεις, οι βενζινοκινητήρες άρχισαν να εκπέμπουν αριθμό σωματιδίων που οι παλαιότεροι κινητήρες έμμεσου ψεκασμού δεν είχαν, προκαλώντας τη ρυθμιστική απάντηση.

Το ίδιο το φίλτρο είναι μια κυψελωτή δομή, συνήθως από κορδιερίτη ή καρβίδιο του πυριτίου, με μεγάλο αριθμό μικρών παράλληλων καναλιών. Τα κανάλια φράζονται εναλλάξ στα αντίθετα άκρα, αναγκάζοντας το καυσαέριο να περάσει μέσα από τα πορώδη τοιχώματα. Τα τοιχώματα αφήνουν το αέριο να περάσει αλλά συγκρατούν τα στερεά σωματίδια αιθάλης, επιτυγχάνοντας συχνά μείωση του αριθμού σωματιδίων μεγαλύτερη από 90 τοις εκατό. Η παγιδευμένη αιθάλη συσσωρεύεται με τον καιρό και πρέπει περιοδικά να καίγεται σε μια διαδικασία που ονομάζεται αναγέννηση.

Ένα σημαντικό πλεονέκτημα του GPF έναντι του ομολόγου του στο ντίζελ αφορά την αναγέννηση. Οι βενζινοκινητήρες λειτουργούν σε πολύ υψηλότερες θερμοκρασίες, με τα καυσαέρια συχνά αρκετά καυτά ώστε να καίνε τη συσσωρευμένη αιθάλη συνεχώς και παθητικά κατά την κανονική οδήγηση, οπότε το φίλτρο καθαρίζεται μόνο του χωρίς ειδική παρέμβαση στις περισσότερες συνθήκες. Έτσι αποφεύγονται πολλά από τα προβλήματα της ενεργητικής αναγέννησης που σχετίζονται με τα φίλτρα ντίζελ, όπου οι σύντομες, ψυχρές διαδρομές μπορούν να εμποδίσουν το φίλτρο να φτάσει τη θερμοκρασία που χρειάζεται για να καθαρίσει, οδηγώντας σε φραξίματα. Το GPF συχνά ενσωματώνεται και στο ίδιο περίβλημα με τον καταλύτη, ώστε να εξοικονομείται χώρος και να αξιοποιείται η θερμότητα που υπάρχει ήδη εκεί.

Τα φίλτρα σωματιδίων βενζίνης έγιναν συνηθισμένα από το στάδιο Euro 6d των ευρωπαϊκών κανονισμών εκπομπών, όταν επιβλήθηκαν αυστηρότερα όρια αριθμού σωματιδίων στα βενζινοκίνητα ώστε να εξισωθούν με τα πετρελαιοκίνητα. Στην καθημερινή χρήση είναι σε μεγάλο βαθμό απαλλαγμένα από συντήρηση, αν και, όπως κάθε στένωση στην εξάτμιση, επιβάλλουν μια πολύ μικρή απώλεια ροής, ενώ ένα φθαρμένο ή μολυσμένο φίλτρο μπορεί τελικά να χρειαστεί αντικατάσταση.

Το GPF ανήκει σε μια οικογένεια συστημάτων μετεπεξεργασίας καυσαερίων και γίνεται καλύτερα κατανοητό μέσα από συγκρίσεις και συσχετίσεις. Είναι το άμεσο ανάλογο του φίλτρου σωματιδίων ντίζελ, υπάρχει κυρίως για να διαχειρίζεται την αιθάλη του άμεσου ψεκασμού, λειτουργεί δίπλα στον καταλύτη που αντιμετωπίζει τους αέριους ρύπους και οδηγήθηκε σε ευρεία χρήση από το πρότυπο εκπομπών Euro 6.