Filtr cząstek stałych (DPF)

Filtr cząstek stałych, powszechnie oznaczany skrótem DPF, to element oczyszczania spalin, który wychwytuje drobną sadzę powstającą przy spalaniu oleju napędowego, zanim opuści ona układ wydechowy. Silniki wysokoprężne, ponieważ spalają paliwo w niejednorodnym, miejscowo bogatym płomieniu, nieuchronnie wytwarzają cząstki stałe, czyli sadzowe ziarna węgla od dawna kojarzone z czarnym dymem oraz ze szkodami dla układu oddechowego i krążenia. To właśnie DPF sprawił, że nowoczesne diesle są wizualnie czyste, zatrzymując zdecydowaną większość tej masy cząstek.

Wewnątrz metalowej obudowy znajduje się ceramiczny wkład o strukturze plastra miodu, zwykle z kordierytu lub węglika krzemu, uformowany w tysiące drobnych równoległych kanalików. W powszechnym wariancie z przepływem przez ścianki sąsiednie kanaliki są zaślepione na przeciwnych końcach, co zmusza spaliny do przenikania przez porowate ścianki kanałów. Gaz prześlizguje się przez nie, lecz cząstki sadzy są zbyt duże i osadzają się na ściankach, gromadząc się z czasem. Jest to bardzo skuteczne i usuwa znacznie ponad dziewięćdziesiąt pięć procent liczby cząstek, ale uwięziona sadza stopniowo zatyka filtr i podnosi przeciwciśnienie spalin, więc trzeba ją okresowo usuwać.

Usuwanie sadzy z filtra nazywa się regeneracją i polega na wypaleniu zebranego węgla do dwutlenku węgla. Regeneracja pasywna zachodzi ciągle, gdy temperatura spalin jest dostatecznie wysoka, jak podczas szybkiej jazdy autostradowej, często wspomagana przez dwutlenek azotu działający jako utleniacz. Gdy ładunek sadzy nadmiernie rośnie bez takich warunków, silnik uruchamia regenerację aktywną: wtryskuje dodatkowe paliwo, opóźnia zapłon lub korzysta z palnika, aby podnieść temperaturę spalin do około 550 do 600 stopni Celsjusza i celowo spalić osad, co trwa kilka minut.

Ta zależność od ciepła jest źródłem najczęstszej trudności DPF w praktyce. Auto używane wyłącznie do krótkich, zimnych przejazdów w ruchu miejskim może nigdy nie osiągnąć temperatury potrzebnej do zakończenia regeneracji; filtr powoli się zapycha, zapalają się kontrolki, a pojazd może w końcu odmówić regeneracji bez wymuszonego cyklu w warsztacie lub, w gorszych przypadkach, bez kosztownego oczyszczenia bądź wymiany filtra. Właścicielom takich pojazdów zwykle zaleca się okazjonalną dłuższą jazdę z wyższą prędkością. Z czasem ceramika gromadzi też niepalny popiół z dodatków olejowych, dlatego zaleca się niskopopiołowe oleje silnikowe przeznaczone do diesli.

Montowany praktycznie we wszystkich samochodach z silnikiem wysokoprężnym od czasu normy Euro 5 z 2009 roku i zaostrzony wraz z Euro 6, DPF jest jednym z kilku współpracujących ze sobą urządzeń. Zajmuje się wyłącznie cząstkami stałymi, podczas gdy selektywna redukcja katalityczna z dozowaniem AdBlue zwalcza tlenki azotu, a katalizator utleniający przetwarza niespalone węglowodory i tlenek węgla. Odpowiednikiem dla silników benzynowych, reagującym na wzrost emisji cząstek z jednostek z wtryskiem bezpośrednim, jest benzynowy filtr cząstek stałych.