Co je filtr pevných částic a k čemu slouží?

Filtr pevných částic je často označován zkratkou DPF – Diesel Particulate Filter (z angličtiny) nebo FAP - Filtre Anti Particules (z francouzštiny). Základní funkcí filtru pevných částic je zachycovaní pevných mikročástic obsažených ve spalinách vzniklých spalováním paliva v naftových motorech.

Průřez filtrem pevných částic

Systém funguje na principu zachytávání jemných pevných částic na porézním materiálu poloprůchodných kanálků filtru. Uvnitř filtru je keramická vložka se systémem kanálků, které dokážou efektivně zachycovat ultra jemné pevné částice o velikosti několika málo mikrometrů v útrobách filtru a dále propustit jen „téměř neškodný“ vzduch. K této vložce je přidána ještě jedna „katalytická vložka“ z drahých kovů.

Princip fugování filtru pevných částic

Do ovzduší se tak díky filtrům pevných částic dostává daleko méně nebezpečných látek a nečistot.

Průchodnost (respektive životnost) filtru je přibližně 150 000 − 200 000 km v závislosti na podmínkách provozu. Pak je potřeba filtr vyměnit za nový anebo ve většině případů postačí filtr pevných částic profesionálně vyčistit, což je cenově výhodnější.

Filtr pevných částic je často používán pro dosažení příslušné úrovně emisí ve spojení s úpravou výfukových plynů technologií EGR (Exhaust Gas Recirculation), kde může být kombinován s DOC (Diesel Oxidation Catalyst).

Dalším relativně novým typem, který se dál podílí na úpravě výfukových plynů, jsou filtry SCR (Selective Catalytic Reduction), systém využívající selektivní katalytické redukce, umožňující snížit emise (redukováním obsahu NOXů – oxidů dusíku) ve výfukových plynech u vznětových motorů ošetřením výfukových plynů vstřikováním syntetické močoviny (AdBlue).

Schéma DPF a SCR

Co je PM10?

PM10 je ekvivalent velikosti částice shodné nebo podobné velikosti polétavému prachu o velikosti 10 mikrometrů. (PM zkratka z anglického názvu „particulate matter“) je pojem pro mikročástice o velikosti několika mikrometrů (µm). Jedná se hlavně o saze a popílek obsažený ve výfukových zplodinách. Zachytávání těchto částic ve filtru pevných částic je velice důležité.

Moderní motory produkují tak malé částice, které již nedokáže zachytit lidská dýchací soustava v nose a v hrtanu. Karcinogenní částice, tak při vdechnutí bez jakékoliv zábrany putují přímo do plicních sklípků, kde se usazují a velmi vážně škodí lidskému tělu.

Velikosti částic

Proč se filtr se zanáší a jaká je jeho životnost?

Příklady zaneseného filtru pevnýh částic

Důvodů, proč se filtr pevných částic zanáší, může být několik. Nejčastější „normální“ příčinou je však samotný provoz vozu.

Postupné opotřebování „zanášení“ filtru pevných částic je normální jev, vycházející z principu jeho filtrační činnosti. Během provozu se kanálky ve voštinové struktuře keramické vložky filtru postupně zanášejí sazemi z výfukových plynů, čímž se snižuje jeho propustnost, tedy i účinnost. Filtr pevných částic má konstruovanou životnost zhruba na 150 000 − 200 000 km. Nové modely některých vozidel až 500 000 km.

Aby se filtr pevných částic udržoval v dobré kondici, využívá se pasivní a aktivní regenerace, která předchází předčasnému zanesení filtru, například z důvodu dlouhodobého provozu vozidla ve městě. Na krátkých trasách s neustálým rozjížděním, podřazováním, jízdě rychlostí vozidla pod 60 km/h dochází k většímu vzniku sazí a zároveň také k většímu zanášení filtru pevných částic, protože ve vozidle nejsou vytvářeny dostatečné podmínky, aby docházelo k samočištění - tj. k pasivní regeneraci.

Ačkoliv je filtr pevných částic konstruován jako bezúdržbové zařízení, o jehož pravidelné vyčištění se má postarat vozidlo samo, opak je pravdou. Vzhledem k tomu, že zařízení filtrace pevných částic, bylo do vozidel zabudováno dodatečně, jako snaha plnit přísné normy, celý systém dobře funguje jen za situace, kdy sám agregát pracuje perfektně.

To je ovšem v praxi nedosažitelné a vzhledem k tomu, že pohonná jednotka nemůže svou práci primárně přizpůsobovat hladkému chodu DPF a pak je to právě filtr pevných částic, který nedokonalosti v jejím fungování odnáší jako první.

Hlavními důvody, které se negativně podílí na zanášení filtru pevných částic jsou tak problémy způsobené samotným motorem vozidla, respektive jeho klíčových komponentů podílejících se na řízení spalování (řídící jednotka, snímače, váhy vzduchu, diferenční čidla tlaku), příprava směsi (turbodmychadla, netěsnosti na přívodu vzduchu) a zážehu (vstřikování, žhavící svíčky), korekci spalin a odvodu spalin (EGR ventil, katalyzátor).

Často opomíjenou příčinou je používání nesprávného oleje, který po spálení generuje větší množství popela, jež se pak usazuje ve filtru pevných částic. Častým faktorem neúměrného zanášení filtru může být způsobeno i úniky olejů z „odcházejících“ turbodmychadel nebo z motoru samotného.

Dalším důvodem může být použité nekvalitní palivo, které významně ovlivňuje jednotlivé komponenty motoru a samozřejmě také může negativně ovlivňovat i samotný filtr pevných částic.

Porovnání špinavého a čistého filtru pevných částic

Co je pasivní a aktivní regenerace?

Regenerace filtru pevných částic

Jde o dva režimy, které vozidlo používá k čištění filtru pevných částic.

Pasivní regenerace filtru pevných částic − probíhá samovolně vždy, když pracovní podmínky motoru vytvářejí takové teploty výfukových plynů (zhruba v rozsahu 350 − 500 °C), které uvnitř filtru umožní hoření (pyrolýzu) zachycených částic. Takové provozní podmínky nastávají, při provozování motoru po určitou dobu na výkonu − například jízda ve středním režimu otáček na vyšší rychlostní stupně. Třeba cesta mimo město nebo po dálnici umožní vozidlu pasivně regenerovat filtr pevných částic.

Aktivní regenerace − probíhá zhruba po najetí 300 až 1000 km, nebo pokud nenastala pasivní regenerace (např. při provozování vozidla v městském provozu) a filtr již dosahuje hodnot, které brání normálním provozním podmínkám vozidla.

Řídící jednotka pomocí tlakových diferenčních senzorů umístěných ve filtru pevných částic vyhodnotí průchodnost filtru a tím i míru znečištění a spustí automatickou regeneraci, nebo na tuto skutečnost upozorní řidiče.

Proces aktivní regenerace principiálně spočívá ve změně časování vstřiků motoru v kombinaci s vyšším dávkováním paliva, která v katalyzátoru záměrně po určitou dobu zvyšuje teplotu výfukových plynů (asi na 600 °C). Tímto procesem dochází k řízené pyrolýze a filtr pevných částic se tak zbaví usazených nečistot.

Metody pasivní a aktivní regenerace nejsou dokonalé. I přes tyto čistící režimy pevné částice ve filtru zůstávají, hromadí se uvnitř až filtr postupem času docela ucpou a filtr ztratí svoji účinnost.

Jak poznám, že mám v autě instalovaný filtr pevných částic?

Filtry pevných částic nejsou v automobilismu žádnou novinkou. První filtry pevných částic byly poprvé do vozidel sériově montovány v USA v roce 1984. V Evropě filtry pevných částic (FAP – Filtre Anti Particule) poprvé do svých vozidel začala montovat značka Peugeot (model 607 2.2 HDI) a šlo o normu EURO 4. Od té doby se dá konstatovat, že by jakékoliv vozidlo splňující normu EURO 4 mohlo být vybaveno filtrem pevných částic. Povinné vybavení vozidel filtrem pevných částic pak nařizuje norma EURO 5 vydaná v roce 2019.

Přehledný seznam vozidel, které jsou provozovány v ČR a měly by být vybaveny filtrem pevných částic je zhruba 450 modelů vozidel (tzn. zhruba 2400 motorizací) sestavila společnost UAMK, viz https://www.uamk.cz/dpf-vozidla-s-dpf.

Jak se projevuje ucpaný filtr pevných částic?

Přístrojová deska - varování ucpaného filtru pevných částic

Vozidlo pomalu ztrácí na výkonu, jsou vyšší otáčky a zvyšuje se spotřeba paliva. Některé automobilky vozidla vybavují systémem kontroly stavu filtru pevných částic − kontrolky pro údržbu a vypalování DPF filtru umístěné na přístrojové desce (často oranžová ikona výfuku s částicemi uvnitř). Ta napoví, že je třeba provést regeneraci, nebo indikuje, že je filtr zanesený nebo poškozený.

Pokud nebudete dbát varování na přístrojové desce, nebo budete ignorovat časté spouštění regenerace, můžete svým počínáním zničit keramickou nebo katalytickou vložku uvnitř filtru pevných částic.

V zaneseném filtru pevných částic se snižuje průchod spalin, čímž dochází k výrazné kumulaci tepla, která neúměrně namáhá jádro keramické vložky až doby, kdy dojde k její degradaci. Jádro vložky se roztaví a dojde k nenávratnému zničení „propálení“ filtru pevných částic.

V „lepších případech“ u některých vozidel může zasáhnout řídící jednotka. Provoz vozidla se zaneseným filtrem pevných částic je v rozporu s „normálními“ provozními podmínkami a vozidlo přejde do nouzového režimu.

Až budete mít problémy s filtrem pevných částic, určitě si hned řeknete, že na vině je právě samotný filtr pevných částic. Opak je pravdou, ve většině případu je ucpaný filtr pevných částic symptomem a problémy, které způsobily zanášení, je třeba hledat jinde. Ve skutečnosti však pouze polovina řidičů musí řešit zanesení filtru kvůli jeho přirozenému zaplnění.

Co když filtr pevných částic vyndám − stane se něco?

Samozřejmě že ANO. Stane se. Je to to nejhorší možné řešení, proti kterému hovoří hned několik faktorů:

  1. Jednak toto počínání jde proti smyslu existence filtru pevných částic, který je ušlechtilý a měli bychom ho podporovat. Rakovina plic není nic, nad čím lze jen tak mávnout rukou. A vzduch přece dýcháme všichni.
  2. Je to nelegální a zcela jistě Vás za to vyhodí od STK.
  3. Pokud je vozidlo v záruce, odstranění DPF bude mít vliv na neuznání některých reklamací nebo celkovou ztrátu záruky.
  4. Filtr nejde jen tak vyndat, řídící jednotka motoru s ním v procesu spalování počítá. A i po jejím uzpůsobení bude motor (bez dalších současných úprav, které ovšem také nejsou bez „ale”) pravděpodobně fungovat hůře než s ním. Motor včetně celého systému odvodu a úpravy spalin byl vyvinut špičkovými techniky s tím, že se ve výfukovém potrubí filtr pevných částic nachází a bez něj bude narušen chod celého komplexního mechanismu.

Lze zanášení filtru pevných částic nějak předcházet?

Zanášení filtru pevných částic je možné do jisté míry předcházet, nelze ho však úplně eliminovat. Následující řádky berte spíše jako doporučení.

Pokud je to možné, snažte se jezdit tak, aby byly vytvořeny vhodné podmínky k časté pasivní regeneraci filtru pevných částic. Pokud většina Vašich jízd probíhá ve městě, pokuste se tu a tam nechat vozidlo „protáhnout“, vezměte vůz na zdravotní projížďku, aby mohl filtr pevných částic zregenerovat.

Tankujte vhodné „kvalitní“ palivo. Můžete také použít vhodných aditiv do paliva, která umožňují lepší spalování sazí – v tomto případě je však třeba řídit se doporučeními výrobce vozidla. Dodržujte výzvy vozidla k provádění aktivních regenerací. Udržujte vozidlo v kondici vhodnou údržbou a servisem.

Vyplatí se renovace filtru?

Odpověď na tuto otázku, pokud má být upřímná, není ANO. Je třeba přihlédnout k několika faktorům, které by Vám měli pomoci rozhodnout se, zda se vyplatí filtr pevných částic renovovat nebo pořídit nový.

V nabídce náhradních dílů není k dispozici filtr pevných částic vhodný pro váš vůz anebo je cena originálního filtru neúměrně vysoká vzhledem ke zbytkové ceně vozidla. Filtry pevných částic obsahují vzácné kovy, proto jsou drahé.

V motoru vozidla byly prováděny opravy. Například byly odstraněny závady, které mohly být zodpovědné za rychlé zanášení filtru pevných částic. Proto se dá předpokládat zanášení filtru pevných částic a vyčištění filtru může být vhodné pro celkové zlepšení kondice vozidla.

Nevyplatí se renovovat filtry pevných částic, které jsou mechanicky poškozené, mají poškozené keramické jádro nebo jsou tyto vrstvy propálené a filtr nadále neplní svoji funkci (zvýšená kouřivost). V těchto případech už renovace nepomůže a nezbývá nic jiného než pořídit nový filtr pevných částic.