Filtr cząstek stałych (ang. diesel particulate filter, DPF lub gasoline particulate filter, GPF; fr. filtre à particules, FAP) to kluczowy element montowany w układach wydechowych silników wysokoprężnych oraz benzynowych. Jego głównym zadaniem jest oczyszczanie gazów spalinowych z cząstek stałych, w skład których wchodzi głównie niespalony węgiel w formie sadzy, na której zaadsorbowane są inne substancje, takie jak wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne oraz tlenki metali.
Zasada działania i wydajność filtrów
Stosowane od 1980 roku (w silnikach samochodowych od 1996 roku), filtry pozwoliły w znacznym stopniu wyeliminować emisję czarnego dymu. Filtr ma postać przestrzennej struktury o bardzo rozwiniętej powierzchni właściwej. Cząstki stałe osiadają na porowatych ściankach lub włóknach wykonanych z metalu, materiałów ceramicznych lub specjalnego papieru.
Wydajność prawidłowo działającego filtra zawiera się w przedziale od 85% do 100%, co oznacza, że do atmosfery przedostaje się nie więcej niż 15% pierwotnej zawartości zanieczyszczeń w fazie stałej. W celu eliminacji większej ilości cząstek oraz związków chemicznych szkodliwych dla środowiska, DPF stosuje się w połączeniu z katalizatorami typu oxicat, DeNOx lub ich kombinacją w postaci katalizatorów czterofunkcyjnych.
Procesy regeneracji i akumulacja popiołu
Gromadzące się w filtrze cząstki powodują jego stopniowe zapychanie i utratę wydajności. Do spalenia nagromadzonej sadzy wymagana jest temperatura około 550 °C, podczas gdy spaliny mają średnio 150 °C.
- Samooczyszczanie: Polega na katalitycznym spalaniu cząstek po osiągnięciu przez filtr odpowiednio wysokiej temperatury (powyżej 600 °C).
- Aktywne systemy wypalania: Okresowa zmiana trybu pracy silnika, w wyniku której emitowane są zwiększone ilości dwutlenku azotu, co powoduje utlenianie węgla zawartego w cząstkach.
Należy pamiętać, że oprócz węgla, w skład cząstek stałych wchodzą niepalne substancje pochodzące z dodatków do oleju, paliw oraz produktów zużycia silnika. Po spaleniu węgla substancje te tworzą popiół, który akumuluje się w filtrze na stałe. Z tego powodu stopień zapełnienia filtra nieodwracalnie rośnie, zmniejszając efektywność regeneracji.
Eksploatacja wózków widłowych i aut osobowych
Na żywotność filtra wpływają: sposób jazdy, stan techniczny pojazdu, stosowany olej oraz paliwo i dodatki do paliwa. W przypadku problemów z filtrem, takich jak konieczność ręcznego wypalania w wózkach widłowych (np. Toyota z silnikiem trzycylindrowym) czy błędy w sterowniku (np. P2463 w Toyocie Yaris), użytkownicy często poszukują metod diagnostycznych, takich jak sprawdzenie ciśnienia różnicowego czy podciśnienia do turbiny. Warto zaznaczyć, że w części pojazdów stosuje się filtry jednorazowe, wymagające wymiany po zapełnieniu.
Aspekty prawne i konsekwencje usuwania filtrów
Ze względu na wysoki koszt wymiany, niektórzy kierowcy decydują się na usuwanie filtrów. Jest to działanie nielegalne, gdyż po pozbawieniu pojazdu filtra emisja cząstek stałych rośnie wielokrotnie, co uniemożliwia spełnienie norm emisji spalin.
| Kraj | Skutki usunięcia filtra |
|---|---|
| Polska | Mandat do 500 zł, odebranie dowodu rejestracyjnego |
| Niemcy | Kara do 1000 euro |
| Austria | Kara do 3500 euro |
W Polsce, mimo zaostrzania przepisów i wyposażania patroli policji w sprzęt diagnostyczny, wykrywalność tego procederu wciąż jest przedmiotem dyskusji publicznej.