Filtr cząstek stałych w silniku wysokoprężnym

Funkcja

Dzięki swojej funkcji filtry cząstek stałych w silnikach wysokoprężnych zapewniają czystość powietrza. W ten sposób wnoszą ogromny wkład w ochronę środowiska.

Regeneracja filtrów w systemach kombinowanych

Systemy kombinowane są wyposażone w zintegrowany katalizator utleniający umieszczony przed filtrem lub w wydajną powłokę katalityczną. Gdy temperatura spalin osiągnie wymagane 200 °C, elementy te zapewniają optymalne oczyszczanie.   

Budowa filtra cząstek stałych w silniku wysokoprężnym

W zależności od producenta filtr cząstek stałych jest wykonany z różnych materiałów: 

• kodieryt
• węglik krzemu
• tytanian glinu lub
• spiekanego metalu

Gorące spaliny silnikowe zawierające cząsteczki sadzy są kierowane do obudowy filtra na odpowiednie materiały filtrujące.  W tym procesie gazowe składniki spalin przepływają przez mikroskopijnie drobne pory kieszeni filtracyjnych, zatrzymując na swojej powierzchni cząstki sadzy wraz z drobnymi cząstkami. Te ostatnie osadzają się na poszczególnych kieszeniach filtracyjnych.

Regeneracja filtra

Regeneracja filtra przebiega w następujący sposób: gdy temperatura spalin osiągnie około 200 °C, rozpoczyna się regeneracja, czyli oczyszczanie filtra. Dwutlenek azotu (NO₂), powstały przy pomocy katalizatora utleniającego, styka się z osadzonym sadzą na kieszeniach filtra. W wyniku tego cząsteczki sadzy ulegają utlenieniu i rozkładowi; wcześniej powstały NO₂ zostaje ponownie zredukowany do tlenku azotu (NO).

Dzięki temu nieustannie powtarzającemu się procesowi chemicznemu filtr cząstek stałych samoczynnie się oczyszcza. Specjalne dodatki mogą wspomagać lub optymalizować proces regeneracji filtrów cząstek stałych w niektórych modelach pojazdów z silnikiem wysokoprężnym. W tym celu są one umieszczane w dodatkowym zbiorniku, znajdującym się obok zbiornika paliwa. Niewielka ilość dodatku jest następnie automatycznie dozowana podczas tankowania.

Systemy filtrów cząstek stałych

W zależności od zastosowania i warunków eksploatacji stosuje się różne systemy. W przypadku pierwotnego wyposażenia samochodów osobowych lub modernizacji ciężkich pojazdów użytkowych stosuje się tzw. „zamknięte” systemy filtrów cząstek stałych. Natomiast do modernizacji samochodów osobowych, samochodów dostawczych lub kamperów stosuje się zazwyczaj „otwarte” systemy filtrów cząstek stałych. 

Filtry cząstek stałych w silnikach wysokoprężnych w sposób ciągły „oczyszczają się” z osadzonej sadzy, są zazwyczaj bezobsługowe i wystarczają na cały okres eksploatacji pojazdu. Systemy montowane w ramach modernizacji nie wymagają ani wsparcia ze strony układu zarządzania silnikiem, ani czujników i elektroniki, aby skutecznie redukować ilość sadzy i zapewniać jej ciągły rozkład.

Bezpieczeństwo

Filtry cząstek stałych nie tylko mają za zadanie zatrzymywać cząstki sadzy i przekształcać je w CO₂, ale także odpowiadają za spalanie sadzy zgromadzonej na wkładach filtrujących. Spalanie sadzy zależy od warunków eksploatacji, różnych cykli jazdy oraz konkretnej koncepcji układu wydechowego silnika przyjętej przez producenta pojazdu. W zapewnieniu trwałego przestrzegania ustawowych poziomów skuteczności separacji rolę odgrywa również inny czynnik: powierzchnia i objętość filtra. Często filtry są również stosowane w przestrzeniach zamkniętych. W tych specjalnych zastosowaniach samochodowych muszą one zapewnić redukcję zawartości cząstek rakotwórczych o co najmniej 90 procent.

Utrzymanie wartości

W wielu miastach zielona plakietka ekologiczna jest obowiązkowa, aby móc swobodnie poruszać się po mieście. Pojazdy z silnikiem diesla otrzymują jednak zieloną plakietkę ekologiczną tylko wtedy, gdy spełniają określone normy emisji spalin Euro. Kto posiada starszy pojazd, który nie spełnia tych wymogów, nie musi rezygnować ze swojego samochodu. Zamiast kupować nowy samochód, pojazdy z silnikiem diesla można po prostu doposażyć w filtr cząstek stałych. Jest to znacznie tańsze niż zakup nowego pojazdu i można to zrobić w każdym specjalistycznym warsztacie, który oferuje badania emisji spalin. Dzięki filtrowi cząstek stałych pojazdy spełniają przepisy obowiązujące w ponad 40 strefach ekologicznych w całym kraju. Każdy, kto wyposaży w niego swój samochód z silnikiem diesla spełniający normę Euro III, otrzyma zieloną plakietkę – i swobodę poruszania się po całych Niemczech. Ponadto modernizacja ta znacznie podnosi wartość odsprzedaży pojazdu.

Ochrona środowiska

Cząstki stałe, takie jak cząstki sadzy (PM – Particulate Matter, zwane również czarną węglem), powstają w wyniku niepełnego spalania. Są one wytwarzane głównie przez silniki wysokoprężne. Emisja cząstek sadzy ma wpływ na dwa czynniki. Te negatywne skutki można jednak ograniczyć dzięki filtrom montowanym w samochodach osobowych, dostawczych i kamperach.