Legislativa stále více nutí výrobce automobilů k ochraně životního prostředí. I tento systém vznikl proto, aby bylo možno dodržet přísnější exhalační předpisy. Využití tohoto filtru je, že se v něm dokáží zachycovat saze která vznětové motory produkují a tak se nedostávají do ovzduší. Zde je tabulka emisních limitů, která jasně ukazuje jak se zpřísňují hodnoty vypouštěných exhalátů.

Saze nás provázejí všude

Při optimálním průběhu spalování vzniká ve vznětovém motoru především voda a oxid uhličitý. Kromě toho emise obsahují malá množství oxidu uhelnatého, nespálených uhlovodíků, oxidů dusíku, oxidu siřičitého a dále již uvedené částice sazí. Pro porovnání: při spalování v zážehových motorech vzniká 20 až 200x méně těchto částic než ve vznětových motorech.
Za určitých provozních podmínek (např. studený start, zatížení nebo zrychlení) shoří největší množství paliva difúzním plamenem, přičemž nevyhnutelně vznikne lokální nedostatek kyslíku ve spalovacím prostoru. Výsledkem je jen částečné spálení paliva, a tedy vzniká větší množství částic sazí. Tyto makroskopicky malé částice sazí jsou tvořeny drobnými granulemi o průměru pouhých 50 nm (0,00005 mm). Na těchto granulích se usazují uhlovodíky, které pocházejí z paliva a plastického maziva, jakož i voda a sírany, a tedy částice se výrazně zvětší a změní tvar.
Člověk není schopen zachytit částice menší než 0, 25 mm v nose ani v průduškách (pro srovnání: lidský vlas má tloušťku cca 0. 07 mm). Tyto částice proniknou dýchacími cestami až hluboko do plic a představují zdravotní riziko především pro děti a osoby s oslabeným imunitním systémem. Částice sazí jsou v podezření, že vyvolávají alergie a dokonce rakovinu. To platí především o nejmenších částicích o velikosti 100 až 10000 nm.
Opět pro srovnání: moderní motory se vstřikováním common rail bez filtru vyprodukují při ujetí 80 000 km v průměru cca 3 kg sazí. Pokud je týž motor vybaven filtrem, na stejné vzdálenosti vypustí méně než 100 g!

Dva kapesníky přiložené na stejnou dobu k výfuku – výsledek je zřejmý. Vlevo vůz bez filtru, vpravo s filtrem.

Filtr pevných částic

Systém filtru DPF, který používá automobilka Ford byl vyvinut konsorciem PSA (Citroen – Peugeot). Konstrukce a funkce systému jsou u obou vznětových motorů modelu Ford Focus C-MAX podobné. Motor 1,6 l Variant (DV) se liší pouze tím, že katalyzátor a DPF filtr jsou umístěny v jednom tělese, zatímco u 2.0 l motoru (DW) jsou oddělené.
Filtr pevných částic má voštinovou strukturu, tvořenou mnoha kanálky čtvercového průřezu, které jsou střídavě uzavřeny. Výfukové plyny a částice sazí procházejí porézními přepážkami z karbidu křemíku mezi kanály. Škodlivé plynné látky, jako např. oxid uhelnatý nebo uhlovodíky procházejí snadno filtrem, zatímco pevné látky např. částice sazí jakou podstatně větší a tedy jsou zachyceny. Čím víc částic je zadrženo, tím mají přepážky vyšší účinnosti.

Voštinová konstrukce filtru.

Tlakové poměry před a za filtrem jsou monitorovány a pokud pokles tlaku za filtrem je vyšší než nastavený v řídícím systému, spustí se tzv. regenerace.

Regenerace

Částice sazí se usazují ve filtru, který musí být v pravidelných intervalech “regenerován”, tzn. částice sazí jsou spáleny zvýšením teploty výfukových plynů. Částice se spalují až při teplotě vyšší než 600°C, avšak taková teplota není dosahována ve výfukovém systému moderních vznětových motorů. Speciální aditiva v palivu a určité úpravy motoru však umožňují snížit reakční teplotu potřebnou pro oxidaci částic na cca 500°C.
Regenerace je vyvolána automaticky v závislosti na množství usazených pevných částic po ujetí 300 až 1000 km. Okamžik zahájení regenerace závisí především na profilu uživatele, který je stanoven na základě různých parametrů řídícím modulem pohonné jednotky, a dále na tlakovém rozdílu, který je vypočítán na základě měření tlaků výfukových plynů v trubkách trvale umístěných před filtrem a za ním a na základě porovnání těchto tlaků. Snímač tlakového rozdílu vysílá údaje do řídícího modulu hnací jednotky, která vypočítá množství pevných částic na základě uživatelského profilu. Jestliže je překročen nastavený limit a pokud to umožní provozní podmínky, řídící jednotka vyvolá následující změny provozního režimu, které způsobí zvýšení teploty ve výfukovém systému, a tedy regeneraci filtru:

  • ventil EGR je zavřený
  • turbodmychadlo zvýší zatížení motoru.

Systém řízení motoru provede selektivně následující doplňující opatření v závislosti na otáčkách a točivém momentu:

  • předvstřik
  • hlavní vstřik s prodlevou
  • dostřik
  • druhý dostřik
  • elektrické spotřebiče jsou zapnuty
  • obtok chladiče plnícího vzduchu je otevřen
  • klapka sacího prostředí je zavřena

Schema systému.

Přísada EOLYS 176

Za jízdy je průběžně přiváděno určité množství přísady EOLYS 176 vstřikovacími ventily do spalovacího procesu. EOLYS 176 je kapalina na bázi ceru. Částice oxidu ceru vytvoří vazbu s částicemi sazí ve spalovacím prostoru a jsou zachyceny ve filtru. Při regeneraci přispívá cer spolu s větším povrchem částic k rychlejšímu spalování při nižších teplotách. Produktem oxidace je nejjemnější popel, který se usazuje v tělese filtru pevných částic.
Přísada je uložena ve zvláštním zásobníku o obsahu 1,8 l umístěném na příčném nosníku za palivovou nádrží. Přísada je přidána do motorové nafty po každém natankování, jakmile je nastartován motor a vozidlo dosáhne rychlosti 40km/h anebo po čtyřech minutách v případě, že není dosaženo této rychlosti. Údaje o množství paliva, které bylo natankováno, vyšle spínač klapky palivové nádrže a dále jsou zjištěny na základě porovnání stavu “předtím” a “potom”, které provede sdružený přístroj. Vlastní dávkování provádí samotné řídící zařízení, které se nachází pod pravým zadním sedadlem. Čerpadlo umístěné v zásobníku s přísadou dopraví vypočtené množství přísady do palivové nádrže.

Těleso filtru s trubkami pro měření tlakového rozdílu a připojením ke snímači teploty výfukových plynů.

Zásobník na přísadu

Čerpadlo v zásobníku na přísadu.

Schema funkce.

Údržba

Kromě vizuální kontroly zařízení v rámci prohlídky je nutno po každých třech letech (nebo 60 000 kmú doplnit do zásobníku přísadu EOLYS 176 (1,8 l).
Důležité upozornění: Po doplnění je nutné nastavit řídící zařízení do výchozího stavu buď systémem WDS, nebo ručně spínačem klapky palivové nádrže. V rámci doplňkové údržby je třeba filtr pevných částic vyměnit každých 120 000 km. U vozidel bez palubního počítače se rozsvítí výstražná kontrolka “Systémy motoru”, která upozorní na příliš malé množství přísady a světelná kontrolka MIL systému řízení motoru na sdruženém přístroji signalizuje prázdný zásobník na přísadu.

Výstražní kontrolka MIL systému řízení motoru signalizuje nesprávnou funkci DPF.

U vozidel s palubním počítačem se objeví odpovídající textové hlášení.

Výhled do budoucnosti

Společnost Ford hodlá v budoucnu vybavit filtrem pevných částici další modely se vznětovými motory, pokud to bude vhodné. Příští generace filtrů nebude vyžadovat žádnou údržbu, protože filtr bude tvořen kanály o větším průměru a budou používány účinnější a hospodárnější přísady!

Závěr

Norma Euro 4 stále není tak přísná, aby ji moderní naftové motory nedokázaly splnit bez filtru. Proto mnohé automobilky budou nabízet filtr pouze jako výbavu příplatkovou, nikoliv jako standardní. Pokud budete chtít více chránit ovzduší, připlatíte si cca 400 eur. Např. BMW dodává filtry do všech nafťáků pětkové řady, do trojkové už ale nikoliv; i bez filtru totiž trojka splní Euro 4. Zkrátka i další roky se budou prodávat automobily, kterým půjdou saze z výfuku; jen už ne v takové míře. Bohužel filtry DPF mohou způsobovat i nemalé technické problémy, např. nafta v oleji (snad od roku 2007 odstraněno novým softwarem) nebo se volí “demontáž filtru” zde.