Filtr cząstek stałych

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania
Filtr cząstek stałych (Nissan M9R)

Filtr cząstek stałych (ang. diesel particulate filter, DPF lub gasoline particulate filter, GPF; fr. filtre à particules, FAP) – filtr montowany w układach wydechowych silników wysokoprężnych i benzynowych[1], oczyszczający gazy spalinowe z cząstek stałych, w skład których wchodzi głównie niespalony węgiel w formie sadzy, na której zaadsorbowane są inne substancje, zwłaszcza wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne i tlenki metali[2]. Stosowane od 1980 roku, a w silnikach samochodowych od 1996 roku. Ich wprowadzenie pozwoliło wyeliminować częściowo emisję czarnego dymu, charakterystycznego dla pojazdów z silnikami Diesla. Cząstki stałe występujące w gazach wylotowych silników Diesla mają rozmiary od 1 do 300 μm i uważa się, że są jednym z głównych źródeł niskiej emisji szczególnie szkodliwych dla zdrowia cząstek PM 2,5 i PM10 i jedną z przyczyn powstawania smogu[3].

W celu eliminacji większej ilości cząstek stałych, jak również chemicznych związków szkodliwych dla środowiska, filtry cząstek stałych stosowane są w połączeniu z innymi elementami układu wydechowego tj. katalizatorami oxicat, DeNOx lub ich kombinacją w postaci katalizatorów czterofunkcyjnych[4][5]. Przykładem może być układ CRT będący połączeniem katalizatora oxicat i filtra cząstek stałych[6].

Zasada działania

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 (tylko w przypadku filtrów jednorazowych). 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[7].

Regeneracja

Gromadzące się w filtrze cząstki powodują jego stopniowe zapychanie i utratę wydajności. W części pojazdów stosuje się filtry jednorazowe, wymagające wymiany po zapełnieniu filtra. Bardziej zaawansowanym rozwiązaniem jest samooczyszczanie filtra polegające na katalitycznym spalaniu cząstek po osiągnięciu przez filtr odpowiednio wysokiej temperatury (cząstki spalają się w temperaturze wyższej niż 600 °C). System ten nosi nazwę regeneracji pasywnej.

Stosowane są też aktywne systemy wypalania zgromadzonych w filtrze cząstek – na przykład okresowa zmiana trybu pracy silnika, w wyniku czego emituje on zwiększone ilości dwutlenku azotu, który przepływając przez filtr powoduje utlenianie węgla zawartego w cząstkach. Jeszcze innym sposobem aktywnej regeneracji filtra jest okresowe podgrzewanie go dodatkowym płomieniem wtryskiwanej do filtra mieszanki paliwowej, w wyniku czego cząstki ulegają częściowemu spaleniu.

W skład cząstek stałych, oprócz węgla wchodzą też niepalne substancje, pochodzące z dodatków do oleju, paliw i produktów zużycia i korozji silników. Substancje te po spaleniu węgla zawartego w cząstkach stałych tworzą popiół, który akumuluje się w filtrze cząstek stałych[8]. Z tego powodu z czasem stopień zapełnienia filtra nieodwracalnie rośnie zmniejszając efektywność procesów regeneracji. W momencie osiągnięcia przez filtr krytycznego poziomu napełnienia popiołem, komputer pokładowy sygnalizuje błąd w układzie oczyszczania spalin i konieczna jest wymiana, bądź mechaniczna regeneracja filtra poza pojazdem.

Filtry pasywne są regenerowane bez dotrysku paliwa lub dodawania płynu katalitycznego. Aby proces oczyszczania mógł mieć miejsce monolit filtra DPF jest pokryty metalami szlachetnymi i zazwyczaj umieszczony jest bezpośrednio za turbiną pojazdu. Oczyszczanie rozpoczyna się w momencie, kiedy spaliny osiągną temperaturę około 400 °C.[9]

Aspekty prawno-finansowe

Ze względu na wysoki koszt wymiany, kierowcy czasami decydują się na usunięcie filtrów cząstek stałych z samochodów z silnikami Diesla[10]. Ponieważ po pozbawieniu pojazdu filtra emisja cząstek stałych rośnie wielokrotnie, istnieje bardzo wysokie prawdopodobieństwo niespełniania w konsekwencji norm emisji wymaganych aby pojazd był dopuszczony do ruchu. Jazda takim pojazdem po drogach publicznych w Polsce grozi mandatem do 500 zł i odebraniem dowodu rejestracyjnego, jednakże jeszcze w 2017 roku, ze względu na brak odpowiedniego wyposażenia patroli policyjnych, a także metody badania składu spalin w stacjach kontroli pojazdów, wykrywanie tego rodzaju wykroczeń w Polsce nie było częste[11]. Niska wysokość kary w Polsce podlegała krytyce[12][13], wprowadzano też zmiany w kontroli pojazdów, od roku 2017 część patroli policyjnych została zaopatrzona w odpowiedni sprzęt diagnostyczny i okresowo są organizowane specjalne akcje kontroli emisji[14][13]. W marcu 2018 r. na zlecenie Ministerstwa Infrastruktury opracowano procedurę wykrywania wyciętych lub niesprawnych filtrów cząstek stałych[15], dalej trwały prace legislacyjne nad uzupełnieniem okresowych badań technicznych o taką procedurę[15][16].

W innych krajach Unii Europejskiej kary za jazdę pojazdem nie spełniającym norm emisji są dużo większe, a kontrole są częstsze i skuteczniejsze. W Niemczech za jazdę pojazdem z usuniętym filtrem DPF kierowcy grozi kara 1000 euro. W Austrii grozi kara 3500 euro[10]. W Wielkiej Brytanii od 2014 r. do 2017 r. ukarano ponad 1800 kierowców karami od 1000 do 2500 funtów za jazdę samochodami z nieprawidłowo przerobionymi układami wydechowymi[13][17].

Przypisy

  1. INTERIA.PL, Silniki benzynowe z obowiązkowym filtrem cząstek stałych! [dostęp 2017-10-22] (pol.).
  2. Morphologic and chemical composition of particulate matter in motorcycle engine exhaust, „Toxicology Reports”, 5, 2018, s. 224–230, DOI10.1016/j.toxrep.2018.01.003, ISSN 2214-7500 [dostęp 2018-10-09] (ang.).
  3. IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risk to Humans, 1. EXPOSURE DATA, International Agency for Research on Cancer, 2014 [dostęp 2018-10-09] (ang.).
  4. Dodatkowo redukcja wydzielanych cząstek stałych możliwa jest poprzez odpowiednią regulację pracy silnika.
  5. Jerzy Merkisz: Emisja cząstek stałych przez silniki spalinowe o zapłonie samoczynnym - wybrane zagadnienia. Poznań: Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, 1997, s. 133–143. ISBN 83-7143-162-7.
  6. Jerzy Merkisz: Ekologiczne problemy silników spalinowych. T. 2. Poznań: Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, 1999, s. 281–293. ISBN 83-7143-039-6.
  7. Cząstki sadzy w spalinach silnika Diesla (ang. Diesel particulate matter, DPM) mają typowo rozmiary rzędu 100 nm i w miarę oziębiania spalin mogą tworzyć agregaty o rozmiarze rzędu mikrometrów.
  8. Ash Accumulation in Diesel Particulate Filters (ang.). [dostęp 2018-10-10].
  9. Regeneracja DPF [dostęp 2018-09-07] (pol.).
  10. a b Cwaniactwo nad Wisłą nie przejdzie już tak łatwo. Koniec usuwania filtrów DPF i kupowania lewych paragonów, „INNPoland.pl” [dostęp 2018-10-09] (pol.).
  11. Kontrola emisji spalin samochodów - w Polsce badamy tylko w teorii - MotoFocus.pl, „MotoFocus.pl”, 1 marca 2017 [dostęp 2018-10-09] (pol.).
  12. Nowoczesna chce bardziej karać kierowców bez DPF | ŚwiatOZE.pl, swiatoze.pl [dostęp 2018-06-21] (pol.).
  13. a b c 1800 kierowców ukaranych za wycięte filtry DPF, 6 listopada 2017 [dostęp 2018-10-09] (pol.).
  14. Uwaga na kontrole emisji spalin - mandat do 500 zł, „Jazdaprawna.pl”, 27 lipca 2018 [dostęp 2018-10-09] (pol.).
  15. a b Joanna Piszcz, Obowiązkowa kontrola filtrów DPF w czasie badania technicznego pojazdu?, „MOTOFAKTOR”, 15 czerwca 2018 [dostęp 2018-10-09] (pol.).
  16. Rząd zaostrzy przepisy dla kierowców aut z wyciętym filtrem DPF. "Takie pojazdy nie uzyskają badania technicznego", „auto.dziennik.pl”, 4 września 2018 [dostęp 2018-10-09] (pol.).
  17. Hugo Griffiths, Thousands of UK motorists removing diesel particulate filters, „Auto Express”, 30 października 2017 [dostęp 2018-10-09] (ang.).