Dlaczego filtr DPF się zapycha i jak to wpływa na silnik? Nie chodzi tylko o jazdę po mieście

Pionierem w tej dziedzinie jest firma Peugeot, która jako pierwsza zaczęła stosować filtry cząstek stałych (DPF) w samochodach osobowych. Pierwszym modelem wyposażonym w to rozwiązanie był 607. Szybko trafiło ono do popularnego modelu 406, który reklamowano jako czysty i przyjazny środowisku, a mowa była o wersji z silnikiem Diesla 2.0 HDi.

Peugeot i Citroen od początku stosowali filtr FAP, różniący się od klasycznego DPF tym, że wypalanie nagromadzonej sadzy odbywa się z udziałem dodatkowego płynu Eloys. Pełni on funkcję utleniacza, dzięki czemu proces wypalania sadzy odbywa się w niższej temperaturze. Przyjęto nomenklaturę, że FAP to tzw. mokry filtr DPF, natomiast klasyczne DPF-y stosowane przez większość producentów określa się mianem filtrów suchych. Proces wypalania przebiega podobnie, ale bez udziału dodatkowego utleniacza, więc wymaga wyższej temperatury i dodatkowych dawek paliwa do układu wydechowego.

Filtry DPF stosowane są powszechnie od roku 2006, kiedy to na terenie Unii Europejskiej zaczęła obowiązywać norma emisyjna Euro 4. W tym okresie producenci samochodów z niezwykle popularnymi dieslami z wtryskiem Common Rail starali się uniknąć używania filtrów cząstek stałych, ponieważ co do zasady nie usuwają one przyczyny nadmiernej emisji, lecz jej skutki. Starano się rozwiązać problem u źródła, czyli w silniku.

Zmiany konstrukcji układu doładowania, sterowanie układem wtryskowym, opanowanie procesu spalania i stosowanie mieszanki jednorodnej – w tym kierunku podążali inżynierowie, którzy wierzyli, że diesel może emitować mniej cząstek stałych, a nawet ich nie emitować. Dlatego w tym okresie zaczynały pojawiać się niezwykle szybkie i precyzyjne wtryskiwacze piezoelektryczne, a rozwój diesli osiągnął szalone tempo. Celem było wytworzenie procesu spalania bez skoków temperatur, a tym samym bez powstawania tlenków azotu i cząstek stałych.

Niestety temat emisji spalin jeszcze przed wprowadzeniem normy Euro 5 stał się już nie techniczny, a polityczny. Lobby producentów filtrów i naciski ze strony organizacji ekologicznych spowodowały odejście projektantów od dążenia do rozwiązywania problemu w zarodku i przejście na stosowanie gotowego już "plastra" w postaci filtra DPF. Od wprowadzenia normy Euro 5 do każdego silnika Diesla filtr DPF był już wyposażeniem "obowiązkowym" (nie dało się spełnić normy bez DPF-u). Norma Euro 6d wymusiła z kolei na producentach silników benzynowych z wtryskiem bezpośrednim stosowanie filtrów GPF (odpowiednik DPF dla silnika benzynowego).

Efekt pracowania na skutkach, a nie przyczynach problemu, widać po latach. Masa samochodów z wyciętym filtrem DPF jeździ po naszych drogach trując nas nieporównywalnie mocniej, niż gdyby te same silniki były opracowane od podstaw z myślą o mniejszej emisji cząstek stałych. Dodatkowe koszty to koszty środowiskowe wynikające z napraw i wymian filtrów oraz napraw lub wymian silników na skutek nieprawidłowości w przebiegu procesu wypalania sadzy.

Największym problemem filtra DPF jest to, że potrzebuje on sprzyjających mu warunków, by system zarządzający przeprowadził skuteczną procedurę autoregeneracji, czyli proces wypalania sadzy. Trwałość filtra DPF w optymalnych warunkach przewiduje się na ok. 200 tys. km. W praktyce jednak wiele filtrów jeszcze przed przebiegiem 100 tys. km nadawało się do regeneracji warsztatowej, a nawet wymiany.

Cały kłopot polega na tym, że optymalne warunki dla wypalania sadzy z filtra są tak rzadkie, że nie każdemu kierowcy udaje się je osiągnąć. Na domiar złego, producenci bardzo rzadko stosują kontrolki pokazujące stan napełnienia filtra czy umożliwiają uruchomienie procesu regeneracji ręcznie - za pomocą przycisku, kiedy świadomy kierowca wie, że znajduje się właśnie w tych korzystnych warunkach i zawczasu mógłby "wyczyścić" filtr.

Najbardziej zabójcza dla filtra DPF jest jazda miejska i na krótkich dystansach. Dokładnie w takich warunkach pracują pojazdy profesjonalne, czyli taksówki, auta dostawcze czy miejskie ciężarówki i autobusy. Nierzadko też samochody osobowe, które są chętnie kupowane ze względu na niskie zużycie paliwa. Jednym z czynników zapychania się filtrów DPF jest także dynamiczne przyspieszanie na niskich obrotach, czyli wprowadzanie silnika w duże obciążenie, kończące się niepełnym spalaniem mieszanki i przez to wysoką emisją spalin.

Każda nieprawidłowość w procesie spalania, czy to z powodu wad konstrukcyjnych, czy też zastosowania niewłaściwego oleju, czy wreszcie w wyniku awarii, gwałtownie zwiększa emisję cząstek stałych i tym samym przyspiesza proces napełniania się filtra DPF. Kiedy dodatkowo filtr nie ma warunków do wypalenia się, staje się problemem. Potwierdza to Robert Halicki badający silniki, paliwa i oleje.

– Kłopoty z filtrami DPF zaczynają się w samym silniku – powiedział mi Robert Halicki z MyNano High Automotive Technology – Mamy do czynienia z szeregiem negatywnych zjawisk zachodzących od nowości (nasilających się z przebiegiem) w niemal każdym silniku Diesla. Mowa o nieprawidłowym spalaniu mieszanki, zbyt dużym dawkowaniu paliwa (z powodu nadmiernych oporów wewnętrznych), nadmiernego obciążenia ze strony napędu, stosowaniu niewłaściwego oleju, ja to nazywam uniwersalizmem w doborze środków smarnych, czy wreszcie powszechnym problemie odmy (nieskutecznej separacji oparów ze skrzyni korbowej) i przedostawania się oparów oleju, w tym zanieczyszczeń, sadzy, oparów paliwa i wody do komór spalania. W konsekwencji pogarsza to proces spalania, przepływ w układzie emisyjnym i regeneracja filtra musi odbywać się częściej. Niestety nie zawsze kończy się sukcesem, bo w wielu samochodach brakuje sygnalizacji poziomu napełnienia filtra i uruchomienia procesu wypalania, co powoduje dodatkowe przedostawanie się paliwa do oleju, a to kontynuuje spiralę niekorzystnych zjawisk synergicznych. Najpierw zapycha się filtr, co negatywnie wpływa na pracę silnika, w tym jego osprzętu, a ten z kolei negatywnie wpływa na filtr i tak to się kręci - wyjaśnia mój rozmówca.

Nie od dziś mechanicy biją na alarm, że diesle z DPF psują się nieporównywalnie częściej niż diesle bez filtra. Mowa tu nie o drobnych usterkach, lecz o poważnych, jak uszkodzenia głowicy czy układu doładowania, a nawet wypalenie tłoków. Jeden z mechaników specjalizujących się w naprawach diesli z systemem Common Rail opowiedział mi, że dobrego diesla poznam już tylko po tym, że nie ma filtra DPF.

To m.in. dlatego np. jednostka 1.9 JTD ma wyjątkowo dobre opinie i gnębią ją tylko mniejsze usterki, a już silnik 2.0 Multijet (jego następca) co prawda nie ma tak wielu drobnych problemów, za to częściej wymaga remontu w wyniku działania filtra DPF. To samo dotyczy popularnych 1.9 TDI oraz nowszych 2.0 TDI, a nawet znanych z ogromnej trwałości HDI.

– Silniki HDI słyną z dobrej opinii głównie dlatego, że mają powycinane filtry FAP – wyjaśnił mi mechanik, który nie chciał zdradzać swojej tożsamości. – Na placu stoi kilka aut z uszkodzonymi silnikami HDI, najprawdopodobniej w wyniku zapchania filtra, bo każde z nich go ma. Jednak wycięcie filtra nie powinno być rozwiązaniem, a już na pewno nie jest legalne. Ale nierzadko jest to jedyne rozwiązanie, jakie widzą klienci – opowiada, choć sam nie zajmuje się usuwaniem filtrów DPF.

Niestety, dość przykra warsztatowa praktyka pokazuje, że usunięcie filtra DPF rozwiązuje większość bolączek diesli. Użytkownicy chwalący swoje silniki wysokoprężne z reguły potwierdzają, że przygodę z DPF mają już za sobą.

Zdaniem Roberta Halickiego, który zawsze podkreśla wagę problemu emisji silników, układ emisyjny w samochodach powinien być kontrolowany co jakiś czas na badaniu technicznym, ale oczywiście tak się nie dzieje. Więc auto jeździ dalej, a zapchany filtr powoli niszczy silnik. W jaki sposób?

– Nie każdy zdaje sobie sprawę z tego, że niektóre usterki silników, a jest ich tak naprawdę całkiem sporo, nie są wynikiem niskiej trwałości części, lecz właśnie np. zapchanego filtra DPF – wyjaśnia Robert Halicki. – Przykładowo, w układzie wydechowym, który nie ma pełnej przepustowości, tworzy się ciśnienie zwrotne, co powoduje rozszczelnienie turbosprężarki. Konsekwencją jest spadek jej sprawności, a nawet zniszczenie turbosprężarki, nadmierna emisja np. czadu, a nawet awaria silnika. Nie bez znaczenia pozostaje fakt, że wydostający się tzw. czad z okolic turbosprężarki, poprzez układ wentylacji przedostaje się do kabiny, stwarzając zagrożenie dla zdrowia i życia pasażerów. Spada również sprawność układu wtryskowego poprzez coraz częstsze próby wypalenia sadzy z zapchanego filtra. Może dojść do poważnych usterek związanych z nieprawidłową pracą wtryskiwaczy lub po prostu ich zbyt szybkiego zużycia, co do chwili wykrycia usterki negatywne wpływa na stan filtra DPF - dodaje.

Oczywiście nie sposób pominąć wyższego zużycia paliwa i słabszych osiągów. Zapchany DPF w pewnym sensie dusi silnik tak długo, jak długo któraś z części się nie podda. Następnie poddany procesowi regeneracji warsztatowej filtr wraca do auta z już uszkodzonym doładowaniem, układem wtryskowym czy na przykład głowicą i przyczyn tego stanu rzeczy upatruje się w samym silniku.

Wracamy w ten sposób do punktu wyjścia - gdyby zamiast filtra dopracować proces spalania mieszanki - kłopotów by nie było. Co nie znaczy, że nie powinniśmy w ogóle stosować filtrów DPF, bo korzystnie działają na nasze zdrowie i mogłyby być doskonałym uzupełnieniem. Niemniej, żaden chirurg nie leczy rany zaczynając od nałożenia opatrunku. Tak i w branży automotive powinno się zacząć od pozbycia się negatywnych zjawisk zachodzących w silniku, wyeliminować dostawanie się oparów oleju i wody do komór spalania, a na koniec zamontować filtr DPF.

Niemniej pozostaje nam dbanie o filtr i ewentualnie od czasu do czasu należy go wymienić. Ze względu na ogromne koszty takiej operacji, łatwiej zdecydować się na warsztatową regenerację.

Do tej pory znanych jest kilka metod regeneracji filtra, który nie może się zregenerować podczas użytkowania. Jeśli chcecie dbać o swój filtr DPF, to nie dopiero po jego zapchaniu, lecz co kilkadziesiąt tys. km należy udać się do serwisu i poddać go procesowi diagnostyki, a w razie konieczności regeneracji komputerowej. Polega to na podłączeniu samochodu do urządzenia, które wymusi na silniku stworzenie warunków do przeprowadzenia procesu autoregeneracji. Tzw. dopalenie serwisowe jest tanie i dość proste, a przede wszystkim nie ingeruje się w mechanikę pojazdu.

Inną metodą jest tzw. regeneracja chemiczna polegająca na wprowadzeniu do układu wylotowego specjalnego preparatu, którego zadaniem jest zwiększenie wydajności procesu regeneracji komputerowej. Jest to metoda dość ryzykowna, stosowana w przypadku mocnego zapchania filtra.

Regeneracja chemiczna z demontażem polega na wyjęciu filtra i kąpieli w środku chemicznym, który rozpuszcza sadzę. Następnie filtr się myje i montuje w samochodzie. Tu również zachodzi ryzyko uszkodzenia filtra.

Metoda hydrodynamiczna, wciąż jeszcze dość dyskusyjna, to płukanie filtra wodą pod bardzo wysokim ciśnieniem. Sam proces jest bardzo skuteczny, ale wciąż kontrowersyjny, ponieważ niektórzy twierdzą, że wypłukuje metale szlachetne potrzebne do późniejszej autoregeneracji filtra. Nie jest to jednak potwierdzone.

Metodą powszechnie stosowaną jest regeneracja na gorąco. Filtr jest podgrzewany w piecu i poddawany procesowi wypalenia sadzy. Skuteczność tej metody jest bardzo wysoka, a ryzyko uszkodzenia filtra minimalne. Natomiast konieczny jest demontaż filtra.

Jedną z mniej znanych metod jest pneumatyczna regeneracja filtra, czyli czyszczenie go za pomocą strumienia powietrza. Metoda jest skuteczna i mało ryzykowna.

Najnowszą metodą regeneracji filtra jest technologia DPF-Hybrid, czyli użycie metody pneumatycznej i hydrodynamicznej, a na koniec znów pneumatycznej do osuszania filtra. Twórcy tej metody twierdzą, że ma ona wszelkie zalety obu używanych metod, ale bez ich wad. Innowacyjność metody hybrydowej polega na tym, że krótkie i mocne impulsy sprężonego powietrza wspierają proces mycia filtra wodą i chemią.