Filtr cząstek stałych DPF a katalizator — czym się różnią?

Współczesne samochody z silnikami diesla są wyposażone w szereg zaawansowanych układów oczyszczania spalin. Podstawowe wyposażenie każdego współczesnego diesla (produkowanego od kilkunastu lat) to filtr cząstek stałych DPF z katalizatorem. Dzięki nim układ wydechowy samochodu ma dużą skuteczność w usuwaniu szkodliwych składników spalin. W najnowszych autach dodatkowo stosuje się układ SCR (selektywnej redukcji katalitycznej). W tym artykule skupimy się na tym, jaką funkcję pełnią katalizator i dpf (w niektórych autach stosuje się filtr FAP, który jest nieco inną wersją filtra cząstek stałych DPF).

Funkcja katalizatora i DPF

Katalizator i filtr DPF (filtr cząstek stałych) to części układu wydechowego, które mają za zadanie usuwanie szkodliwych substancji zawartych w spalinach. Obydwa podzespoły są zamontowane na rurze wydechowej, zaraz za silnikiem, w samochodach osobowych. Jednak różnica jest zasadnicza – każdy podzespół ma inne zadanie.

W niektórych autach katalizator i DPF mogą znajdować się w jednej, wspólnej obudowie z metalu.

Pierwszy element w układzie wydechowym to katalizator, filtr cząstek stałych montuje się za nim.

Czy DPF to katalizator? Nie. To dwa zupełnie różne podzespoły.

Katalizator a DPF – czym się różnią?

Katalizator (reaktor katalityczny) ma za zadanie eliminację toksycznych związków ze spalin, w tym węglowodorów, węglowodorów HC, tlenków azotu i innych. Wnętrze katalizatora wyłożone jest metalami szlachetnymi, które wchodzą w reakcję z tlenem i zobojętniają szkodliwe składniki spalin do substancji obojętnych dla człowieka i środowiska. Na przykład katalizator redukuje toksyczne tlenki azotu do postaci azotu i tlenu. Silniki diesla produkują bardzo dużo tlenków azotu, dlatego konieczne jest stosowanie dodatkowych urządzeń (w autach spełniających normę emisji spalin Euro6 ) dodatkowego układu, który koncentruje się tylko na zobojętnianiu tlenków azotu – układu SCR z płynem AdBlue.

Filtr cząstek stałych DPF (a także jego wersja FAP, tak zwany filtr mokry, z płynem katalitycznym) ma za zadanie eliminować cząstki stałe. Cząstki stałe są niczym innym jak sadzą, która jest ubocznym produktem spalania mieszanki paliwowo – powietrznej w silniku. Pojazd wyposażony w filtr cząstek stałych DFP nie emituje czarnego dymu, tak charakterystycznego dla starych diesli. Jego barwa była spowodowana dużą ilością sadzy. DPF ma za zadanie gromadzić i wypalać sadzę.

Filtr FAP różni się tym, że dawkowany jest do niego płyn katalityczny, mający na celu obniżenie temperatury samozapłonu spalin. 

Budowa DPF i katalizatora

Katalizator a filtr cząstek stałych – jakie są różnice w budowie? Obydwa podzespoły mają podobny wygląd – mają kształt metalowej puszki i są zabudowane na rurze wydechowej. We wnętrzu katalizatora znajduje się wkład ceramiczny, w którym umieszczone są wąskie kanaliki. Na ściankach tych kanalików znajdują się cenne pierwiastki, z którymi tlen, zawarty w spalinach, wchodzi w reakcje chemiczne (np. wspomniany wcześniej tlenek azotu, zobojętniany do tlenu i azotu).

DPF, filtr montowany w układach wydechowych diesli, ma również wkład ceramiczny, w którym są tysiące małych kanalików. W przeciwieństwie do katalizatora, kanaliki te nie są drożne. Połowa jest zablokowana od strony silnika, połowa od strony wydechu. W ściankach kanalików znajdują się miniaturowe otworki, które pozwalają na przejście gazów spalinowych, ale które zatrzymują cząsteczki sadzy. Następnie filtr musi je wypalić. W jaki sposób? W trakcie szybkiej jazdy, kiedy spaliny osiągają wysokie temperatury (pasywne oczyszczanie filtra – najbardziej pożądane). Albo na skutek działania komputera sterującego pracą silnika, który inicjuje dodatkowy wtrysk paliwa i podnosi obroty silnika (aktywne oczyszczanie filtra albo regeneracja aktywna – metoda awaryjna).

DPF oraz katalizator współpracują z czujnikami, które kontrolują ich pracę. Stopień zapchania DPF określa czujnik ciśnienia różnicowego. Pracą katalizatora sterują sondy lambda. 

Redukcja i reakcja spalin

Zastosowanie filtrów DPF, układów SCR i katalizatorów ma na celu zdecydowanie zmniejszenie emisji spalin. Mniejsza presja na środowisko i na zdrowie ludzi jest możliwa właśnie dzięki tym elementom. Filtry DPF pozwalają na zmniejszenie emisji sadzy (szkodliwych związków, z których powstaje smog) nawet o 90 procent.

Kiedy następuje awaria katalizatora i DPF?

Katalizator i filtr DPF pracują w bardzo ciężkich warunkach. Mogą się zapychać, mogą ulegać awariom, spowodowanym złym stanem technicznym silnika, albo niewłaściwym serwisowaniem auta. Mogą ulegać uszkodzeniom mechanicznym.

Przyjmuje się, że w odpowiednio eksploatowanych autach, katalizator i filtr cząstek stałych mogą wymagać wymiany po przejechaniu ok. 150-250 tys. kilometrów. Nie można tego określić dokładnie, ponieważ zależy to od mnóstwa czynników. Awaria następuje na skutek zużycia. 

Może też dojść do przyspieszonego uszkodzenia podzespołów, na przykład filtra DPF w aucie, w którym jest zużyty układ wtryskowy, powodujący przelewanie paliwa i na skutek tego, zwiększoną emisję spalin. Katalizator i DPF mogą też zostać uszkodzone mechanicznie, po uderzeniu podwoziem o coś twardego.

Dla obydwu podzespołów niszcząca jest ciągła jazda miejsca. Katalizator i DPF oczyszczają się automatycznie w trakcie jazdy poza miastem.

Tryby awarii specyficzne dla filtra cząstek stałych DPF

Typowe objawy awarii filtra DPF to zmniejszona moc silnika, zapalona kontrolka check engine albo kontrolka filtra cząstek stałych (zależnie od auta i jego rocznika), częste uruchamianie się aktywnego wypalania filtra, a także problemy z uruchamianiem jednostki napędowej. Awaria DPF może prowadzić do wielu innych problemów, w tym przyspieszonego uszkodzenia turbosprężarki i samego silnika.

Kiedy montowany jest katalizator i DPF?

Katalizator jest na wyposażeniu każdego auta z silnikiem diesla, produkowanego od ponad 30 lat. Filtry DPF montuje się od 2000 roku, jednak w okresie od 2000 do 2006 roku produkowano wiele diesli bez DPF. Od 2006 roku każdy samochód, poruszający się po europejskich drogach, ma na wyposażeniu filtr cząstek stałych DPF albo FAP (tzw. mokra wersja filtra DPF).