Czy jako posiadacz Diesla zastanawiałeś się kiedykolwiek, jak działa DPF? Być może ogólna zasada działania DPF, czyli filtra cząstek stałych jest Ci znana, ponieważ tego typu podzespoły są obowiązkowym wyposażeniem samochodów z silnikami wysokoprężnymi już jakiś czas, a dokładnie mówiąc, od 2006 roku.

Działanie filtra cząstek stałych DPF/FAP sprowadza się do tego, by mechanizm w sposób jak najbardziej skuteczny usuwał cząstki stałe PM występujące zarówno w postaci stałej, jak i ciekłej, z gazów wylotowych silnika, równocześnie generując jak najmniejsze opory przepływu. Specyficzne kryteria działania filtrów cząstek stałych są uzależnione od tworzywa, z jakiego wykonano wkład DPF. Wkłady, które skrywać może metalowa obudowa, krótko scharakteryzowaliśmy w kolejnej części niniejszego artykułu.

1. Rodzaje wkładów DPF

Materiały filtrujące stosowane w filtrach cząstek stałych, mogą przyjąć dość zróżnicowane postaci. Poniżej wymieniliśmy tworzywa, z których najczęściej produkowane są wkłady DPF:

• monolity ceramiczne, takie jak kordieryt bądź węglik krzemu,

• tkaniny z włókien krzemowych bądź innych włókien ceramicznych,

• SMF, czyli spieki metali,

• piany ceramiczne bądź metaliczne,

• włókna ceramiczne zaplatane bądź nawijane na metalowy rdzeń z perforacjami,

• karbowane, zwijane folie metalowe.

Skoro już wiesz, z czego składa się DPF, przejdźmy do czynników wpływających na jego sprawność.

2. Od czego zależy sprawność filtra DPF?

Sprawność filtra cząstek stałych DPF/FAP waha się zazwyczaj w granicach od 40 do 90%. Jest ona zależna od konstrukcji filtra oraz od charakteru jego stosowania. Co więcej, sprawność filtra cząstek stałych DPF można określić na dwa sposoby, mówiąc tym samym o sprawności masowej bądź ilościowej. Współcześnie zdecydowana większość filtrów cząstek stałych DPF (zwłaszcza przyjmujących postać monolitów ceramicznych filtrów zamkniętych), wykazuje sprawność utrzymującą się na poziomie 95-99%, jeżeli mowa o zatrzymywanych cząsteczkach stałych PM oraz wliczanych w to nanocząstek.

3. Sposoby filtracji spalin w DPF

Metody filtrowania gazów wydechowych mogą przyjmować dwie zróżnicowane postaci w zależności od tego, jakie tworzywo filtrujące mieści się we wnętrzu DPF. Wyróżnić można zatem filtrację przestrzenną oraz filtrację powierzchniową spalin w filtrze cząstek stałych DPF.

- Filtracja przestrzenna w DPF

Po pierwsze, filtracja może sprowadzać się do głębokiego wnikania cząstek PM/PN do wnętrza DPF, którego pory mają średnice większe od rozmiarów cząstek stałych. Wówczas można mówić o realizacji tak zwanej filtracji przestrzennej. Zatrzymywane w porach cząsteczki są osadzane we wnętrzu materiału filtrującego.

Cząsteczki PN są w ramach filtracji przestrzennej wyłapywane drogą trzech mechanizmów:

• osadzania dyfuzyjnego - jest ono uwarunkowane ruchami Browna charakterystycznymi dla cząstek stałych, których średnice nie przekraczają 0,3 µm. Cząsteczki te nie poruszają się ruchem jednostajnym, natomiast często dyfundują z gazów spalinowych na powierzchnię materiału filtrującego, gdzie są akumulowane.

• wbijania, czyli osadzania bezwładnościowego - mechanizm ten nabiera coraz większego znaczenia wraz ze zwiększaniem wielkości bądź masy cząsteczek stałych PM. Cząstki stałe, które są unoszone przez spaliny tworzone przez silnik, mogą zderzać się z powierzchnią włókna filtracyjnego i już na niej pozostać.

• przechwytywania - mechanizm ten występuje wówczas, gdy strumień spalin unosi cząstkę stałą PM w odległości mniejszej niż jej promień od powierzchni włókien materiału filtrującego. Wtedy do właśnie cząsteczka styka się z powierzchnią włókna, a następnie osadza się na niej.

- Filtracja powierzchniowa (warstwowa)

Po drugie, filtracja spalin Diesla może sprowadzać się do osadzania cząstek stałych na powierzchni materiału filtrującego bądź na ściankach kanalików monolitów ceramicznych DPF. Dzieje się tak, gdy średnice cząstek stałych PM są większe od średnic porów materiału filtrującego.

4. Zmiany w sposobie filtracji spalin wskutek eksploatacji DPF

Częstą do zaobserwowania sytuacją jest przypadek, w którym nieobciążony występowaniem zanieczyszczeń filtr cząstek stałych DPF funkcjonuje, wykorzystując wspomniany mechanizm filtracji przestrzennej. Wówczas zwłaszcza najmniejsze cząsteczki PN mogą wnikać do wnętrza wkładu na określoną jego głębokość. Gdy już we wnętrzu nagromadzi się większa ilość cząstek stałych, pory filtra ulegają nie tylko zatykaniu, ale także zmniejszaniu. Wówczas jedynym skutecznym mechanizmem okazuje się zachodząca wręcz automatycznie filtracja powierzchniowa określana także mianem warstwowej.

5. Działanie DPF z monolitem ceramicznym

Aktualnie w większości filtrów cząstek stałych DPF elementem filtrującym jest monolit utworzony z masy ceramicznej. Najczęściej swoim kształtem przypomina walec. Wzdłuż monolitu o cylindrycznej budowie przebiegają ułożone równolegle osiowe kanaliki o niewielkim przekroju. Ich wloty oraz wyloty są naprzemiennie zaślepiane, co stanowi jedną z najbardziej charakterystycznych różnic pomiędzy monolitami DPF a odpowiadającymi im monolitami katalizatorów spalin. Dzięki temu, że kanaliki w filtrze cząstek stałych są na przemian zaślepiane, spaliny mają w do przebycia długą drogę, a przy tym muszą przedostawać się przez porowate ścianki monolitycznego wkładu. Tylko wówczas możliwe jest, by znalazły one ujście od strony wylotowej. Wymuszony w ten sposób przepływ gazów spalinowych przez porowate ścianki DPF powoduje, że wychwycone cząsteczki osadzają się na powierzchni lub wewnątrz filtra cząstek stałych zgodnie z mechanizmami filtracji, które opisaliśmy we wcześniejszych częściach artykułu.

6. Filtracja spalin w filtrach DPF ze spieków metalicznych

Nieco inny mechanizm filtracji, o którym warto wspomnieć, występuje w filtrach cząstek stałych, których wkłady tworzone są ze spieków metalicznych. Na ich budowę składają się liczne cienkie płytki, które układane są w postaci stosu. Gazy spalinowe trafiające do zbudowanego w ten sposób filtra cząstek stałych przebywają skomplikowaną drogę. Na początku muszą one opłynąć stos od jego zewnętrznej strony, a następnie w nieuporządkowany sposób przepływają pomiędzy płytkami ze spieków metali. Kolejnym etapem przepływu cząsteczek jest ich przedostanie się do otworu wykonanego w osi ułożonej prostopadle względem powierzchni płyt. To właśnie tą drogą spaliny wydostają się z wnętrza filtra. Wskutek działania sił bezwładności cząstki stałe PM unoszone w spalinach są zatrzymywane pomiędzy płytami.

7. Działanie otwartych filtrów cząstek stałych DPF

Zanim scharakteryzujemy to, w jaki sposób działają filtry PFT (Partial Filter Technology), czyli otwarte filtry cząstek stałych, dokonamy ich rozróżnienia na dwie kategorie. Zgodnie z funkcjonującą klasyfikacją, wyróżnia się filtry z częściowym przepływem cząstek stałych oraz filtry głębokiego wnikania cząstek stałych. Czym odznaczają się filtry należące do wymienionych kategorii? Nieco bardziej szczegółowo omówiliśmy je poniżej.

- Filtry PFT z częściowym przepływem PM

Filtry cząstek stałych określane jako te z częściowym przepływem przyjmują zazwyczaj postać walca. Jest on zwinięty z układanych naprzemiennie taśm metalowej folii, którą kształtuje się z przebiegających wzdłuż filtra regularnych kanałów oraz warstw porowatego tworzywa ze spieków metalicznych. W otrzymanych w ten sposób fałdach metalowej folii, przez które przepływają zanieczyszczone spaliny, wykonane są w odstępach nacięcia oraz zagięcia. Jest to robione w ten sposób, by część przepływających gazów spalinowych była nakierowana do fałdy zlokalizowanej wyżej, a część spalin przepływała bez filtrowania do wylotu DPF.

- Filtry PFT głębokiego wnikania PM

W filtrach otwartych tej kategorii w monolicie filtrującym występują duże pory. Sprawiają one, że unoszone wraz ze spalinami cząstki metaliczne przepływają przez piankę i są zaledwie częściowo wychwytywane na powierzchni filtra. Zjawisko to występuje zgodnie z mechanizmem filtracji przestrzennej.

8.Przeciętna masowa sprawność filtracji DPF

Działanie filtra cząstek stałych - mówiąc ogólnie - sprowadza się do wychwytywania i akumulacji najbardziej szkodliwych i toksycznych składników spalin. Przeprowadzane badania i pomiary umożliwiają dokonanie procentowej oceny masowej sprawności filtracji w odniesieniu do poszczególnych filtrowanych substancji.

Określając masową sprawność filtracji DPF z wyjątkiem filtrów typu otwartego, można zauważyć, że składnik cząstek stałych, jakim jest węgiel elementarny, czyli po prostu sadza, jest filtrowany na poziomie od 97 do 99,9 % masowej sprawności. Filtracja składników SOF utrzymuje się w dość szerokim przedziale od 50 do 90 procent masowej sprawności, natomiast w przypadku filtrowania cząstek siarczanowych opisywany parametr utrzymuje się na poziomie 0%. Równocześnie w jego kontekście zalecane jest stosowanie paliw o niskiej zawartości siarki. Sprawność całkowita filtracji przez DPF mieści się w przedziale 70-95%, natomiast odnotowana sprawność całkowita podczas procesu regeneracji może przyjąć od 60 do 92% skuteczności.

9. Całkowita masowa sprawność filtracji cząstek stałych w zależności od rodzaju wkładu

Okazuje się, że sprawność filtracji PM w filtrach cząstek stałych DPF może różnić się w zależności od tego, z jakiego materiału został wykonany jego wkład. Najczęściej stosowanymi materiałami filtrującymi w użytkowanych współcześnie filtrach DPF są: kordieryt, węglik krzemu oraz spieki metali. Sprawność filtracji przez DPF dla zakresu PN w przedziale 20-300 nm prezentuje się dla poszczególnych tworzyw następująco:

• filtry DPF z wkładami kordierytowymi - ich sprawność filtracji PM utrzymuje się w przedziale 89-91%, natomiast sprawność filtracji PN przekracza 97%;

• filtry DPF z wkładami z węglika krzemu - sprawność filtracji PM mieści się w przedziale 89-91%, zaś sprawność filtracji PN, tak samo jak w przypadku filtrów kordierytowych, wynosi powyżej 97%;

• filtry DPF ze spieków metalicznych - odnotowana w nich sprawność filtracji PM mieści się w przedziale od 90 do91%, natomiast sprawność filtracji PN (tak, jak w przypadku pozostałych), przekracza 97%.

Regeneracja DPF sposobem na przywrócenie jego sprawności

Przeprowadzana w naszym serwisie regeneracja filtra cząstek stałych DPF rozumiana jako czyszczenie wodne znacząco wpływa na poprawę ogólnej sprawności filtra cząstek stałych. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu metody będącej w pełni bezpieczną dla delikatnego wkładu filtra cząstek stałych.

Czyszczenie DPF metodą wodną polega na instalacji zdemontowanego z pojazdu filtra cząstek stałych w specjalnie przeznaczonej do tego celu maszynie. Następnie sprawność DPF/FAP jest przywracana dzięki dostarczeniu do jego wnętrza ogrzanej wody wraz ze specjalnym detergentem pod odpowiednio wysokim ciśnieniem. Filtr jest czyszczony tak długo, aż nie zostanie przywrócona jego całkowita przepustowość. Dla kierowcy w praktyce oznacza to, że całkowicie odblokowany i drożny filtr cząstek stałych może działać tak, jak nowy. Rezultaty w postaci przywrócenia w pełni sprawnego działania filtra cząstek stałych jesteśmy w stanie uzyskać w najkorzystniejszej cenie już w ciągu jednego dnia!