A DPF részecskeszűrő: Tervezési Alapelvek, Felépítés és Működés

A modern dízelmotorok egyik legfontosabb alkatrésze a részecskeszűrő (DPF - Diesel Particulate Filter), amely a kipufogógáz koromtartalmát hivatott megszűrni. A részecskeszűrő - más néven DPF (Diesel Particulate Filter) vagy benzines esetén GPF - a modern gépjárművek egyik legfontosabb emissziócsökkentő berendezése. Feladata, hogy a kipufogógázban lévő káros szilárd részecskéket, korom- és hamuszemcséket felfogja, és ezzel jelentősen tisztábbá tegye a jármű kibocsátását.

A dízelmotor füstölt, füstöl, és füstölni fog. Ennek elsődleges oka, hogy amíg a benzineseknél az üzemanyagot rendszerint a szívócsőbe porlasztják, így annak van ideje alaposan elkeveredni a beszívott levegővel, addig a közvetlenül az égéstérbe fecskendezett gázolaj szinte azonnal meggyullad. A korom képződését leginkább az üzemanyag nagyon finom elporlasztásával lehet csökkenteni. Ez a mozgatórugója az egyre nagyobb befecskendezési nyomások (akár 2000 bar) eléréséért folyó harcnak, és a még több, még apróbb furattal készülő befecskendező-fúvókák gyártásának.

Azonban nem is a látható koromrészecskék a legveszélyesebbek, hanem a jóval kisebb, szabad szemmel észrevehetetlen összetevők. A különös kockázat, hogy utóbbiak felülete parányi méretükhöz képest igen nagy, így megkötik az elégetlen üzemanyagból és motorolaj-maradványokból képződő, rákkeltő szénhidrogéneket, amelyek aztán a koromrészecskékkel együtt viszonylag nagy koncentrációban jutnak a tüdőbe, onnan esetleg a vérbe is. Maga az ötlet legalább 25 éves és pofonegyszerű: ha már nem tudjuk elkerülni a korom keletkezését, tegyünk a kipufogócsőbe egy szűrőt.

A DPF szűrő felépítése és működési elve

A DPF szűrők gyártása során a fő cél a káros részecskék hatékony visszatartása. A részecskeszűrő feladata, hogy a kipufogógázban lévő szilárd részecskék (korom, olajhamu, fémkopadék) környezetbe jutását megakadályozza, miközben a teljes kipufogógáz mennyiség áthalad rajta. A DPF szűrő egy kerámiából vagy fémből készült méhsejtszerkezet, amely képes a mikrométer nagyságú koromszemcsék 95-99%-át visszatartani.

A gyári szűrők általában a katalizátorokban használatoshoz hasonló kerámiatestek, hosszúkás, négyzet keresztmetszetű csatornáinak elejét és végét felváltva lezárják. A kipufogógáz tehát bemegy a csatornába, de kijönni csak egy másikon tud. Így a gázoknak mindenképpen át kell haladniuk a kerámiatest porózus falán, közben a koromrészecskék fennakadnak rajta. Ezek úgynevezett zárt szűrők; nagyon jó hatásfokkal (>95%) az összes gázt megszűrik. A kipufogógáz gáz részecskéi a részecskeszűrő zsákfuratainak falán képesek átdiffundálni, ezáltal távozni, míg a fentebb említett részecskék a szűrőben maradnak.

Részecskeszűrő problémák Renault Espace 4

Az első részecskeszűrős dízel, a 2,2 literes HDi a Citroen C5-ben és Peugeot 607-esben mutatkozott be 2000-ben. Az általuk használt szilícium-karbid szűrőt már akkor úgy tervezték, hogy a korom 95%-át kiszűrje.

Különböző gyártási megközelítések és szűrőtípusok

A DPF gyártási technológiája és a felhasznált anyagok típusonként eltérőek lehetnek. Elsősorban utólagos beszereléshez készülnek nyitott vagy csapda jellegű szűrők, kerámia helyett gyakran fémből. Ezeknél speciális lamellák kényszerítik örvénylésre a kipufogógázt, amitől a koromrészecskék egy része lerakódik. Itt tehát füstpamacs is van, rák is van, csak kevesebb.

Haszongépjárművek esetében motornagyságtól függően előfordul, hogy a gyártó párhuzamosan két DPF szűrőt is beépít a rendszerbe.

A DPF szűrő felügyelete és regenerációja - A tervezés integrált része

A gyártók a DPF szűrők tervezésekor figyelembe veszik, hogy a szűrő folyamatosan gyűjti a koromszemcséket. Ezért elengedhetetlen a beépített felügyeleti és regenerációs mechanizmus. A DPF-ben felhalmozódott részecskemennyiséget a jármű vezérlő rendszere nyomás vizsgálatokkal ellenőrzi és szükség esetén elindítja a részecskeszűrő regenerálását. A vezérlőegység a részecskeszűrő telítettségét a bementi és kimeneti vége közötti nyomáskülönbségből számítja ki, az üres csövet teljesen tiszta részecskeszűrőként fogja érzékelni.

A motornak van egy regeneráló ciklusa, ekkor kiégeti a kormot a szűrőből. Normál esetben regeneráció során ezek elégnek, viszont városi, rövid távú használatnál ez a folyamat gyakran nem tud befejeződni. Miközben a DPF (a szűrő angol nevének rövidítése) azon dolgozik, hogy a természetbe minél kevesebb káros anyag jusson ki, egyre jobban megtelik koromrészecskékkel.

Vivaro DPF működése

A regenerációs folyamatok tervezése

A regeneráció során a rendszer nagymértékben megemeli a kipufogógáz hőmérsékletét, katalizátort juttat a kipufogórendszerbe, ezzel DPF-ben felhalmozódott éghető anyagokat oxidálja, melyek gáz halmazállapotuknál fogva távoznak a rendszerből. A regeneráció megtörténtének feltétele, hogy meglegyen a megfelelő hőmérséklet, valamint az égéshez elegendő oxigén álljon rendelkezésre. Mivel sok autót nem így használnak, a gyártók beépítenek egy motorvezérlő számítógépet (engine management computer), mely elvégzi ezt a folyamatot. Ez az aktív részecskeszűrő.

Az aktív regenerációs mód során extra üzemanyag befecskendezésével történik a kiégetés. Ebben az esetben a folyamat magától lezajlik vezetés közben (ha a szűrő eléri a kellő hőfokot). Amikor a szűrőben lévő korom mennyisége elér egy bizonyos szintet (kb. 45%-ot) a motorvezérlő chip (engine control unit, ECU) növeli a kipufogó gázok hőmérsékletét, hogy a felesleget elégesse. A DPF szűrő regenerálás akkor válik aktívvá, amikor a korom kiégetése üzemanyag adalékkal történik.

A PSA által fejlesztett rendszer működési elvében eltér a megszokottaktól: a regeneráláshoz adalékanyagot használ. A Rhodia nevű cég által gyártott Eolys nevű folyadék csökkenti a koromrészecskék gyulladási hőmérsékletét. Ez azért fontos, mert így kisebb hőmérsékleten tud regenerálni a rendszer. A működési elvén túl gyakorlati különbség nehezen vehető észre az adalékos és a passzív rendszer között.

Hogyan működik - Dízel részecskeszűrő (DPF)

Hibák és karbantartási igények, mint tervezési kihívások

Ha ez a szűrő eltömődik, az autó teljesítménye jelentősen csökken, a fogyasztás nő, és akár motor- vagy turbóhibához is vezethet. A regeneráció sorozatos elmaradása a szűrő eltömődésének folyamatát felgyorsítja, ezáltal élettartama jelentősen lerövidülhet. Mivel a részecskeszűrő nem végtelen élettartamú, egy idő után már nem képes feladatát maradéktalanul ellátni. Az eltömődés mértékével folyamatosan csökken gáz átbocsátó képessége.

A sikeres szűrés utáni hamumaradék eltávolíthatatlan és idővel eltömíti a szűrőt. Az ilyen problémák kezelésére a gyártók alternatív megoldásokat is kínálnak, mint például a szűrőbetét csere.

Részecskeszűrők a dízeljárművekben

Utángyártott és gyári DPF szűrők a piacon

Az autós piacon többféle gyártási forrásból származó DPF szűrővel találkozhatunk. Mivel érdemi kereslet alakult ki, lehet kapni utángyártott komplett részecskeszűrőket is. Nagyon sok gyártó nagyon különböző minőségű termékével találkozhatunk: zömmel a százharminc és kétszázötvenezer forint közötti ársávban kaphatjuk meg a cseredarabokat. Az alkatrészek tartósságáról nincs érdemi információnk, de a minimum 1-2 év és harmincezer kilométer garancia aránylag bizalomgerjesztő. Természetesen a legjobb megoldás a gyári részecskeszűrő. Ez kompromisszummentes, de néha irreálisan drága, főleg az öregedő dízelek esetében fáj nagyon.

A szűrőbetét cseréje ár-érték arányban szimpatikus megoldás, ha hiszünk abban, hogy gyári, vagy gyárival megegyező minőségű cseredarab kerül az autónkba, és a hőterhelés sem viseli meg a javított alkatrészt. Maga a ház marad az eredeti, a lényegi részt, a betétet viszont ugyanattól a beszállítótól szerzik be, ahonnan az autógyártók is vásárolnák.

Ha a DPF szűrőt elegendő csak nagynyomású levegővel tisztítani, úgy maga a folyamat 2-3 órát vesz igénybe. A tisztítás díja 42.000 és 75.000 Ft +ÁFA között várható a szűrő méretének függvényében. Amennyiben szükséges a hevítés is, úgy a teljes tisztítási folyamat időigénye meghaladja a 12 órát, díja 56.000 és 95.000 Ft +ÁFA között várható, szintén a méretek függvényében.