DPF w benzynie, czyli filtry GPF i OPF

Aby spełnić najnowsze normy emisji, nowoczesne silniki benzynowe także potrzebują filtrów cząstek stałych. Pierwsze zostały wprowadzone w połowie 2017 r. Jak działają, czy są awaryjne i czy należy się ich obawiać?

Stosowane od kilkunastu lat filtry cząstek stałych dla diesli są znane jako DPF (od diesel particulate filter), FAP (Filtre à particules) czy – rzadziej – DRPF (Dieselrußpartikelfilter). Z kolei silniki benzynowe otrzymują GPF (Gasoline Particulate Filter), oznaczane także jako OPF (Ottopartikelfilter). Choć zasada działania filtrów dla silników benzynowych i Diesla jest identyczna, mówienie o DPF w silniku benzynowym jest więc błędne – w tym skrócie jest zaszyte bowiem słowo diesel.

Cząstki stałe, to inaczej sadza, która powstaje, gdy proces utleniania paliwa nie przebiega idealnie. Drobiny sadzy – z racji niewielkich rozmiarów, 7-100 nm – są szkodliwe dla organizmów żywych, gdyż bez trudu przenikają przez wszelkie naturalne bariery w postaci błon komórkowych.Problem kopcenia, czyli uwalniania dużych ilości sadzy, jest doskonale znany z diesli pracujących pod obciążeniem. Normy Euro 5 oraz Euro 6 dopuszczają na symboliczną zawartość sadzy w spalinach. O ile mniejsze diesle były w stanie spełnić Euro 4 bez filtra, tak nie jest to możliwe w przypadku obowiązującej od 2010 r. normy Euro 5. W silnikach benzynowych filtry sadzy również nie były potrzebne. Wymogi dla motorów z bezpośrednim wtryskiem okazały się jednak na tyle wyśrubowane, że po zmianie procedury testowej na WLTP konieczne stało się ich montowanie. Dlaczego problem jest szczególnie palący przy wtrysku bezpośrednim? Tworzenie mieszanki praktycznie w czasie i miejscu jej spalania sprawia, że nie jest ona równomiernie rozłożona w cylindrze, co sprzyja powstawaniu cząstek sadzy. Szacuje się, że w jednostkach z wtryskiem pośrednim emisje sadzy były nawet… 10-krotnie niższe! Volkswagen podał, że dzięki stosowanym od 2017 r. GPF/OPF emisja drobnych cząstek sadzy została zredukowana nawet o 90%. Warto wiedzieć, że filtr sadzy dla silników benzynowych nie jest nowinką. Od 2014 r. Mercedes montował go m.in. do modelu S500 z 455-konnym silnikiem 4.6 V8 biturbo z bezpośrednim wtryskiem. Filtr utrzymał w ryzach emisję sadzy, a przy okazji stanowił pilotaż do wprowadzenia go w popularnych modelach – w końcu łatwiej przeprowadzić akcję serwisową w S500, niż wymieniać filtr w setkach tysięcy popularnych samochodów

Czy filtrów GPF/OPF należy się obawiać? Czy DPF dla benzyny będzie się psuł?

Na razie trudno wyrokować, gdyż samochody z silnikami benzynowymi i filtrami sadzy dopiero zadomawiają się na rynku i mają zbyt małe przebiegi, by wyciągać obiektywne wnioski. Istotny wpływ na żywotność filtrów GPF na pewno będzie miała ograniczona, w porównaniu do diesla, emisja sadzy przez silniki benzynowe. Z dużym prawdopodobieństwem można też założyć, że inżynierowie wyciągnęli lekcję, jaką były problemy z pierwszymi filtrami cząstek stałych w dieslach. Pionierskie DPF faktycznie były zawodne i już na etapie wprowadzania ich na rynek mówiono, że filtr powinien wytrzymać 80-180 tys. km. Na przestrzeni lat dopracowano konstrukcję DPF, sterowanie procesem wypalania sadzy, a nawet skład olejów. W połączeniu z rosnącą świadomością kierowców, którzy przestali zapominać, że auto warto czasami zabrać w dłuższą trasę, by filtr miał okazję do wypalenia się sprawiło to, że problem z zatykającymi się filtrami stał się mniejszy. Samochody z fabrycznymi filtrami nierzadko pokonują bez problemów 200 tys. km i więcej. Dla żywotności filtra sadzy ważna będzie należyta opieka serwisowa nad pojazdem – w szczególności wymiana świec czy filtra powietrza w przewidzianych przez producenta terminach oraz stosowanie olejów niskopopiołowych, oznaczanych jako „low SAPS”.

Jak wypalić filtr sadzy w silniku benzynowym?

Kluczową z punktu widzenia trwałości filtrów sadzy dla silników benzynowych może być temperatura spalin – nawet o kilkaset stopni Celsjusza wyższa niż w dieslach. Co to oznacza? Że elektronika nie będzie musiała wprowadzać silnika w specjalny tryb, w którym wypalenie filtra wymusza się zwiększonymi dawkami paliwa, co podnosi temperaturę spalin. W silnikach benzynowych proces ten powinien przebiegać sprawnie i co najważniejsze – na bieżąco. Wstępne badania wykazały, że przy 2500 obr./min rdzeń GPF rozgrzewa się do ok. 600 stopni Celsjusza. To temperatura przy jakiej przebiega proces samooczyszczania filtra. W dieslu była trudna do osiągnięcia i wymagała specjalnych zabiegów (np. stosowania dodatków czy zwiększania porcji paliwa). W silniku benzynowym wystarczy lekkie zubożenie mieszanki, by GPF rozgrzał się do 650°C. W sterownikach silników na pewno znajdą się odpowiednie mapy. Najprawdopodobniej konieczne nie będzie planowanie jazd drogami ekspresowymi, co ma miejsce w przypadku niektórych diesli.

Obecnie filtry sadzy można spotkać m.in. w benzynowych silnikach 1.0/1.5 TSI grupy Volkswagena, 1.2 PureTech od PSA czy 1.3 TCe w Renault. To niezwykle popularne jednostki, więc liczba samochodów z GPF będzie błyskawicznie rosła. Przeprowadzone przez ADAC testy potwierdziły skuteczność GPF. Zarówno na hamowni, jak i prób na drodze emisje sadzy były dużo niższe od dopuszczalnych norm.