Filtry cząstek stałych: diagnostyka, regeneracja i obsługa serwisowa
Sergey/stock.adobe.comFiltry cząstek stałych przez długi czas kojarzono wyłącznie z silnikami wysokoprężnymi. Dziś to już przeszłość, bo wraz z wprowadzeniem norm emisji Euro 6c i 6d zaczęto je stosować również w samochodach z silnikami benzynowymi z bezpośrednim wtryskiem paliwa. DPF, GPF i FAP stanowią dla mechanika 3 odmienne wyzwania serwisowe, które łączy jedno: umiejętność ich prawidłowej diagnostyki i regeneracji pozwala warsztatowi budować stabilny oraz perspektywiczny segment usług.
- Objawy zatkanego filtra – co musi wziąć pod lupę mechanik, żeby ustalić przyczynę usterki?
- Wielopoziomowa oferta warsztatu w zakresie diagnostyki oraz naprawy lub wymiany uszkodzonego filtra.
- 3 różne wyzwania związane z trzema rodzajami filtrów: DPF, FAP, GPF.
Problemy z układem oczyszczania spalin dotyczą już nie tylko samochodów z jednostką wysokoprężną – coraz częściej do warsztatów trafiają też pojazdy benzynowe. Sama technologia nie jest szczególnie skomplikowana, znacznie trudniejsza okazuje się prawidłowa diagnostyka.
Zatkany filtr zwykle sygnalizuje głębszą usterkę: zużyte wtryskiwacze, turbosprężarka przepuszczająca olej, niesprawny układ EGR lub profil jazdy, w którym filtr nie osiąga warunków potrzebnych do samoczynnej regeneracji. Mechanik musi zatem uwzględnić przeprowadzenie dokładnej analizy, co jest przyczyną usterki.
Oferta serwisowa warsztatu może obejmować kilka poziomów: montaż nowego filtra – oryginalnego lub z rynku wtórnego – zlecenie regeneracji wyspecjalizowanej firmie zewnętrznej albo samodzielne czyszczenie filtra na miejscu. Każde z tych rozwiązań ma własne uzasadnienie techniczne i ekonomiczne. Niezbędna jest jednak wiedza pozwalająca w konkretnej sytuacji wybrać właściwe rozwiązanie.
DPF, FAP, GPF: 3 filtry, 3 różne wyzwania
DPF (Diesel Particulate Filter) – filtr cząstek stałych montowany w pojazdach z silnikiem Diesla. Wkład filtra wykonany jest z porowatej ceramiki – najczęściej kordierytu lub węglika krzemu – lub metalu.
Monolit ten zatrzymuje cząstki sadzy w porowatych ściankach wkładu. Podczas eksploatacji filtr wymaga okresowej regeneracji polegającej na wypalaniu nagromadzonej sadzy, zachodzącej po osiągnięciu w rdzeniu filtra temperatury rzędu 550oC.
W filtrze pozostaje jednak popiół powstający z dodatków uszlachetniających oleju i paliwa, który stopniowo ogranicza przepustowość wkładu i z czasem wymaga jego czyszczenia lub wymiany. FAP (Filtre à Particules) – rozwiązanie stosowane przez koncern PSA oraz w wybranych modelach Forda. Technicznie jest to filtr DPF wyposażony w system dozowania dodatku katalitycznego do paliwa (np. Eolys).
Dodatek ten obniża temperaturę zapłonu sadzy do ok. 400oC, umożliwiając regenerację przy niższych temperaturach spalin. Wadą systemu jest zwiększona ilość popiołu powstającego w procesie spalania dodatku, co przyspiesza zapełnianie filtra.
Układy FAP wymagają osobnej obsługi serwisowej, obejmującej kontrolę poziomu płynu w zbiorniku – najczęściej zlokalizowanym w okolicy koła zapasowego – oraz jego uzupełnianie przy określonym przebiegu. Brak dodatku skutkuje szybkim pojawieniem się problemów z regeneracją filtra.
GPF (Gasoline Particulate Filter) – stosowany w pojazdach benzynowych z bezpośrednim wtryskiem paliwa. Zasada jego działania jest zbliżona do DPF, jednak warunki pracy są odmienne: wyższe temperatury spalin sprzyjają częstszej i skuteczniejszej regeneracji pasywnej, dzięki czemu ryzyko zapchania jest mniejsze.
Nie oznacza to jednak bezobsługowości – z czasem filtr również może ulec zanieczyszczeniu. W wielu konstrukcjach stopień jego napełnienia wyliczany jest przez sterownik na podstawie modelu pracy układu lub uproszczonych systemów pomiarowych, co utrudnia jednoznaczną diagnostykę.
GPF bywa zintegrowany z katalizatorem trójdrożnym, dlatego uszkodzenie powłoki katalitycznej może oznaczać konieczność wymiany całego zespołu. Z praktycznego punktu widzenia mechanika kluczowa różnica polega na tym, że w przypadku DPF i FAP głównym wyzwaniem jest zarządzanie procesem regeneracji oraz narastającą ilością popiołu przy relatywnie niskich temperaturach spalin.
W GPF regeneracja zachodzi częściej i jest mniej problematyczna, jednak filtr jest trudniejszy do diagnozowania, a jego uszkodzenie rzadziej sygnalizowane jest prostą kontrolką ostrzegawczą. Objawy problemów z GPF mogą być subtelne i bywają mylone z innymi usterkami silnika – obejmują wzrost zużycia paliwa, niewielki spadek mocy lub nieregularną pracę jednostki przy niskich obciążeniach.
Jak działa filtr cząstek stałych i dlaczego się zatyka
Wszystkie filtry cząstek stałych – niezależnie od tego, czy mamy do czynienia z DPF, FAP czy GPF – działają na tej samej zasadzie: spaliny przepływają przez porowatą strukturę ceramiczną lub metalową, a cząstki sadzy osadzają się w porach wkładu filtrującego. Aby filtr zachował przepustowość, sadza musi być okresowo spalana w procesie regeneracji.
Regeneracja może przebiegać pasywnie – samoczynnie, gdy temperatura spalin jest wystarczająco wysoka podczas szybkiej jazdy lub pracy silnika pod dużym obciążeniem – albo aktywnie, gdy sterownik silnika inicjuje ten proces. W trybie aktywnym temperatura spalin jest celowo podnoszona poprzez modyfikację procesu spalania, m.in. opóźnienie momentu wtrysku czy zwiększenie dawki paliwa.
W silnikach benzynowych wyposażonych w filtr GPF regeneracja pasywna zachodzi częściej i skuteczniej ze względu na wyższe temperatury pracy, co stanowi istotną różnicę w porównaniu z układami Diesla. Popiół stanowi główny czynnik ograniczający trwałość filtra.
W odróżnieniu od sadzy nie ulega spaleniu podczas regeneracji, lecz gromadzi się w kanalikach i stopniowo zmniejsza przepustowość wkładu. W układach FAP proces ten zachodzi szybciej, ponieważ oprócz naturalnych pozostałości po spalaniu oleju silnikowego dochodzi popiół powstający ze spalania dodatku katalitycznego.
Wraz ze wzrostem ilości popiołu cykle regeneracji u starszych pojazdów stają się coraz krótsze – sterownik musi przeprowadzać wypalanie sadzy w coraz mniejszej dostępnej objętości filtracyjnej. Po przekroczeniu wartości granicznej obciążenia popiołem sterownik blokuje możliwość dalszej regeneracji, zapala się kontrolka filtra, a przy znacznym zapełnieniu uruchamiany jest tryb awaryjny ograniczający moc jednostki napędowej.
Zdaniem EXPERTów
Diagnostyka: 3 błędy kosztowne dla klienta
Diagnoza filtra cząstek stałych nie polega wyłącznie na odczycie kodów błędów z OBD. To przede wszystkim poszukiwanie przyczyny problemu – i właśnie na tym etapie najczęściej pojawiają się błędy.
Pierwszym jest pominięcie analizy układów peryferyjnych silnika przed zleceniem regeneracji filtra. Zanieczyszczone lub nieszczelne wtryskiwacze powodują niepełne spalanie i zwiększoną emisję sadzy.
Uszkodzona turbosprężarka może przepuszczać olej do układu wydechowego, tworząc na wkładzie filtrującym twarde osady, które trudno usunąć metodami płukania hydrodynamicznego. Zanieczyszczony układ EGR sprzyja odkładaniu się nagaru w kolektorze dolotowym i zaburza proces spalania.
Regeneracja filtra bez usunięcia tych problemów oznacza jedynie chwilową poprawę. Drugim błędem jest pobieżna analiza danych diagnostycznych.
Pomiar ciśnienia różnicowego (różnicy ciśnień spalin przed i za filtrem) oznacza podstawowy wskaźnik stanu filtrów DPF i FAP. Przy swobodnym przyspieszaniu wartość ta nie powinna przekraczać ok. 300 mbar.
Jeżeli przez dłuższy czas utrzymuje się powyżej 800 mbar, filtr można uznać za poważnie zanieczyszczony. W przypadku GPF czujnik ciśnienia różnicowego nie zawsze występuje, a stopień zapełnienia filtra wyliczany jest przez sterownik, dlatego diagnostyka opiera się głównie na analizie danych z silnika i kodów usterek.
Trzecim błędem jest niedoszacowanie roli stylu jazdy. Pojazd eksploatowany wyłącznie na krótkich trasach miejskich nie osiąga warunków niezbędnych do skutecznej regeneracji pasywnej, a regeneracja aktywna bywa przerywana przed zakończeniem.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Rozmowa z klientem o profilu użytkowania pojazdu powinna być standardem przy każdym serwisie filtra. Warto również sprawdzić poziom i jakość oleju silnikowego – podwyższony poziom wskazujący na rozcieńczenie paliwem lub olej o zbyt wysokiej zawartości popiołu siarczanowego to czynniki znacząco skracające żywotność filtra.
Czujnik ciśnienia różnicowego – wrażliwy element systemu
Czujnik ciśnienia różnicowego ma 2 przyłącza połączone z układem wydechowym przewodami odpornymi na wysoką temperaturę. Ciśnienie spalin przed i za filtrem odkształca membranę czujnika, generując sygnał napięciowy przekazywany do sterownika silnika.
Przy sprawnym, częściowo obciążonym filtrze wartości ciśnienia po obu stronach filtra pozostają zbliżone. Wraz ze wzrostem zanieczyszczenia różnica ciśnień rośnie, a przekroczenie wartości progowych może inicjować regenerację.
Problem polega na tym, że sam czujnik i jego układ pomiarowy są podatne na uszkodzenia. Najczęstszą przyczyną fałszywych wskazań jest zanieczyszczenie lub pęknięcie przewodów łączących czujnik z układem wydechowym – elementów narażonych na wysoką temperaturę i uszkodzenia mechaniczne, w tym przegryzienia przez kuny.
Uszkodzony przewód powoduje błędne odczyty i może prowadzić do zbyt wczesnej lub zbyt późnej regeneracji. Przed oceną stanu filtra warto zawsze fizycznie sprawdzić stan przewodów pomiarowych.
Warto również pamiętać, że w niektórych pojazdach, m.in. wybranych modelach BMW i Fiata, ciśnienie różnicowe wyznaczane jest w odmienny sposób: sterownik mierzy ciśnienie spalin przed filtrem i porównuje je z ciśnieniem atmosferycznym.
Zatkany filtr a turbosprężarka – zależność, która kosztuje
Turbosprężarka wymaga równowagi ciśnień po obu stronach wirnika: po stronie sprężarki (dolot) i po stronie turbiny (spaliny). Tylko przy jej zachowaniu wał może swobodnie obracać się w łożyskach ślizgowych.
Gdy filtr jest zapchany i rośnie przeciwciśnienie spalin po stronie turbiny, wał zostaje nadmiernie obciążony osiowo, co prowadzi do przyspieszonego zużycia łożysk, wycieku oleju do układu wydechowego, wzrostu temperatury, a w skrajnych przypadkach do całkowitej awarii turbosprężarki. Problem polega na tym, że przeciwciśnienie spalin rośnie stopniowo i kierowca zwykle tego nie odczuwa.
Sprawność turbosprężarki pogarsza się powoli, często na długo przed zapaleniem kontrolki ostrzegawczej. Zależność działa również w drugą stronę: zużyta turbosprężarka przepuszczająca olej do układu wydechowego potrafi zapchać DPF w ciągu kilkuset kilometrów.
Zaolejony filtr nie nadaje się do regeneracji metodami mokrymi – konieczna jest wymiana lub czyszczenie termiczne. Nadmierne przeciwciśnienie po stronie spalin może powodować także inne usterki, takie jak mechaniczne uszkodzenia układu wydechowego, stopiony katalizator, nieszczelności układu dolotowego po stronie sprężarki czy skrajnie zanieczyszczony filtr powietrza.
Metody czyszczenia filtrów cząstek stałych
Gdy regeneracja serwisowa nie przynosi efektów, pozostają 3 rozwiązania:
- wymiana filtra,
- zlecenie profesjonalnego czyszczenia
- lub samodzielne czyszczenie chemiczne w warsztacie.
Wybór metody zależy od stopnia i charakteru zanieczyszczenia. Przed rozpoczęciem prac konieczna jest ocena stanu struktury filtra – endoskopowo lub po otwarciu obudowy.
Pęknięcia ceramiki, ślady stopienia termicznego lub uszkodzenia mechaniczne kwalifikują filtr wyłącznie do wymiany. Szczególną uwagę należy zwrócić na GPF: filtr często jest zintegrowany z katalizatorem trójdrożnym. Przed decyzją o czyszczeniu trzeba ustalić, czy mamy do czynienia z samodzielnym filtrem, czy zespołem TWC+GPF wymagającym odmiennego podejścia serwisowego.
Czyszczenie hydrodynamiczne (woda + sprężone powietrze)
Filtr umieszcza się w dedykowanym urządzeniu bez jego otwierania. Wypełniony wodą wkład poddawany jest impulsowemu działaniu sprężonego powietrza, które wypłukuje zanieczyszczenia z mikrokanałów.
Cykl powtarza się kilkukrotnie, a na zakończenie filtr jest osuszany powietrzem. Metoda uchodzi za bezpieczną dla struktury ceramicznej i powłoki katalitycznej. W razie potrzeby proces można wspomóc środkami chemicznymi, szczególnie gdy filtr został zaolejony wskutek awarii turbosprężarki.
Czyszczenie suchym lodem
Granulat suchego lodu (CO2) aplikowany jest pod wysokim ciśnieniem bezpośrednio na powierzchnię wkładu filtrującego. Niska temperatura i energia uderzeń cząstek powodują odrywanie osadów od ścianek kanałów, które następnie są wydmuchiwane.
Środek czyszczący odparowuje bez pozostawiania wilgoci. Ograniczeniem metody jest skuteczność ograniczona do miejsc, do których strumień lodu dociera bezpośrednio.
Czyszczenie termiczno-mechaniczne
Kompletny filtr poddawany jest kontrolowanemu nagrzewaniu w piecu, co powoduje wypalenie sadzy do postaci popiołu. Pozostałości są następnie usuwane mechanicznie – odsysane i wydmuchiwane sprężonym powietrzem. Skuteczność procesu kontroluje się pomiarem ciśnienia różnicowego: czyszczenie trwa do momentu uzyskania wartości zbliżonych do parametrów nowego filtra.
Czyszczenie chemiczne w warsztacie
Rozwiązanie przeznaczone dla filtrów o umiarkowanym stopniu zanieczyszczenia oraz klientów poszukujących tańszej alternatywy. Po demontażu czujnika temperatury do wnętrza filtra wprowadza się pod ciśnieniem specjalny płyn czyszczący, starając się pokryć możliwie dużą powierzchnię wkładu.
Po upływie zalecanego czasu działania środka następuje przepłukanie medium natryskowym. Następnie pojazd wykonuje jazdę regeneracyjną zgodnie z zaleceniami producenta, podczas której osady ulegają wypaleniu.
Decyzja ekonomiczna: regeneracja czy wymiana?
Dla klienta kluczowy jest rachunek ekonomiczny. Profesjonalna regeneracja filtra kosztuje zazwyczaj od dwóch do czterech razy mniej niż zakup nowego DPF.
W starszych pojazdach, gdzie nowy filtr może kosztować od ok. tysiąca do kilku tysięcy złotych, regeneracja jest najczęściej najbardziej racjonalnym rozwiązaniem w odniesieniu do wartości samochodu. Są jednak sytuacje, w których wymiana pozostaje jedyną rozsądną decyzją:
- mechaniczne lub termiczne uszkodzenie wkładu ceramicznego,
- filtr całkowicie wypełniony popiołem bez możliwości skutecznego czyszczenia
- czy pojazd z przebiegiem powyżej 250–300 tys. km, w którym występowały powtarzające się epizody zaolejenia układu wydechowego.
W takich przypadkach regeneracja daje jedynie pozorne oszczędności. Firmy regeneracyjne celowo unikają deklarowania konkretnych przebiegów po czyszczeniu – i słusznie, ponieważ trwałość filtra po regeneracji zależy przede wszystkim od usunięcia pierwotnej przyczyny problemu.
Filtry cząstek stałych na trwałe wpisały się w codzienną pracę warsztatów. Umiejętność ich prawidłowej diagnostyki, konserwacji oraz doboru właściwej metody regeneracji lub wymiany decyduje dziś nie tylko o skuteczności naprawy ale także o zaufaniu klienta.
Źródło: Materiały redakcyjne
O Autorze
