DPF i GPF u epizodi „Braća po materi“ ili „Braća po Euro standardu“

Prosečan Srbin ima puno neprijatelja. Tu su naravno tašta, žena, šef, političari, plivajući zamajac i naravno dinamični duo: EGR i DPF. Određen broj naših ljudi koji je prošao pakao sa DPF-om je svoj spas video u kupovini automobila s benzinskim motorom, koji je bio lišen ovog bisera tehnike. Međutim, kako se vremena menjaju i kako je političarima u društvu ekologa sve više dosadno, došlo se da ideje da bi i benzinci trebalo da imaju neki filter čestica, ili u prevodu: zašto bi vozači benzinca bili bezbrižniji od vozača dizelaša?

I zahvaljujući toj ideji dobili smo filter za prečišavanje izduvnih gasova benzinaca, odnosno skraćeno GPF. Pa, kad je već tu, hajde da vidimo šta je on, kako radi (to jest ne radi) i šta možemo da uradimo s tim čudom. S obzirom na aktuelne tendencije u automobilskoj industriji, očigledno da će ova zadnja generacija benzinaca biti ono jedino što ćemo moći da nabavimo, a da u sebi ne sadrži elektromotore za pokretanje točkova. Uzimajući u obzir i našu kupovnu moć, oni će još dugo biti jedini vijabilni izbor naših ljudi.

Prvo DPF, ipak je to stariji brat

Unutar motora automobila se odvija jedan proces pretvaranja hemijske energije goriva u mehaničku energiju koja se prenosi na točkove istog tokom procesa sagorevanja. Uz to pretvaranje energije iz jednog oblika u drugi, između ostalog dolazi do stvaranja nekih gasova, i svi smo stotinu puta videli crni oblak koji ostaje, recimo iza nekog starog FAP-ovog kamiona.

To su bile sitne sitne čestice ugljenika, to jest čađ. Nove tehnike ubrizgavanja goriva su ovu pojavu izuzeno smanjile, ali ne i eliminisale. Problem koji se sad javlja jeste taj da su te čestice dosta manje, a samim tim ih je i mnogo lakše udahnuti, a kad su već u plućima, s obzirom na pomenutu veličinu, izuzetno ih je teško izbaciti napolje. Ne treba trošiti reči na ponovljenu činjenicu da ništa od svega toga baš i ne možemo smatrati eliksirom zdravlja.

Ono što dizel motori izbacuju kao posledicu sagorevanja su: azotni oksidi poznatiji kao NOx i čestice čađi. Problem leži u činjenici da su oni obrnuto zavisni od radne temperature rashladne tečnosti u motoru: viša temperatura implicira manje čađi, a više NOx-a. Manja temperatura donosi više čađi a manje NOx-a.

Tako se rodio ventil EGR, koji deo vazduha sa izduva vraća nazad na sagorevanje. Na taj način smo smanjili udeo kiseonika u komori za sagorevanje, što opet vodi ka nižoj temperaturi, a posledica svega je niža emisija azotnih-oksida (NOx) kao što maločas rekosmo.

Nove generacije motora imaju hlađene EGR ventile da bi se temperatura dodatno snizila. Poseban mazohizam predstavljaju izvdanja s dva EGR-a, kod nekih Euro 6 motora gde postoji još jedan sistem “niskog pritiska” koji ovog puta uzima izduvne gasove nakon DPF-a, i vraća ga nazad pre turbo punjača. Sve bi bilo sjajno da se tako ne podiže količina čađi koju možemo videti u formi crnog dima na izduvu. I tu dolazimo do DPF-a. Diesel Particulate Filter ili “filter čestica čađi” kako neki naši ljudi kažu.

Regeneracija DPF-a

Uloga DPF-a je da ove čestice čađi koje imamo u vidu crnog dima sakuplja, i kad se stvore uslovi, izvrši njihovo “spaljivanje” a ovaj proces naknadnog sagorevanja se naziva „regeneracija DPF-a“. Čestice čađi su u osnovi proizvod nepotpunog sagorevanja goriva iz motora, i dodatnim sagorevanjem u gasovitom stanju prolaze kroz DPF.

DPF je najčešće izrađen od keramike, cilindričnog oblika kao recimo sam katalizator, a može biti namontiran pre ili nakon katalizatora. Na njemu se obavezno nalaze sonde za merenje pritiska na ulazu i izlazu, a ta razlika pritiska nam govori da li je, i koliko je isti zapušen.

U samom filteru će neminovno ostati i nešto pepela nakon ovog procesa. Zbog ovog pepela je poželjno regeneraciju obavljati s određenim brojem obrtaja kolenastog vratila (između 2.000 i 2.500), da bi dodatni pritisak izbacio što veću količini pepela. Pošto je pepeo krajnji “proizvod” koji se dalje ne može obrađivati on će trajno ostati tu. Nakon određenog broja pokušaja regeneracije, količina pepela će biti takva da je regeneracija nemoguće i tada se filter mora fizički skinuti i očistiti na mašinama posebno napravljenim za to.

Postoji nekoliko vrsta regeneracije: spontana, dinamička i servisna. Spontana je ona koja bi trebalo sama da se dešava kada vozite automobil, a temperatura izduvnih gasova je dostigla vrednost od 600 stepeni ili više od toga. Dinamička je ona kada se na instrument tabli upali lampica za DPF i koja zahteva da automobil vozite određenim režimom, da bi temperetura i pritisak vazduha bili adekvatni. Ako se desi da niste obavili nijednu regeneraciju dugo, velike su šanse da je DPF toliko zapušen da pomaže samo servisna intervencija.

U odnosu na stepen zaprljanosti možete proći samo sa softverskim aktiviranjem čišćenja ili će sve morati da se skine i odnese u specijalizovani servis. Možda najveći problem predstavljaju upravo prekinute regeneracije jer se tada najviše nečistoća uz dodatak goriva koje dodatno začine sve, sakupi u DPF-u.

Glavnu podelu DPF-a možemo ostvariti prema konstrukciji i prema načinu regeneracije. Konstrukcijski imamo pomenute keramičke sa naizmenično zatvorenim kanalima (jedan je otvoren na ulazu a zatvoren na izlazu, sledeći ispod njega je zatvoren na ulazu a otvoren na izlazu) i ovakvi modeli se nalaze u skoro svim vozilima. Tu su još i DPF-ovi od sinterisanih metala i takozvani “Deep bed” filteri. Kao što rekosmo, najviše se koriste keramičke verzije pomenutog uređaja.

Prema načinu regeneracije imamo “samočisteće” i modele sa diznom na kućištu DPF-a  gde u zavisnosti od rešenja može biti ubrizgavanje dizel goriva ili AdBlue aditiva. DPF filteri koji se, uslovno rečeno sami čiste, nemaju nikakav dodatan katalizator koji pokreće proces regeneracije. Ovde je keramika obogaćena slojem kordijerita, silicijum karbida i aluminijum titanata. Ova vrsta DPF-a je upravo ona koju smo opisali gore, gde se regeneracija postiže povećanjem broja obrtaja i kasnijim ubrizgavanjem goriva u cilindar s ciljem postizanja potrebne temperature.

Ovde nastaju veliki problemi kada se prekine započeti ciklus regeneracije (za koji i ne znate da je započet na primer, ili jednostavno ne obraćate pažnju) jer tada svo gorivo koje je naknadno ubrizgano, umesto da kroz izduvne ventile izađe iz cilindra, samo se slije kroz zid cilindra i završi u ulju. Tako, em što je skinut fini zaštitni sloj ulja, em je ulje razređeno. Upravo ovako dolazi do povećanja nivoa ulja. A, ukoliko imate “sreće” pa vam turbina troši ulje, ili na neki drugi način ostajete bez njega, može se lako desiti da usled više prekinutih regeneracija umesto ulja imate dizel za podmazivanje pokretnih komponenta motora.

Ono što dosta utiče na formiranje čađi prilikom rada dizel motora je i samo motorno ulje. Naime, u normalnim uslovima rada, postoji tanak sloj ulja koji se zadržava na cilindru sprečavajući direktan kontakt elemenata u motoru. Taj sloj ulja sagoreva zajedno sa gorivom i jedan je od glavnih „krivaca“ za pojavu „tvrdih“ materija u izduvnim gasovima.

Iz tog razloga, kod svih vozila opremljenih DPF-om, obavezno je korišćenje „Low SAPS“ motornih ulja (Sulphated Ash, Phosphorus and Sulphur = sulfatni pepeo, fosfor i sumpor). Ova motorna ulja imaju specifikaciju ACEA C (C1 ili C2 ili C3 ili C4) pri čemu je potrebno proveriti koji tačno tip odgovara vašem motoru. Ne postoje reči kojima bismo mogli dodatno da naglasimo koliko je ovo bitno za pravilan rad DPF-a.

Kod druge vrste regeneracije dolazi do ubrizgavanja goriva direktno u DPF preko zasebne dizne-brizgaljke koja se nalazi na samom fliteru. Vremenom u cilju postizanja još čistijeg izduva došlo se do upotrebe AdBlue aditiva umesto dizela. Ovde se ubacivanjem ovog aditiva postiže znatno čistiji izduv. AdBlue je faktički urea (NH3). Kada se pomeša sa NOx-om iz našeg izduva dobijamo H2O i N. Ovaj proces tretiranja izduvnih gasova se još naziva selektivna katalitička redukcija (Selective Catalyctic Reduction – SCR). Zavisno od tipa i vste DPF-a zavisi i procenat uspešnosti prerade izduva.

Najveći problemi sa DPF-om su kad se nezavisno od tipa regeneracije, unutrašnji kanali toliko zapušeni da bukvalno ne može očišćen bez skidanja. Vožnja u tom režimu dovodi do stvaranja neželjenog pritiska u sistemu izduva i oštećenja turbo punjača, DPF-a i katalizatora i faktički do kvarova za čiju popravku bi bez problema moglo da se ispostavi da košta kao polovina vrednosti korišćenog vozila.

Zato se naši ljudi vode polisom da je dobar DPF samo mrtav DPF pa isti leti napolje. Što ponovo otvara drugu neku knjigu sa problemima, a tom temom smo se bavili u nekoj ranijoj analizi. Oprostićete mi ukoliko sam nešto preskočio (PN vrednosti recimo) ili nedovoljno objasnio ali se trudim da budem što jednostavniji.

Sve ovo dodatno komplikuje ionako komplikovana vozila i zahteva ozbiljna ulaganja u održavanje sistema. Recimo, pre nekih godinu dana, član moje porodice je morao da plati 220 hiljada dinara na zamenu tri senzora u Mercedesu ML, a koji služe za merenje izduvnih gasova u samom vozilu da bi se odredila potrebna količina AdBluea. Zato se došlo na briljantnu ideju: dajte da ih ubacimo u benzince! Jeeeeeee!

GPF, mlađi brat

I tako dođosmo do ove biserne ideje. Filter za prečišćavanje izduvnih gasova benzinskih motora (Gasoline Particulate Filter – GPF ili Petrol Particulate Filter – PPF) odnosi se samo na benzinske motore. Filteri za čestice benzina (GPF) izvedeni su iz pominjanih DPF parnjaka koji se nalaze u svim novijim vozilima sa dizel motorom. Ranije smo dali skraćeno objašnjenje kako funkcioniše GPF.

Filteri za čestice benzina (GPF) koriste se isključivo koriste za uklanjanje čestica iz izduvnih gasova iz benzinskog motora sa direktnim ubrizgavanjem (Gasoline Direct Injection). GDI vozila postaju sve popularnija zbog propisa o smanjenju emisije CO2, i sve boljih karakteristika snage u odnosu na radnu zapreminu (ko pomenu trajnost takvih sklopova?), a u prvom planu je zakonodavstvo poput Euro 6 standarda.

Konkretno od Euro 5 standarda do Euro 6c granica je nekih deset puta manja dozvoljena štetna emisija. Međutim, GDI motor ima veću emisiju čestica nego benzinski motor s klasičnim elektronskim ili mehaničkim ubrizgavanjem goriva.

GPF se sastoji se od strukture filtera nalik na saće izrađene od sintetičkog keramičkog materijala – kao i DPF, a što možete videti i na gornjoj fotografiji. Filter hvata čestice čađi tokom prolaska izduvnih gasova – opet kao i DPF. Ova čađ se zatim sagoreva i filter se regeneriše kada je temperatura izduvnih gasova visoka – još jednom kao i DPF.

Filter se regeneriše na pasivan način (u toku vožnje) dok je DPF-u potreban poseban režim motora za regeneraciju kao što rekosmo par pasusa ranije. GPF filteri su visoko efikasni i hvataju preko 90% čestica u vazduhu koje bi se inače ispuštale u atmosferu. Iako su GPF i DPF tehnologije usko povezane, postoji niz razlika u konfiguraciji filtera, radu i načinu upravljanja motorom.

Pomenute razlike su nastale zbog razlika u radnim uslovima i brzinama emisije čestica kao i samom sastavu ili bolje rečeno u razlici između benzinskih i dizel motora. Izduvni gasovi benzinskih motora su znatno viši od dizel motora pa se samim tim očekuje i lakše postizanje temperature neophodne za pravilan rad GPF-a.

GPF tehnologija je na većini novih benzinskih modela predstavljenih od septembra 2018. godine kako bi se zadovoljili zahtevi iz standarda EU6c. Da li je potrebno filtere za čestice benzina održavati? Prema proizvođačima, automobile sa benzinskim filterima za čestice ne bi trebalo redovno voziti većom brzinom na kraće periode kako bi se sprečilo da se “začepe”, za razliku od dizela.

Filteri za čestice benzina nisu skloni blokiranju poput filtera za čestice dizela, jer se benzinski motori brže zagrevaju i rade jače od dizel motora, pa se sagoreva veći deo čađi koja se sakuplja u filteru. Pored toga, pojedini proizvođači kao Porsche na primer, kažu da će elektronske upravljačke jedinice u njegovim automobilima detektovati kada povremeno treba sagoreti čestice čađi i shodno tome sami povećati temperaturu izduvnih gasova da bi to i učinili.

Ali, taj isti Porsche recimo ne prodaje određene modele u Australiji na primer, i to zbog lošeg kvaliteta goriva koje takođe izuzetno utiče na rad GPF-a, i brata mu DPF-a. Recimo, u Evropi se radi o toleranciji na 10 ppm sumpora a u Australiji je ta granica pet puta labavija (50 ppm) odnosno gorivo je znatno lošijeg kvaliteta. Apsolutno ista priča kao i sa DPF-om i dizelom. Kvalitet goriva je mnogo bitan kad se govori o čistijim izduvnim glasovima. Adekvatno ulje se podrazumeva.

Sa DPF-om sam na svojoj koži video da to uopšte ne radi tako kako se najavljuje i reklamira. Vreme će pokazati da li je i ovde, odnosno sa savremenim benzincima isti slučaj. Dotle svako neka tumači po sopstvenom nahođenju, ali ja ostajem maksimalno skeptičan.

Ko se na mleko opeče taj i u jogurt duva. A iskreno, mnogo je ljudi uključujući i mene prošlo kroz Had zahvaljujući pomenutom DPF-u.

Dejan Stanković

(2376)