Filtrele de particule: Cum funcționează, de ce se înfundă și cum le protejezi
Am observat că una dintre cele mai puse întrebări este legată de filtrele de particule ale mașinilor, inclusiv cei care se ocupă cu colectarea de piese auto uzate din service-uri întreabă des de ele, însă din păcate din alte rațiuni decât cele de reducere a poluării.
Dispozitivul are un nume sugestiv care ne explică exact ce face și anume că filtrează și reține particulele de pe traseul de evacuare al unui motor termic, mai nou inclusiv pentru motoarele pe benzină.
Primele mașini care au fost echipate cu așa ceva au fost modelele Mercedes cu motor diesel de 3 litri vândute în statul California începând cu 1985, însă au generat foarte multe probleme din cauza înfundării și a căldurii degajate care deforma chiulasa, probleme de altfel întâlnite și la unele mașini moderne.
Interesant că în acei ani Mercedes vindea mașini diesel vârf de gamă în SUA dar nu și în Europa, lucru care avea să se inverseze ulterior.
Dar adevăratele filtre de particule funcționale vândute pe scară largă au apărut în 2000 la PSA (Peugeot Citroen), având o durată reală de viață de sute de mii de km și aproximativ 10 ani.
Secretul lor stătea într-un aditiv pe bază de cerină, numit Eolys, care funcționa cumva similar conceptual cu vezica biliară din sistemul digestiv al mamiferelor, în sensul că la acele mașini echipate cu motoare diesel commonrail, unele dintre cele mai fiabile și rafinate inclusiv în prezent, aveau un rezervor de câțiva litri de aditiv care, la fel ca bila din sistemul digestiv, era introdus în sistemul de alimentare cu combustibil și trecea prin toată instalația până ajungea în filtrul de particule unde se activa, putând susține o ardere completă a acelor depuneri fără să fie necesară o temperatură foarte ridicată.
Cum funcționează filtrele de particule: tehnologia care reține funinginea din gazele de evacuare
Conceptual aceste filtre sunt niște instalații simple care se află după motor, pe traseul de evacuare și spre deosebire de catalizatoarele de reducție și oxidare nu transformă prin reacție chimică noxele în elemente mai puțin nocive ci efectiv filtrează noxele care conțin particule minuscule invizibile ochiului uman dar foarte “vizibile” de către sistemul respirator.
Această tehnologie era inițial specifică doar motoarelor diesel care aveau temperaturi și presiuni de lucru ridicate care generau această funingine prin procesul de aprindere prin compresie, fie că erau sisteme de injecție indirectă sau directă, spre deosebire de benzină unde motoarele în acea perioadă erau eminamente cu injecție multipunct și necesitau un simplu catalizator pentru a oxida noxele periculoase și a le transforma în substanțe mai puțin nocive.
Particulele de carbon apărute în urma procesului incomplet de combustie erau astfel filtrate într-un fel de sită din interiorul corpului filtrului, acea sită fiind sub forma unui aranjament de faguri care forțează gazele să treacă prin niște tuburi astupate la un capăt care permit trecerea gazelor de evacuare dar nu și particulelor minuscule, care se acumulează în acea structură.
Multă lume confundă catalizatoarele cu filtrele de particule însă ele funcționează diferit, chiar dacă ambele conțin o structură ceramică la interior.
Catalizatoarele lasă gazele să treacă în întregime, nu filtrează nimic, ci prin reacții catalitice de reducție și oxidare modifică structura chimică a acelor gaze, transformând de exemplu oxidul de azot, un element extrem de nociv, în azot simplu și apă, niște elemente care nu sunt dăunătoare.
De ce se înfundă filtrele de particule și cum funcționează procesul de regenerare automată
Filtrele de particule “constrâng” traseul de evacuare, reținând materia din gazele de evacuare.
Pentru că acestea din urmă rețin materia, este evident că la un moment dat se vor umple, ca orice filtru și trebuie desfundate, procesul fiind unul automat, numit regenerare.
La fel ca și catalizatoarele, filtrele de particule necesită temperaturi ridicate pentru a funcționa, însă nu tolerează temperaturi foarte ridicate, deoarece structura ceramică de la interior nu prea rezistă peste 1200°C.
Există materiale alternative care rezistă la temperaturi duble însă nu sunt stabile chimic și nu pot susține reacțiile pe termen lung.
De aceea francezii de la PSA au implementat acel aditiv Eolys, pentru ca temperatura de funcționare să fie de aproximativ 450°C.
La acele temperaturi ridicate se atinge punctul de combustie al acelor particule care sunt oxidate complet și se transformă în gaz.
Regenerare pasivă vs. activă: cum „se curăță” corect un filtru de particule
Aceste regenerări sunt de 2 tipuri, pasive și active.
Cele pasive presupun o temperatură întreținută de gazele de evacuare fără vreo intervenție externă iar cele active presupun o secvență suplimentară de injecție de combustibil care să intre în evacuare și să ardă în filtru, astfel ridicând forțat temperatura de ardere.
Sub nicio formă în nicio situație un filtru de particule nu are voie să permită degajarea unor noxe vizibile sub forma unor vapori albi/gri/albaștri/negri, acela fiind un semn clar de probleme tehnice.
Există acest mit că mașinile care își fac regenerări scot fum vizibil, nu există așa ceva.
Secvența se obține fie printr-o cantitate suplimentară injectată în camera de combustie fie printr-un injector suplimentar de combustibil aflat chiar la intrarea în filtrul de particule.
Aceste secvențe sunt numite generic post-injecție deoarece cantitatea aceea este destinată exclusiv filtrului și nu procesului de combustie prin care se obține lucrul mecanic.
Ideal ar fi ca filtrele să își facă regenerarea doar pasiv, aceea fiind o reacție auto-susținută fără nevoia de post-injecție sau aditivare.
Problema acestor filtre este că dacă mașina este condusă des în trafic urban pe drumuri scurte și nu extraurban la viteze ridicate, se va înfunda ușor, astfel neputându-se atinge o temperatură ridicată a gazelor de evacuare, nu se poate face regenerarea pasivă și filtrul intră des în regenerări active forțate care nu funcționează bine, neavând o viteză mare a gazelor de evacuare.
Cum detectează calculatorul înfundarea filtrului de particule: rolul senzorilor de presiune
Calculatorul detectează înfundarea filtrului cu ajutorul unor senzori de presiune care compară valorile obținute înainte și după filtru, astfel când diferența este mai mare de o anumită valoare, se inițiază procedura de regenerare activă forțată și dacă nici aceea nu scade diferența de presiune, este aprins un martor în bord care informează șoferul despre necesitatea vizitei la service.
Treaba asta înfundă definitiv filtrul iar secvențele de post-injecție în camera de combustie ajung să verse acel exces de combustibil în baia de ulei, generând fenomenul numit diluție, care afectează proprietățile uleiului și generează în final uzuri mecanice.
Exact la fel funcționează principial și un filtru de particule la un motor pe benzină, recent au devenit obligatorii și acestea, deoarece majoritatea motoarelor pe benzină au injecție directă, deci generează particule, însă nu au aceeași densitate și nu sunt la fel de periculoase dar tot necesită filtrare.
Un avantaj al motoarelor pe benzină este că gazele din traseul de evacuare au o temperatură ridicată tot timpul și astfel filtrul obține tot timpul regenerare pasivă și cum noxele nu sunt la fel de “încărcate” , acest filtru are o viață mai ușoară cu mai puțină muncă necesară.
Însă particulele sunt tot particule așa că și aceste filtre se înfundă la un moment dat deci necesită regenerare activă prin post-injecție și ajustarea secvențelor de distribuție variabilă pentru a încălzi traseul de evacuare (inclusiv unele motoare diesel precum cele Mercedes și Mazda au distribuție variabilă pe arborele cu came de evacuare pentru acest lucru).
De ce filtrele de particule nu sunt „pe viață”: limitele structurii interne și ale materialelor chimice
Diferența este, așa cum am zis mai sus, că temperaturile mai ridicate și gazele cu mai puține particule nu necesita filtre la fel de complexe.
Evident că aceste filtre au multe aspecte despre care se poate discuta detaliat însă în încheiere cel mai bine cred că este să explic pe scurt cum să îngrijim un filtru de particule ca să nu fim nevoiți să îl înlocuim prematur.
La un moment dat tot vor trebui înlocuite, ele nu sunt gândite să țină zeci de ani și sute de mii de km, deoarece structura internă și substanțele chimice din acea structură își pierd treptat proprietățile.
Mai nou toate catalizatoarele și filtrele sunt integrate într-un corp comun, putând avea mai multe asemenea corpuri pe traseul de evacuare.
Din textul acesta cred că ați înțeles că secretul este temperatura ridicată și viteza gazelor de evacuare, astfel, pe cât posibil, trebuie evitate drumurile scurte cu porniri și opriri dese și măcar o dată pe săptămână sau în drumurile zilnice, dacă este posibil, e recomandat și un segment de drum unde să se poată merge cu motorul turat constant la viteză ceva mai ridicată.
La multe mașini este specificat acest lucru în manual și anume condusul cu viteză medie cel puțin 40 de minute.
E greu pentru unii să facă asta, dar măcar în weekend ar fi util să scoată mașina la un drum lung.
Starea tehnică a motorului: factor esențial pentru protejarea catalizatorului și a filtrului de particule
De asemenea foarte important este ca mașina să aibă starea tehnică bună, să nu consume ulei, antigel sau combustibil în exces, uleiul și antigelul nu trebuie să ajungă în niciun fel în evacuare deoarece distrug catalizatoarele și filtrele de particule.
O sursă de consum de ulei o reprezintă sistemul PCV de evacuare gaze carter înfundat, probleme de depuneri în zona segmenților pistoanelor sau cămășile zgâriate.
De asemenea turbocompresoarele uzate pierd ulei și antigel în traseul de evacuare.
O altă problemă a mașinilor este că nu informează șoferul de pornirea regenerărilor active care nu ar trebui întrerupte prin oprirea motorului, doar că asta se întâmplă foarte des, din necunoștință.
Ne putem da seama că regenerarea este activa prin turația crescută a motorului, chiar și când mașina stă pe loc, prin temperatura ridicată din zona pragurilor și a pornirii automate a consumatorilor electrici precum dezaburirea oglinzilor și lunetei, calculatorul le porneste pentru ca alternatorul să devină un parazit mecanic, astfel el fiind mai greu de antrenat, este pusă o sarcina mai ridicată pe motor, care degajă mai multă căldură în traseul de evacuare.
Dacă filtrele sunt înfundate peste un anumit procent în mod normal conform procedurii de service ele trebuie schimbate, deoarece procedurile de curățare prost făcute pot deteriora structura acelor faguri ceramici de la presiunea excesivă.
Dacă ar fi să gândim preventiv de la bun început, nici nu ar trebui să cumpărăm mașini diesel pentru condusul în oraș, dar asta este altă discuție pentru un articol separat.
Sursa/foto:promotor
