Emise pevných částic benzínových motorů a zdroje

V nepříliš vzdálené budoucnosti budou filtry zachycující pevné částice ve všech automobilech, které potkáme na silnicích. Diesely měly ostrou debatu o filtrech pevných částic před pár lety, teď se do odborných i laických diskusí zase více dostávají GPF filtry u benzinových motorů. Právě před rokem začaly automobilky povinně montovat do nových vozidel jezdících na benzin filtry pevných částic (GPF), aby mohly být auta homologována na území Evropské unie.

Loňské září přineslo na poli pohonných jednotek zemětřesení. Způsobily ho překotně zavedené emisní normy Euro 6c a 6d, jejichž součástí je nově kontrola naměřených hodnot v reálném provozu (RDE). Součástí nezbytných technických změn, které jsou přísnějšími pravidly vynuceny, je také nasazení filtrů pevných částic pro motory s přímým vstřikováním benzinu. Ačkoliv by se mohlo zdát, že i tato novinka souvisí s novou metodikou měření, není tomu tak.

U nově uvedených modelů s turbodiesely totiž platí už od září 2011 limit množství vypuštěných částic 6×10¹¹ na ujetý kilometr. Protože filtry pevných částic u benzinových a naftových motorů sledují stejný cíl, je stejný i jejich základní princip fungování. Takzvaný senzor diferenčních tlaků porovnává údaje o proudění výfukových plynů před a za filtrem a podle nich zjišťuje úroveň zaplnění filtru.

Když se filtr zaplní nad běžnou provozní úroveň, musí řídicí elektronika motoru spustit nucené vypálení filtru neboli regeneraci, která zajistí provozuschopnost auta. Jednoduché české označení „filtr pevných částic“ na sebe váže ve světe benzinových aut hned několik rozdílných zkratek, všechny ale znamenají to samé. V českých textech je nejrozšířenější GPF, což značí anglické „Gasoline Particulate Filter“, tedy filtr pevných částic pro benzinový motor.

Na rozdíl od filtrů u dieselových motorů je německá zkratka jiná, a sice OPF („Ottopartikelfilter“). Ta se objevuje například v textech Škody, což vzhledem ke sdílení technologií s německým VW nemůže překvapit. Naproti tomu francouzská terminologie mezi benzinovými a naftovými filtry nerozlišuje, zkratka je stejná - FAP z „filtre à particules“.

Čtěte také: Vše o emisních normách

Regenerace GPF filtrů

Právě regenerace filtru jsou postrachem moderních naftových aut. K vypálení tzv. DPF (filtr pevných částic pro naftový motor) je potřeba zvýšit teplotu spalin, a to zvýšením dávky vstřikovaného paliva - ať už přes vstřikování přímo do válců nebo přes speciální vstřikovač ve výfuku. Auto proto hůř jede a má vyšší spotřebu. U filtru pro benzinový motor, anglicky označovaného GPF, tato situace nehrozí.

Konstruktéři napříč automobilkami se dušují, že při normálním používání benzinového auta s GPF nebude nucených regenerací vůbec potřeba. Jednak mají zážehové motory vyšší teplotu spalin, při provozu proto bude i GPF zahřátý na vyšší teplotu a má mnohem více šancí se vypalovat průběžně za jízdy. A jednak vypalování filtru pomůže režim brzdění motorem - tedy jízda bez plynu se zařazeným převodem. V takové situaci motor jen přečerpává nasátý vzduch, do kterého nejde žádné palivo.

Přesto samozřejmě může nastat situace, kdy bude přece jen potřeba spustit nucenou regeneraci GPF - typicky při krátkých jízdách se studeným motorem. Zanesený filtr je potřeba stejně jako u turbodieselu vypálit umělým navýšením teploty spalin a zapálením částic. Řešení je přesně opačné: ochuzení směsi. Benzin totiž v zážehovém motoru neslouží jen k vykonání práce, ale také k ochlazení spalovacích prostorů, potažmo výfukového potrubí.

Své o tom z praxe vědí například majitelé starších Fabií s motory 1,2 HTP a osmiventilovým 1,2 TSI. Řídicí jednotky těchto motorů své relativně malé katalyzátory pod zátěží ochlazovaly zvýšením dávky paliva, a proto tyto motory při velmi rychlé jízdě dosahovaly nepochopitelně vysoké spotřeby.

Umístění GPF filtru

Pro umístění GPF existují dvě polohy. Obecně méně vhodnou, ale leckdy z konstrukčního hlediska nakonec výhodnější, je jeho instalace na začátek horizontální části výfukového potrubí pod autem. Tak to třeba mají nové generace Fordu Focus a Kii Ceed, jak uvedl magazín Svět motorů Speciál. Rozšířenější a praktičtější je ale umístění filtru co nejblíž motoru, tedy svisle za výfukové svody a turbodmychadlo (pokud jej dané auto má, což v naprosté většině případů platí).

Čtěte také: Více o pamětních emisích

V takovém případě je filtr umístěný ve společném obalu s katalyzátorem a nahrazuje stávající oxidační katalyzátor. Takové uspořádání se někdy označuje cGPF (uzavřený filtr pevných částic) a zajišťuje rychlé a snadné ohřátí filtru na provozní teplotu. Provedení cGPF použili konstruktéři například u modernizované Škody Fabia s motorem 1,0 TSI, stejnou cestou se vydal i Fiat u nových přeplňovaných motorů 1,0 a 1,3 l z řady Firefly nebo Renault u nové generace svých benzinových agregátů.

Vedlejší výhodou je, že tato architektura nutí motoráře k efektivnímu řešení dalších částí - použití kompaktních výfukových svodů s vodním chlazením a umístění turbodmychadla co nejblíž motoru. Pro cGPF je také typická kompaktní konstrukce, což je zároveň odpověď na otázku, která mnoho zájemců o nové benzinové auto trápí. Filtr pevných částic se bude blízko motoru téměř vždy vypalovat přirozeně, jeho životnost by měla být stejná jako u klasického třícestného katalyzátoru a pokud by náhodou došlo na výměnu cGPF, cena dílu a pracnost výměny budou srovnatelné se stávajícími katalyzátory.

Ve skutečnosti tak přítomnost filtru pevných částic v benzinovém autě přináší jedinou praktickou nevýhodu. Vzhledem k tomu, že GPF zhoršuje průchodnost výfukového potrubí, je část viny nepochybně na něm. Je ale potřeba nezapomínat na to, normy Euro 6c a 6d nově vyžadují, aby auto v reálném provoze (při zkoušce RDE) nepřekračovalo naměřené emise oxidů dusíku a pevných částic více než 2,1krát. V roce 2020 navíc dojde k dalšímu zpřísnění emisních norem.

Filtr pevných částic. Od roku 2010 pevná součást dieselových motorů, od letoška jde o novinku u motorů benzinových. U vybraných benzinových modelů počítají s filtrem Škoda Auto, BMW, koncern PSA nebo Mercedes. Ty i další automobily po filtrech pevných částic u benzinů sáhly kvůli přísnější emisní normě, která začíná platit od září.

„Důvodem toho, proč filtry pevných částic pro benzinové motory jsou méně údržbové, je, že výfukové plyny mají vyšší teplotu. Tím pádem dochází automaticky ke spalování. V případě, že by se filtr zanášel, tak vůz automaticky zvolí režim, kdy do motoru vhání méně kvalitní směs, a zvyšuje tak teplotu. Celý filtr pevných částic tak vypaluje spaliny.“ Podle Jíny to znamená, že u filtrů zážehových motorů nehrozí to, co se děje u dieselů, kde se filtr často zanáší.

Čtěte také: CIM Ministerstvo Emise: Vysvětlení

Ještě jeden rozměr má nová emisní norma - benzinové motory kvůli ní podražily. Podle analytika společnosti EY Petra Knapa zhruba o dvě procenta, tedy řádově o několik tisíc.

Emise pevných částic nejsou problém jen u dieselových motorů. Vypouštějí je i moderní benzínová auta zejména s přímým vstřikem paliva a také vznikají i činností dalších částí vozu. Žádný automobil včetně těch elektrických se jich tedy nemůže zcela zbavit, ani kdyby se naučilo létat.

Přímé vstřikování paliva přináší ve srovnání s nepřímým úsporu paliva, současně ale u něj dochází k nedokonalému promísení paliva a vzduchu. Jiskra pak zapaluje nehomogenní směs, navíc za vysokého tlaku, daného vyšším kompresním poměrem anebo přeplňováním, což vede ke vzniku pevných částic při spalování.

Zároveň platí, že čím vyšší jsou vstřikovací tlaky, a i u benzínů už jsme svědky hodnot okolo 200 barů, tím menší pevné částice vznikají. Ty nejmenší, jejichž velikost se měří v nanometrech (miliontinách milimetru), jsou podle vědců nejnebezpečnější, protože se můžou nejen usazovat v plicích lidí a zvířat, ale můžou pronikat buněčnými membránami do krevního oběhu a působit kardiovaskulární onemocnění.

Pevné částice jsou prý nebezpečnější než oxidy dusíku, na které je v poslední době upřena pozornost v souvislosti s podvody VW známými jako Dieselgate. Podle epidemiologa Ericha Wichmanna jsou právě ty nejmenší pevné částice spojovány se zvyšováním výskytu respiračních a kardiovaskulárních chorob.

Jak na tom některé zážehové motory jsou s emisemi sazí, zjišťoval konkrétně německý Auto Bild. Měření proběhlo v laboratoři prostřednictvím simulace městského provozu jízda rychlostmi mezi 30 a 60 km/h. Současně bylo k autům připojeno měřicí zařízení.

Samozřejmě ale je téměř univerzálním řešením filtr pevných částic, který si vynutí zpřísnění normy Euro. Cena filtru sazí pro benzínové motory se bude pohybovat mezi 50 a 100 Eur za kus. Tedy asi 1 300 až 2 600 Kč - oproti filtrům pro vznětové motory mají být filtry pevných částic pro benzíny jednodušší a tedy i citelně levnější.

Kromě Mercedesu a VW na vývoji filtru pevných částic pro benzínové motory pracuje i řada dalších automobilek - zmiňme zejména koncern FCA, Ford, Volvo, Porsche nebo BMW. Údajně také všichni němečtí výrobci aut zadali objednávku na filtr pevných částic pro benzíny svým subdodavatelům.

Výrobci nás uklidňují, když tvrdí, že teplota spalování benzinu je mnohem vyšší, proto nebude problém s vypalováním, jako je tomu v případě dieselových motorů. „Na druhé straně menší velikost částic spalovaného benzinu vyžaduje mnohem hustší síto, což přinejmenším „teoreticky“ nevěstí nic dobrého. Protože bez ohledu na styl a rychlost jízdy se každý filtr dříve nebo později určitě ucpe,“ říká Lukáš Czauderna, poradce pro rozvoj autoservisů ProfiAuto Service.

Někteří majitelé dieselů si s tím v minulosti poradili tak, že filtr pevných částic odstranili. Na technických prohlídkách na to nikdo neupozorňoval a také to nešlo poznat, především s ohledem na absenci účinných kontrolních nástrojů. To se v současné době mění. Kontroly jsou detailnější, diagnostici mají odpovídají vybavení a pokuty za porušení jsou vysoké. Například českými silnicemi křižuje speciální zařízení, které měří emise přímo na místě nebo v Rakousku zase mohou řidiči za odstraněný filtr zaplatit až 135 000 Kč.

Část řidičů bude mít jistě problémy. Nový, originální filtr stojí hodně peněz. Jsou dostupné levnější náhražky, ale ty mají ve většině případů neznámý původ a montáž takového filtru se může odrazit na kvalitě a na výsledcích. „Ne všichni řidiči vědí, že filtry pevných částic lze úspěšně regenerovat. Takovou službu nabízíme v našich servisech. Regenerace obnoví účinnost filtru na úrovni 98 %. Filtr lze regenerovat už od 2 500 korun plus náklady na demontáž a montáž závisející na konkrétním modelu auta a typu filtru,“ říká Jindřich Krejčí, ředitel projektu ProfiAuto Service v České republice a na Slovensku.

Řidiči by měli dbát zejména o dobrou kondici zapalovacích svíček, měnit správně a pravidelně v závislosti na intenzitě používání auta a počtu najetých kilometrů vzduchový filtr a používat motorový olej, který má snížený obsah sulfátového popela.

V poslední době často diskutované emisní normy mají docela dlouhou historii. Ta úplně první začala platit v americké Kalifornii roku 1968. Nás ale zajímají především ty "naše", tedy evropské normy. Značí se "Euro" a číslem (např. Euro 3). Pozor, nepleťte si normu pro osobní automobily s normou pro nákladní vozy a autobusy. Ty se značí stejně, ale číslice je římská (např. Euro IV).

Tabulka emisních tříd pro benzínové motory

Níže je uvedena tabulka Euro normy pro benzinové motory (g/km):

Tabulka také ukazuje, že ve chvíli, kdy se podařilo snížit emitovaný oxid uhelnatý na přijatelnou úroveň, začala se řešit míra oxidu dusíku a následně pevné částice. Naštěstí filtr pevných částic (DPF) benzinových motorů vydrží násobně víc než DPF motorů naftových.

Tabulka emisních tříd pro naftové motory

Tabulka Euro normy pro naftové motory (g/km):

Naftové motory jsou na tom podobně jako ty benzinové. Striktnější je k nim norma co se týče oxidu uhelnatého, naopak mohou vypouštět nepatrně více oxidu dusíku. Pevné částice se tu řešily daleko dříve, což je také důvod, proč mají benzinové motory DFP až v poslední době. Kdežto naftové už je mají zhruba od normy Euro 4.

Normy Euro 6b a 6d

Dost možná si říkáte, proč jsou normy Euro 6b a Euro 6d stejné? To je z toho důvodu, že se měnila testovací metodika. Do té se začaly zahrnovat i testy v reálném provozu. Byla povolena určitá tolerance ohledně toho, jak velký může být mezi laboratorním testem a zkouškou v provozu rozdíl. Třeba u Euro 6d - TEMP byla tolerance 110 %, kdežto současná Euro 6d povoluje odchylku jenom 43 %.

Co Euro 7?

V posledních měsících se hodně diskutuje o normě Euro 7, která by měla být schválena ještě letos a platila by od roku 2025. Zatím se neví, jak moc bude přísná, ale je dost dobře možné, že pro spalovací motory, tak jak je známe, bude likvidační. Mluví se dokonce o tom, že úroveň vypouštěných pevných částic bude tak přísná, že bude pod úrovní, kterou současné přístroje dokáží naměřit. Navíc se počítá s tím, že by se znovu měnila testovací metodika a auta by musela normu plnit i s přívěsem a při jízdě do kopce.

tags: #emise #pevných #částic #benzínových #motorů #zdroje

Oblíbené příspěvky:

• O řece Niger
• Využití klíčků vojtěšky
• Komplexní čištění odpadů Břeclav
• Dějiny vzniku přírody
• Zlepšení půdy kompostem