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. To v praxi znamená téměř všechny zážehové jednotky mimo nejjednodušší motory v malých autech a atmosférické motory v hybridních pohonech.
Co se dozvíte v článku
Ačkoliv by se mohlo zdát, že i tato novinka souvisí s novou metodikou měření, není tomu tak. Její příchod byl známý poměrně dlouho dopředu a souvisí s narovnáním podmínek pro naftové a benzinové motory.
U nově uvedených modelů s turbodiesely totiž platí už od září 2011 limit množství vypuštěných částic 6×1011 na ujetý kilometr. S nástupem původní normy Euro 6 v září 2014 bylo toto kritérium rozšířeno i na benzinové motory s přímým vstřikováním, avšak s tříletou výjimkou, kdy se oficiálně tolerovalo 6×1012.
Nepatrný rozdíl v číselném zápisu v praxi znamená, že osobní auta s benzinovými motory mohla dosud vypouštět desetkrát větší počet pevných částic než ta spalující naftu (souběžně pro pevné částice také platí od roku 2009 neměnný limit 0,005 g/km).
A protože takzvané „euronormy“ dávají automobilkám rok na přizpůsobení stávajících modelů novým předpisům, bylo 1. září 2018 tím dnem, od kterého musí všechna nově registrovaná auta bez jakýchkoliv úlev splňovat aktuální požadavky – výjimkou je jen přísně regulovaný doprodej již vyrobených a dosud neregistrovaných vozů.
VIDEO: Filtr pevných částic
Zdroj: YouTube
Stejný princip, jiná praxe
Protože filtry pevných částic u benzinových a naftových motorů sledují stejný cíl, je stejný i jejich základní princip fungování. Spočívá v umístění keramické vložky do výfukového potrubí, která ve velice jemné struktuře kombinující průchozí a slepé kanálky zachycuje z výfukových plynů jemné, jednotlivě okem neviditelné částice.
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. Tím shody mezi filtry, jak je známe z turbodieselů, a těmi novými u benzinových motorů končí.
GPF, OPF nebo FAP?
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“. Alternativním českým označením je v případě kombinace filtru a katalyzátoru v jednom tělese (cGPF) čtyřcestný katalyzátor, což zdůrazňuje fakt, že ke stávajícímu třícestnému katalyzátoru přibyla nová funkce.
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. Případné přerušení regenerace navíc vede jen k dalšímu zaplnění filtru, s jistou dávkou smůly doplněnou o ignoranci projevů auta lze proto systematickým jezděním na krátké vzdálenosti DPF zcela zaplnit, a tím zničit.
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. Toto tvrzení je podpořeno hned dvěma fyzikálními argumenty.
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. Přirozená koncentrace kyslíku je dostatečná na to, aby v zahřátém filtru došlo ke shoření usazených částic.
Regenerace probíhá přesně opačně než u DPF
Přesto samozřejmě může nastat situace, kdy bude přece jen potřeba spustit nucenou regeneraci GPF – typicky při krátkých jízdách se studeným motorem. Na takový způsob používání sice není benzinový motor s přímým vstřikováním z mnoha dalších důvodů ideálním řešením, situace na trhu je ale dnes taková, že většinu nových aut s vhodnějším pohonem, tedy s motorem bez přímého vstřikování, případně v hybridním nebo čistě elektrickém provedení, jednoduše nepořídíte.
Jedním z prvních aut na českém trhu, které se sériově montovaným GPF přišly, byla modernizovaná třída S včetně vyobrazené varianty MaybachZanesený filtr je potřeba stejně jako u turbodieselu vypálit umělým navýšením teploty spalin a zapálením částic. K tomu u benzinového motoru naštěstí není potřeba zvyšovat dávku paliva, které následně může ředit olej nebo při neúspěšné regeneraci dále zacpávat filtr.
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. Regeneraci GPF tedy vyvolá opačné uplatnění téhož principu, kdy se snížením dávky paliva záměrně nechá filtr rozpálit na vyšší teplotu.
Že ho v autě máte, pohledem nepoznáte
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. Toto uspořádání lze poznat jedině při detailní prohlídce spodku auta nebo vyčíst z katalogu dílů.
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). 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. Laik ho nemá šanci poznat – ledaže by detailně zkoumal zapojení senzorů nebo si všiml hadiček vedoucích k senzoru diferenčních tlaků.
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. Z toho plynou v praktickém provozu další výhody.
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. Podle současných poznatků lze nicméně cGPF zničit pouze tehdy, když řidič ignoruje nadměrnou spotřebu oleje.
Už se bez něj neobejdeme
Ve skutečnosti tak přítomnost filtru pevných částic v benzinovém autě přináší jedinou praktickou nevýhodu. Podle prvních zkušeností auta vybavená GPF „nejedou“ tak, jak jsme zvyklí – problémem jsou zejména přechodové režimy, kdy řidič po klidné jízdě požaduje prudkou akceleraci.
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. Za těchto podmínek nelze pro dosažení požadovaného výkonu vstřikovat do motoru tolik paliva, kolik dokáže spálit, ale vše musí být přísněji sledováno a dávkováno.
V roce 2020 navíc dojde k dalšímu zpřísnění emisních norem. Takzvaný faktor konformity pro RDE, který je v současnosti výše uvedený 2,1násobek, se za dva roky sníží na 1,43. To donutí konstruktéry k dalším úpravám a je více než pravděpodobné, že ta auta, která se zatím obejdou bez GPF, jej budou muset za dva roky stejně použít.