Részecskeszűrő

EU4-es motorral szerelt dízelautó 2007-ben.

Mitől füstöl a dízel?

A dízelmotor füstölt, füstöl, és füstölni fog. Ennek elsődleges oka, hogy amíg a benzineseknél az üzemanyagot rendszerint a szívócsőbe porlasztják, így annak van ideje alaposan elkeveredni a beszívott levegővel, addig a közvetlenül az égéstérbe fecskendezett gázolaj szinte azonnal meggyullad. Az üzemanyag és a levegő nem kielégítő keveredése felelős a dízelekre jellemző két káros kipufogógáz-komponens keletkezéséért: a gázolajban dús, levegőben szegény területeken a tökéletlen égés miatt korom, míg az égéstér távoli, sok levegőt és viszonylag kevés naftát tartalmazó részein a gyors égés miatt nitogén-oxidok (NOx) keletkeznek.

A korom képződését leginkább az üzemanyag nagyon finom elporlasztásával lehet csökkenteni. Ez a mozgatórugója az egyre nagyobb befecskendezési nyomások (akár 2000 bar) eléréséért folyó harcnak, és a még több, még apróbb furattal készülő befecskendező-fúvókák gyártásának. Persze ez mit sem segít, ha a hengerben nincs elég levegő, amit dízeleknél szinte kizárólag a turbó szállít. Már amikor szállítja.

A gázra lépést követő első 1-2 (...3) másodpercben például nem nagyon. Ez azonban az úton előttünk keresztben érkező betonkeverőt vagy dolomittal rakott Kamazt nem nagyon hatja meg. A vezető tapossa a gázt, a vezérlőegység pedig kétségbeesetten sprickolja a hengerekbe a gázolajat annak biztos tudatában, hogy a bejutott mennyiség egy része oxigén híján úgysem ég majd el, hanem fekete füstfelhő formájában távozik a kipufogócsövön.

A koromrészecskék káros hatásai

Pedig nem is ezek a látható koromrészecskék a legveszélyesebbek, hanem a jóval kisebb, szabad szemmel észrevehetetlen összetevők. A különös kockázat, hogy utóbbiak felülete parányi méretükhöz képest igen nagy, így megkötik az elégetlen üzemanyagból és motorolaj-maradványokból képződő, rákkeltő szénhidrogéneket, amelyek aztán a koromrészecskékkel együtt viszonylag nagy koncentrációban jutnak a tüdőbe, onnan esetleg a vérbe is. 

Eddig így volt. Az utóbbi években ugyanis örvendetes, eddig példa nélküli fordulat ment végbe a dízelmotorok kipufogógáz-utókezelésében. Nem azért, mert valahol, valamilyen bizottság vagy törvény kötelezővé tette volna, és nem is az autógyárak közismerten nagylelkű, karitatív, környezettudatos politikája miatt. Önök kényszerítették ki. Önök, Tisztelt Potenciális Dízelautó-Vásárlók, Önök mértek végleges csapást a fekete füstfelhőre, és így a rákot okozó koromrészecskék döntő részére.

És hiába bizonygatta néhány német autógyártó, hogy de hát a határértékek szűrő nélkül is betarthatók (és így pár száz euróval olcsóbb lehet a tizenötmillás, böszme limuzin), rövid idő után egyszerűen ciki lett füstcsíkot húzni. Hálásak vagyunk azért Önöknek, hogy ma Európában magára valamit is adó autógyár nem mer piacra dobni dízelautót részecskeszűrő nélkül. A folyamatot újabban csak tovább gyorsítják az olyan rendelkezések, mint a nyugati szomszédunknál tavaly decemberben bevezetettek. Ezek szerint adott légszennyezettségi határérték túllépésekor a részecskeszűrő nélküli dízelek bizonyos zónákba-városokba nem hajthatnak be (hacsak nem szállítanak legalább egy-két utast).

Maga az ötlet legalább 25 éves és pofonegyszerű: ha már nem tudjuk elkerülni a korom keletkezését, tegyünk a kipufogócsőbe egy szűrőt. Nyugodtan ki lehet próbálni papírzsepivel, -törlővel, mint a reklámokban. Az egyik próbálkozó előremegy, üresben nyom két-három kövéret, a másik meg hátul, a rögtönzött szűrővel a kezében csodálkozik, hogy nem is olyan kevés az a korom, ami egy korszerű, de szűrő nélküli autóból kijön. Egy jó szűrőben pár száz kilométer alatt 2-5 deka korom gyűlik össze. Mondjuk néhány szelet párizsi. Hetente. Autónként. Tessék már felszorozni!

A részecskeszűrők fajtái

A gyári szűrők általában a katalizátorokban használatoshoz hasonló kerámiatestek, hosszúkás, négyzet keresztmetszetű csatornáinak elejét és végét felváltva lezárják. A kipufogógáz tehát bemegy a csatornába, de kijönni csak egy másikon tud. Így a gázoknak mindenképpen át kell haladniuk a kerámiatest porózus falán, közben a koromrészecskék fennakadnak rajta. Ezek úgynevezett zárt szűrők; nagyon jó hatásfokkal (>95%) az összes gázt megszűrik. Ez jó. De ha semmit sem teszünk ellene, a lerakódó korom miatt akár néhány száz kilométer után teljesen eltömődnek.

Elsősorban utólagos beszereléshez készülnek nyitott vagy csapda jellegű szűrők, kerámia helyett gyakran fémből. Ezeknél speciális lamellák kényszerítik örvénylésre a kipufogógázt, amitől a koromrészecskék egy része lerakódik. Itt tehát füstpamacs is van, rák is van, csak kevesebb. Viszont biztosan nincs gond az eltömődéssel, és a motorelektronikát sem kell piszkálni.

Kívülről a részecskeszűrőt nem könnyű megkülönböztetni egy mezei katalizátortól. A csőbe belenézve persze jól látszik a lezárt és nyitott csatornák alkotta sakktáblaszerű mintázat, egy használt szűrőnél jó esetben az egyik oldal koromfekete, a másik szép tiszta. Legalább nem kell sokat töprengeni, hogyan kell visszarakni. Ha nincs kedvünk kiszerelni a szűrőt, akkor is találunk árulkodó nyomokat: mindenféle csövek és szenzorok csatlakoznak hozzá, ezekkel később részletesen foglalkozunk.

Zárt rendszereknél az egyik nagy feladat annak meghatározása, hogy mikor van tele a szűrő, a másik a lerakódott korom eltávolítása, a regeneráció.

A koromkibocsátás erősen függ az útvonaltól, a vezetési stílusunktól, meg mindenféle hőmérsékleti tényezőtől. Az egyik módszer szerint a motorvezérlő azokat az időket méri, amiket a motor a különböző üzemállapotokban eltölt (alapjárat, teljes gáz, különböző részterhelések, hidegindítás), ebből próbálja kitalálni, körülbelül mennyi korom lehet a szűrőben.

A másik módszer legalább első ránézésre precízebbnek tűnik: a kipufogórendszerben a szűrő előtt és után mérhető gáznyomások különbségéből számítják a lerakódott anyagmennyiséget. Minél nagyobb a nyomásesés, annál több a korom. (Két vékony fémcsövecskének tehát már megvan a funkciója: a forró kipufogórendszertől és a sós latyaktól biztos távolságban, gyakran a motortérben elhelyezett nyomáskülönbség-szenzorhoz vezetnek.)

A mérés annál pontosabb, minél jobban húzatjuk a motort és tapossuk a gázt, de hát egyetlen autógyár sem teheti kötelezővé minden vásárlójának, hogy hétfőn, szerdán és pénteken padlógázzal közlekedjen, mert épp mérés van. A legtöbb gyártó ezért a két módszer valamilyen kombinációját használja, és hónapokig tartó mérésekkel, a modellek finomhangolásával próbálják minél pontosabban megbecsülni a korom mennyiségét. Ha tehát valahol olyan emberekkel találkoznának, akik nagy műgonddal próbálják egy tízkilós, patikamérlegen billegő katalizátorszerűség tömegét grammnyi pontossággal meghatározni, legalábbis megvan rá az esély, hogy nem a bolondok házából, hanem valamelyik autógyárból szöktek el.

A szűrő tehát előbb-utóbb megtelik. A hivatalos adatlapokon szereplő, akár 1000 km-es intervallumok elérhetők az automatikus ürítések között, ez nem kérdés. Kedvezőtlen körülmények között, szélsőségesen idióta vezetési stílusban viszont akár 1-200 km alatt telepakolható a filter. Nyilván lesz olyan, aki a teljesítménynövelés katalizátoros autóknál bevált, kifinomult, jó magyar módszerével próbálkozik ("áttolom rajt' a pajszert, oszt' kész"). Rá bizonyosan hibalámpa és hibakódok tömkelege vár, hiszen a nyomáskülönbség-szenzor jeléből a motorvezérlő nagyon hamar kisakkozza, hogy ezért vagy azért megsérült a szűrő, és nem tudja ellátni a feladatát.

A rövid bevezető után, most a részecskeszűrő regenerációjának európaibb formáival, valamint az ilyen autók használatával, kezelésével, karbantartásával foglalkozunk részletesen.

A szűrőben felhalmozódott korom nagyrészt szénből és szénhidrogénekből áll. A legegyszerűb ötlet: égessük el! De jó ötlet az autós lángszóró?

A szűrőt valami elegáns módszerrel kéne regenerálni, azaz megszabadítani a néhány száz kilométer alatt lerakódott koromtól. Megállásról, szervizről, cseréről szó sem lehet. Lehetőleg fel se tűnjön senkinek: tehát az autó menettulajdonságai vagy például a motor hangja ne változzanak, és essünk túl rajta útközben, gyorsan, és mindenek előtt olcsón. Mint látni fogjuk, ezen feltételek közül nem mindegyiket sikerül maradéktalanul teljesíteni.

A koromról tudjuk, hogy szénből, illetve szénhidrogénekből áll, így első körben jó ötletnek tűnik az elégetése. Mi is kell még az égéshez? Oxigén és meleg. A jó hír, hogy a dízelmotor szinte mindig légfelesleggel üzemel, tehát a kipufogógáz tartalmaz több-kevesebb oxigént is, így azzal nem kell túl sokat vacakolni. Ráadásul a levegő mennyisége, így az égés sebessége a turbó és a fojtószelep állításával kitűnően szabályozható.

Azt is mindenki tudja, hogy a kipufogó meleg, de sajnos nem eléggé. A korom 550-600 fok körül kezd el égni, de ilyen forróság legföljebb hosszú német autópályákon, ólomlábú vezetők közelében uralkodik. Normális városi forgalomban vagy 120-as tempóban a 2-300 fok a jellemző. És itt kezdődnek a problémák, meg a trükkösnél trükkösebb megoldások.

A részecskeszűrő bevezetésében kétségkívül úttörő szerepet játszó francia autógyártók biztosra mentek. Az égés beindításához nemcsak a kipufogógáz hőmérsékletét emelték meg, hanem a korom gyulladási hőmérsékletét is csökkentették. Ehhez egy speciális adalékanyagot kevertek az üzemanyaghoz, aminek hatására a lerakódó korom már 450 fok körül égni kezd. A pár literes adaléktartályt elég a szervizek alkalmával újratölteni, így pluszgondot nem, legföljebb pluszköltséget (és hibaforrást) jelent. Még egy rossz hír, hogy maga az adalékanyag nem ég el maradéktalanul, a visszamaradó, és a szűrőben lerakódó hamut így időnként mosással kell eltávolítani. Nem csoda, ha jelenleg a legtöbb autógyár az adalékanyag nélküli megoldásokat favorizálja.

A kipufogógáz hőmérsékletének növelésére a legalkalmasabb eszköz a lángszóró. Miért is ne szereljünk egy plusz befecskendező szelepet a kipufogóba? A bespriccelt anyagot aztán valahogy meggyújtjuk, és simán lepörköljük a kormot a szűrőről.

Azért ne, mert a szelep elkormolódik, besül, tömítetlen lesz, és az álmoskönyvek szerint a forró kipufogó mellett csöpögő üzemanyag rossz jel. Mindezek ellenére tovább folynak az ez irányú fejlesztések, bár a legtöbb autógyár egy brilliáns(nak tűnő) ötlettel megspórolja a többletszelepet és az ezzel járó macerákat. Hiszen ott egy csomó befecskendező szelep a hengerfejben. Miután bespricceltük a gázolajat, és lezajlott az égés, nyissuk csak ki őket újra! Ezzel üzemanyag kerül a most már viszonylag hideg hengerbe, ami nem ég el, hanem a dugattyú szépen kitolja a kipufogószelepeken, és így a legjobb úton halad a részecskeszűrő felé. Már csak meg kéne gyújtani. Vagy tán még azt sem: hiszen közvetlenül a szűrő előtt ott van még a katalizátor.

Annyira közvetlenül, hogy sok gyártó közös házba építi a katalizátort a részecskeszűrővel. Ezt nem kizárólag az üzembentartó bosszantására teszik, bár nem is akarom tudni, mennyibe kerül egy ilyen az alkatrészboltban. Valószínűleg elfogadnám az árát havi fizetésnek. A katalizátor eredetileg azért került a kipufogórendszerbe, hogy az égés során visszamaradt szénhidrogéneket és szén-monoxidot (viszonylag) ártalmatlan szén-dioxiddá és vízzé oxidálja. Az utóbefecskendezéssel a kipufogóba juttatott üzemanyag viszont tömény szénhidrogén, tehát a katalizátor annak rendje és módja szerint oxidálja, azaz elégeti, miközben jelentős hő szabadul fel.

A gázhőmérséklet akár 200 fokkal is megemelkedhet, ami már rendszerint elég a korom begyújtásához. A zárt szűrőt tehát sohasem a katalizátor helyett, hanem mindig azzal együtt alkalmazzák. A motortól, illetve az így megerőszakolt katalizátortól való minél kisebb távolság döntő jelentőségű a megfelelő hőmérséklet elérésében. Sok gyártó küszködik azonban helyproblémákkal a padlólemez alatt. Alapszabály: minél messzebb került a szűrő a motortól és a katalizátortól, annál nagyobb eséllyel találkozhatunk regenerációs problémákkal és eldugult szűrőkkel.

A legnagyobb probléma a városban tötyörgő autókkal van. Alapjáraton vagy lépésben haladva annyira kevés üzemanyagot égetnek el, hogy a teljes kipufogórendszer kihűl, beleértve a katalizátort is. A hideg katalizátor pedig nem oxidál semmit se, tehát nem is melegszik. A kérdés: hogyan égessünk el több üzemanyagot, ha egyszer a sofőr nem nyomja a gázt?

Évtizedek óta azon izzadnak a fejlesztőmérnökök, hogyan lehet minél kevesebbet fogyasztó, jobb hatásfokú motorokat tervezni. És most eljött a pillanat. Mondhatni a rendszerváltás. Az új jelszó: rontsuk a hatásfokot! Fecskendezzünk be az optimális időponttól lehető legtávolabb! Csukjuk be a fojtószelepet, hadd szívjon az a motor! Sőt kapcsoljuk be a klímát, az izzítógyertyát és a hátsó ablak fűtését is. Mindent, amitől rosszabbul megy, és többet fogyaszt a motor. És lőn. A fogyasztás (és így a hőmérséklet) pillanatok alatt másfélszeresére emelkedik.

Utóbefecskendezésekkel a duplájára. A korom pedig ég, mint a Reichstag. A folyamatot a motorvezérlő elektronika koordinálja a nyomáskülönbség-szenzor és egy vagy gyakrabban két hőmérő szonda jeleit figyelve, és megpróbálja a szűrő hőmérsékletét az optimális 600-650 fokos sávban tartani függetlenül attól, hogyan vezetünk. A regeneráció hosszát az szabja meg, hogy ez milyen jól sikerül: általában 15-30 perc alatt kiürül a szűrő, és kezdődhet minden elölről.

De vajon honnan tudjuk, hogy autónk épp regenerál? Az autógyártók válasza: semmi közöd hozzá. Így néhány teherautótól és exkavátortól eltekintve nem jelzik a vezetőnek, hogy most épp történik valami, sőt mindent megtesznek azért, hogy eltüntessék a nyomokat, és a dologból semmit se vegyünk észre.

De vannak árulkodó jelek. A regeneráció ki- és bekapcsolásakor fellépő apró rángatást nagyon nehéz észrevenni, hiszen alig több, mint amikor a klímát bekapcsoljuk, vagy az automata váltót N-ből D-be toljuk. Ennél feltűnőbb, hogy megváltozik a motor hangja: csendesebb, mélyebb, igazából kellemesebb lesz, mert a későbbre tolt befecskendezéstől csökken a kemény, kopogó dízelzaj. Aztán meleg lesz. Elsősorban télen, városban feltűnő, hogy az utastér sokkal hamarabb felmelegszik.

Lehúzott ablakoknál viszont minden évszakban érezhető a forró, olajos vas jellegzetes, összetéveszthetetlen szaga. Mintha kétszázzal csapattunk volna a sztrádán, pedig csak harminccal pattogunk a fekvőrendőrökön. A legárulkodóbb mégis a fedélzeti számítógép. A kijelzőt fél szemmel figyelve ha a pillanatnyi fogyasztás látszólag minden ok nélkül a duplájára nő, a hatótáv pedig felére csökken, biztosak lehetünk benne, hogy épp regenerálunk.

A részecskeszűrő helyes használata

Aki pedig mindezen átrágta magát, most már tényleg megérdemli, hogy valami használható infót is kapjon a kezébe. Tehát mit tegyünk és mit ne a részecskeszűrős autónkkal?

1. Cseréljünk olajat! Minden színes prospektus mélyen hallgat arról a tényről, hogy az utóbefecskendezések miatt a hengerfalra kerülő üzemanyag nagyon kis része bizony átszivárog a dugattyúgyűrűkön, és az olajba jutva rontja annak minőségét. A tulaj a nívópálcát nézegetve feszül a büszkeségtől, hogy autója egy gramm olajat sem fogyaszt, közben a kenőanyag helyett dízel lötyög a karterben. Az olajcsere-periódus hivatalos rövidítése marketingszempontból elfogadhatatlan, de ha jót akarunk a motornak, cseréljünk valamivel gyakrabban!
2. Korábban megírtuk, hogy a turbónak mennyire árt az eldugult légszűrő. De a túl kevés fojtás sem jó. A regenerációs program beállításakor számításba veszik a tiszta légszűrő fojtó hatását. Más típusú betét, esetleg sportlégszűrő beépítésekor a csökkenő fojtás alacsony hőmérséklethez, vagy akár fojtószelep- és légnyelésmérő-hibakódhoz is vezethet anélkül, hogy bármi elromlott volna. Ne piszkáljuk a légszűrőt!
3. Padlógázas indulás » nagy füstfelhő » sok lerakódott korom » gyakori regeneráció » magasabb fogyasztás » hígabb olaj. Érzéssel (nem feltétlenül nagypapásan) kezelt gázpedállal mindebből kevesebb is elég. A füstölés szempontjából nem a lenyomás mértéke, hanem a sebessége a döntő.
4. Ha városban csak rövid, néhány kilométeres utakra használjuk az autót, gondoljunk arra, hogy valamikor regenerálni is kell. 50-60 foknál hidegebb motor mellett neki sem áll a vezérlő, és ehhez képest 15-30 perc. Az eszetlen padlógáz-padlófékezés teljesen hatástalan: padlógáznál nincs utóbefecskendezés, fékezéskor meg újra kihűl az egész. Viszonylag folyamatos tempóban autózott fél órára van szükség, és ebből a szempontból mindegy, hogy 50, 100 vagy 120 km/h a sebesség. Legalább 500 km-enként tehát látogassuk meg a nagymamát, vagy autózzunk ki a város szélére virágot szedni.
5. Ha valami gond van, vegyük komolyan a hibalámpát. Az első figyelmeztető jelzésre próbálkozzunk az előző pontban leírtakkal. Ha nem segít, vagy már szükségüzemben van az autó, azonnal keressük fel a szervizt. Sok alkatrész hibája tiltja ugyanis a regenerációt, a szűrő meg csak telik, telik. Nem is a fojtás a legnagyobb baj, hanem a túl sok lerakódott korom miatt kontrollálhatatlanná válhat, sőt spontán is beindulhat a regeneráció, ami a kerámiatest repedéséhez, vagy akár megolvadásához, és csak súlyos százezrekben mérhető kiadásokhoz vezet. A szervizteszterrel álló helyzetben végzett, speciális, kíméletes regenerációval az enyhén túltöltött szűrő gyakran még menthető.
6. 150-200 000 kilométer után érezhetően csökken a regenerációs intervallum. Ennek oka az évek óta gyűlő és a szűrőben lerakódó éghetetlen salakanyagok és hamu. Ne essünk pánikba, megfelelő mosóberendezéssel a szűrő tisztítható és még hosszú ideig használható.