Filtr GPF (OPF): co to jest i czym różni się od DPF
Filtr GPF (ang. gasoline particulate filter, w literaturze niemieckiej OPF, Ottopartikelfilter) to filtr cząstek stałych montowany w wydechu samochodów benzynowych, przede wszystkim z wtryskiem bezpośrednim. Działa jak filtr DPF w dieslu: zatrzymuje sadzę w ściankach ceramicznego wkładu i wypala ją podczas jazdy. Pojawił się, bo norma Euro 6 objęła benzynowe silniki z wtryskiem bezpośrednim limitem liczby cząstek, takim samym jak dla diesli.
Co to jest filtr GPF i jak działa
GPF korzysta z tej samej konstrukcji co DPF: wkład ma kanały zamknięte na przemian na wlocie i wylocie, więc spaliny muszą przejść przez porowatą ściankę, a cząstki zostają w jej porach i na powierzchni. DieselNet opisuje GPF jako technologię opartą na filtrach DPF, opracowaną dla silników z wtryskiem bezpośrednim (GDI); nazwy GPF, OPF i PPF oznaczają to samo urządzenie (DieselNet, Gasoline Particulate Filters).
Filtr nie zastępuje katalizatora: katalizator przetwarza gazy, filtr zatrzymuje cząstki. Jak działa katalizator, wyjaśnia artykuł o zasadzie działania katalizatora.
Skąd się wziął GPF: limit liczby cząstek w Euro 6
Rozporządzenie Komisji (UE) nr 459/2012 wprowadziło dla samochodów benzynowych z wtryskiem bezpośrednim limit liczby cząstek stałych (PN). W motywie 8 Komisja zapowiada podejście dwustopniowe, w którym w drugim etapie wartości dopuszczalne liczby cząstek z diesli Euro 6 będą stosowane także do benzynowych silników z wtryskiem bezpośrednim. W motywie 7 wprost wymienia filtry GPF jako technologię, która może stać się dostępna po rozsądnej cenie. Silniki z wtryskiem do kolektora dolotowego zostały pominięte, bo według motywu 5 ich emisja cząstek jest niska.
Limit wynosi 6,0 × 1011 cząstek na kilometr. Przez trzy lata od dat obowiązywania Euro 6 producent mógł stosować łagodniejszą wartość 6 × 1012/km (art. 10 ust. 7 rozporządzenia 715/2007 dodany przez 459/2012). Dla samochodów osobowych te daty to 1 września 2014 r. dla nowych typów i 1 września 2015 r. dla wszystkich nowych pojazdów (art. 10 ust. 4 i 5 rozporządzenia 715/2007). Z tego wynika, że docelowy limit objął nowe typy od września 2017 r., a wszystkie nowe auta osobowe od września 2018 r. (to rachunek redakcji z dat w przepisach). DieselNet potwierdza wrzesień 2017 r. dla nowych typów (DieselNet, Gasoline Particulate Filters), a w zestawieniu norm UE dodaje, że od etapu Euro 6d-TEMP liczbę cząstek mierzy się także w jeździe drogowej (RDE) z tymczasowym współczynnikiem zgodności 1,5 (DieselNet, normy UE).
Przepis nie nakazuje filtra, tylko limit; według DieselNet część silników może go spełnić zmianami w procesie spalania. Dlatego nie każdy benzynowy samochód z tych lat ma GPF.
GPF a DPF: najważniejsze różnice
Konstrukcja jest podobna, ale warunki pracy inne. Zestawienie opiera się na podsumowaniu technicznym AECC, stowarzyszenia europejskich firm produkujących technologie ograniczania emisji (AECC, Gasoline Particulate Filter, 2017), oraz na opisach DieselNet. Kolumna DPF powtarza ustalenia z artykułu katalizator a DPF (Johnson Matthey, DieselNet; link pod tabelą) albo jest odwrotnością danych AECC o GPF (ilość sadzy, częstość wypalania).
| GPF (benzyna) | DPF (diesel) | |
|---|---|---|
| Ilość sadzy | mniejsza: silnik benzynowy w typowej jeździe emituje mniej sadzy (AECC) | większa, filtr szybciej się zapełnia |
| Temperatura pracy | wyższa; AECC pisze, że GPF pracuje w wyższej temperaturze niż DPF | niższa niż w GPF |
| Regeneracja bierna | zachodzi łatwiej dzięki wyższej temperaturze (AECC); wniosek redakcji z danych AECC poniżej: ogranicza ją mała ilość tlenu w spalinach | głównie dzięki dwutlenkowi azotu z katalizatora utleniającego |
| Regeneracja czynna | potrzebna jako wsparcie przy jeździe w niskiej temperaturze (DieselNet) | sterownik regularnie podnosi temperaturę spalin, by wypalić sadzę |
| Częstość wypalania | rzadziej (AECC) | częściej |
| Powłoka katalityczna | bez powłoki albo z powłoką katalizatora trójfunkcyjnego (TWC) | bez powłoki albo filtr katalizowany (CSF) |
Rolę tlenu pokazują dane cytowane przez AECC (z pracy SAE 2015-01-1073): przy mieszance stechiometrycznej sadza w filtrze zapalała się przy temperaturze rdzenia około 650°C, a przy uboższej mieszance, z większą ilością tlenu, około 500°C. To wynik pojedynczego badania, nie wartość dla każdego auta. O filtrach w dieslu i kolejności elementów w wydechu więcej w artykule katalizator a DPF.
GPF z powłoką katalityczną (TWF, „four-way”)
Według DieselNet pierwsze GPF były zwykle niepowlekane i stały za katalizatorem trójfunkcyjnym. Z czasem zaczęto nanosić na filtr warstwę katalizatora trójfunkcyjnego; taki układ bywa nazywany katalizatorem czterodrożnym (ang. four-way catalyst). Johnson Matthey opisuje swój TWF (Three Way Filter) jako filtr GPF z powłoką katalityczną, która zwykle zawiera pallad, platynę lub rod z tlenkiem glinu i tlenkami metali ziem rzadkich (Johnson Matthey, TWF). Producent deklaruje, że TWF przetwarza gazy porównywalnie z klasycznym katalizatorem. AECC dodaje, że powłoka pozwala częściowo zastąpić objętość katalizatora, ale wiele układów Euro 6 ma dwa osobne wkłady ze względu na diagnostykę pokładową.
Czy zużyty GPF ma wartość przy sprzedaży?
Zależy od konstrukcji, więc ostrożnie z uogólnieniami. Metale szlachetne może zawierać filtr z powłoką trójfunkcyjną (np. Johnson Matthey TWF) albo zespół, w którym w jednej obudowie z filtrem siedzi katalizator. Filtr bez powłoki z założenia ich nie ma; to wniosek redakcji z budowy, nie dane producenta. Sam wygląd obudowy tego nie rozstrzyga. Wartość trzeba ustalić dla danego egzemplarza, najlepiej po numerze z obudowy: jak go odczytać, wyjaśnia tekst o wycenie katalizatora po numerze. Które metale decydują o cenie wkładu, opisuje artykuł o metalach szlachetnych w katalizatorze. Przy wymianie całego zespołu przyda się tekst o koszcie wymiany katalizatora.
Objawy zapchanego GPF i regeneracja
DieselNet zaznacza, że GPF regeneruje się biernie, ale przy jeździe w niskiej temperaturze potrzebne jest czynne wsparcie, by filtr się nie zapchał. Nasza interpretacja tego zapisu: problem dotyczy zwykle aut jeżdżących głównie na krótkich odcinkach w mieście. Objawy bywają podobne jak przy DPF: komunikat lub kontrolka filtra cząstek albo silnika, spadek mocy, tryb awaryjny. Treść komunikatów i zalecane zachowanie kierowcy zależą od modelu i opisuje je instrukcja obsługi; ta sama usterka bywa też objawem zużytego katalizatora, więc rozstrzyga diagnostyka. Jak odróżnić zużyty katalizator, opisują artykuły o objawach awarii katalizatora i o błędzie P0420.
Poza sadzą w filtrze odkłada się popiół (według wiedzy ogólnej głównie z dodatków oleju silnikowego), którego wypalanie nie usuwa. Według DieselNet popiół wpływa na działanie GPF, a w filtrze z powłoką trójfunkcyjną może zatruwać katalizator. Gdy jazda nie wystarcza, warsztat może zwykle uruchomić regenerację serwisową testerem diagnostycznym, jeśli producent ją przewiduje.
Czy można usunąć GPF?
Poniżej wykładnia redakcji, a nie cytat z przepisu ani orzeczenie. Prawo o ruchu drogowym wymaga, by pojazd nie wydzielał szkodliwych substancji w stopniu przekraczającym wielkości określone w przepisach szczegółowych (art. 66 ust. 1 pkt 3), a urządzenia zapewniające ochronę środowiska przed ujemnymi skutkami używania pojazdu były utrzymane w należytym stanie oraz działały sprawnie i skutecznie (art. 66 ust. 2). Naszym zdaniem filtr GPF jest takim urządzeniem, więc przepis przemawia przeciwko jego usunięciu i trwałemu wyłączeniu, także programowemu. Ustawa nie wymienia filtra cząstek z nazwy, a ocena konkretnego przypadku należy do organu kontroli lub sądu. Skutki przy badaniu technicznym i kontroli drogowej opisuje artykuł czy można usunąć katalizator. Instrukcji wyłączania filtra nie podajemy.
Najczęstsze pytania
Czy GPF jest problematyczny?
Z założenia mniej niż DPF: według AECC silnik benzynowy daje mniej sadzy, a filtr pracuje w wyższej temperaturze, więc wypala się łatwiej i rzadziej. Kłopoty zdarzają się według DieselNet przy jeździe w niskiej temperaturze, a naszym zdaniem zwykle przy samych krótkich trasach, gdy filtr nie ma warunków do regeneracji.
Czy trzeba wypalać GPF?
Wypalanie odbywa się głównie samo podczas jazdy, a w razie potrzeby sterownik je wspomaga. Kierowca zwykle reaguje dopiero na komunikat w aucie, zgodnie z instrukcją obsługi; regenerację serwisową przeprowadza warsztat.
Ile wytrzymuje GPF?
Jednej liczby dla wszystkich aut nie ma. AECC wymienia wśród wymagań projektowych trwałość emisyjną powyżej 160 tys. km i przytacza test, w którym układ z GPF przejechał 160 000 km. Ogólnie AECC pisze też, że skuteczność filtracji rośnie w czasie życia filtra wraz z odkładaniem się popiołu.
Czy GPF to katalizator?
Sam filtr nie, ale filtr z powłoką trójfunkcyjną (np. Johnson Matthey TWF) łączy obie funkcje. Budowę klasycznego wkładu opisuje artykuł o budowie katalizatora.
Czy każdy samochód benzynowy ma filtr GPF?
Nie. Limit liczby cząstek w Euro 6 dotyczy silników z wtryskiem bezpośrednim, a i te mogą go spełniać bez filtra. To, czy auto ma GPF, najpewniej potwierdzi dokumentacja producenta albo odczyt wyposażenia przez serwis.
Źródła
- Rozporządzenie Komisji (UE) nr 459/2012 z dnia 29 maja 2012 r. (Dz.U. UE L 142 z 1.6.2012) - motywy 5, 7 i 8, art. 1 pkt 3, załącznik I
- Rozporządzenie (WE) nr 715/2007 Parlamentu Europejskiego i Rady - art. 10 ust. 4 i 5
- Ustawa z dnia 20 czerwca 1997 r. Prawo o ruchu drogowym (Dz.U. 2024 poz. 1251 z późn. zm.) - art. 66 ust. 1 pkt 3 i ust. 2
- DieselNet - EU emission standards for cars and light trucks
- DieselNet - Gasoline Particulate Filters (W. A. Majewski, rewizja 2024.06; publicznie dostępny wstęp)
- AECC - Gasoline Particulate Filter (GPF), podsumowanie techniczne, listopad 2017
- Johnson Matthey - Three Way Filter (TWF) (deklaracja producenta)