Silniki benzynowe potrzebują filtrów cząstek stałych!

Nowoczesne benzyniaki z bezpośrednim wtryskiem emitują więcej cząstek stałych od silników wysokoprężnych wyposażonych w filtry. Prawo na razie im na to pozwala! Mercedes przyznał niedawno, że od 2014 roku w modelu S 500 seryjnie montowany jest filtr cząstek stałych.

Czyżbyśmy przeoczyli, że aktualna „pięćsetka” ma diesla pod maską? Ależ skąd – S 500 jest napędzany jednostką benzynową o pojemności 4,6 litra, z bezpośrednim wtryskiem, osiągającą moc 455 KM. Bez filtra ten silnik miałby naprawdę poważny problem z emisją cząstek stałych! Żeby spełnić wymagania przyszłej normy Euro 6c, która ma zacząć obowiązywać z końcem 2017 roku, firmy Volkswagen i Mercedes ogłosiły, że w przyszłości wszystkie modele z silnikami benzynowymi zostaną wyposażone w filtry cząstek stałych. „Pięćsetka” to w tym przypadku tak naprawdę małoseryjny prototyp służący do badania tego rozwiązania w warunkach rzeczywistych.

Po co w ogóle filtry w benzyniakach? Żeby to wyjaśnić, musimy nieco cofnąć się w czasie. Do lat 90. XX w. sadza w spalinach była znakiem rozpoznawczym silników Diesla. Nikogo nie dziwiły czarne obłoki unoszące się z wydechów klekoczących aut. To zaczęło się zmieniać mniej więcej 15 lat temu, kiedy na rynku pojawiły się pierwsze diesle z filtrami cząstek stałych, wprowadzane najpierw przez koncern PSA.

Od 2006 r. norma Euro 4 wymusiła stosowanie filtrów w większości większych diesli, przy obecnie obowiązującej normie Euro 6 nawet małe silniki wysokoprężne w zasadzie muszą być wyposażone w układ odfiltrowujący sadzę ze spalin. Mogłoby się wydawać, że problem z sadzą w spalinach mamy więc w zasadzie z głowy, gdyby nie...rzekomo ekologiczne benzyniaki z bezpośrednim wtryskiem. Ta technologia rzeczywiście pozwala zaoszczędzić nawet do 25 proc. paliwa, ale ma też pewną wadę, o której koncerny motoryzacyjne mówią niechętnie.

W przypadku takiej formy wtrysku paliwo nie jest aż tak równomiernie wymieszane z powietrzem jak przy wtrysku pośrednim. Efekt? Przy nie do końca homogenicznej mieszance paliwowo-powietrznej podczas spalania muszą powstawać drobinki sadzy. Im wyższe ciśnienie wtrysku (w nowoczesnych benzyniakach to ok. 200 barów), tym drobniejsze cząstki stałe. Wbrew pozorom to wcale nie zaleta – ciężkie, wielkie cząstki sadzy, jak w starych kopcących dieslach, nie są wcale tak niebezpieczne – niemal od razu opadają i wcale nie tak łatwo wnikają do organizmu.

Im mniejsze są cząsteczki sadzy, tym bardziej niebezpieczne. Te emitowane przez nowoczesne benzyniaki mają rozmiary mierzone w nanometrach (1 nm to 0,000 000 001 metra), przez co z łatwością przenikają do pęcherzyków płucnych, pokonują błony komórkowe, wywołują m.in. poważne schorzenia układu krążenia.

Organizacje ekologiczne od dawna ostrzegają przed zagrożeniem wynikającym z najmniejszych cząstek stałych. Również Unia Europejska dostrzegła już dawno potrzebę podjęcia odpowiednich działań, ale... Według obowiązującej od 2015 roku normy Euro 6b, silniki benzynowe mogą emitować 10 razy więcej cząstek stałych niż diesle! Lobbyści koncernów motoryzacyjnych załatwili, że zrównanie norm dla silników iskrowych i wysokoprężnych nastąpi dopiero w 2018 roku, do tego czasu „ekologiczne” silniki mogą nas truć zupełnie bezkarnie!

Dla większości aktualnie produkowanych aut z silnikami benzynowymi z bezpośrednim wtryskiem nowa norma stanowi barierę nie do pokonania. W prezentowanym teście została zastosowana nieco inna metodologia niż przy badaniach homologacyjnych według normy Euro. Nie mierzono emisji cząstek stałych w przeliczeniu na kilometr, ale ich stężenie w spalinach.

To, że producenci przejmują się tylko tymi emisjami, z których są rozliczani, widać już na pierwszy rzut oka. Nawet „najczystszy” spośród przetestowanych benzyniaków, czyli Mercedes S 500, emituje więcej cząstek stałych od wyposażonego w silnik Diesla Citroëna Cactusa BlueHDI. Ma on tak rozbudowany system filtrowania spalin, że, nieco przesadzając, można się pokusić o stwierdzenie, że w zatłoczonych miastach mógłby on służyć jako filtr powietrza – w jego spalinach jest mniej sadzy niż w zasysanym powietrzu.

Oczywiście, tak dzieje się tylko wtedy, gdy układ działa w optymalnych warunkach. Niewielkie ilości cząstek stałych wykryliśmy w spalinach Hyundaia I10 z silnikiem z wtryskiem pośrednim – czego się można było spodziewać. Negatywnymi bohaterami tego zestawienia okazały się przede wszystkim Ford Mondeo z silnikiem 1.5 Ecoboost oraz VW Golf 1.4 TSI (o przebiegu ponad 200 tys. km). Auto, które ma „eco” w nazwie, emitowało spaliny zawierające niespełna 1,8 mln cząstek stałych na cm3! Gdyby to był diesel, nie zostałby dopuszczony do ruchu, jako benzyniak nie dość, że jeździ bezkarnie, to może być wpuszczany nawet do tzw. stref ekologicznych, bo przecież oficjalnie spełnia najostrzejsze aktualne normy emisyjne.

W Polsce na razie tylko nieliczni posiadacze aut interesują się tym, co znajduje się w spalinach ich aut. W innych krajach bywa inaczej – i nie chodzi tu tylko o świadomość ekologiczną, ale również o względy praktyczne – po prostu może się tam zdarzyć, że np. już wkrótce auta z silnikami benzynowymi bez filtra nie będą wpuszczane do centrów miast, tak jak teraz dzieje się to z dieslami bez najbardziej zaawansowanych układów oczyszczania spalin.

Niewykluczone, że nowe wymagania zakończą trend do downsizingu – małe, wysilone, turbodoładowane jednostki w testach w warunkach drogowych mają problemy ze składem spalin.

Jak wykonano pomiary?

Inaczej niż w przypadku standardowych badań homologacyjnych, w tym przypadku mierzono stężenie cząstek stałych na cm3, a nie ich emisję w przeliczeniu na przejechany kilometr. Testy odbywały się na hamowni, auta poddawane były za każdym razem temu samemu, zunifikowanemu cyklowi pomiarowemu trwającemu 6 minut i obejmującemu jazdę z prędkościami między 30 a 60 km/h.

Do wykonania pomiarów użyte zostało urządzenie NPET 3795 firmy TSI. Zapewnia ono możliwość pomiarów emisji cząstek o rozmiarach od 23 nanometrów do 2,5 mikrometrów. Cząstki stałe emitowane przez silniki benzynowe z bezpośrednim wtryskiem są co do zasady znacznie mniejsze od tych, jakie znajdują się w spalinach diesli bez układów DPF. Większość z nich ma rozmiary poniżej 80 nanometrów.

Przed rozpoczęciem badania zmierzone zostało stężenie cząstek stałych w otaczającym powietrzu, które w tym przypadku wynosiło ok. 5500 cząstek na cm3 – to wynik niższy od tego, jaki można zmierzyć np. w centrach zakorkowanych miast. Ciekawostka: pod względem zawartości cząstek stałych spaliny diesla z filtrem z Citroëna Cactusa BlueHDI okazały się znacznie czystsze od „tła”.

Komentarze producentów do wyników pomiarów

Ford nieustannie pracuje nad rozwiązaniami, które optymalizują emisję cząstek stałych silników Diesla oraz silników benzynowych z bezpośrednim wtryskiem paliwa (czyli jednostek należących do naszej wielokrotnie nagradzanej rodziny silników Ford EcoBoost). W tym kontekście chodzi również o temat filtrów cząstek stałych. W zależności od modelu, prawdopodobnie od końca 2017 roku, wyposażymy nasze silniki benzynowe z bezpośrednim wtryskiem w filtry cząstek stałych”.

Mazda MX-5 Skyactiv G-131 spełnia wymagania obowiązującej normy Euro 6, oczywiście również w kwestii dopuszczalnej przez przepisy emisji cząstek stałych. Samochody marki Mazda będą zgodne również z przyszłymi normami emisji spalin dotyczącymi emisji cząstek stałych przez silniki benzynowe. Co do zasady Mazda dąży do optymalizacji procesu spalania, co już w przypadku aktualnej generacji silników Skyactiv doprowadziło do poprawy wydajności przy jednoczesnym zmniejszeniu szkodliwych emisji.

Tego, czy spełnienie przyszłych norm dotyczących emisji cząstek stałych będzie wymagało od nas stosowania filtrów cząstek stałych, niestety nie możemy jeszcze zakomunikować”.

Volkswagen: ”Prosimy o wyrozumiałość, ale nie możemy na odległość skomentować wyników uzyskanych za pomocą nieznanego nam systemu, który nie dostarcza danych emisyjnych w odniesieniu do przebytej drogi. Bez analizy pojazdu i wiedzy dotyczącej parametrów pomiaru oraz parametrów pracy silnika nie możemy zrobić tego w sposób poważny. W tym kontekście chcemy raz jeszcze przypomnieć, że nasze silniki TSI wielokrotnie były badane przez niezależne organizacje konsumenckie, które stwierdzały, że uzyskiwane przez nie wyniki w testach emisji spalin są doskonałe”.

Naszym zdaniem:

Producenci aut często chwalą się tym, jak bardzo zależy im na ochronie środowiska. Większość tych deklaracji to ściema – tam, gdzie prawo ich do tego nie zmusza, nie wydają pieniędzy na rozwiązania, które rzeczywiście ograniczyłyby emisję toksycznych związków. Liczy się przede wszystkim to, czy auta są zgodne z normami. Czy trują? To już mniej ważne!