Partikelfilter

emner:

generelt
Oprindelse af sodpartikler
Betjening af et partikelfilter
Selvgenererende partikelfilter
Halvåbent partikelfilter
Udstødningsgasser fra en dieselmotor

overordnet:
Et partikelfilter bruges på dieselmotorer. Formålet med et partikelfilter er at lade udstødningsgasserne passere og tilbageholde sodpartiklerne. I dag er hver dieselmotor i en ny bil udstyret med et partikelfilter for at opfylde strenge miljøkrav. I nogle store byer er 'beskidte' dieselbiler uden partikelfilter og benzinbiler uden katalysator allerede forbudt at køre.

Oprindelse af sodpartikler:
Sodpartikler produceres altid under forbrændingsprocessen i en dieselmotor. Sod er et tegn på ufuldstændig forbrænding. Sodpartikler er små kulstofkugler med en kerne af rent kulstof, med en diameter på cirka 0,05 mikromillimeter. Visse skadelige stoffer, herunder kulbrinter, svovl og metaloxider, klæber til kernen af dette kulstof. Nogle kulbrinter kan være sundhedsskadelige.
Dannelsen og mængden af sodpartikler afhænger hovedsageligt af brug, lufttilførsel, indsprøjtning og forbrænding af motoren. Især når der er mangel på ilt, øges sodemissionen, fordi blandingen er for rig, og derfor er forbrændingen ufuldstændig. Chiptuning kan også være en årsag til overdreven sodemission.
Dimensionerne af sodpartiklerne er stort set de samme i dieselmotorer med indirekte indsprøjtning med hvirvelkammer, direkte indsprøjtning, common rail og enhedsinjektormotorer.

Betjening af et partikelfilter:
Partikelfilteret består af en honeycomb-formet keramisk krop lavet af siliciumcarbid anbragt i et metalhus. Den keramiske krop består af mange parallelle, mikroskopiske passager, som skiftevis er lukket på den ene side.
Når udstødningsgasserne strømmer gennem partikelfilteret, tilbageholdes partiklerne i indgangskanalerne, mens de øvrige gasformige komponenter i udstødningsgassen passerer gennem filterets porøse vægge.

Selvgenererende partikelfilter:
Et selvgenererende partikelfilter blokerer ca. 90 % af al sod, der udsendes af motoren. Fordi mange sodpartikler forbliver i det selvgenererende partikelfilter efter et stykke tid, ville det blive tilstoppet uden foranstaltninger. For at forhindre dette skal filteret regenereres regelmæssigt (hver 200-1000 km). Dette kaldes "regenereringsprocessen". Det betyder, at de ophobede sodpartikler forbrændes. Ved forbrænding omdannes partiklerne til de harmløse stoffer kuldioxid og vand. Sodpartiklernes forbrændingstemperatur er mindst 600ºC for partikelfiltre uden katalytisk belægning, men udstødningsgasserne er ofte ikke varme nok til dette. For at forbrænde sodpartiklerne kan følgende metoder bruges:

Partikelfilter med katalytisk belægning:
Denne type partikelfilter har en katalytisk belægning, som gør det muligt at brænde sodpartiklerne ved en temperatur på 250ºC. Dog skal partikelfilteret placeres så tæt på motoren som muligt, ellers går der meget varme tabt. Denne regenereringsmetode bruges blandt andet til halvåbne og kontinuerligt regenererende partikelfiltre.
Brug en oxidationskatalysator: Med en oxidationskatalysator omdannes nitrogenoxiderne i udstødningsgasserne delvist til nitrogendioxid. Denne nitrogendioxid er meget reaktiv, hvilket betyder, at soden antændes meget lettere og derfor ved en lavere temperatur. Oxidationskatalysatoren placeres derfor altid før partikelfilteret, normalt også umiddelbart efter udstødningsmanifolden. Nogle gange er endda 2 af disse katalysatorer installeret. (se billedet)
Ekstern opvarmning: Ved at placere en glødespiral eller brændstofinjektor i udstødningen er det muligt at nå den nødvendige temperatur til at antænde sodpartiklerne. Dette styres via motorstyringsenheden. Dette registrerer værdierne fra differenstryksensorerne, der før og efter filteret måler, at partikelfilteret begynder at blive fyldt.
Ekstra brændstofindsprøjtning: Ved at tilføre ekstra brændstof til dyserne under udstødningsslaget, øges udstødningsgassens temperatur, hvilket kan opnå regenerering.

Halvåbent partikelfilter:
Halvåbne partikelfiltre er designet til biler, der ikke er udstyret med partikelfilter som standard. Denne type partikelfilter monteres derfor efterfølgende. Antallet af halvåbne partikelfiltre bliver færre og færre, fordi alle nye biler nu er udstyret med et partikelfilter som standard.

Halvåbne partikelfiltre har en åben struktur, der tillader udstødningsgasserne at strømme uhindret gennem filteret. Nogle af sodpartiklerne klæber til væggene. Filteret har en katalytisk belægning på indersiden, som gør det muligt at regenerere (brænde) sodpartiklerne ved lave temperaturer. Regenerering sker kontinuerligt ved høj temperatur. Risikoen for at filteret bliver tilstoppet er lille, forudsat at filteret varmes op i ny og næ. Den store ulempe er, at emissionerne kun kan reduceres med maksimalt 60% under optimale forhold, og emissioner under mindre optimale forhold, hvilket ofte er tilfældet ved normal brug, kun kan reduceres med 30%.

Udstødningsgasser fra en dieselmotor:
På billedet til højre og forklaringen nedenfor kan du se, hvad en dieselmotors udstødningsgasser består af.

67 % nitrogen (N2)
12 % kuldioxid (CO2)
11 % vand (H2O)
10% ilt
0,3 % andre stoffer, herunder sodpartikler (PM), kulbrinter (HC), nitrogenoxider (NOx), kulilte (CO).

For at reducere NOx-emissionerne bruger dieselmotorer i stigende grad en sådan SCR katalysator med et AdBlue doseringssystem.