Partikkelfilter

Emner:

Algemeen
Opprinnelsen til sotpartikler
Drift av et partikkelfilter
Selvgenererende partikkelfilter
Halvåpent partikkelfilter
Eksos fra en dieselmotor

generelle:
Et partikkelfilter brukes på dieselmotorer. Formålet med et partikkelfilter er å la avgassene passere og holde på sotpartiklene. I dag er hver dieselmotor i en ny bil utstyrt med et partikkelfilter for å møte strenge miljøkrav. I noen store byer er «skitne» dieselbiler uten partikkelfilter og bensinbiler uten katalysator allerede forbudt å kjøre.

Opprinnelse til sotpartikler:
Sotpartikler produseres alltid under forbrenningsprosessen til en dieselmotor. Sot er et tegn på ufullstendig forbrenning. Sotpartikler er små karbonkuler med en kjerne av rent karbon, med en diameter på omtrent 0,05 mikromillimeter. Visse skadelige stoffer, inkludert hydrokarboner, svovel og metalloksider, fester seg til kjernen av dette karbonet. Noen hydrokarboner kan være helseskadelige.
Dannelsen og mengden av sotpartikler avhenger hovedsakelig av bruk, lufttilførsel, injeksjon og forbrenning av motoren. Spesielt når det er mangel på oksygen, øker sotutslippene fordi blandingen er for rik og derfor er forbrenningen ufullstendig. Chiptuning kan også være en årsak til for store sotutslipp.
Dimensjonene på sotpartiklene er praktisk talt de samme i dieselmotorer med indirekte injeksjon med virvelkammer, direkte innsprøytning, common rail og enhetsinjektormotorer.

Drift av et partikkelfilter:
Partikkelfilteret består av en bikakeformet keramisk kropp laget av silisiumkarbid plassert i et metallhus. Den keramiske kroppen består av mange parallelle, mikroskopiske passasjer, som er vekselvis lukket på den ene siden.
Når avgassene strømmer gjennom partikkelfilteret, holdes partiklene tilbake i inngangskanalene, mens de andre gassformige komponentene i avgassen passerer gjennom filterets porøse vegger.

Selvgenererende partikkelfilter:
Et selvgenererende partikkelfilter blokkerer omtrent 90 % av all sot som slippes ut av motoren. Fordi mange sotpartikler forblir i det selvgenererende partikkelfilteret etter en stund, ville det bli tilstoppet uten tiltak. For å forhindre dette må filteret regenereres regelmessig (hver 200-1000 km). Dette kalles "regenereringsprosessen". Dette betyr at de oppsamlede sotpartiklene forbrennes. Ved forbrenning omdannes partiklene til de ufarlige stoffene karbondioksid og vann. Forbrenningstemperaturen til sotpartiklene er minst 600ºC for partikkelfiltre uten katalytisk belegg, men avgassene er ofte ikke varme nok til dette. For å brenne sotpartiklene kan følgende metoder brukes:

Partikkelfilter med katalytisk belegg:
Denne typen partikkelfilter har et katalytisk belegg som gjør det mulig å brenne sotpartiklene ved en temperatur på 250ºC. Partikkelfilteret må imidlertid plasseres så nær motoren som mulig, ellers går mye varme bort. Denne regenereringsmetoden brukes blant annet til halvåpne og kontinuerlig regenererende partikkelfiltre.
Bruk en oksidasjonskatalysator: Med en oksidasjonskatalysator blir nitrogenoksidene i avgassene delvis omdannet til nitrogendioksid. Dette nitrogendioksidet er veldig reaktivt, noe som gjør at soten antennes mye lettere og derfor ved lavere temperatur. Oksydasjonskatalysatoren plasseres derfor alltid foran partikkelfilteret, vanligvis også rett etter eksosmanifolden. Noen ganger er til og med 2 av disse katalysatorene installert. (se bildet)
Ekstern oppvarming: Ved å plassere en glødespiral eller drivstoffinjektor i eksosen er det mulig å oppnå nødvendig temperatur for å antenne sotpartiklene. Dette styres via motorstyringsenheten. Denne registrerer verdiene fra differansetrykksensorene som før og etter filteret måler at partikkelfilteret begynner å bli fullt.
Ekstra drivstoffinnsprøytning: Ved å tilføre ekstra drivstoff til dysene under eksosslaget øker eksostemperaturen, noe som kan oppnå regenerering.

Halvåpent partikkelfilter:
Halvåpne partikkelfiltre er designet for biler som ikke er utstyrt med partikkelfilter som standard. Denne typen partikkelfilter monteres derfor i etterkant. Antallet halvåpne partikkelfiltre blir færre og færre, fordi alle nye biler nå er utstyrt med partikkelfilter som standard.

Halvåpne partikkelfiltre har en åpen struktur som lar avgassene strømme uhindret gjennom filteret. Noen av sotpartiklene fester seg til veggene. Filteret har et katalytisk belegg på innsiden, som gjør det mulig å regenerere (brenne) sotpartiklene ved lave temperaturer. Regenerering skjer kontinuerlig ved høy temperatur. Sjansen for at filteret blir tett er liten, forutsatt at filteret varmes opp nå og da. Den store ulempen er at utslippene kun kan reduseres med maksimalt 60 % under optimale forhold og utslipp under mindre optimale forhold, som ofte er tilfelle ved normal bruk, kun kan reduseres med 30 %.

Eksosgasser fra en dieselmotor:
På bildet til høyre og forklaringen under kan du se hva eksosgassene til en dieselmotor består av.

67 % nitrogen (N2)
12 % karbondioksid (CO2)
11 % vann (H2O)
10 % oksygen
0,3 % andre stoffer, inkludert sotpartikler (PM), Hydrokarboner (HC), Nitrogenoksider (NOx), Karbonmonoksid (CO).

For å redusere NOx-utslippene bruker dieselmotorer i økende grad en SCR-katalysator med AdBlue-doseringssystem.