Inleiding:
Een roetfilter is een essentieel onderdeel van de uitlaatbehandelingssystemen van moderne dieselmotoren. Het heeft als primaire functie om roetdeeltjes (fijnstof) uit de uitlaatgassen te filteren en zo de uitstoot van schadelijke stoffen te verminderen. Roetdeeltjes ontstaan tijdens het verbrandingsproces, vooral bij onvolledige verbranding, en kunnen schadelijk zijn voor zowel de gezondheid als het milieu. Sinds de invoering van strengere emissienormen zijn roetfilters standaard geworden op nieuwe dieselvoertuigen om te voldoen aan de Euro 5 en Euro 6 normen.
Door de roetdeeltjes in het filter op te vangen en regelmatig te regenereren, wordt de uitstoot van fijnstof drastisch verminderd. Dit maakt roetfilters onmisbaar in het streven naar schonere lucht en het naleven van milieuwetgeving.
Ontstaan van roetdeeltjes:
Tijdens het verbrandingsproces van een dieselmotor ontstaan er altijd roetdeeltjes. Roet is een teken van een onvolledige verbranding. Roetdeeltjes zijn kleine koolstofbolletjes met een kern van pure koolstof, met een diameter van ongeveer 0,05 micromillimeter. Aan de kern van deze koolstof hechten zich bepaalde schadelijke stoffen, waaronder koolwaterstoffen, zwavel en metaaloxiden vast. Sommige koolwaterstoffen kunnen schadelijk voor de gezondheid zijn.
Het ontstaan en de hoeveelheid van de roetdeeltjes zijn met name afhankelijk van gebruik, luchttoevoer, inspuiting en de verbranding van de motor. Met name bij een te kort aan zuurstof neemt de roetuitstoot toe, omdat het mengsel te rijk is en daarom de verbranding dan onvolledig is. Chiptuning kan ook een oorzaak van overmatig veel roetuitstoot zijn.
De afmetingen van de roetdeeltjes zijn bij zowel indirect ingespoten dieselmotoren met wervelkamer, direct ingespoten-, common-rail- en pompverstuivermotoren vrijwel gelijk.
Werking van een roetfilter:
Het roetfilter bestaat uit een raatvormig keramisch lichaam van siliciumcarbid dat in een metalen behuizing is ondergebracht. Het keramische lichaam bestaat uit vele parallel lopende, microscopisch kleine doorgangen, die om en om aan één zijde afgesloten zijn.
Wanneer de uitlaatgassen door het roetfilter stromen, worden de deeltjes in de ingangskanalen vastgehouden, terwijl de andere gasvormige bestanddelen van het uitlaatgas door de poreuze wanden van het filter gaan.
Regeneratie van het roetfilter:
Doordat er na een tijdje veel roetdeeltjes in de zelfgenererende roetfilter blijven hangen, zou het zonder maatregelen verstopt raken. Om dat te voorkomen, moet het filter regelmatig (iedere 200-1000 km) worden geregenereerd. Dit wordt het “regeneratieproces” genoemd. Dat wil zeggen dat de opgehoopte roetdeeltjes verbrand worden. Bij het verbranden worden de deeltjes omgezet in de onschadelijke stoffen kooldioxide en water. De verbrandingstemperatuur van de roetdeeltjes bedraagt bij roetfilters zonder katalytische coating minimaal 600ºC, maar daar zijn de uitlaatgassen vaak niet heet genoeg voor. Om toch de roetdeeltjes te verbranden, kunnen de volgende manieren worden toegepast:
Roetfilter met katalytische coating:
Een roetfilter met katalytische coating is ontworpen om roetdeeltjes (fijnstof) uit de uitlaatgassen van dieselmotoren te verwijderen. Door de katalytische laag kunnen de opgehoopte roetdeeltjes al bij een relatief lage temperatuur van ongeveer 250°C verbranden. Om warmteverlies te beperken, wordt dit type roetfilter zo dicht mogelijk bij de motor geplaatst, meestal direct na de uitlaatspruitstukken.Oxidatiekatalysator:
Een oxidatiekatalysator wordt vaak vóór het roetfilter geplaatst. Deze katalysator zet een deel van de stikstofoxiden (NO) in de uitlaatgassen om in stikstofdioxide (NO₂). NO₂ is een sterk oxiderend gas en reageert gemakkelijker met roet, waardoor het roet al bij een lagere temperatuur kan verbranden. Op die manier wordt de regeneratie van het roetfilter ondersteund. In sommige systemen worden zelfs twee oxidatiekatalysatoren toegepast om dit effect te versterken.Externe verwarming:
Wanneer de uitlaatgastemperatuur onvoldoende is om regeneratie op gang te brengen, kan externe verwarming worden toegepast. Dit kan met een gloeispiraal of een brandstofinjector in het uitlaatsysteem, die extra warmte genereren. Het motorregelapparaat (ECU) bewaakt hierbij continu de signalen van de verschildruksensoren vóór en na het roetfilter. Wanneer deze sensoren aangeven dat de tegendruk stijgt — wat duidt op een vollopend filter — wordt de externe verwarming geactiveerd om regeneratie te starten.Extra brandstofinspuiting:
Een andere methode om de temperatuur in het uitlaatsysteem te verhogen is extra brandstofinspuiting tijdens de uitlaatslag. De onverbrande brandstof verbrandt verderop in het uitlaatsysteem, waardoor de uitlaatgastemperatuur stijgt. Hierdoor wordt het roet in het filter tot ontbranding gebracht en kan het filter zich regenereren.
Retro fit roetfilter:
Er bestaan roetfilters voor voertuigen die oorspronkelijk niet af fabriek met een roetfilter zijn uitgerust. Ze worden daarom achteraf ingebouwd (retrofit). Tegenwoordig komen ze steeds minder voor, omdat alle moderne dieselauto’s standaard een volledig gesloten roetfilter hebben.
Dit type roetfilter heeft een gedeeltelijk open structuur, waardoor de uitlaatgassen relatief vrij door het filter kunnen stromen, wat de tegendruk in het uitlaatsysteem minimaliseert. Roetdeeltjes slaan neer op de wanden van het filter, waar een katalytische coating (meestal platina of ceriumoxide) de verbranding van roet bij 250–300°C mogelijk maakt. De coating zet stikstofoxiden (NO) om in stikstofdioxide (NO₂), wat de roet gemakkelijker laat verbranden, zelfs bij lagere temperaturen die tijdens normaal gebruik bereikt worden. Hierdoor vindt continue regeneratie plaats, zolang de motor voldoende belast wordt en de uitlaatgassen op de juiste temperatuur zijn.
Een belangrijk voordeel is dat het filter zeldzaam verstopt raakt, mits het voertuig regelmatig goed warm wordt gereden.
Hoewel het filter onder ideale omstandigheden de roetuitstoot met 50–60% kan verminderen, ligt de effectiviteit in minder optimale omstandigheden (bijvoorbeeld stadsverkeer) vaak maar tussen de 20–40%, afhankelijk van het rijprofiel en de motortemperatuur.
Uitlaatgassen van een dieselmotor:
In de afbeelding hiernaast en de uitleg hieronder zie je waaruit de uitlaatgassen van een dieselmotor bestaan.
- 67% Stikstof (N2)
- 12% Kooldioxide (CO2)
- 11% Water (H2O)
- 10% Zuurstof
- 0,3% overige stoffen, waaronder roetdeeltjes (PM), Koolwaterstoffen (HC), Stikstofoxiden (NOx), Koolmonoxide (CO).
Om de uitstoot van NOx te reduceren, wordt er bij dieselmotoren steeds vaker gebruik gemaakt van een SCR-katalysator met een AdBlue doseersysteem.
