Roetfilter

Onderwerpen:

Algemeen
Ontstaan van roetdeeltjes
Werking van een roetfilter
Zelfgenererende roetfilter
Half open roetfilter
Uitlaatgassen van een dieselmotor

Algemeen:
Een roetfilter wordt toegepast op dieselmotoren. Een roetfilter heeft als doel de uitlaatgassen door te laten en de roetdeeltjes tegen te houden. Tegenwoordig wordt iedere dieselmotor van een nieuwe auto voorzien van een roetfilter om aan de strenge milieueisen te kunnen voldoen. In sommige grote steden is het voor ‘vuile’ dieselauto’s zonder roetfilter en benzineauto’s zonder katalysator al verboden om in de rijden.

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.

Zelfgenererende roetfilter:
Een zelfgenererende roetfilter houdt ongeveer 90% van alle roet tegen dat de motor uitstoot. 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 (om de 200-1000km) geregenereerd worden. 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 een katalytische coating:
Dit type roetfilter heeft een katalytische coating, wat het mogelijk maakt om de roetdeeltjes te verbanden bij een temperatuur van 250ºC. Wel moet het roetfilter zo dicht mogelijk bij de motor geplaatst worden, omdat er anders veel warmte verloren gaat. Deze manier van regenereren wordt o.a. toegepast bij half open- en continu regenererende roetfilters.
Oxidatiekatalysator toepassen: Met een oxidatiekatalysator worden de stikstofoxides in de uitlaatgassen voor een deel omgezet in stikstofdioxide. Deze stikstofdioxide is zeer reactief, waardoor het roet veel makkelijker en dus bij een lagere temperatuur tot ontbranding komt. De oxidatiekatalysator zit dus altijd voor het roetfilter geplaatst, meestal zelfs direct na het uitlaatspruitstuk. Soms worden er zelfs 2 van deze katalysatoren geplaatst. (zie de afbeelding)
Externe verwarming: Door een gloeispiraal of brandstofinjector in de uitlaat te plaatsen is het mogelijk om de benodigde temperatuur te bereiken om de roetdeeltjes tot ontbranding te brengen. Dit wordt geregeld via het motorregelapparaat. Deze registreert de waardes die afkomstig zijn van de verschildruksensoren die voor- en na het filter meten dat het roetfilter vol begint te raken.
Extra brandstofinspuiting: Door extra brandstof in de spuiten bij de uitlaatslag, wordt de uitlaatgastemperatuur hoger, waarmee de regeneratie tot stand kan worden gebracht.

Half open roetfilter:
Half open roetfilters zijn ontworpen voor auto’s die niet standaard voorzien zijn van een roetfilter. Dit type roetfilter wordt dus achteraf ingebouwd. Het aantal half open roetfilters wordt steeds minder, omdat alle nieuwe auto’s tegenwoordig standaard voorzien worden van een roetfilter.

Half open roetfilters hebben een open structuur waardoor de uitlaatgassen ongehinderd door het filter kunnen stromen. Er blijft wel een deel van de roetdeeltjes aan de wanden plakken. Het filter heeft aan de binnenzijde een katalytische coating, wat het mogelijk maakt om bij lage temperaturen de roetdeeltjes te regenereren (verbranden). Het regenereren gebeurt continu bij een hoge temperatuur. De kans dat het filter verstopt raakt is hierbij klein, mits het filter zo nu en dan goed warm wordt gereden. Het grote nadeel is dat de uitstoot tijdens optimale omstandigheden maar met slechts max. 60% verminderd kan worden en de uitstoot met minder optimale omstandigheden, wat vaak het geval is bij normaal gebruik, nog maar met 30% verminderd kan worden.

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.