Scomposizione del filtro antiparticolato diesel e teoria del funzionamento

Il filtro antiparticolato diesel (DPF) è un filtro in ceramica che ha migliaia di minuscoli canali o aperture a forma di nido d’ape che intrappolano la fuliggine sulle pareti dei canali e impediscono al particolato (fino a 1 micron) di uscire dal tubo di scarico.che intrappolano la fuliggine sulle pareti dei canali e impediscono al particolato (fino a 1 micron) di uscire dal tubo di scarico. La struttura interna a nido d’ape è coperta da uno strato di un catalizzatore chimico che contiene piccole quantità di metalli preziosi, di solito platino o palladio.

Per ridurre il particolato o la fuliggine dallo scarico, bisogna alzare la temperatura della camera di combustione abbastanza per ridurre la formazione del PM. Il NOx si forma quando le temperature di combustione superano i 3.200°F (1.800°C), e la quantità di ossido che si forma dipende non solo dalla temperatura, ma anche dalla durata dell’applicazione del calore. Tuttavia, aumentando la temperatura della camera di combustione si aumenta inavvertitamente la quantità di NOx che si forma. Questo è ancora peggio per l’ambiente della fuliggine.

Le auto e i camion diesel prodotti dopo il 2009 devono avere un DPF e, in alcuni casi, un sistema di riduzione selettiva dei catalizzatori (SCR). Questi componenti lavorano insieme per ridurre, e quando funzionano correttamente, rimuovono tutti i NOx nocivi e la fuliggine dallo scarico. Questo non solo aiuta l’ambiente, ma crea anche un motore molto più pulito. L’olio del motore non si sporca così velocemente come avrebbe fatto senza tutti questi sistemi in funzione. Meno fuliggine mischiata all’olio del motore significa meno carbonio grintoso che si forma nelle cambuse dell’olio e in altre parti mobili. Questo aumenta la vita del motore e allo stesso tempo pulisce l’aria.

Lo svantaggio di tutto questo è che il DPF deve essere pulito regolarmente. Le particelle di fuliggine si attaccano al rivestimento del DPF mentre il motore è in funzione. Allo stesso tempo, il filtro si sta lentamente intasando proprio con il particolato che è progettato per rimuovere dallo scarico. Questo processo di pulizia del DPF avviene attraverso un processo chiamato rigenerazione. Ci sono diversi metodi utilizzati da vari produttori per pulire il DPF.

Rigenerazione passiva

L’auto-rigenerazione passiva è completamente trasparente per l’operatore e non influenza il funzionamento o le prestazioni della macchina. L’unica indicazione quando un ciclo di rigenerazione passiva è stato attivato è una spia della temperatura dei gas di scarico che indica che la temperatura dei gas di scarico è più alta del normale o un messaggio che indica che un ciclo di rigenerazione è in corso, o entrambi.

Rigenerazione attiva

L’autorigenerazione attiva avviene quando non c’è abbastanza calore nei gas di scarico per convertire il PM raccolto nel DPF. La rigenerazione attiva è auto-attivata dal PCM sulla base di vari input. Il PCM invia un comando per aumentare le temperature di scarico aggiungendo una piccola quantità di carburante grezzo iniettato a monte del DPF. La reazione chimica dei metalli preziosi nel DPF e le temperature elevate dei gas di scarico ossidano il PM dal filtro.

Rigenerazione stazionaria (parcheggiata)

La rigenerazione stazionaria, o parcheggiata, è la stessa della rigenerazione attiva ma avviene mentre il veicolo non viene guidato. Questo può essere indotto dal guidatore o fatto con uno strumento di scansione. Ci sono momenti in cui il conducente avrà bisogno di eseguire una rigenerazione manuale o “parcheggiata” sul lato della strada. Questo può essere perché hanno annullato una rigenerazione precedente, o una rigenerazione automatica era iniziata, ma è stata interrotta. In alcuni casi, la rigenerazione è “forzata” al guidatore per aver ignorato una precedente richiesta di eseguire una rigenerazione parcheggiata, facendo andare il veicolo in modalità limp. Molte volte, una spia o un messaggio di avvertimento dirà al conducente di accostare e iniziare una rigenerazione in parcheggio. Questo di solito comporta l’impostazione del freno di stazionamento da parte del conducente e l’inserimento di un interruttore per avviare il processo.

Precauzioni per la rigenerazione stazionaria (parcheggiata)

A causa dell’elevato calore creato durante il ciclo di rigenerazione, quando si esegue una rigenerazione parcheggiata o un ciclo di rigenerazione indotto da uno strumento di scansione, seguire queste semplici regole per evitare qualsiasi interferenza esterna. Stare lontano dai combustibili e dalle persone.

Fallimenti del filtro

Alcuni fallimenti del filtro di scarico diesel sono il risultato di non permettere che la rigenerazione abbia luogo. Questo ostruirà inavvertitamente il DPF al punto che la sostituzione è l’unica opzione. Anche se può essere pulito in una certa misura, una parte della funzionalità è ancora persa a causa della gravità della restrizione. Un altro problema è quando è in rigenerazione e l’eccesso di calore combinato con l’intasamento causa l’espansione e la rottura dell’involucro metallico del DPF. Il che, ovviamente, significa che l’unica soluzione è sostituire il DPF. Il DPF richiede una pulizia professionale ogni 150.000-250.000 miglia o 5000 ore.

Monitoraggio della rigenerazione

In alcuni veicoli, il monitoraggio è fatto per mezzo di un sensore di pressione che misura le pressioni in entrata e in uscita del DPF. Altri usano il chilometraggio o un contaore del motore. Sulla maggior parte dei veicoli, c’è un modo per spegnere il processo di rigenerazione se vi trovate in una situazione in cui l’aumento della temperatura del sistema di scarico potrebbe causare un incendio. Ma, non lasciarlo spento o si possono causare danni permanenti al DPF.

Rigenerazione

La rigenerazione può avvenire solo quando le condizioni sono all’interno delle specifiche preimpostate per quel motore e le esigenze del produttore. In generale, la maggior parte dei cicli di rigenerazione sono gestiti senza che il conducente sappia che stanno avvenendo. Il processo di rigenerazione avviene aumentando la temperatura del DPF a circa 1.100°F (600°C) e viene fornito abbastanza ossigeno direttamente al DPF. Alcuni sistemi iniettano del carburante extra nel cilindro durante la corsa di scarico, il che invia effettivamente dei gas caldi nel catalizzatore di ossidazione del DPF, aumentandone la temperatura a sufficienza per far reagire il carbonio con l’ossigeno in eccesso che è stato fornito. Altri sistemi si basano su un elemento riscaldante proprio davanti al DPF per aumentare la temperatura.

Il processo di rigenerazione continuerà fino a quando il differenziale di pressione attraverso il DPF (ingresso e uscita) scende a un livello accettabile. Se le circostanze di guida cambiano, per esempio, l’auto si ferma e la rigenerazione viene abbandonata fino a quando le condizioni diventano nuovamente adatte. La rigenerazione può essere un affare rumoroso, poiché il motore sale a 4.000 giri/min per quattro minuti o più, poi va a 2.000 giri/min per altri quattro minuti o più. Quando la rigenerazione è completata, il veicolo tornerà al suo minimo normale e la spia di servizio si spegnerà di nuovo.

Problemi di rigenerazione

I problemi sorgono quando le rigenerazioni successive vengono abbandonate e i livelli di fuliggine arrivano al punto che il DPF si intasa e non può essere rigenerato da solo. I viaggi brevi e il traffico stop-and-go potrebbero non permettere al DPF di arrivare a temperatura. Quando questo accade, il conducente viene avvisato da una spia lampeggiante del DPF. Se la spia viene ignorata, appare un secondo avviso che può far entrare il veicolo in modalità limp. In modalità limp, il veicolo non funzionerà oltre i 5 o 10 mph e rimarrà così fino a quando non sarà stato adeguatamente revisionato usando uno scanner per eseguire il processo di rigenerazione.

Riduzione Catalitica Selettiva (SCR)

SCR è un’alternativa all’EGR e affronta lo stesso problema di ridurre i contaminanti NOx. Questo sistema utilizza una soluzione di 32,5% di urea e 62,5% di acqua denaturata chiamata Diesel Exhaust Fluid (DEF). Questo fluido blu è contenuto in un serbatoio separato che viene iniettato nello scarico. Quando la miscela di urea incontra i gas di scarico caldi, si decompone in ammoniaca (NH3) e CO2. L’ammoniaca reagisce poi con gli ossidi di azoto in un secondo convertitore catalitico per formare un output innocuo di azoto e acqua. Il vantaggio non è solo una riduzione di NOx, ma una riduzione dell’uso dell’EGR. Questo significa una combustione più efficiente, un’emissione di PM ridotta e un migliore consumo di carburante.