Notizia

Jul 30, 2023

Cos'è un filtro antiparticolato diesel? PH spiega

One of the prominent by-products of diesel combustion is particulate matter,

Uno dei principali sottoprodotti della combustione diesel è il particolato, che consiste principalmente di fuliggine formata dal carburante incombusto. Questa fuliggine, insieme ad altro particolato e sottoprodotti della combustione, viene emessa sotto forma di denso fumo nero, in genere quando il motore è sottoposto a carico pesante.

La fuliggine e le altre particelle fini emesse dai motori diesel sono dannose se ingerite e possono causare problemi come danni ai polmoni e cancro. Nelle aree urbane, in particolare, l’enorme quantità di traffico diesel contribuisce in modo significativo alle malattie legate all’inquinamento atmosferico. I modi per filtrare questo particolato dal flusso di scarico iniziarono ad essere studiati alla fine degli anni '60, con conseguente sviluppo di filtri antiparticolato. Il primo sistema automobilistico di produzione è stato offerto da Mercedes-Benz, ad esempio nella sua 300D del 1985 per il mercato californiano.

I sistemi, che in seguito divennero noti come "filtri antiparticolato diesel" - DPF - si basavano sull'intrappolamento della fuliggine di scarico in un gruppo filtro. Quando il filtro si riempiva, veniva effettuato un ciclo di "rigenerazione". Questo processo aumenterebbe la temperatura nel filtro antiparticolato a livelli così elevati che i sottoprodotti indesiderati immagazzinati verrebbero bruciati e ossidati e quindi rilasciati come anidride carbonica meno dannosa.

Man mano che il diesel è diventato più popolare e la congestione nelle città ha portato a problemi di qualità dell’aria sempre più spiacevoli, l’uso dei DPF è diventato più diffuso. Nel 2009, poiché le normative sulle emissioni continuavano a inasprirsi, è diventato necessario che tutte le nuove auto diesel fossero dotate di un filtro antiparticolato diesel.

Come funziona un filtro antiparticolato? All'interno di un filtro antiparticolato diesel è presente una struttura chiamata "substrato filtrante", che è l'elemento responsabile della cattura delle particelle di fuliggine. È tipicamente realizzato in materiali ceramici e le sue pareti sono spesso porose. Vengono utilizzate due forme comuni di progettazione: il flusso a parete e il filtro a flusso parziale. Il primo prevede che tutto il gas di scarico fluisca attraverso le pareti porose del filtro, il che rimuove efficacemente le particelle ma può facilmente intasare il gruppo. I filtri a flusso parziale, in alternativa, contengono canali che scorrono e si intrecciano, quindi quando il gas di scarico cambia rapidamente direzione, deposita fuliggine sulla parete del substrato. Questi filtri non si intasano facilmente ma sono molto meno efficaci.

In entrambi i casi, il principio di base è lo stesso. I gas di scarico del motore vengono immessi nel filtro antiparticolato diesel e i gas fluiscono attraverso il materiale poroso o i canali al suo interno. Le particelle nel flusso di scarico non possono passare attraverso le pareti o i canali del filtro, quindi vengono depositate all'interno del DPF, mentre il resto dei gas di scarico esce dal tubo di scappamento.

I depositi nel DPF, se non controllati, finirebbero per bloccare il gruppo filtro e causare notevoli problemi di prestazioni. Per pulire il filtro, senza rimuoverlo dall'auto, avviene un processo chiamato 'rigenerazione'. Ciò comporta l’aumento della temperatura all’interno del filtro antiparticolato al punto che i detriti immagazzinati all’interno vengono bruciati e ossidati in forma gassosa, tipicamente anidride carbonica. Il processo, che genera emissioni meno dannose rispetto al semplice rilascio di fuliggine nell’atmosfera, può avvenire passivamente o attivamente.

La rigenerazione passiva avviene quando la temperatura dei gas di scarico è sufficientemente elevata da bruciare il materiale all'interno del filtro; tali condizioni possono verificarsi durante la guida a velocità autostradale e, di conseguenza, il processo rimane invisibile al conducente. La rigenerazione attiva, invece, comporta l'aumento artificiale della temperatura all'interno del filtro. Un approccio consiste nel modificare il comportamento del motore, ad esempio ritardando il processo di iniezione, in modo che la combustione continui nello scarico e riscaldi il filtro. In alternativa, è possibile iniettare un sistema di riscaldamento o del carburante direttamente nello scarico, bruciando nel sistema per aumentarne la temperatura.

In alcuni casi, ad esempio quando il conducente effettua continuamente solo viaggi brevi, il filtro potrebbe non avere la possibilità di rigenerarsi. Ciò porta alla fine a bloccarlo, riducendo le prestazioni del motore e causando problemi; di conseguenza, molti tecnici possono forzare la rigenerazione del DPF per pulirlo. Sebbene i filtri antiparticolato possano essere problematici, sono almeno efficienti: un produttore afferma che i suoi filtri a flusso a parete catturano il 90% o più delle particelle di fuliggine emesse dal motore.