Alleen met een roetfilter (ook wel: DPF / deeltjesfilter) kunnen roetdeeltjes effectief uit het uitlaatgas verwijderd worden. Extra relevant nu met de nieuwe roetmeting voor de APK bij diesels, die sinds 2023 is ingegaan in Nederland.
Het uitlaatgas van een dieselmotor bevat niet-schadelijke stoffen en schadelijke stoffen. De niet-schadelijke stoffen zijn stikstof (N2), kooldioxide (CO2), waterdamp (H2O), zuurstof (O2) en edelgassen. De schadelijke stoffen in het uitlaatgas van een dieselmotor zijn koolmonoxide (CO), stikstofoxide (NOX), koolwaterstoffen (HC) en zwaveldioxide (SO2). En dan bevat het uitlaatgas ook nog roet in de vorm van partikels, ook wel deeltjes genoemd.
De dieselmotor draait in principe met een luchtoverschot. Tijdens het stationair draaien ligt dat tussen de ongeveer 400 tot 500%. Dat komt overeen met λ = 5 tot 6. Onder vollast is het luchtoverschot 20 tot 50% (= λ 1,2 tot 1,5). Ondanks het luchtoverschot kunnen er voldoende schadelijke stoffen ontstaan. Dat komt ondermeer doordat er bij conventionele motoren zonder hogedruk-inspuiting in de verbrandingsruimte tijdens het inspuitproces en/of verbrandingsproces verschillende brandstofconcentraties aanwezig zijn. Ook is er dan sprake van verschillende lucht/brandstofverhoudingen. De brandstofdeeltjes verdampen en verbranden niet volledig. Ook neemt de verbrandingssnelheid sterk af. Aan het eind van dat proces is er weinig zuurstof meer. De reactietrage koolstof verbrandt niet meer en verlaat de motor in de vorm van roetdeeltjes. Moderne dieselmotoren hebben hogedruk-brandstofinspuiting (> 2000 bar); de fabrikanten streven naar een homogene mengselvorming. Op die manier wordt getracht de roetvorming zoveel mogelijk tegen te gaan.
Fig. 1: Positie van het deeltjesfilter binnen het systeem motor.
Om te voldoen aan de uitlaatgasnorm Euro 6c mag een personenauto, onafhankelijk er van of deze met een directe ingespoten ottomotor of met een dieselmotor is uitgerust, de grenswaarde voor de partikelmassa (PM, Particle Mass) van 4,5 mg/km alsmede de grenswaarde voor het partikelaantal (PN, Particle Number) van 6 ∙ 1011 partikel/km niet overschrijden. Deze waarden worden bepaald met behulp van twee methoden, waarbij mobiele testapparatuur wordt toegepast.
Afbeelding mobiele testapparatuur (RDE; Real Driving Emissions)
Dat is als eerste met de ‘Condensation Particle Counter’, waarbij door het opcondenseren van partikels met bijvoorbeeld n–butanoldamp een optische detectering (met strooilicht) van partikels in het nanobereik (grootte 23-700 nm) van de partikels mogelijk is. Dit gebeurt door elektrostatische afscheiding van partikels.
De tweede methode is met behulp van de ‘diffusion charger’. Dit gebeurt door elektrostatische afscheiding van partikels door het in botsing brengen daarvan met ionen. Deze ionen ontstaan door gasontlading in een ruimte van het meetapparaat. Er ontstaat dan een potentiaalverschil tussen het metallisch afscheidingsoppervlak en de omgeving. Aan de hand van numerieke methoden is het daarna mogelijk met het potentiaalverschil het partikelaantal theoretisch te bepalen.
Voor zover heel in het kort de wetenschappelijke methoden. Daarbij wordt de berekening gericht op de partikelmassa per afgelegde (verreden) afstand. Bij de deeltjestelling in het autobedrijf wordt gelijksoortige apparatuur toegepast, maar dan gericht op massa (mg) per inhoud (cm3).
Veel voertuigen hebben voor het voldoen aan deze grenswaarden een partikelfilter nodig. Deze filters zijn meestal keramische wafelvormige dragerlichamen, waarbij als bijzonderheid alle kanalen afwisselend aan het uiteinde zijn afgesloten. Het uitlaatgas moet bij het passeren van de dragerkanalen door het poreuze wandmateriaal stromen. De poriën- structuur van het keramiek is afgestemd op de grootte van de partikels. De meest gebruikelijke partikelfilters zijn samengesteld uit siliciumcarbide (SiC), aluminiumtitanaat (Al2TiO5) of corderiet (Mg2Al3[AlSiO5O18]). Er zijn ook nog bijzondere vormen van sintermetaal.
Enkele van de in het partikelfilter verzamelde restmaterialen uit motorolie, brandstof, verbrandingslucht en motorische slijtdeeltjes kunnen niet door het verbranden worden verwijderd en blijven dan al naar gelang de grootte als as achter in het filter. Daarentegen zijn roet en de daaraan hechtende organische verbindingen brandbaar. Als oxidatiemiddel fungeren NO2 en O2. Deze gassen staan met elkaar in evenwicht, vooropgesteld dat er voldoende zuurstof aanwezig is.
De oxidatie met NO2 gebeurt bij uitlaatgastemperaturen vanaf ongeveer 200 tot 250°C. Vanaf ongeveer 450°C overheerst NO. Dan is er minder NO2 in het uitlaatgas aanwezig. Het oxideren is het verbranden van de roetdeeltjes dat door de inwerking van zuurstof bij een temperatuur boven de 600°C gebeurt. Daarbij komt warmte vrij en het roet wordt omgezet in CO2. Overigens is de temperatuur van 600°C alleen haalbaar in het bereik van het nominaal vermogen van de motor.
Katalytisch oxiderende lagen van partikelfilters verschillen in hun soort en werking niet principieel van andere oxidatie katalysatoren. Zij moeten een gunstige NO-NO2-verhouding instellen. Ook moeten zijn zorgen voor de oxidatie van onvolledig verbrande brandstof en het katalyseren van CO bij het roetafbranden.
Fig. 2: werking Audi deeltjesfiltersysteem
Roet wordt door zuurstof pas boven circa 550…600°C geoxideerd. Dergelijke temperaturen zijn bij veel dieselmotoren alleen bij hoge prestaties aanwezig en komen bij normaal gebruik bij enkele voertuigen zelden voor. Voor het verhogen van de uitlaatgastemperatuur moeten daarom bijzondere maatregelen worden genomen om de uitlaatgastemperatuur te verhogen. Daartoe wordt bijvoorbeeld de verbrandingsprocedure van de motor gewijzigd.
Voor het verhogen van de uitlaatgastemperatuur worden toegepast:
Welke maatregel door het motormanagement wordt aangestuurd is afhankelijk van de belasting (effectieve gemiddelde verbrandingsdruk in bar) en het toerental. Er zijn dus ook bedrijfspunten, waarbij geen thermische maatregelen hoeven te worden getroffen. En ook geen regeneratie mogelijk door alleen motorische maatregelen. Er zijn ook combinaties van bovenvermelde maatregelen mogelijk.
P0470 – Uitlaatgas druksensor storing in circuit
P0471 – Uitlaatgas druksensor onwaarschijnlijk signaal
Gevolgen kunnen zijn:
Mogelijke oorzaken P0470 en P0471
Gevolgen foutmelding P242F
Mogelijke oorzaken foutmelding P242F
Fig. 3: Onbeschadigde deeltjesfilters
P2002 – Diesel Partikel Filter Bank 1 efficiëntie onder drempelwaarde P2003 – Diesel Partikel Filter Bank 2 efficiëntie onder drempelwaarde
Als er een regeneratie heeft plaats gevonden verdwijnt over het algemeen deze storing. Het waarschuwingslampje zal doven. Het is een niet permanente storing. Zodra de oorzaak van de storing is opgelost, wordt de storingsmelding gewist.
Let er op dat het brandstofverbruik zal toenemen. MIL-lampje gaat branden. Als het motormanagement vindt dat er geregenereerd moet worden, zal deze het commando extra brandstof inspuiten geven. Kan langs de zuigerveren in het carter komen, motorolieverdunning kan ontstaan, wat tot lagerschade kan leiden.
Het deeltjesfilter moet gereinigd worden, anders gaat de motor in noodloop draaien.
De mogelijke oorzaken P2002 en P2003 zijn het rijden van korte ritjes met lage snelheid. Daardoor komt het roetfilter niet op temperatuur (500°C).
P244A – roetfilter drukverschil Bank 1 te laag
P244B – roetfilter drukverschil Bank 1 te hoog
Bij drukverschillen
De Engine Control Unit (ECU) controleert met een drukverschilsensor routinematig of er een roetfilter aanwezig is en of deze naar behoren functioneert. Als wordt vastgesteld dat er geen roetfilter gemonteerd is, of als het roetfilter niet goed functioneert, wordt foutmelding P244A of P244B gegenereerd en gaat het motorcontrolelampje branden. Zodra deze foutmeldingen in het geheugen zijn opgeslagen, wordt er niet meer geregenereerd. Als het motormanagement juiste waardes registreert, gaat het controlelampje uit en wordt de regeneratie gestart.
Fig. 4: Beschadigde deeltjesfilters
Symptomen foutmeldingen P244A en P244B
Mogelijke oorzaken foutmeldingen P244A en P244B
P2002 – Diesel Partikel Filter Bank 1 efficiëntie onder drempelwaardeP2003 – Diesel Partikel Filter Bank 2 efficiëntie onder drempelwaarde
In een goed functionerend roetfilter, heerst een bepaalde tegendruk. Het motormanagementsysteem bewaakt deze druk en monitort of de druksensoren goed functioneren. Als het motormanagement een afwijking in de marges registreert, verschijnen meldingen P2002 en/of P2003.
In de theorie verdwijnt deze storing en gaat het waarschuwingslampje uit als er een regeneratiecyclus heeft plaatsgevonden. Het is een onschuldige realtime en niet- permanente storing. Zodra de oorzaak van de storing is opgelost, wordt de storingsmelding gewist. Ter vergelijking; een complexe storing is permanent en blijft in het motormanagement geheugen staan totdat het voertuig gerepareerd is. De foutmelding moet handmatig worden gewist.
Als er om welke reden dan ook geen regeneratie plaatsvindt, slibt het filter dicht met roet totdat deze uiteindelijk verzadigd is. Hierom is het belangrijk om de foutmelding goed in de gaten te houden. Als het waarschuwingslampje te lang blijft branden, moet de klant alsnog naar de garage komen om de oorzaak van het probleem te laten onderzoeken.
P2452 Diesel Partikel Filter, drukverschil sensor ‘A’ elektrische foutP2453 – Diesel Partikel Filter, drukverschil sensor ‘A’ onwaarschijnlijk signaal
Als het onderhoudslampje op het dashboard brandt in combinatie met foutmelding P2452 en/of P2453, heeft het motormanagementsysteem een storing in het elektrische circuit van de DPF druksensor gedetecteerd. De storing wordt aangeduid met ‘A’.
De DPF druksensor is meestal in de motorruimte gemonteerd. De sensor controleert de druk van de uitlaatgassen voordat ze het roetfilter ingaan. Een klein deel van de uitlaatgassen wordt afgetapt en stroomt door een of meer slangen of pijpjes die op het roetfilter gemonteerd zijn.
Als het motormanagement een druk registreert die niet met de specificaties van de fabrikant overeenkomt, of als een elektrisch signaal van de druksensor de marges overschrijdt, wordt melding P2452 gegenereerd en gaat het onderhoudslampje branden.
Symptomen foutmelding P2452 en P2453
De problemen die foutmelding P2452 en P2453 veroorzaken, kunnen schade veroorzaken aan de motor en het brandstofsysteem en moeten zo snel mogelijk opgelost worden. Symptomen die bij deze foutmeldingen horen zijn een hoog oplopende motortemperatuur en rookontwikkeling.
De oorzaken bij P2452 en P2453 zijn een tekort of geen regeneratievloeistof, een verkeerde soort, een defecte druksensor en verstopt filter en/of leidingen.
Mogelijke oorzaken foutmelding P2452 en P2453
P2455 – Diesel Partikel Filter, drukverschil sensor ‘A’ kortsluiting naar plus
Deze foutmelding wordt geregistreerd als het motormanagement een hoogspannings-ingangssignaal van de DPF druksensor detecteert.
Symptomen foutmelding P2455
De omstandigheden die deze fout veroorzaken kunnen eveneens schade veroorzaken aan de motor en het brandstofsysteem. De oorzaak van het probleem moet zo snel mogelijk gevonden en gerepareerd te worden. Foutmelding P2455 kent de volgende symptomen:
Mogelijke oorzaken foutmelding P2455
In een volgende column zal ik ingaan op de aansturing van het partikelfiltersysteem en daarbij ook aandacht besteden aan de SENT-sensor. Bij partikelfiltersystemen wordt dit type als druksensor toegepast. De SENT-sensor zullen we steeds vaker aantreffen (bijvoorbeeld al op de dieselmotoren van het VAG-concern); werking en diagnose behoeven enige aandacht. Ook zal ik dan ingaan op het reinigen van de filters.
Atte Roskam
