Φίλτρο σωματιδίων πετρελαίου (DPF)

Το φίλτρο σωματιδίων πετρελαίου, παγκοσμίως γνωστό με το ακρωνύμιο DPF, είναι ένα εξάρτημα μετεπεξεργασίας καυσαερίων που δεσμεύει τη λεπτή αιθάλη που παράγει η καύση ντίζελ προτού φύγει από την εξάτμιση. Οι πετρελαιοκινητήρες, επειδή καίνε το καύσιμο σε μια ετερογενή, τοπικά πλούσια φλόγα, αναπόφευκτα δημιουργούν σωματιδιακή ύλη, τα αιθαλώδη σωματίδια άνθρακα που συνδέονται από παλιά με τον μαύρο καπνό και με αναπνευστικές και καρδιαγγειακές βλάβες. Το DPF είναι η διάταξη που έκανε τα σύγχρονα ντίζελ ορατά καθαρά, παγιδεύοντας τη συντριπτική πλειονότητα αυτής της σωματιδιακής μάζας.

Στο εσωτερικό του μεταλλικού κελύφους βρίσκεται ένας κηρηθροειδής μονόλιθος, συνήθως από κεραμικό κορδιερίτη ή καρβίδιο του πυριτίου, διαμορφωμένος σε χιλιάδες μικρά παράλληλα κανάλια. Στον συνηθισμένο σχεδιασμό ροής μέσω τοιχώματος, εναλλασσόμενα κανάλια είναι φραγμένα στα αντίθετα άκρα, αναγκάζοντας το καυσαέριο να περάσει μέσα από τα πορώδη τοιχώματα των καναλιών. Το αέριο διέρχεται, αλλά τα σωματίδια αιθάλης είναι πολύ μεγάλα και εναποτίθενται στα τοιχώματα, όπου συσσωρεύονται με τον χρόνο. Αυτό είναι εξαιρετικά αποτελεσματικό, αφαιρώντας πάνω από ενενήντα πέντε τοις εκατό του αριθμού των σωματιδίων, αλλά η παγιδευμένη αιθάλη σταδιακά φράζει το φίλτρο και αυξάνει την αντίθλιψη της εξάτμισης, οπότε πρέπει να καθαρίζεται περιοδικά.

Ο καθαρισμός του φίλτρου ονομάζεται αναγέννηση και λειτουργεί καίγοντας τον συσσωρευμένο άνθρακα μετατρέποντάς τον σε διοξείδιο του άνθρακα. Η παθητική αναγέννηση συμβαίνει συνεχώς όταν οι θερμοκρασίες των καυσαερίων είναι αρκετά υψηλές, όπως σε μια γρήγορη διαδρομή σε αυτοκινητόδρομο, συχνά με τη βοήθεια του διοξειδίου του αζώτου που δρα ως οξειδωτικό. Όταν το φορτίο αιθάλης μεγαλώσει υπερβολικά χωρίς τέτοιες συνθήκες, ο κινητήρας ενεργοποιεί την ενεργητική αναγέννηση: εγχέει επιπλέον καύσιμο, καθυστερεί τον χρονισμό ή χρησιμοποιεί έναν καυστήρα κατάντη ώστε να ανεβάσει τις θερμοκρασίες των καυσαερίων στους περίπου 550 με 600 βαθμούς Κελσίου και να αποτεφρώσει σκόπιμα την εναπόθεση, μια διαδικασία που διαρκεί αρκετά λεπτά.

Αυτή η εξάρτηση από τη θερμότητα είναι η πηγή της πιο συνηθισμένης δυσκολίας του DPF στην πράξη. Ένα αυτοκίνητο που χρησιμοποιείται μόνο για σύντομες, ψυχρές διαδρομές με συχνά σταματήματα ίσως να μη φτάνει ποτέ τη θερμοκρασία που χρειάζεται για να ολοκληρώσει μια αναγέννηση· το φίλτρο φράζει σιγά σιγά, εμφανίζονται προειδοποιητικές λυχνίες και το όχημα μπορεί τελικά να αρνηθεί να αναγεννηθεί χωρίς εξαναγκασμένο κύκλο σε συνεργείο ή, σε άσχημες περιπτώσεις, χωρίς δαπανηρό καθαρισμό ή αντικατάσταση του φίλτρου. Στους ιδιοκτήτες τέτοιων οχημάτων συνήθως συνιστάται να κάνουν περιστασιακά μια παρατεταμένη διαδρομή σε υψηλότερη ταχύτητα. Το κεραμικό συσσωρεύει επίσης άκαυτη τέφρα από τα πρόσθετα του λαδιού κατά τη διάρκεια της ζωής του, γι' αυτό και προδιαγράφονται ειδικά για ντίζελ λάδια χαμηλής τέφρας.

Τοποθετημένο σε σχεδόν όλα τα πετρελαιοκίνητα αυτοκίνητα από το πρότυπο Euro 5 του 2009 και με αυστηρότερες απαιτήσεις υπό το Euro 6, το DPF είναι μία από αρκετές διατάξεις που λειτουργούν συντονισμένα. Αντιμετωπίζει ειδικά τα σωματίδια, ενώ η επιλεκτική καταλυτική αναγωγή, που δοσομετρεί AdBlue, αντιμετωπίζει τα οξείδια του αζώτου, και ένας καταλύτης οξείδωσης χειρίζεται τους άκαυτους υδρογονάνθρακες και το μονοξείδιο του άνθρακα. Το αντίστοιχο για κινητήρες βενζίνης, που αντιμετωπίζει την αύξηση των σωματιδίων από βενζινοκινητήρες άμεσου ψεκασμού, είναι το φίλτρο σωματιδίων βενζίνης.