Rigenerazione FAP/DPF
Rigenerazione Fap
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La circolazione delle autovetture rappresenta una delle principali cause di inquinamento, rappresentata da sostanze nocive come gli idrocarburi incombusti, gli ossidi di azoto e nel caso del diesel, del particolato
L’aumento esponenziale del parco circolante, ha portato allo sviluppo di dispositivi che riducono il grado di tossicità e inquinamento dei gas di scarico, obbligando i costruttori a produrre vetture che rispettino le norme di sicurezza ambientali sempre più stringenti.
Negli anni 70, si è partiti con lo sviluppo dei catalizzatori per i motori a benzina (motorizzazione più adottata al tempo) ma con l’incremento di vetture mosse da motore diesel, si è reso necessario lo sviluppo di un dispositivo antinquinante apposito.
Sul finire degli anni 90, hanno visto la luce questi dispositivi, sviluppati dalle case costruttrici secondo filosofie diverse, il FAP (sviluppato e brevettato dal gruppo PSA) e il DPF.
FAP
Il filtro antiparticolato, denominato FAP dal gruppo PSA e DPF da tutti gli altri costruttori è un dispositivo adottato sui motori diesel a partire dalla normativa Euro 3 ed è diventato obbligatorio con l’implementazione con l’adozione della normativa antinquinamento Euro 5 per abbattere le emissioni inquinanti.
Tra questi due dispositivi, c’è una differenza sostanziale:
il FAP necessita di un additivo che si miscela automaticamente al gasolio per facilitare la raccolta e successivamente eliminare il particolato, il DPF no (ma vedremo che con la normativa Euro 6 anche nei DPF è necessario un additivo, l’ADBLUE).
Il FAP
Il nome FAP (Filtres à Particules) è la definizione commerciale dei filtri antiparticolato, utilizzati dalle vetture del gruppo Peugeot-Citroen (Gruppo PSA). Questa tipologia di filtri è stata la prima ad essere installata su vetture di produzione. Successivamente il loro utilizzo è stato esteso alla motorizzazione 2.0 HDI con conseguente istallazione su un maggior numero di vetture, comprese le vetture della Joint-venture FIAT-PSA (Ulisse-Phedra).
In campo tecnico, il FAP appartiene alla tipologia di filtri che utilizzano vari additivi per essere rigenerati, a base di ossidi di cerio (la cosiddetta CERINA).
Essendo tali filtri i primi storicamente istallati a bordo di autovetture, sono anche quelli dove le problematiche, ed i metodi di manutenzione e riparazione, sono più noti.
Con il nome di FAP si classifica quindi quella tipologia di filtri che utilizzano un additivo per eseguire la rigenerazione attiva.
In questo caso, la rigenerazione del filtro (ossia la sua pulizia interna, la riduzione del PM10 in PM 2,5 tramite combustione interna) avviene tramite la CERINA, l’ossido di cerio.
La CERINA abbassa la temperatura di infiammabilità del particolato da 600-650°C a 450°C, e con essa la frequenza di rigenerazioni del filtro antiparticolato e la temperatura a cui avvengono, con benefici legati alla minore produzione di nanoparticelle dannose per la salute.
Per far partire la rigenerazione del filtro, la centralina opera post iniezioni di carburante, innalzando la temperatura del sistema di scarico e dare il via alla combustione delle particelle solide accumulatesi nel FAP.
La cerina è contenuta in un apposito serbatoio e viene miscelata con il gasolio direttamente nel serbatoio del carburante. I 5 litri di CERINA con cui l’auto esce dalla fabbrica sono sufficienti per i primi 70.000 – 80.000 Km, dopodiché è necessario fare rifornimento, che va effettuato esclusivamente da personale specializzato.
Il FAP è dunque un semplice filtro meccanico, nel quale non sono presenti metalli pregiati a fare da catalizzatori per le reazioni chimiche legate alla rigenerazione.
Il DPF
PSA ha brevettato il principio di funzionamento del FAP, che richiede quindi l’utilizzo della cerina. Per questo motivo le altre case costruttrici hanno sviluppato un procedimento diverso, il DPF (Diesel Particulate Filter) che non utilizza l’additivo perché innalza maggiormente la temperatura dei gas di scarico, fino a 600-650°C.
All’interno, i filtri sono molto simili, sono infatti costituiti da un involucro tubolare in acciaio inox con all’interno una rete particolare o una serie di tubicini o lamelle;
L’innalzamento della temperatura viene effettuato attraverso una serie di post-iniezioni con conseguenti post-combustioni, che in parte avvengono nei collettori di scarico e nei catalizzatori ossidanti;
tali valori di temperatura sono più che sufficienti a bruciare completamente il PM10 accumulato nel filtro.
Per agevolare il processo di combustione del particolato, sulle pareti del filtro sono inseriti dei metalli nobili che operano da catalizzatori.
Questo sistema non richiede quindi il rifornimento dell’additivo che oltre ad essere un prodotto pericoloso per la salute umana, è anche piuttosto costoso.
Per contro il DPF lavora a temperature di innesco rigenerazione più elevate.
Inoltre, il filtro senza additivo, a causa della maggiore post-iniezione richiesta soffre di una certa contaminazione (diluizione) dell’olio motore.
In funzione del numero delle rigenerazioni e quindi dello stile di guida adottato, l’olio motore può deteriorarsi più rapidamente del normale a causa delle diluizioni dovuta al gasolio.
Alla base della metodologia di rigenerazione del DPF vi è il sistema di iniezione multiple common-rail (MultiJet).
Il FAP ha il vantaggio di funzionare a temperature inferiori al DPF e di generare minori contropressioni allo scarico, ma ha lo svantaggio di necessitare della cerina e ha una durata inferiore rispetto al DPF.
Il DPF ha quindi il vantaggio di una minore complessità rispetto al FAP, dovuta anche al funzionamento senza additivi. Di contro si attiva a temperature più elevate e può provocare la diluizione dell’olio lubrificante.
Le elevate temperature di combustione dei motori diesel provocano la reazione dell’azoto presente nell’aria (composta al 79% circa da questo gas) con l’ossigeno.
Durante la combustione, questa reazione genera degli ossidi di azoto, i famigerati NOx.
Sono diversi i componenti tossici che si possono sviluppare:
- il monossido di azoto, il NO
- il diossido di azoto NO2 (irritante per mucose e vie respiratorie)
- il triossido N2O3
- il pentossido N2O5 (molto solubili in acqua, danno origine alle piogge acide).
Con l’adozione della normativa EURO 6, i limiti delle emissioni si Nox sono stati resi ancora più stringenti ed hanno reso necessario l’impiego dei catalizzatori SCR (Selective Catalyst Reduction), dispositivi che abbattono appunto gli ossidi di azoto, trasformandoli in azoto e vapore d’acqua, grazie all’iniezione dell’additivo AbBlue e ai setti porosi in ceramica ricoperti di vanadio di cui sono costituiti questi dispositivi.
Grazie alle particolari proprietà dei metalli che formano il catalizzatore SCR e all’energia termica dei gas di scarico, le molecole di ossido di azoto vengono “smontate” in azoto e ossigeno (che reagisce con l’idrogeno formando molecole d’acqua).
Affinché avvenga questa reazione, è necessario introdurre nel catalizzatore SCR l’Adblue, una soluzione liquida composta al 32,5% da urea e al 67,5% da acqua distillata.
L’iniezione avviene a monte del catalizzatore, in una percentuale di 3-5% rispetto al gasolio, quindi il consumo si aggira tra 1 e 1,5 litri ogni 1.000 chilometri.
L’AdBlue si mescola ai gas di scarico formando ammoniaca (NH3): la riduzione chimica (acquisizione di elettroni) che ne segue trasforma gli ossidi di azoto e l’ammoniaca in azoto molecolare (N2) e acqua, composti ovviamente innocui. La reazione con l’ossigeno avviene in un catalizzatore ossidante a valle del catalizzatore SCR. Questo dispositivo favorisce appunto l’ossidazione dei gas che lo attraversano.
Qui l’ammoniaca, l’ossigeno e gli ossidi di azoto vengono trasformati in azoto e acqua.
Il catalizzatore SCR, nei motori Peugeot - Citroën, è installato a monte del filtro antiparticolato: secondo PSA, questa scelta determina importanti vantaggi di funzionamento sia per la trappola per ossidi di azoto (oltre 90% di conversione) sia per il FAP (rigenerazioni più rapide).
Il filtro antiparticolato è un componente delicato che necessita di una attenta e costante manutenzione per evitare un possibile malfunzionamento.
Tra i principali problemi che può accusare il FAP troviamo sicuramente il suo intasamento.
I sintomi principali sono:
- Perdita di potenza.
- Accensione della spia del motore.
- Funzionamento in modo ridotto.
- Motore che si ingolfa, cala di regime, ecc.
Il software che deve monitorare il FAP se rileva un’otturazione attiva la pulizia del filtro iniettando una maggiore quantità di gasolio ottenendo in questo modo un aumento della temperatura e bruciando di conseguenza il pericoloso PM10
Normalmente per attivare la rigenerazione è meglio percorrere una strada extraurbana per una mezz’ora ad una velocità compresa tra i 60 ed i 90 km/h.
Quando le operazioni di rigenerazioni non riescono a riportare le funzioni del FAP/DPF entro il range di utilizzazione, si attiva una spia luminosa sul quadro strumento.
Significa che è giunto il momento di effetturare una pulizia con strumenti esterni, il fltro è troppo intasato.
Il proprietario della vettura sarà costretto ad un'operazione più invasiva, ossia la pulizia del filtro, effettuata da professionisti.
Con apposite strumentazioni e l'utilizzo di macchinari specifici, Di.Pa.Sport è in grado di effettuare la pulizia profonda di FAP e DPF, per auto e veicoli commerciali, fino a raggiungere una resa pari al 95% rispetto al nuovo.
Il processo di pulizia, consiste in un controllo preventivo dell’integrità dell’elemento filtrante, dopodichè ogni accessorio viene smontato così da facilitare il lavaggio di ogni più piccolo anfratto.
I macchinari utilizzano detergenti a basso impatto ecologico e son dotati di un sensore di pressione in entrata ed uno in uscita; nel caso la pressione rilevata in uscita non sia in linea con il range dettato dai tecnici Di.Pa.Sport , il ciclo di pulizia viene ripetuto fino ad arrivare ai valori obiettivo.
Le acque utilizzate per la pulizia, vengono poi fatte decantare, purificate e solo dopo questo passaggio, rilasciate. I fanghi invece vengono smaltiti da aziende specializzate in sicurezza ecologica.
Il processo di pulizia, viene quindi svolto da personale specializzato, nel più assoluto rispetto delle normative a tutela dell'ambiente.
L'integrità del filtro rimane inalterata e il ciclo di rigenerazione può essere ripetuto più volte sullo stesso filtro e per tutti i tipi di veicoli (auto, furgoni, bus e camion).
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