- La rigenerazione termica richiede alte temperature; 360–400°C produce rigenerazione lenta e incompleta
- A temperatura circa 600°C la fuliggine potrebbe ossidarsi rapidamente e completamente
- La rigenerazione con O2 richiede temperature elevate; NO2 permette rigenerazione a temperature inferiori
- L’ossidazione NO2 domina la rigenerazione passiva del DPF
La rigenerazione termica dei filtri antiparticolato diesel implica l’ossidazione delle particelle solide e la loro trasformazione in prodotti gassosi, preferibilmente trasformandoli in CO2. A seconda del design del sistema DPF e delle condizioni operative del motore (temperatura dei gas di scarico), l’ossidazione del carbonio nella fuliggine diesel può avvenire tramite reazioni con l’ossigeno o il diossido di azoto.
L’ossigeno è presente nei gas di scarico dei diesel in concentrazioni sufficienti in quasi tutte le condizioni operative. Tuttavia, sono necessarie temperature relativamente elevate per ottenere velocità apprezzabili di rigenerazione con O2. La rigenerazione a base di ossigeno è osservata soprattutto nei sistemi DPF attivi.
La rigenerazione con diossido di azoto può essere effettuata a temperature più basse rispetto alla rigenerazione con ossigeno. Tuttavia, le concentrazioni di NO2 devono essere incrementate, il che viene solitamente realizzato tramite ossidazione catalitica di NO (cioè aumentando il rapporto NO2:NO nei NOx). L’ossidazione della fuliggine da parte di NO2 è il meccanismo dominante della rigenerazione passiva del DPF.
Sono possibili anche altri ossidanti più attivi. L’ozono è stato suggerito come un ossidante della fuliggine diesel che potrebbe permettere la rigenerazione a temperature ancora più basse di quelle possibili con NO2. L’uso della rigenerazione con ozono richiederebbe un generatore di ozono a bordo.
La velocità di rigenerazione termica è limitata dalla cinetica dell’ossidazione della fuliggine. La velocità di ossidazione della fuliggine è significativamente più bassa rispetto a quella dell’ossidazione dei gas inquinanti di scarico, come il monossido di carbonio. Questo è uno dei motivi per cui le particelle di carbonio non vengono ossidate nei catalizzatori che assicurano tempi di residenza relativamente brevi delle particelle. L’ossidazione della fuliggine richiede filtri diesel che prolungano il tempo di residenza attraverso la cattura fisica delle particelle.
Ossidazione della fuliggine diesel
A basse temperature (360°C, 400°C) le velocità di ossidazione sono molto lente e la rigenerazione del dpf è incompleta. Solo a temperature di circa 600°C la fuliggine potrebbe essere ossidata rapidamente e completamente. A qualsiasi temperatura data, la velocità di ossidazione cambia con la quantità di fuliggine nel campione. Questo comportamento si osserva anche nei filtri diesel, che si rigenerano più velocemente quando il carico di fuliggine è maggiore.