I september blir Euro6c-bestemmelsene gjeldende for lette kjøretøy i Europa. Med den kommer de første bensinbilene med partikkelfilter.
Partikkelfilteret blir nødvendig for å holde bensinmotoren innenfor utslippskravene, som sier at mengden partikler som kan slippes ut, PN, kan være maksimalt 600 milliarder partikler per kilometer.
Det er en reduksjon med faktor 10 fra i dag.
Partikkelutslippet skal være maksimalt 4,5 milligram per kilometer, som før. Dermed er det først og fremst utslippet av de minste partiklene Euro6c har til hensikt å redusere.
Med innføringen av den nye kjøresyklusen WLTP som erstatter NEDC, og kanskje viktigst RDE-tester (Real Driving Emissions) som skal måle utslipp under faktisk kjøring, blir det vanskeligere for bilprodusentene å «jukse» seg til fordelaktige utslippsverdier.
Så at bensinbiler vil utstyres med partikkelfilter har vært kjent lenge. Ifølge PSA har det ikke vært snakk om «hvis», men «når» dette skjer.
Først og fremst et problem ved direkte innsprøyting
– Høyt partikkelutslipp er særlig et problem på bensinmotorer med direkte innsprøyting, forklarer Knut Skårdalsmo, sivilingeniør og konsulent i motor og brennstoffteknologi i Skårdalsmo Fuel Consulting.
Nær sagt alle bensinbiler som selges nå har direkte innsprøyting. Skårdalsmo forklarer at partikkelutfordringen kommer av at bensinen har mindre tid til å bli fordampet i forbrenningskammeret, noe som gir mer bensindråper som ikke rekker å forbrenne fullstendig.
– Da får du automatisk en utfordring med partikkelutslipp, sier han.
Motsetningen er motorer hvor innsprøytningsdysen sitter i manifolden. Dette var vanlig før. Her sprøytes drivstoffet inn når stempelet går ned, og man får en ferdig fordampet luft- og bensinblanding. Direkteinnsprøytning skjer derimot når stempelet er på vei opp igjen.
Kombinerer innsprøytinger
For å løse utfordringen har noen motorprodusenter begynte å kombinere de to, ved å lage motorer som har både konvensjonell og direkte innsprøyting.
Avhengig av belastning og turtall, kan motoren bruke den ene, andre eller en kombinasjon. Dette styres av motorelektronikken.
– Dette er styrt av utslippstestene. Det betyr at motorer som har begge deler, kan kjøres med konvensjonell innsprøytning i testområdet, og at de kan gå over på direkte innsprøytning som slipper ut masse partikler utenfor testområdet, sier Skårdalsmo.
Strengere utslippskrav vil fange opp dette. Men bilprodusentene vil lage så billige motorer som mulig, så om det er billigere å lage motorer med dobbelt innsprøytingssystem enn å utstyre bilen med partikkelfilter, tror Skårdalsmo at de vil velge det billigste.
– Motorer som kun har direkte innsprøyting må ha bensinpartikkelfilter for å klare de nye kravene, sier han.
- Les også: Bilindustrien tror dieselmotoren er død
Får trolig færre problemer med filteret
Partikkelfilter er kanskje ikke et ord som vekker varme følelser hos dem som har hatt dieselbil og problemer med tett filter. Men i en bensinbil vil dette neppe bli et like stort problem.
Det er ingen store prinsipielle forskjeller på filtrene. De skal fange opp sot, og så brenne disse vekk etterhvert.
Partiklene brennes vekk når eksostemperaturen blir høy nok. Dette kalles regenerering av filteret.
Dieseleksos har relativt lav temperatur sammenlignet med bensineksos. Utfordringen med dieselpartikkelfiltre er da at småkjøring ikke gir motoren mulighet til å bli så varm at filteret kan regenereres.
Man får da tent en varsellampe som indikerer at partikkelfilteret begynner å gå tett, og i instruksjonsboken til bilen står det gjerne at du skal kjøre på et gitt turtall en viss tid, til det slukker. Dette for å holde temperaturen oppe. Høyere eksostemperatur gir hurtigere regenerering.
- Dieselrapport: – Alle jukser på en eller annen måte
Høy temperatur
Bensineksosen har imidlertid så høy temperatur at filteret kan regenereres langt oftere. Tomgangstemperaturen på eksosen fra en bensinmotor er i seg selv nesten høy nok til å få i gang regenerering, som krever minst 200 grader.
Skårdalsmo tror derfor at det vil bli langt mindre problemer med at partikkelfilteret går tett på bensinbiler.
Han ser for seg at det kanskje kan være mulig å få problemer dersom filteret blir termisk overbelastet, for eksempel ved at man mister gnist på en sylinder i motoren, slik at det går mye uforbrent bensin inn i filteret. Men slikt kan skje, og Skårdalsmo ser ikke for seg noen store utfordringer med partikkelfilter på bensinmotorer.
Han tror heller ikke at det vil føre til noen særlige endringer i drivstofforbruket.
– Partikkelfilter øker avgassmottrykket litt, så forbruket vil trolig øke noe, men neppe så mye at det er noe å bry seg med, sier han.
Det som uansett er sikkert er at partikkelfiltrene når migrerer over til bensinmotorene. Og siden det er mange års erfaring med dette på dieselmotor, er det nærmest hyllevare bilprodusentene kan skru inn i bensinbilene.
- Fire teknikker: Slik renses dieselmotoren for NOx
Dette sier bilprodusentene
Bild.de har spurt bilprodusenter om hvilke planer de har for bensinpartikkelfilter.
Volkswagens EW888-motor med direkte innsprøyting får blant annet partikkelfilter for å tilfredsstille kommende krav.
Audi sier til avisen at de kommer til å utstyre biler med TFSI-motor med partikkelfilter i Europa. Men de mener at de vil kunne klare mange av kravene uten. Audi A5 2.0 TFSI blir første modell ut, og kommer til sommeren.
Mercedes-Benz' nye S-klasse som kommer til høsten får partikkelfilter. M256-motoren får partikkelfilter i år. Deretter får flere modeller partikkelfilter.
BMW sier til Bild at de tester partikkelfilter nå, og at dette bare er ett av flere mulige tiltak for å oppfylle kravene. Men de antar at alle nye modeller fra modellår 2018 får partikkelfilter.
Volvo introduserer sine første modeller med bensinpartikkelfinter i løpet av andre halvår i år. De ønsker ikke å gå spesifikt inn på hvilke.
- Diesel og bensin skal være med oss en stund til: Slik kan motorene bli renere
Slik virker partikkelfilteret
Et partikkelfilter er i praksis et sotfilter. Det er koblet til eksosanlegget, og kan sitte før og etter katalysatoren, eller være i én kombinert enhet. Avgassene strømmer gjennom filteret, og sotet blokkeres.
Motsetningen er katalysatoren, som ikke filtrerer avgassene. Her strømmer avgassene strømmer over en overflate med stoffer som øker hastigheten på en kjemisk reaksjon.
Siden filteret er avhengig av høy temperatur for å regenerere, er det i dieselbiler ofte montert rett etter turboen.
Filteret er et bikubemønstret keramisk materiale, hvor sotet samles i kanaler i filteret. Dette sotet brennes jevnlig vekk gjennom regenerering. Dette skal sikre at filteret ikke går tett.
Sotet ender opp som vann og CO2 når det brennes vekk.
- Enkel, men avansert: Slik fungerer elbil-motoren
Ulike materialer
Filteret kan lages av ulike materialer. De vanligste materielene er cordieritt eller silisiumkarbid, eller keramiske fiberfiltre eller metallfiberfilter.
Cordieritt er et mineral bestående av magnesium-jern-aluminium-syklosilikat. I partikkelfiltre brukes typisk en syntetisk variant av mineralet.
I produksjonsprosessen rettes cordierittkrystallene i samme retning, ettersom de ekspanderer svært lite i én akse. Da unngår man at materialet sprekker opp under termisk sykling.
Når eksosen møter filteret, er halvparten av kanalene blokkert i hver sin ende. Blokkeringene sørger for å tvinge eksosgassen gjennom cordieritten, og at sotet som er for stort til å passere forblir i filteret.
Ulempen med å bruke cordieritt er at det har relativt lavt smeltepunkt på rundt 1200 varmegrader. Dette kan være et problem om filteret er overbelastet.
- Spår forbrenningsmotorens død: – Alle biler er elbiler etter 2025
Høyere smeltepunkt
Silisiumkarbidfiltre har ikke dette problemet, da smeltepunktet er rundt 2700 grader. Samtidig har det ikke den termiske stabiliteten til cordieritt. Det gjør at man må ta hensyn til at materialet utvider seg når det varmes opp.
Dette løses ved å segmentere materaielt, og binde det sammen med en spesiell sement som tar opp bevegelsene fra termisk ekspansjon.
Norske Elkem i Bremanger er en av produsentene av silisium som brukes i silisiumbarbidfiltre.
Som cordierittfiltre, består filteret av kanaler, hvor annenhver er blokkert i hver ende, slik at sotet forblir i de kanalene som er åpne på inntakssiden.
Keramiske fiberfiltre består av keramiske fibre i porøs form. Det er porøsiteten som avgjør hvor store partikler som slipper igjennom. Slike filtre gir stor frihet i hvordan de fysisk utformes.
Metallfiberfiltre består av metallfibre vevet til en monoblokk. Den store fordelen er at de kan varmes opp ved å sende strøm gjennom dem. Dermed kan de regenereres uavhengig av eksostemperatur.
Slike filtre er imidlertid dyrere enn de to vanligste; cordieritt og silisiumkarbid, og krever et ekstra system for regenerering.
Elektrisk oppvarming er imidlertid ikke en forutsetning for å ta i bruk metallfiberfiltre.
Slik regenereres filteret
Regenerering av de vanligste partikkelfiltrene skjer vanligvis på én av tre måter:
- Spontan regenerering – Når filteret når en temperatur på rundt 600 varmegrader.
- Dynamisk regenererign – Skjer når bilens datasystem har beregnet at filteret er ved kapasitet, og ikke har spontanregenerert. Dette indikeres gjerne gjerne med et partikkelfilter-symbol i dashbordet. Det krever som regel at du kjører en gitt avstand/turtall før lampen slukker. Kan innebære at det injiseres mer drivstoff for å øke motortemperaturen under regenerering.
- Serviceregenerering – Om regenerering ikke har blitt utført ved hjelp av de to foregående metodene, må det gjøres på verksted. Da vil det injiseres mer drivstoff i motoren for å øke temperaturen.
Om partikkelfilteret er svært tett, kan det ødelegges når det regenereres. I tillegg kan olje og kjølevæske komme inn i filteret og ødelegge det. Det må da byttes ut.
Partikkelfilteret har sensorer som forteller bilens datasystem når det må regnereres. Dette er en differensiell trykksensor som måler trykket inn og ut.
Om trykkdifferansen overstiger et gitt nivå, settes en regenereringsprosess automatisk i gang. Det sprøytes da litt mer drivstoff inn i motoren for å øke temperaturen, slik at sotet brennes vekk.
Varsellampen vil først tennes dersom regenereringen ikke får kjørt seg ferdig. Dette skjer typisk ved mye småkjøring. Når trykkdifferansen overstiger et kritisk nivå, vil varsellampen i dashbordet tennes.
Les også: Elbiler er ikke nødvendig for å nå strengere utslippskrav
