05-07-2005

Ford Focus en Focus C-Max TCDI standaard met roetfilter (DPF).

Significant aandeel Ford diesels nu leverbaar met standaard roetfilter 

Teneinde de luchtkwaliteit in Nederland te verbeteren heeft de overheid besloten om per 1 juni 2005 roetfilters op auto´s te subsidiëren. Klanten die een auto met dit filter kopen, ontvangen van de overheid een korting op de BPM van € 600. Ford Nederland levert per direct twee dieselmotoren in de volumemodellen Focus en Focus C-MAX met standaard roetfilter. 

Ford TDCi 

TDCi (turbo diesel common-rail injection) staat voor moderne, schone common-rail dieselmotoren voor een gunstige prijs. Nagenoeg alle modellen uit het modellenprogramma van Ford kennen een keuze uit TDCi motoren. Zowel de begin dit jaar geďntroduceerde nieuwe Focus als de MPV-variant Focus C-MAX zijn leverbaar met twee moderne dieselmotoren die per direct standaard zullen worden uitgerust met een diesel partikel filter (DPF). Het gaat om de 2.0 liter Duratorq TDCi met 136 pk (100 kW) en de 1.6 liter Duratorq TDCi met 109 pk (80 kW). 

Diesel Partikel Filter 

Het DPF-systeem in de Ford Focus en Focus C-MAX met TDCi motor kan de partikeluitstoot met wel 98 procent beperken. Het nieuwe keramische filter van siliconcarbide wordt gebruikt in combinatie met de nieuwste common-rail technologie die kan werken met wel vier inspuitcycli. Hoewel het opvangen van de dieselpartikels door de fijnmazige filterstructuur van het keramische element vrij eenvoudig is, is het regenereren van het filter onder de uiteenlopende gebruiksomstandigheden aanzienlijk moeilijker. Dit vereist dan ook een geavanceerde besturingstechnologie waarbij de hele dieselmotor betrokken is. 

Regenereren houdt in dat partikelresten zoveel mogelijk uit het filterelement worden verwijderd. Dit wordt bereikt door een motor managementsysteem dat gebruik maakt van complexe besturingscycli. Afhankelijk van de belasting van de motor en de staat van het filter, wordt met dit systeem het verbrandingsproces aangestuurd van de partikels die in het filter zijn achtergebleven. Het idee dat men zich bij de ontwikkeling van de motor met name moeten concentreren op beperking van de uitstoot bij de zwaarst mogelijke belasting van de motor, is wijdverbreid. Maar bij de dieselfilter technologie is het juist een lage belasting van de motor die de ingenieurs voor de grootste uitdagingen stelt. 

Het beperken van de dieselpartikel uitstoot is met name problematisch door de lage temperatuur van uitlaatgassen bij moderne dieselmotoren. Anders dan turbobenzinemotoren, waarbij de temperatuur van de uitlaatgassen gemakkelijk boven de 1.000 graden Celsius uitkomt, zijn dieselmotoren nogal “koel” uitgevallen. Bij een lage belasting, wanneer bijna geen gas wordt gegeven, is de temperatuur van de uitlaatgassen slechts 250 graden Celsius. Zelfs wanneer de dieselmotor volop wordt belast, komt de temperatuur van de uitlaatgassen nooit boven de 750 graden Celsius uit. Pas bij deze temperatuur, bij een relatief hoge belasting, vindt in dieselmotoren met een partikelfilter een proces plaats dat “natuurlijke regeneratie” heet. 

Hoe lager de temperatuur van de uitlaatgassen is bij een lagere belasting van de motor, hoe moeilijker het regenereren van het filter wordt. Het is echter altijd bevorderlijk voor het regeneratieproces om het voertuig enige tijd met hoge snelheid te laten rijden. Wanneer de motor zwaar wordt belast, ontbrandt het partikelresidu vóór het filter, waarna het verbrandingsproces kan plaatsvinden. Maar het ligt uiteraard niet voor de hand automobilisten te adviseren plankgas te rijden wanneer ze vast zitten in het stadsverkeer, of hun auto onderweg stil te zetten omdat het filter vol is. 

Daarom hebben Ford-ingenieurs samen met experts van PSA alles op alles gezet om bruikbare oplossingen te vinden. Deze oplossingen houden enerzijds in dat de uitlaatgassen van de dieselmotor worden verhit en anderzijds dat de vereiste temperatuur in het filter wordt verlaagd. De uiteindelijke oplossing is met name zo gedegen doordat het probleem vanaf twee kanten is aangepakt. 

De innovatieve inspanningen van Ford op het terrein van dieselfilter technologie hebben geleid tot verschillende patenten. Op basis van patenten die Ford in de jaren tachtig van de vorige eeuw heeft verkregen, wordt in de Focus en Focus C-Max een toevoeging gebruikt die bijdraagt aan een drastische reductie van de regeneratietemperatuur van de partikelresten. Deze stof, die bestaat uit een vloeibaar mengsel van zuiver ijzer en het chemische element ceria, wordt toegevoegd in microscopisch kleine hoeveelheden (uitgedrukt in deeltjes per miljoen). Meer is er niet nodig om de partikels al te laten ontbranden bij 450 graden Celsius in plaats van 650 graden Celsius. Na verbranding blijven vervolgens vrijwel geen resten achter. 

De dieselmotor moet dus nog wel een temperatuur van ongeveer 450 graden Celsius bereiken. Ingenieurs hebben daarom een paar “trucjes” toegepast om de normale temperatuur van de uitlaatgassen, die 250 graden Celsius bedraagt, te verhogen zodra het filter moet worden geregenereerd. 

Hiervoor zijn verschillende opties overwogen. Een van de mogelijkheden betrof een combinatie van voorinspuiting, hoofdinspuiting, na-inspuiting en late inspuiting. De combinatie van deze inspuitgebeurtenissen maakte het mogelijk het verbrandingsproces in zeer precieze mate te controleren. 

Voorinspuiting vindt plaats wanneer de krukas zich op ongeveer 10 graden voor het bovenste dode punt bevindt van de hoek waaronder de hoofdinspuiting plaatsvindt. Hierbij wordt slechts één kubieke millimeter diesel verbruikt, wat ongeveer net zoveel is als een speldenknop. Evenals bij vorige Ford-dieselmotoren helpt dit om het geluidsniveau van het verbrandingsproces in TDCi-motoren te beperken. De late inspuiting vindt plaats op ongeveer 30 graden na het bovenste dode punt aan het eind van de verbrandingscyclus. Door een kleine hoeveelheid diesel in te spuiten wordt de temperatuur van het uitlaatgas direct na het hoofdverbrandingsproces verhoogd. 

De na-inspuiting vindt plaats ongeveer 40 graden na het bovenste dode punt. De brandstof die aldus wordt ingespoten, wordt niet in de verbrandingskamer verbrand, maar gaat met de uitlaatgassen mee door het uitlaatspruitstuk en de turbocompressor. De brandstof ontbrandt pas wanneer deze in aanraking komt met de hete katalysator, waar de verbranding vervolgens binnen de kanaaltjes plaatsvindt. Door deze exotherme reactie wordt het filter verhit en zo wordt een complete verbranding mogelijk van de resterende partikels in het filter, mede dankzij de hierboven beschreven maatregelen. 

Wanneer de motor maar weinig wordt belast, dus wanneer weinig tot geen gas wordt gegeven, zijn deze maatregelen niet afdoende en zijn er twee extra “trucjes” nodig. Het inlaatkanaal kan worden verhit door een elektrisch verwarmingselement dat wanneer nodig wordt ingeschakeld. Dit leidt tot een hogere temperatuur van de uitlaatgassen en zodoende tot een effectievere late inspuiting en na-inspuiting doordat de ontbranding wordt versneld. Het resultaat is een geleidelijke druktoename en een langduriger warmteafgifte in het uitlaatsysteem. Door de luchtstroom bij de inlaat te beperken, wordt de verbrandingstemperatuur verhoogd. In praktische zin is hiermee sprake van een door de motor bestuurde verwarmingsfunctie voor uitlaatgassen. Het beperken en verhitten van de luchtstroom wordt gebruikt om de warmteafgifte preciezer te regelen en ervoor te zorgen dat er bij de na-inspuiting en late inspuiting een volledige verbranding plaatsvindt. 

Wanneer de auto in het stadsverkeer wordt gebruikt, schept deze vierledige strategie de ideale omstandigheden voor het regenereren van het filtersysteem. Dit regeneratieproces is betrouwbaar totdat er langdurig weinig tot geen gas wordt gegeven. Even optrekken bij een groen verkeerslicht is echter voldoende om het regeneratieproces weer te starten. Het motor managementsysteem regelt het proces geheel automatisch, vrijwel zonder dat de bestuurder hier iets van merkt. Bij dit geavanceerde besturingsproces zijn geen concessies gedaan aan de rij kwaliteit of de reactiesnelheid van de motor wanneer de bestuurder het gaspedaal intrapt. De dieselmotor loopt als een zonnetje terwijl het filter wordt “opgeschoond".

Bron: Media Ford