Tecnologia Gasoline Particulate Filter GPF

Discussione in 'Ioniq - Motore batteria alimentazione tagliandi' iniziata da Daviq, 17 Apr 2019.

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    Volevo aprire questa discussione tecnica in merito al filtro anti particolato presente sulla Ioniq MY19 (che suppongo sia lo stesso montato sul resto della gamma a benzina), principalmente per cercare di chiarire delle perplessità che mi sono sorte leggendo il manuale d’uso dell’auto (premetto che ho la versione scaricata dall’app ufficiale Hyundai “Guida all’assistenza”).

    Su internet fortunatamente è già reperibile una discreta quantità di informazioni in merito al funzionamento del cosiddetto GPF, o Gasoline Particulate Filter, comprensive anche di test su strada su veicoli ibridi non ben identificati, nei quali si evidenzia un notevole rientro nei limiti delle normative Euro 6D temp (tanto da far risultare quasi eccessivo il ricorso a tale tecnologia… ma ben venga per i nostri polmoni).
    In fondo al post ho riportato per la consultazione i link ai siti e ai documenti più interessanti che ho trovato.

    Di seguito riporto un estratto di un whitepaper, tradotto, che secondo me sintetizza molto bene il GPF :

    Tecnologia del filtro anti particolato GPF
    I DPF sono stati utilizzati per ridurre le emissioni di particolato dei veicoli diesel per molti anni.
    Poiché i limiti del particolato sono estesi ai veicoli GDI, possiamo aspettarci che la tecnologia del filtro anti particolato (GPF) per la benzina, sviluppata sulla base dell'esperienza acquisita con DPF, sia utilizzata più ampiamente nei nuovi veicoli.
    I GPF sembrano molto simili ai DPF e, in generale, funzionano in modo simile. Il filtro ha una struttura a nido d'ape, solitamente realizzata in cordierite, una ceramica sintetica, con canali di ingresso e uscita alternativamente sigillati. Il gas di scarico è costretto a fluire attraverso il substrato filtrante poroso, che intrappola la fuliggine. A circa 200/350 canali per pollice quadrato, la densità del canale del GPF è quasi la stessa di un DPF. La principale differenza tra i due tipi di filtro è che la porosità del GPF è maggiore perché il substrato è più leggero. Sebbene ciò consenta al gas di muoversi più facilmente attraverso il substrato, significa anche che il GPF è più fragile di un DPF.
    Generalmente, il GPF è integrato nel catalizzatore a tre vie (TWC) a valle del substrato normale, che diventa quindi un catalizzatore a quattro vie. Un'alternativa è tenere un TWC vicino alla testata del cilindro e introdurre un secondo catalizzatore a quattro vie sotto la pavimentazione.
    I filtri anti particolato sono molto efficienti - si dice siano in grado di rimuovere oltre il 90% delle emissioni di particolato. Tuttavia, questa efficienza presenta una sfida. Nel corso del tempo, la fuliggine si accumula nel filtro che, se non rimosso, provoca una maggiore contropressione. Il modo migliore per rimuovere la fuliggine è bruciarlo in loco in presenza di ossigeno e a temperature >600 °C; un processo noto come rigenerazione.
    A differenza dei motori diesel, dove l'ossigeno è in eccesso, i motori a benzina generalmente funzionano con una miscela stechiometrica, il che significa che quando il motore è sotto carico elevato nei gas di scarico non c'è ossigeno per bruciare la fuliggine.
    Di conseguenza, per i motori a benzina, la rigenerazione può essere efficace solo in condizioni di “non potenza” e quindi viene eseguita in decelerazione, quando il motore è mantenuto in rotazione, il che comporta il pompaggio dell’ossigeno attraverso il motore stesso. Un'altra importante differenza nei motori a benzina è che la rigenerazione è passiva, cioè non è necessario aumentare di proposito la temperatura di scarico.
    Per avviare la rigenerazione, il convertitore-catalizzatore viene alimentato con aria per brevi periodi. Questo ossigeno, combinato con temperature di scarico elevate (400 - 700 °C), porta all'accensione la fuliggine. Quando i motori funzionano per lunghi periodi senza decelerazione, ad esempio guidando su un'autostrada senza traffico senza alcuna discesa, è necessario il controllo della combustione per avviare la rigenerazione. In questo caso, la temperatura di scarico viene aumentata ritardando la temporizzazione della scintilla e l'ossigeno viene reso disponibile creando una miscela magra combustibile/aria.
    Un DPF completo può contenere circa 8 grammi di fuliggine per litro (g/l), momento in cui è necessaria la rigenerazione attiva. Per il substrato in cordierite GPF, la capacità del filtro è di circa 1 g/l. Tuttavia, questa piccola capacità di stoccaggio non è un problema in quanto le emissioni di particolato sono da 10 a 30 volte più piccole in termini di massa per i GDI rispetto ai motori diesel e la rigenerazione passiva è molto frequente.

    Detto ciò, è chiaro che non possiamo sapere esattamente se quanto scritto sopra valga per tutti i GPF, e in particolare se si applichi alla Ioniq, ma di sicuro le argomentazioni date sono significative, soprattutto quella che riguarda l’ossigeno. Per questo motivo, quanto scritto nel manuale Hyundai in merito al GPF mi fa sorgere delle perplessità. Lo riporto di seguito:

    Gasoline Particulate Filter (GPF) (se in dotazione)
    Il filtro anti particolato benzina rimuove il particolato nel gas di scarico. Il sistema GPF brucia (o ossida) automaticamente il particolato che si è accumulato in una determinata condizione di guida, diversamente da quanto avviene con un filtro aria usa e getta. In altre parole, il particolato accumulatosi viene automaticamente eliminato dal sistema controllo motore e dall'elevata temperatura del gas di scarico durante una guida a velocità normale/elevata. Tuttavia, se il veicolo continua ad essere usato su brevi distanze o a velocità moderata per un lungo periodo di tempo, il particolato accumulato potrebbe non essere rimosso automaticamente a causa della bassa temperatura del gas di scarico.
    In questo caso, il particolato accumulatosi eccede il range di rilevamento, il processo di ossidazione non ha luogo e la segnalazione luminosa filtro anti particolato benzina (segnalazione luminosa GPF) s’illumina. La segnalazione luminosa filtro anti particolato benzina si spegne quando la velocità di guida supera gli 80 km/h con regime motore a 1.500 - 4.000 giri/min e cambio in 3A o in una marcia superiore e questa condizione persiste per 30 minuti circa. Se la segnalazione luminosa GPF continua a lampeggiare o s'illumina il messaggio spia "Controllare sistema di scarico" nei succitati casi, noi consigliamo di far controllare il sistema GPF da un concessionario autorizzato HYUNDAI. Se si continua a guidare il veicolo per un lungo periodo di tempo con segnalazione luminosa GPF, ciò potrebbe danneggiare il sistema GPF e aumentare il consumo di combustibile.

    Onestamente, mi pare che sia stato riportato lo stesso testo utilizzato per i DPF sui motori diesel, tant’è che il paragrafo successivo del manuale titola “Trappola per NOx (se in dotazione)” che è peculiare dei motori diesel e nel quale infatti si fa riferimento al carburante diesel stesso.

    Mi vengono dunque da pensare due cose:
    - nel mondo esistono modelli di Ioniq o di auto Hyundai basate sulla stessa piattaforma che montano motori diesel (e quindi condividono lo stesso manuale)
    - i manuali Hyundai sono del tutto generici o non curati tecnicamente

    Se facciamo riferimento a quanto scritto nel whitepaper, nella condizione prescritta dalla Hyundai il GPF non rigenera perché manca ossigeno, a meno che nell’elettronica non sia implementata la funzione di “innesco” che alza la temperatura dei gas di scarico ritardando la scintilla e smagrisca al contempo la miscela per lasciare ossigeno negli stessi (e nel caso dell’auto ibrida aggiungerei anche che mantenga il motore in moto per tot tempo, cosa non scontata se si viaggia ad esempio appena al di sopra degli 80km/h prescritti).

    Secondo voi, il manuale Hyundai incorpora semplicemente una mera copia delle prescrizioni valide per il DPF (e quindi lascia il tempo che trova) oppure è sinonimo di implementazione di tale logica di funzionamento?

    Riferimenti
    https://www.infineuminsight.com/articles/passenger-cars/gasoline-particulate-filters/
    https://www.aecc.eu/wp-content/uplo...-from-a-Gasoline-Plug-in-Hybrid-AVL-Forum.pdf
    https://www.aecc.eu//wp-content/upl...nts-of-a-GDI-vehicle-without-and-with-GPF.pdf
     

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