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Filtres à particules diesel (DPF)

Les filtres à particules sont généralement utilisés avec les moteurs diesel pour éliminer les émissions de particules diesel (PM), mais cette technologie peut en principe être appliquée à toutes les autres combinaisons de moteur/carburant, même si celles-ci produisent moins de particules. En fonction de la technologie des moteurs et des spécificités des applications, plusieurs technologies de filtres peuvent être employées pour réduire les émissions de particules.

Filtres à paroi filtrantes

Avec le type de filtre le plus commun, le filtre à paroi filtrantes, les particules sont éliminées des gaz d'échappement au moyen d'une filtration physique en utilisant une structure en nid d'abeille similaire à celle des substrats pour catalyseurs trois voies, la différence étant que les canaux sont bloqués en alternance. Les gaz d'échappement sont par conséquent forcés de traverser les parois entre les canaux, et les particules se déposent sous forme d'un 'gâteau' de suie sur les parois. Ces filtres sont faits de matériaux céramiques (cordiérite, carbure de silicium ou titanate d'aluminium).

Les filtres à paroi filtrantes éliminent presque totalement les particules de carbone, y compris les particules fines de moins de 100 nanomètres (nm) de diamètre, avec une efficacité de >95% de la masse et de >99% du nombre de particules, dans un large éventail de conditions de fonctionnement du moteur. Les valeurs limites d'émissions les plus récentes en Europe (Euro 5 et 6) sont basées à la fois sur une masse et un nombre pour tenir compte du nombre et de la taille des particules, indices plus parlants, pense-t-on, quant aux effets des particules sur la santé. Comme le flux continu de suies dans le filtre va obstruer ce dernier, il est nécessaire d’en "régénérer" les propriétés filtrantes en brûlant régulièrement les particules collectées. Les méthodes les plus efficaces de régénération sur les applications de rétrofit sont les suivantes:

• Incorporer un catalyseur d'oxydation en amont du filtre qui, en plus d'opérer comme un catalyseur d'oxydation classique, augmente aussi le rapport NO2:NO dans le gaz d'échappement.
• Pourvoir le filtre d'un revêtement catalytique pour abaisser la température de combustion des particules.
• Ajouter au carburant de très faibles quantités de catalyseur soluble, comme la cérine ou des composés ferreux ajouté au carburant grâce à un système de dosage embarqué. Une fois le catalyseur recueilli sur le filtre sous forme de mixture homogène contenant les particules, ces dernières brûlent à des températures plus basses (autour de 350°c au lieu de 650°C) et avec une cinétique de combustion accélérée (typiquement 2-3 minutes) tandis que les résidus solides du catalyseur sont piégés dans le filtre sous forme de cendre.
• Placer un injecteur de carburant en amont du DPF, dans la ligne d'échappement.
• Réchauffer électriquement le filtre, sur le véhicule ou démonté.

Les particules piégées brûlent à des températures d'échappement normales grâce aux puissantes propriétés d'oxydation du NO2 et peuvent brûler en présence d'oxygène quand la température des gaz d'échappement est régulièrement augmentée via la post-combustion.

Filtres partiels

Les filtres partiels sont aussi disponibles dans divers matériaux allant de la fibre au métal. Les filtres partiels métalliques utilisent un substrat spécial composé d’une feuille de métal perforée avec une couche de 'feutre' métallique qui détourne le flux des gaz d’échappement dans des canaux adjacents et piègent temporairement les particules dans le feutre, avant d’être brûlées par une réaction continue avec le NO2 généré par un catalyseur d’oxydation situé en amont dans la ligne d’échappement. Ce type de filtres peut réduire les émissions de PM de 30 à 60%.