VAASAN YLIOPISTO 

 

TEKNILLINEN TIEDEKUNTA 

 

ENERGIATEKNIIKKA 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Jiri Vehmasto 

 

DPF:N PASSIIVINEN REGENEROINTI TYÖKONEDIESELMOOTTORISSA 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Diplomityö, joka on jätetty tarkastettavaksi diplomi-insinöörin tutkintoa varten  

Vaasassa 26.10.2012. 

 

 

Työn valvoja   Seppo Niemi 

 

Työn ohjaaja   Markus Iivonen



1 

 

ALKUSANAT 
 

Haluan kiittää tekniikan tohtori Seppo Niemeä diplomityöni valvonnasta sekä 

laadukkaasta opetuksesta opiskeluni aikana.  

 

Kiitän Markus Iivosta, joka ohjasi diplomityöni suorittamista AGCO Powerilla. 

Kiitoksen ansaitsee AGCO Powerilta myös Jarno Ratia, joka mahdollisti diplo-

mityöni suorittamisen AGCOlla. AGCOlta kiitän vielä kaikkia, jotka auttoivat 

minua diplomityöni tekemisessä. 

 

Erityisesti haluan kiittää myös puolisoani Tarua, joka tuki minua hakemaan 

Vaasan yliopistoon opiskelemaan energiatekniikkaa. Kiitän häntä tuesta sekä 

opiskeluni aikana että diplomityöni suorittamisessa. Kiitän myös isääni ja äitiä-

ni, jotka ovat tukeneet minua koko opiskeluelämäni ajan. 

 

Lisäksi haluan kiittää kaikkia henkilöitä, jotka ovat antaneet minulle välillä 

muuta ajateltavaa diplomityöni suorittamisen aikana.  



2 

 

 

SISÄLLYSLUETTELO        sivu 

 

ALKUSANAT 1 

1 JOHDANTO 16 

2 PAKOKAASUPÄÄSTÖT 18 

2.1 Hiukkaset 20 

2.1.1 Hiukkasten koko 21 

2.1.2 Hiukkasten kokojakauma 23 

2.2 Dieselmoottorin pakokaasuhiukkaset 24 

2.2.1 Kiinteä osuus (SOL) 26 

2.2.2 Liukeneva orgaaninen osuus (SOF) 28 

2.2.3 Sulfaattiosuus 29 

2.2.4 Haihtuva orgaaninen osuus (VOF) 30 

2.2.5 Hiukkasten synty ja rakenne 30 

2.3 Päästömääräykset ja niiden kehittyminen 34 

2.3.1 Eurooppa 36 

2.3.2 Pohjois-Amerikka 38 

2.3.3 Muu maailma 39 

2.4 Hiukkaspäästöjen terveysvaikutukset 40 

2.4.1 Altistuminen hiukkasille 42 

2.4.2 Lyhytaikainen altistuminen pakokaasulle 43 

2.4.3 Pitkäaikainen altistuminen pakokaasulle 43 

3 DIESELMOOTTOREIDEN PÄÄSTÖTEKNIIKKA 45 

3.1 Päästöjen vähentäminen moottorisuunnittelulla 46 

3.1.1 NOX-päästöjen vähentäminen 47 

3.1.2 Hiukkaspäästöjen vähentäminen 48 

3.2 Hiukkassuodatin 50 

3.3 Hapetuskatalysaattori 50 



3 

 

4 PAKOKAASUPÄÄSTÖJEN MITTAAMINEN 54 

4.1 Emissiotestisyklit 56 

4.2 Näytteenotto ja mittaaminen 57 

5 HIUKKASSUODATIN 61 

5.1 Toiminta 62 

5.1.1 Vastapaine 66 

5.1.2 Hiukkasmassan ja -määrän hallinta 67 

5.1.3 Wall-flow 68 

5.1.4 Flow-through ja partial-flow 70 

5.2 Materiaalit 72 

5.2.1 Keraaminen wall-flow -monoliitti 75 

5.2.2 Keraaminen kuitu 75 

5.2.3 Keraaminen vaahto 76 

5.2.4 Metallikuitu 76 

5.2.5 Sintrattu metalli 77 

5.2.6 Poimuinen paperi 77 

5.3 DPF:n regenerointi 78 

5.3.1 Aktiivinen regenerointi 81 

5.3.2 Passiivinen regenerointi 83 

5.3.3 Passiivi-aktiivinen -regenerointi 84 

5.3.4 Hallitsematon regenerointi 85 

6 KOEAJOT 87 

6.1 Koemoottori ja mittalaitteet 87 

6.1.1 Pakokaasun jälkikäsittelylaitteet 88 

6.1.2 Moottoridynamometri 88 

6.1.3 Mittausolosuhteet 89 

6.1.4 Savutusmittari 89 

6.1.5 Hiukkasmassamittalaite 90 

6.1.6 Pakokaasuanalysaattori 90 



4 

 

6.1.7 Muut mittalaitteet 91 

6.2 Tutkimuksen kulku 91 

6.2.1 Rajamomenttiajo 92 

6.2.2 NRSC (ISO 8178) 92 

6.2.3 Balance point -testi 93 

6.2.4 Regenerointitutkimus 93 

6.2.5 Muut testit 94 

7 TULOKSET 95 

7.1 Moottorin savuttaminen ja päästöt 95 

7.2 Balance point 97 

7.2.1 DOC 20 g/ft3 platinamäärällä 97 

7.2.2 DOC 10 g/ft3 platinamäärällä 100 

7.3 Hiukkassuodattimen täyttymisnopeus 102 

7.3.1 DOC 10 g/ft3 platinamäärällä 103 

7.3.2 DOC 20 g/ft3 platinamäärällä 107 

7.4 Hiukkassuodattimen regeneroitumisnopeus 110 

7.4.1 DOC 10 g/ft3 platinamäärällä 111 

7.4.2 DOC 20 g/ft3 platinamäärällä 121 

7.5 Epätäydellinen regenerointi 129 

8 JOHTOPÄÄTÖKSET 133 

9 YHTEENVETO 137 

LÄHTEET 139 

LIITTEET 153 

LIITE 1. Työtä tukevat kaaviot.      153 

LIITE 2. Työssä käytetyn DOC:n ja DPF:n koot sekä koko järjestelmän 

poikkileikkaus. 161 

 

 



5 

 

KUVIOT          sivu 

 

Kuvio 1 Dieselmoottorin ja kipinäsytytteisen moottorin emissioiden erot, kun 

kipinäsytytteisessä moottorissa on kolmitoimikatalysaattori (ECOgroup 2008).

 19 

Kuvio 2 Hiukkasten kokoluokat, hiukkasmäärät ja hiukkasmassan osuus 

(Kittelson 2006). 21 

Kuvio 3 Hiukkasten koko verrattuna hiuksen ja hiekan jyvän kokoon (Oregon 

Physicians for Social Responsibility 2008). 22 

Kuvio 4 Hiukkasten kokojakauma (Riipinen & Lehtipalo 2012). 23 

Kuvio 5 Hiukkaspäästöjen jakautuminen eri ryhmiin (Collura ym. 2005). 26 

Kuvio 6 Hiilihiukkasen rakenne (Environment Canada 2011). 27 

Kuvio 7 Dioksiini (Encyclopedia Britannica  inc. 2012). 29 

Kuvio 8 Liekin kemiallinen koostumus, muokattu (Khair & Jääskeläinen 2010).

 32 

Kuvio 9 Dieselpartikkelien kokoluokka ja muodostuminen (ECOpoint inc. 

2008). 33 

Kuvio 10 Dieselmoottorin pakokaasuhiukkasten rakenne (Maricq 2007). 34 

Kuvio 11 Päästörajojen kehittyminen yli 130 kW moottoreissa PM:n ja NOX:in 

suhteen Euroopassa, muokattu (AGCO Sisu Power 2008). 38 

Kuvio 12 Hiukkasten kulkeutuminen hengityselimissä (Tekes 

teknologiaohjelmaraportti 2006). 42 

Kuvio 13 Hiukkaspäästöjen ja typenoksidien trade-off -ilmiö. 47 

Kuvio 14 Hapetuskatalysaattorin toimintaperiaate (Robert Bosch GmbH 2012).

 53 

Kuvio 15 Liikuteltava emissiomittausjärjestelmä PEMS (Sensors inc.). 55 

Kuvio 16 Vaihteleva emissiotestisykli NRTC (Ecopoint inc. 2004). 57 



6 

 

Kuvio 17 Hiukkassuodattimen rakenne (Ngk insulators, ltd 2001). 61 

Kuvio 18 Syvyyssuodatuksen ja pintasuodatuksen toimintaperiaate (Majewski 

2011). 63 

Kuvio 19 Syvyyssuodatuksen kolme mekanismia aerosolin kerrostumiselle, 

muokattu (Majewski 2011). 64 

Kuvio 20 DPF kanavan suurennos ja noen/tuhkan kerääntyminen (Dimopoulos 

2008). 66 

Kuvio 21 Wall-flow -mallinen suodatin (Blackthorn, 2012). 69 

Kuvio 22 Wall-flow -mallin suodattimen kanavien koko (Majewski 2011). 70 

Kuvio 23 Flow-through -suodatin (Huss Group 2010). 71 

Kuvio 24 Partial-flow -suodatin (Emitec). 72 

Kuvio 25 Tietokonemallinnus DPF:ssä käytettävistä materiaalien 

huokoisuusrakenteista (Konstandopuolos & Papaioannou 2008). 74 

Kuvio 26 Hiukkassuodattimen regenerointitavat (ECOpoint inc. 2005). 79 

Kuvio 27 Osa sulanutta DPF suodatinta (Espino 2009). 81 

Kuvio 28 Moottorin savutus NRSC-testissä sekä normaaleilla että savuttavilla 

säädöillä. 96 

Kuvio 29 Moottorin ominaispäästöt sekä normaaleilla että savuttavilla 

säädöillä. 96 

Kuvio 30 Balance point nopeudella 2100 rpm (DOC, jossa 20 g/ft3 platinamäärä).

 98 

Kuvio 31 Savutus hiukkassuodattimen jälkeen 2100 rpm balance point -testissä.

 98 

Kuvio 32 Balance point nopeudella 1500 rpm (DOC, jossa 20 g/ft3 platinamäärä).

 99 

Kuvio 33 Balance point nopeudella 2100 rpm (DOC, jossa 10 g/ft3 platinamäärä).

 100 



7 

 

Kuvio 34 Savutus hiukkassuodattimen jälkeen 2100 rpm balance point -testissä.

 101 

Kuvio 35 Balance point nopeudella 1500 rpm (DOC, jossa 10 g/ft3 platinamäärä).

 101 

Kuvio 36 Pakovastapaineen nousu hiukkaskeräyksessä 2100 rpm ja 90 Nm 

(DOC, jossa 10 g/ft3 platinamäärä). 104 

Kuvio 37 Pakovastapaineen nousu hiukkaskeräyksessä 2100 rpm ja 100 Nm 

(DOC, jossa 10 g/ft3 platinamäärä). 105 

Kuvio 38 Pakovastapaineen nousu hiukkaskeräyksessä 2000 rpm ja 90 Nm 

(DOC, jossa 10 g/ft3 platinamäärä). 106 

Kuvio 39 Pakovastapaineen nousu hiukkaskeräyksessä 1500 rpm ja 73 Nm 

(DOC, jossa 10 g/ft3 platinamäärä). 107 

Kuvio 40 Pakovastapaineen muutos hiukkaskeräyksessä 2100 rpm ja 90 Nm 

(DOC, jossa 20 g/ft3 platinamäärä). 108 

Kuvio 41 Pakovastapaineen muutos hiukkaskeräyksessä 2100 rpm ja 100 Nm 

(DOC, jossa 20 g/ft3 platinamäärä). 109 

Kuvio 42 Pakovastapaineen muutos hiukkaskeräyksessä 1500 rpm ja 77 Nm 

(DOC, jossa 20 g/ft3 platinamäärä). 110 

Kuvio 43 Pakovastapaineen muutos regeneroinnissa 1500 rpm ja 135 Nm sekä 

500 Nm (DOC, jossa 10 g/ft3 platinamäärä). 112 

Kuvio 44 DPF:n lämpötilajakauma regeneroinnissa 1500 rpm 135 Nm ja 500 Nm 

(DOC, jossa 10 g/ft3 platinamäärä). 113 

Kuvio 45 Pakovastapaineen muutos regeneroinnissa 1500 rpm ja 620 Nm (DOC, 

jossa 10 g/ft3 platinamäärä) 113 

Kuvio 46 DPF:n lämpötilajakauma regeneroinnissa 1500 rpm ja 620 Nm (DOC, 

jossa 10 g/ft3 platinamäärä). 114 



8 

 

Kuvio 47 Typenoksidien määrät regeneroinnissa 1500 rpm ja 620 Nm (DOC, 

jossa 10 g/ft3 platinamäärä). 115 

Kuvio 48 Pakovastapaineen muutos regeneroinnissa 2100 rpm ja 160 Nm sekä 

450 Nm (DOC, jossa 10 g/ft3 platinamäärä). 116 

Kuvio 49 DPF:n lämpötilajakauma regeneroinnissa 2100 rpm ja 160 Nm sekä 

450 Nm (DOC, jossa 10 g/ft3 platinamäärä). 117 

Kuvio 50 Pakovastapaineen muutos regeneroinnissa 2100 rpm ja 460 Nm (DOC, 

jossa 10 g/ft3 platinamäärä). 118 

Kuvio 51 DPF:n lämpötilajakauma regeneroinnissa 2100 rpm ja 460 Nm (DOC, 

jossa 10 g/ft3 platinamäärä). 119 

Kuvio 52 Typenoksidien määrät regeneroinnissa 2100 rpm ja 460 Nm (DOC, 

jossa 10 g/ft3 platinamäärä). 120 

Kuvio 53 Pakovastapaineen muutos regeneroinnissa 1500 rpm ja 135 Nm sekä 

500 Nm (DOC, jossa 20 g/ft3 platinamäärä). 122 

Kuvio 54 DPF:n lämpötilajakauma regeneroinnissa 1500 rpm ja 135 Nm sekä 

500 Nm (DOC, jossa 20 g/ft3 platinamäärä). 123 

Kuvio 55 Pakovastapaineen muutos regeneroinnissa 1500 rpm ja 620 Nm (DOC, 

jossa 20 g/ft3 platinamäärä). 124 

Kuvio 56 DPF:n lämpötilajakauma regeneroinnissa 1500 rpm ja 620 Nm (DOC, 

jossa 20 g/ft3 platinamäärä). 125 

Kuvio 57 Typenoksidien määrät regeneroinnissa 1500 rpm ja 620 Nm (DOC, 

jossa 20 g/ft3 platinamäärä). 125 

Kuvio 58 Pakovastapaineen muutos regeneroinnissa 2100 rpm ja 160 Nm sekä 

(DOC, jossa 20 g/ft3 platinamäärä). 126 

Kuvio 59 DPF:n lämpötilajakauma regeneroinnissa 2100 rpm ja 160 Nm sekä 

450 Nm (DOC, jossa 20 g/ft3 platinamäärä). 127 



9 

 

Kuvio 60 Pakovastapaineen muutos regeneroinnissa 2100 rpm ja 460 Nm (DOC, 

jossa 20 g/ft3 platinamäärä). 128 

Kuvio 61 DPF:n lämpötilajakauma regeneroinnissa 2100 rpm ja 460 Nm (DOC, 

jossa 20 g/ft3 platinamäärä). 128 

Kuvio 62 Typenoksidien määrät regeneroinnissa 2100 rpm ja 460 Nm (DOC, 

jossa 20 g/ft3 platinamäärä). 129 

Kuvio 63 Pakovastapaineen muutos hiukkaskeräyksessä 2100 rpm ja 96 Nm 

(DOC, jossa 20 g/ft3 platinamäärä). 130 

Kuvio 64 DPF:n lämpötilajakauma, kun moottori laitettiin regeneroinnista 1500 

rpm ja 620 Nm joutokäynnille (DOC, jossa 20 g/ft3 platinamäärä). 131 

Kuvio 65 Typenoksidien määrät ja hapen määrä regeneroinnista joutokäynnille 

-testissä (DOC, jossa 20 g/ft3 platinamäärä). 132 

 

 

TAULUKOT         sivu 

 

Taulukko 1 Hiukkaspäästöjen lähteitä, muokattu (Majewski & Khair 2006: 114).

 32 

Taulukko 2 Non-road-dieselmoottoreiden päästömääräykset euroopassa eri 

teholuokan moottoreille, muokattu (Euromot 2010). 37 

Taulukko 3 Non-road-dieselmoottoreiden päästömääräykset Pohjois-

Amerikassa, muokattu (Euromot 2010). 39 

Taulukko 4 Non-road-dieselmoottoreiden päästörajoitukset Kiinassa (ECOpoint 

inc. 2009). 40 

Taulukko 5 Non-road -dieselmoottoreiden päästörajoitukset Japanissa 

(ECOpoint inc. 2009). 40 



10 

 

Taulukko 6 AGCO Power 44AWF -moottorin perustiedot. 87 

Taulukko 7 DOC:n ja DPF:n koot sekä platinamäärät. 88 

Taulukko 8 ISO 8178- eli NRSC-syklin pisteet. 92 

Taulukko 9 Tyhjän DPF:n ja DOC:n aiheuttama vastapaine. 102 



11 

 

SYMBOLI- JA MERKKILUETTELO 

 

   Tiheys 

CO  Hiilimonoksidi 

CO2  Hiilidioksidi 

CO(NH2)2 Urea 

°C  Celsiusaste 

CPC  Kondensaation hiukkaslaskuri, condensated particle counter 

CRDPF Jatkuvasti regeneroituva hiukkassuodatin, continuously regene-

rating diesel particulate filter 

CRT Jatkuvasti regeneroituva hiukkassuodatin, continuously regene-

rating trap 

DPF  Hiukkassuodin, diesel particulate filter 

DPM  Dieselmoottorin hiukkaspäästö, diesel particulate matter 

DOC  Hapetuskatalysaattori, diesel oxidation catalyst 

EC  Alkeishiili, elemental carbon 

EGR  Pakokaasun takaisinkierrätys, exhaust gas recirculation 

EPA Ympäristönsuojeluviranomainen, environment protection agency, 

US 

EU  Euroopan Unioni 

FID  Liekki-ionisaatioilmaisin, flame ionization detector  

ft3  Kuutiojalka 

FSN  Filter smoke number 

g  Gramma 

HPL  Korkeapaine-EGR, high pressure loop 

HC  Hiilivety, hydrocarbon 



12 

 

H2O  Vesi 

H2SO4  Rikkihappo 

K  Kelvin 

kPa  Kilopascal 

kW  Kilowatti 

kWh  Kilowattitunti 

LPL  Matalapaine-EGR, low pressure loop 

mg  Milligramma 

MSS  Micro soot sensor, hiukkastunnistin 

N2  Typpi 

NDIR  Hajaantumaton infrapunamittaus, nondispersive infrared 

NH2  Amiini 

NH3  Ammoniakki 

NH4HSO4 Ammoniumvetysulfaatti 

(NH4)2SO4 Ammoniumsulfaatti 

NH4NO3 Ammoniumnitriitti 

NH4NO2 Ammoniumnitraatti 

nm  Nanometri 

Nm  Newtonmetri 

NO  Typpimonoksidi 

NOX  Typen oksidit 

NO2  Typpidioksidi 

N2O  Dityppioksidi 

NRSC Emissiotesti, non-road steady-state cycle 

NRTC  Vaihtuvakuormainen emissiotesti, non-road transient cycle 

O2  Happi 

OC  Orgaaninen hiili, organic carbon 



13 

 

PAH  Polysykliset aromaattiset hiilivedyt 

PEMS Liikuteltava emissiomittausjärjestelmä, portable emission meassu-

rement system 

PM  Hiukkaspäästö, particulate matter 

PM2,5  Hiukkaset alle 2,5 µm 

PM10  Hiukkaset alle 10 µm 

PN  Hiukkasmäärä, particle number 

ppm  Miljoonas osa, parts per million 

R-CHO Aldehydi 

rpm  Kierrosta minuutissa 

S  Rikki 

SI  Kipinäsytytteinen moottori, spark ignited 

SOX  Rikin oksidit 

SO  Rikkimonoksidi 

SO2  Rikkidioksidi 

SO3  Rikkitrioksidi 

SO4  Sulfaatti 

SCR  Pelkistävä katalysaattori, selective catalytic reduction 

SOL  Kiinteä osuus, solid fraction 

SOF  Liukeneva orgaaninen osuus, soluble organic fraction 

TPM  Hiukkaspäästöjen kokonaisosuus, total particulate matter  

VOF  Haihtuva orgaaninen osuus, volatile organic fraction 

µm  Mikrometri 



14 

 

 
VAASAN YLIOPISTO 

Teknillinen tiedekunta 

Tekijä:     Jiri Vehmasto 

Diplomityön nimi:  DPF:n passiivinen regenerointi työkonedie-

selmoottorissa 

Valvojan nimi:    Seppo Niemi 

Ohjaajan nimi:    Markus Iivonen 

Tutkinto:     Diplomi-insinööri 

Koulutusohjelma:    Sähkö- ja energiatekniikka 

Suunta:     Energiatekniikka 

Opintojen aloitusvuosi:   2011 

Diplomityön valmistumisvuosi:  2012   Sivumäärä: 152+9 

 
TIIVISTELMÄ: 

 

Jatkuvasti tiukentuvat pakokaasun päästörajoitukset ovat ajaneet moottoritek-

niikan kehitystä jo pitkän aikaa. Vuonna 2014 tulevat voimaan uudet päästöra-

joitukset non-road -moottoreille, jotka rajoittavat vain NOX-päästöjä. On odotet-

tavissa, että sitä seuraava päästörajoitus rajoittaa ainakin hiukkasmäärää. Hiuk-

kassuodin (DPF) on tehokas keino vähentää hiukkaspäästöjä, mutta hiukkasten 

kerääntymisen takia se pitää myös regeneroida eli puhdistaa aika ajoin.  

 

Tämä diplomityö selvittää DPF:n passiivisen regeneroinnin toimintaa non-road 

-moottorissa. Työssä tutkittiin, missä lämpötilassa passiivinen regenerointi al-

kaa, kuinka nopeasti suodatin täyttyy hiukkasista ja kuinka kauan regenerointi 

kestää. Työssä selvitettiin myös DPF:n lämpötilajakauma regeneroinneissa ja 

moottorin päästötasojen muuttumisen vaikutus edellä mainittuihin asioihin. 

 

Pakokaasun jälkikäsittelyjärjestelmänä työssä käytettiin passiiviselle rgeneroin-

nille tyypillistä yhdistelmää, hapettavaa katalysaattoria (DOC) ja hiukkas-

suodinta. Työssä käytettiin kahta eri platinatiheydellä varustettua DOC:ia ja 

selvitettiin niiden erot regeneroinnissa. Työn tuloksena havaittiin pakokaasun 

lämpötilan ennen DPF:ää olevan regeneroinnin alkaessa lähellä teorian arvoja 

eli 300 ˚C:ta. DPF:n täyttyminen oli hidasta, vaikka moottori säädettiin savutta-

vaksi ennen testien aloittamista. Regenerointi vei aikaa 15 minuutista tunteihin, 

riippuen moottorin pyörimisnopeudesta ja kuormasta.  

 
AVAINSANAT: Dieselmoottori, hiukkassuodin, DPF, passiivinen regenerointi, 

hiukkaspäästöt 



15 

 

 
UNIVERSITY OF VAASA 

Faculty of technology 

Author:     Jiri Vehmasto 

Topic of the Thesis:  DPF’s passive regeneration in non-road diesel 

engines 

Supervisor:     Seppo Niemi 

Instructor:     Markus Iivonen 

Degree:     Master of Science in Technology 

Degree Programme: Electrical and Energy Engineering 

Major of Subject:    Energy technology 

Year of Entering the University:  2011 

Year of Completing the Thesis:  2012    Pages: 152+9 

 
ABSTRACT: 
 

Continuously developing emission regulations have been the driving force in 

engine technology for a long time. New regulations for non-road engines will 

come into force in the beginning of 2014 and they will reduce only NOX emis-

sions compared to current legislation. It’s expected that the particulate number 

is regulated after that regulation. Particulate filter (DPF) is an efficient way to 

reduce particulate matter but as it collects particulates it needs to be regene-

rated, in other words cleaned, for time to time. 
 

The purpose of the master’s thesis was to study passive regeneration of a DPF 

in non-road engines. Purpose was to find out at which temperature the filter 

starts to regenerate, how fast the filter collects particulates and is regenerated. 

In this thesis the DPFs temperature distribution in regenerations was examined. 

Also, the engines changing emission levels on regeneration was studied. 
 

As typical for passive regeneration, a combination of diesel oxidation catalyst 

(DOC) and DPF was used in this thesis as the exhaust aftertreatment system. 

Two kinds of DOCs with different amount of platinum-coating were tested. The 

exhaust temperature before the DPF in the beginning of regeneration was close 

to what was expected according to the regeneration theory. The exhaust back-

pressure raised slowly even though the engine was adjusted to form high 

amounts of smoke. The regeneration itself endured from 15 minutes to multiple 

hours depending on the engine speed and torque. 

 
KEYWORDS: Diesel engine, particulate filter, DPF, passive regeneration, parti-

culate matter 



16 

 

1 JOHDANTO 

 

Moottoritekniikan kehitystä ajavana voimana ovat jo pidemmän aikaa olleet la-

kisääteiset päästörajoitukset, jotka tiukentuvat jatkuvasti. Nykyään huomio 

kiinnittyy pääasiassa typenoksideihin (NOX) ja hiukkaspäästöihin (PM ja PN), 

sillä niillä uskotaan olevan haitallista vaikutusta ihmisten terveyteen. NOX- ja 

hiukkaspäästöjä pystytään vähentämään optimoimalla polttoaineen palamista-

pahtumaa moottorissa, mutta nykylaki on päästöjen suhteen niin tiukka, että on 

pakko käyttää pakokaasun jälkikäsittelylaitteita vaadittujen rajojen saavuttami-

seksi.  

 

Moottoriajoneuvojen ja työkoneiden määrä lisääntyy jatkuvasti kiihtyvällä tah-

dilla, ja pakokaasupäästöjen haitalliset terveysvaikutukset ajavat kehittämään 

pakokaasun jälkikäsittelylaitteita. Päästömääräykset on aikataulutettu erittäin 

tiiviisti, joten moottorivalmistajien pitää panostaa jälkikäsittelylaitteiden tuote-

kehitykseen, mikäli haluavat jatkaa moottorivalmistuksen parissa.  

 

Hiukkassuodattimen tehtävänä on puhdistaa pakokaasu hiukkaspäästöistä. 

Suodattimeen kerääntyneet hiukkaset pitää aika ajoin polttaa pois, sillä suodat-

timen tukkeutuminen vaikeuttaa moottorin toimintaa. Suodattimen puhdista-

miseen ilman, että suodatin otetaan pois pakokaasulinjasta, on kaksi tapaa: ak-

tiivinen ja passiivinen regenerointi. Aktiivisessa regeneroinnissa hiukkaset 

poistetaan erillisen energialähteen avulla, ja passiivisessa regeneroinnissa hiuk-

kasten poistamiseen käytetään NO2-yhdistettä, joka on parempi hapetin noelle 

kuin happi itse. Passiivisessa regeneroinnissa ei tarvita erillisiä energialähteitä 

noen polttamiseen, vaan hapetuskatalysaattorin tarkoituksena on nostaa pako-



17 

 

kaasun NO2-pitoisuutta ennen hiukkassuodatinta, jotta noki hapettuu jo käy-

tössä saavutettavissa lämpötiloissa pois suodattimesta. 

 

Tämän työn tarkoituksena oli keskittyä hiukkassuodattimen (DPF = diesel par-

ticulate filter) passiiviseen regenerointiin eli suodattimen puhdistamiseen työ-

konedieselmoottorissa. Työn tarkoituksena oli selvittää lämpötilapiste, jossa 

DPF alkaa regeneroitua. Työssä selvitettiin DPF:n täyttymisnopeus ja regeneroi-

tumisnopeus eri kuormitustilanteissa. Työssä paneuduttiin myös DPF:n lämpö-

tilakäytökseen ja painehäviön muuttumiseen suodattimen regeneroitumisen 

aikana. Työssä pohdittiin myös moottorin päästötasojen muuttumisen vaiku-

tusta regeneroitumiseen. Työ suoritettiin AGCO Powerilla Nokian Linnavuo-

ressa, tehtaan omissa moottoritestilaboratorioissa. 

 

Pakokaasujen jälkikäsittelyjärjestelmänä käytettiin hapetuskatalysaattoria ja 

hiukkassuodatinta. Hapetuskatalysaattoreita oli kaksi kappaletta, varustettuna 

eri määrillä katalyyttiä. Hapetuskatalysaattorin tarkoituksena on luoda hiuk-

kassuodattimelle sopivat olosuhteet, jotta passiivinen regenerointi on mahdol-

lista tarpeeksi alhaisissa lämpötiloissa.  

 

Luvussa 2 selostetaan pakokaasupäästöjä, keskittyen pakokaasuhiukkasiin, nii-

den rajoituksiin ja terveysvaikutuksiin. Luku 3 käsittää dieselmoottorin päästö-

tekniikkaa eli miten pakokaasupäästöjä voidaan vähentää. Luvussa 4 käsitel-

lään pakokaasupäästöjen mittaamista. Luvussa 5 selostetaan hiukkassuodatti-

men toimintaa, rakennetta ja puhdistamista. Luku 6 käsittää työssä käytetyt 

mittalaitteet ja mittausmenetelmät. Luvussa 7 käsitellään työn tulokset ja sen 

jälkeen päästään johtopäätöksiin ja yhteenvetoon. 

 



18 

 

2 PAKOKAASUPÄÄSTÖT 

 

Polttomoottorit muuttavat polttoaineen sisältämän kemiallisen energian me-

kaaniseksi tehoksi. Polttoaine dieselmoottoreissa koostuu hiilivedyistä, jotka 

teoriassa tuottavat palaessaan vain CO2:ta ja H2O:ta.  Täydellisessä palamisessa 

ylijäämädieselpakokaasut koostuvat siis pääasiassa CO2:sta, H2O:sta ja hapesta. 

Näiden kaasujen määrä vaihtelee moottorista, kuormasta ja pyörintänopeudes-

ta riippuen välillä: 

 CO2: 2–12 % 

 H2O: 2–12 % 

 O2: 3–17 % 

 N2: tasapainossa  

(Majewski & Khair 2006: 121.) 

 

Dieselpakokaasut sisältävät myös epäpuhtauksia, jotka voivat olla haitallisia 

ihmisille tai ympäristölle. Dieselmoottorit tuottavat myös HC-, NO-, NO2-, CO- 

ja PM -päästöjä. NO- ja NO2-päästöjä kutsutaan yhteisesti NOX-päästöiksi. Näi-

tä epäpuhtauksia syntyy palamisprosessin sivutuotteina eri syistä johtuen, ku-

ten voiteluaineiden palaminen palotilassa, polttoaine-ilma -seoksen keskinäiset 

reaktiot korkeassa lämpötilassa ja paineessa, polttoaineen epätäydellinen pala-

minen, ja muiden yhdisteiden kuin hiilivetyjen palaminen palotilassa. Näitä 

muita ovat rikkiyhdisteet ja polttoaineen lisäaineet. (Majewski & Khair 2006: 

121.) 

 

Dieselmoottorin pakokaasupäästöissä on enemmän NOX-päästöjä verrattuna 

kolmitoimikatalysaattorilla varustettuun kipinäsytytteiseen moottoriin. Diesel-



19 

 

moottori tuottaa enemmän hiukkaspäästöjä kipinäsytytteiseen moottoriin ver-

rattuna. Dieselmoottoreiden tuottamaa hiukkasmassaa rajoitetaan päästömää-

räyksissä, sillä on havaittu, että hiukkaset ovat haitallisia ihmisille. (Majewski & 

Khair 2006: 121–123.) 

 

 

Kuvio 1 Dieselmoottorin ja kipinäsytytteisen moottorin emissioiden erot, kun kipinäsytytteises-

sä moottorissa on kolmitoimikatalysaattori (ECOgroup 2008). 

 

Kuviosta 1 on havaittavissa dieselmoottorin ja kolmitoimikatalysaattorilla va-

rustetun perinteisen kipinäsytytteisen moottorin erot emissioissa. Kuviosta ha-

vaitaan, että perinteinen kipinäsytytteinen moottori ei tuota juuri lainkaan PM-

päästöjä, kun taas dieselmoottori tuottaa suhteellisen paljon. Kuvion päästöjä 

vertailtaessa pitää muistaa, että kipinäsytytteinen moottori on varustettu pako-

kaasun jälkikäsittelyllä ja dieselmoottori ei, joten vertailu ei suoraan näytä die-

selmoottorin ja kipinäsytytteisen moottorin päästöjen eroja. 



20 

 

Loren (2012) kertoo kuitenkin, että nykyaikaisen suoraruiskutuksella varuste-

tun kipinäsytytteisen moottorin on havaittu tuottavan enemmän hiukkaspääs-

töjä perinteiseen verrattuna. Kipinäsytytteisen suoraruiskutusmoottorin hiuk-

kaspäästöt ovat riippuvaisia moottorin kuormituksesta sekä polttoaine-ilma -

seoksesta, ja hiukkaspäästöt voivatkin olla jossain tapauksissa lähellä dieselin 

hiukkaspäästöjä. 

 

  

2.1 Hiukkaset 

 

Hiukkasia on jatkuvasti ilmassa, ja suurin osa niistä on näkymättömiä ihmis-

silmälle.  Hiukkasilla on usein merkittävä terveysvaikutus, ja suurimmat hiuk-

kaset aiheuttavat jopa likaantumista ja pölyyntymistä. Ilmassa olevat hiukkaset 

ovat usein peräisin maasta ja kasveista, kuten katupölystä, siitepölystä ja sieni-

en itiöistä. (Anttila, Haaparanta, Kousa, Lahtinen ja Salonen 2004.) 

 

Suurin osa kaupunki-ilman sisältämistä hiukkasista tulee liikenteen aiheutta-

mana joko suoraan autojen pakoputkista, liikenteen muuten nostattamasta ka-

tupölystä tai autojen renkaiden kuluttamasta asfaltista. Liikenteen pakokaasu-

päästöt ovat merkittävä paikallinen lähde, sillä ne purkautuvat lähellä ihmisiä 

ja lähes hengityskorkeudella. Myös teollisuus ja puun polttaminen aiheuttavat 

merkittäviä hiukkaspäästöjä, mutta teollisuus on usein kauempana tiiviistä asu-

tuksesta ja tehtaiden korkeat savupiiput levittävät päästöt laajemmalle alueelle. 

Puun polttamisesta syntyvien hiukkasten vaikutus ilmanlaatuun on suuri lä-

hinnä suurilla omakotialueilla, joissa käytetään usein puulämmitystä ainakin 

osittain tukemaan muita lämmitystapoja. (Anttila ym. 2004.) 



21 

 

Yleisesti ottaen hiukkaset ovat haitaksi ihmisille ja voivat aiheuttaa pahimmil-

laan jopa terveyshaittoja. Hiukkaset ovat siitä vaarallisia, että suurinta osaa niis-

tä ei voi nähdä ja niitä syntyy ja leijuu joka puolella jatkuvasti. Lisää hiukkasten 

aiheuttamista terveysvaikutuksista on kappaleessa 2.4. 

 

2.1.1 Hiukkasten koko 

 

Hiukkasille käytetään mittayksikköinä nanometriä ja mikrometriä. Mikrometri 

on metrin miljoonasosa ja nanometri metrin miljardisosa. Hiukkasten halkaisi-

jan määritellään olevan 1 nm–100 µm, joten niiden koko vaihtelee monia kerta-

luokkia. Pienimmät hiukkaset ovat vain muutamista molekyyleistä koostuvia 

ryppäitä, kun taas suurimmat hiukkaset ovat jopa silmin havaittavia pölyhitu-

sia. (Riipinen & Lehtipalo 2012.) Kuviosta 2 voidaan havaita hiukkasten koko-

luokkien määrittely. 

 

 

Kuvio 2 Hiukkasten kokoluokat, hiukkasmäärät ja hiukkasmassan osuus (Kittelson 2006). 



22 

 

Hiukkaset voidaan jakaa eri kokoluokkiin, riippuen lähteistä. Anttilan ym. 

(2004) mukaan hiukkaset jaotellaan neljään kategoriaan: suuriin hiukkasiin, 

hengitettäviin hiukkasiin, karkeisiin hiukkasiin ja pienhiukkasiin. Hengitettävät 

hiukkaset voidaan jakaa pienhiukkasiin ja karkeisiin hiukkasiin. Raja niiden vä-

lille vedetään yleensä 1–2,5 µm (PM1–PM2,5) kohdalla. Karkeita hiukkasia ovat 

hiukkaset joiden koko on alle 10 µm (PM10). Alle 100 nm (PM0,1) kokoisia hiuk-

kasia kutsutaan yleensä ultrapieniksi hiukkasiksi ja alle 50 nm hiukkasia kutsu-

taan nanohiukkasiksi. Kuvio 2 selventää tätä jaottelua suhteessa hiukkasten 

määrään ja massaan. Vaikkakin hiukkasten koko ilmoitetaan yleensä halkaisija-

na, ovat ne usein ryppäissä ja muodostavat täten erimuotoisia kokonaisuuksia. 

Kuviossa 3 on havainnollistettu hiukkasten kokoa ihmisen hiukseen ja hiekan 

jyvään. (Riipinen & Lehtipalo 2012.) 

 

 

 

Kuvio 3 Hiukkasten koko verrattuna hiuksen ja hiekan jyvän kokoon (Oregon Physicians for 

Social Responsibility 2008). 

 



23 

 

2.1.2 Hiukkasten kokojakauma 

 

Kuvio 4 havainnollistaa hiukkasten kokojakaumaa massajakauman suhteen. 

Karkeat hiukkaset muodostavat suurimman osan hiukkasten massasta, kun 

taas määrällisesti enemmän on pieniä ja ultrapieniä hiukkasia. (Riipinen & Leh-

tipalo 2012; Cordtz 2011; Liu, Shah, Ge, Ding, Tan, Jiang, Yu, Zhao, Wang & 

Teng 2011.) Tämän takia hiukkasmassan tarkkailun ja rajoittamisen lisäksi tule-

vissa päästörajoituksissa tullaan oletettavasti keskittymään hiukkasmäärän ra-

joittamiseen. 

 

 

 

Kuvio 4 Hiukkasten kokojakauma (Riipinen & Lehtipalo 2012). 

 

Hiukkaset vaikuttavat ilmastoon kahdella tavalla: suorasti ja epäsuorasti. Suo-

raan tapaan kuuluu hiukkasten kyky sirottaa ja absorboida auringosta tulevaa 

säteilyä. Tällöin hiukkaset voivat joko lämmittää tai viilentää ilmastoa. Epäsuo-



24 

 

ra tapa on hiukkasten osallisuus pilvien muodostamisessa. Hiukkaspitoisuus 

vaikuttaa niiden koostumukseen ja elinikään. Näin ollen pilvet heijastavat sätei-

lyä mahdollisesti tehokkaammin ja pidempään tai päinvastoin. (Riipinen & 

Lehtipalo 2012.) Hiukkasten vaikutuksesta ihmisten terveyteen on kerrottu 

kappaleessa 2.4. 

 

 

2.2 Dieselmoottorin pakokaasuhiukkaset 

 

Dieselmoottorin hiukkaspäästöt lyhennetään yleensä joko PM (particulate mat-

ter) tai DPM (diesel particulate matter). PM-emissioita pidetään yhtenä haitalli-

simmista päästöistä, joita tulee dieselmoottorista (Majewski & Khair 2006: 126–

127). Hiukkaspäästöt yhdessä NOX-päästöjen kanssa ovatkin nykyään eniten 

suurennuslasin alla dieselmoottorin emissioista. Hiukkaset ovat erittäin komp-

leksi sekoitus alkeishiiltä (EC = elemental carbon), orgaanista hiiltä (OC = or-

ganic carbon), sulfaatteja ja muita ei eloperäisiä yhdisteitä, joita tulee yleensä 

polttoaineesta ja öljystä. (Mayer & 50 co-authors 2008: 77.) 

 

Majewskin ja Khairin (2006: 112) sekä Guptan, Kotharin, Srivastavan ja Agar-

walin (2010) mukaan hiukkaspäästöt määritellään miksi tahansa aineeksi, joka 

tulee polttomoottorin pakoputkesta ja voidaan ottaa kiinni näytteenottosuodat-

timeen ≤ 52 °C lämpötilassa. Tästä huomataan, että hiukkaspäästöillä ei ole ko-

vin hyvää fysikaalista määrittelyä. Majewskin ja Khairin mukaan (2006: 127–

128) hiukkaspäästöt on jaettu yleensä kolmeen pääkategoriaan, jotka ovat seu-

raavat: 

 Kiinteä osuus (SOL = solid fraction) 



25 

 

o alkeishiili 

o tuhka 

 Liukeneva orgaaninen osuus (SOF = soluble organic fraction) 

o orgaaninen aine moottorin voiteluaineesta 

o orgaaninen aine polttoaineesta 

 Sulfaattiosuus (SO4 = sulfate particulates) 

o rikkihappo 

o vesi  

 

Lisäksi pääkategorioihin voidaan luokitella myös haihtuva orgaaninen osuus 

(VOF = volatile organic fraction). 

 

Näistä voidaan laskea hiukkapäästöjen kokonaisosuus (TPM = total particulate 

matter) seuraavanlaisesti: 

 

TPM = SOL +SOF +SO4       (1) 

 

Polttoaineen ja voiteluöljyn rikkipitoisuus aiheuttaa sulfaattihiukkasten synty-

misen. Sulfaattihiukkasiin liittyvä ongelma on niiden kyky sitoa kosteutta, mikä 

voi aiheuttaa jopa hiukkasten massan kaksinkertaistumista. (Majewski &. Khair 

2006: 112.) 

 

Hiukkaspäästöjen jakautuminen SOL:iin, SOF:iin ja VOF:iin rikittömässä polt-

toaineessa voidaan havaita kuviosta 5. SOL pitää sisällään kaikkein suurimman 

osuuden, n. 64 % hiilipohjaisia yhdisteitä sekä n. 3 % tuhkaa. SOF (n. 20 %) pi-

tää sisällään haihtumattoman ja haihtuvan liukenevan orgaanisen osuuden, 



26 

 

kun taas VOF:iin (n. 23 %) luetaan haihtuva liukeneva orgaaninen osuus ja ter-

misesti labiilit ja hapettuneet pintaryhmät. 

 

 

Kuvio 5 Hiukkaspäästöjen jakautuminen eri ryhmiin (Collura ym. 2005). 

 

2.2.1 Kiinteä osuus (SOL) 

 

Dieselpakokaasuhiukkasten kiinteään osuuteen kuuluvat hiili ja tuhka. Hiili, 

joka tunnetaan myös nimellä noki (soot), on vastuussa pakokaasupäästöissä 

havaittavasta mustasta savusta. Andreas Meyer ym. (2008) kertovat kirjassaan, 

että nokihiukkaset ovat noin 20 nm halkaisijaltaan ja ne muodostuvat pe-



27 

 

rushiukkasista muodostaen rypäle- tai ketjumuodostelmia. He kertovat kirjas-

saan myös, että dieselmoottori muodostaa nokihiukkasia, jotka ovat halkaisijal-

taan 50–150 nm. Hiilipitoiset hiukkaset syntyvät dieselmoottorin heterogeeni-

sessä palotapahtumassa. Nokihiukkasen hiiliatomi järjestäytyy kuusikulmaisen 

hiutaleen muotoon ja useampi niistä asettautuu kerrosmaisiksi lehden muotoi-

siksi grafiittikiteiksi kuvion 6 mukaisesti. Hiukkaset kasautuvat kuvion 6 va-

semman yläkulman mukaisesti sylinterissä, pakokaasuputkistossa ja tullessaan 

kosketuksiin ilman kanssa. (Majewski &  Khair 2006: 128–129; Van Setten, Mak-

kee & Moulijn 2001.) 

 

 

Kuvio 6 Hiilihiukkasen rakenne (Environment Canada 2011). 



28 

 

Tuhkapäästöt pitävät sisällään metallisen tuhkan. Pääasiassa pakokaasun tuhka 

sisältää sulfaatteja ja fosfaatteja tai kalsiumin, sinkin ja magnesiumin oksideja 

sekä muita metalleja, joita syntyy kun polttoaineen lisäaineet tai öljy palavat pa-

lotilassa. Tuhka sisältää myös kulumisesta muodostuvia raudan, kuparin, kro-

min ja alumiinin oksideja. Rautaoksideja sekä mahdollisesti muita oksideja syn-

tyy myös pakopuolen putkien sekä pakokaasun jälkikäsittelylaitteiden kor-

roosiosta. (Majewski & Khair 2006: 128–129.) 

 

2.2.2 Liukeneva orgaaninen osuus (SOF) 

 

Liukenevaan orgaaniseen osuuteen kuuluvat hiilivedyt, jotka ovat adsorboitu-

neet hiilipartikkelin pinnalle tai ilmentyvät hienon pisaran muodossa. SOF py-

syy normaalissa pakokaasun lämpötilassa kaasumaisena, mutta mikäli lämpöti-

la putoaa alle 52 °C:n, muuttuu SOF nestemäiseksi. Mikäli hiukkaspäästöt sisäl-

tävät vähän SOF osuutta, kutsutaan hiukkasia kuiviksi hiukkasiksi ja mikäli 

SOF:ia on paljon, kutsutaan hiukkasia märiksi hiukkasiksi.  (Majewski & Khair 

2006: 130–131.) 

 

SOF sisältää suurimman osan PAH-yhdisteistä. PAH-yhdisteet ovat hiilivetyjä, 

joihin on yhdistynyt kahdesta kuuteen bentseenirengasta. Yli neljä rengasta si-

sältäviä PAH-yhdisteitä pidetään vaarallisina yhdisteinä ja niitä on SOF:ssa lä-

hes aina. PAH-yhdisteitä syntyy epätäydellisen palamisen sivutuotteena. PAH-

yhdisteiden osuus dieselpolttoaineessa vaihtelee 1,5 % ja 2,5 % välillä. Noin 0,2–

1 % tästä voidaan havaita pakokaasussa. PAH-yhdisteet ovat vaarallisia, mutta 

niitä on pakokaasussa erittäin vähän. (Majewski & Khair 2006: 130–131.) 



29 

 

Dioksiinit kuuluvat SOF:iin ja ovat erittäin vaarallisia, sillä niillä epäillään ole-

van karsinogeenisia vaikutuksia. Dioksiineja syntyy palamisen sivutuotteena, ja 

ne koostuvat kahdesta kahden hapen yhdistämästä bentseenirenkaasta kuvion 

7 mukaisesti. Eläinkokeet ovat todistaneet, että dioksiinit voivat aiheuttaa tu-

lehduksia, lihasten vajaatoimintaa sekä ongelmia hermostossa. (Encyclopedia 

Britannica inc. 2012). Niitä on kuitenkin PAH -yhdisteiden tavoin erittäin vähän 

pakokaasussa, joten niitä ei pidetä merkittävänä uhkana ihmiselle tai ympäris-

tölle. 

 

 

Kuvio 7 Dioksiini (Encyclopedia Britannica  inc. 2012). 

 

2.2.3 Sulfaattiosuus 

 

Polttoaineen rikkipitoisuudella on tärkeä osa sulfaattipäästöjen syntyyn. Mitä 

enemmän polttoaineessa on rikkiä, sitä enemmän syntyy sulfaattipäästöjä. Rik-

kipitoinen polttoaine tuottaa palaessaan SO2-päästöjä, jotka happirikkaassa 

ympäristössä tai tässä tapauksessa hapetuskatalysaattorin läpi kulkiessaan ha-

pettuvat osittain SO3:ksi. Sopivissa olosuhteissa SO3 voi reagoida veden (H2O) 

kanssa ja muodostaa rikkihappoa (H2SO4), joka puolestaan muodostaa ultra-

pieniä hiukkasia. (Walsh.) 

 

Rikkidioksidi (SO2) muodostaa myös hiukkaspäästöjä, kun se joutuu kosketuk-

siin ympäröivän ilman kanssa. Toisin sanoen SO2 muodostaa hiukkaspäästöjä 



30 

 

vasta DPF:n jälkeen pakoputken päässä päästyään kosketuksiin ilman kanssa. 

Tämä aiheuttaa mittaustuloksiin hiukkaspäästöjä ja heikentää siten DPF:n las-

kennallista hyötysuhdetta. (Walsh.) 

 

Ympäri maailmaa pyritään siihen, että polttoaineessa olisi mahdollisimman vä-

hän rikkiä. Tämän kehityksen tarkoituksena on se, että pyritään vähentämään 

hiukkaspäästöjä. Lisäksi rikkipäästöt voivat aiheuttaa pakokaasun jälkikäsitte-

lylaitteissa katalyytin tehon heikkenemistä. (Maricq 2007.) Tavoitteena on myös 

happosateiden määrän vähentäminen (Niemi 2012). 

 

2.2.4 Haihtuva orgaaninen osuus (VOF) 

 

Haihtuvaksi orgaaniseksi osuudeksi luokitellaan hiilipohjaiset yhdisteet, joiden 

höyrystymispaine on 0,01 kPa 20 °C lämpötilassa. Tästä saadaan höyrystymis-

pisteeksi noin 220–250 ˚C. VOF luokitellaan myös sen vesiliukoisuuden mu-

kaan. VOF:iin kuuluu osa SOF:n yhdisteistä sekä myös sulfaattiosuutta. VOF on 

määrittelyltään erittäin lähellä SOF:ia. (Pagans, Font & Sánchez 2005.) 

 

2.2.5 Hiukkasten synty ja rakenne 

 

Pakokaasussa olevat hiukkaset syntyvät palotapahtumassa pääasiassa kolmella 

eri tavalla: 

 Epätäydellinen palaminen 

o Nokihiukkaset, sisältävät lähinnä hiiltä ja hiilivetyä 

 Palamattoman materiaalin päästöt 

o Mineraalit, suolat, rikkiyhdisteet 



31 

 

 Mekaanisesti syntyvät hiukkaset 

o Moottorin metalliosien kuluminen  

(Mayer & 50 co-authors 2008.) 

 

Majewskin ja Khairin (2006: 112–113)  mukaan pakokaasu voi sisältää myös 

hiukkasia, jotka tulevat pölystä, epäorgaanisesta aineesta tai mahdollisesti me-

tallin kulumisesta. Pölyä voi päästä ilmasta palotilaan imuputkiston kautta 

päästyään ensin ilmansuodattimen läpi. Epäorgaanista ainetta palotilaan pääsee 

öljyn tai polttoaineen lisäaineiden kautta. Metallin kuluminen aiheuttaa metal-

lihiukkasia, jotka voivat kulkeutua pakokaasuun voiteluöljyn kautta.  

 

Kuviossa 8 on yksinkertaistettu malli ruiskutustapahtuman jälkeisestä liekistä ja 

siitä, mitä päästöjä liekkirintamassa muodostuu missäkin vaiheessa. Polttoai-

neen palamiseen palotilassa vaikuttavat:  

 ilmamäärä 

 puristussuhde 

 lämmönsiirtymisnopeus sylinteritilavuudessa eri kierrosnopeuksilla ja 

kuormilla 

 venttiileiden määrä ja niiden ajoitus 

 polttoaineen spesifikaatio ja monet muut parametrit.  

(Majewski 2002.) 

 

Kuviosta 8 havaitaan, että NOX-päästöt muodostuvat liekkirintaman ulkokehäl-

lä korkeissa lämpötiloissa (n. 2700 K). CO, HC sekä PM muodostuvat liekkirin-

taman keskellä pienemmissä lämpötiloissa (n. 1600 K). Noki puolestaan alkaa 

muodostua liekin alkupäässä rikkaan polttoaine-ilma -seoksen etupuolella.   

 



32 

 

Taulukko 1 Hiukkaspäästöjen lähteitä, muokattu (Majewski & Khair 2006: 114). 

1. Öljyhäviöt 

2. Musta savutus 

– liiallinen polttoaineen syöttö 

– huono palaminen 

3. Valkoinen savutus 

– kylmäkäynnistys 

– sytytysvirhe 

4. Muu hiilivedyn lähde 

– polttoaineen valuminen suuttimesta 

– toissijainen ruiskuttaminen 

– jälkiruiskutus 

5. Polttoaineen laatu 

– rikkipitoisuus 

– aromaattisuus 
– setaaniluku 
– tuhkapitoisuus 

 

 

 

Kuvio 8 Liekin kemiallinen koostumus, muokattu (Khair & Jääskeläinen 2010). 



33 

 

Taulukossa 1 on listattu satunnaiseen järjestykseen lähteitä, joiden takia hiuk-

kaspäästöjä syntyy. Hiukkaspäästöjen lähteitä ovat mm. öljyhäviöt, valkoinen 

savutus johtuen kylmästä käynnistyksestä, liian huono palaminen, polttoaineen 

palamattomuus ja polttoaineen laadun heikkous.  

 

Dieselpartikkelit koostuvat alkeishiilipartikkeleista, jotka kasaantuvat ja adsorb-

toituvat muihin alkuaineisiin ja luovat näin rakenteita, joilla on monimutkaisia 

fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia. Dieselhiukkaset jakautuvat kahteen 

kokojakaumaan, joita ovat yksittäiset ydinhiukkaset ja kasaantuneet hiukkaset. 

Kuviosta 9 nähdään ydinhiukkasten ja kasaantuneiden hiukkasten kokoluokka 

dieselmoottorin pakokaasussa sekä miten kasautuneet hiukkaset muodostuvat. 

Ydinhiukkaset ovat halkaisijaltaan 7–40 nm ja hiukkasryppäät 4–1000 nm. (Ma-

jewski & Khair 2006: 126–128.) 

 

 

Kuvio 9 Dieselpartikkelien kokoluokka ja muodostuminen (ECOpoint inc. 2008). 

  

Kasaantuneiden hiukkasten koostumus on havaittavissa kuviosta 10. Noki-

hiukkaset keräävät itseensä tiivistyneitä hiilivetyjä ja mahdollisesti sulfaattia. 

Myös metallihiukkasia kiinnittyy nokihiukkasiin.  



34 

 

 

Kuvio 10 Dieselmoottorin pakokaasuhiukkasten rakenne (Maricq 2007). 

 

 

2.3 Päästömääräykset ja niiden kehittyminen 

 

Dieselmoottori tuottaa erilaisia yhdisteitä paloprosessin aikana, ja osaa näistä 

yhdisteistä säädellään lakipykälillä. Näitä säädeltyjä emissioyhdisteitä ovat: 

 

 Hiukkasaines (PM = particulate matter), siitä voidaan käyttää lyhenteitä 

DPM (diesel particulate matter) ja TPM (total particulate matter). PM si-

sältää hiilipitoista nokea yhdessä muiden kiinteiden ja nestemäisien ai-

neiden kanssa.  

 Hiukkasmäärä (PN = particle number).  



35 

 

 Typen oksidit (NOX = nitrogen oxides) ovat sekoitus typpimonoksidia 

(NO) ja typpidioksidia (NO2). 

 Hiilivedyt (HC = hydrocarbons) pitävät sisällään joko kokonaishiilivedyt 

(THC = total hydrocarbons) tai muut hiilivedyt, mutta ei metaania 

(NMHC = non-methane hydrocarbons). 

 Hiilimonoksidi (CO), joka tunnetaan myös nimellä häkä.  

(ECOpoint inc. 2008.) 

 

Dieselpakokaasut sisältävät myös paljon muita yhdisteitä, joita ei rajoiteta. Näi-

den yhdisteiden määrä koko pakokaasussa on erittäin pieni, mutta ne voivat 

olla silti erittäin haitallisia ihmisille ja ympäristölle. Näitä yhdisteitä ovat: 

 

 Polysykliset aromaattiset hiilivedyt (PAH = polynuclear aromatic hydro-

carbons) ovat raskaita orgaanisia yhdisteitä, joita löytyy lähinnä PM:stä, 

mutta myös kaasumuodossa. 

 Liukeneva orgaaninen osuus (SOF = soluble organic fraction) on osittain 

haihtuvaa, mitä on pääasiassa PM:ssä.  

 Aldehydit (R-CHO). 

 Dityppioksidi eli ilokaasu (N2O = nitrous oxide); ei yleensä sisällytetä 

NOX:iin. 

 Metallioksidit tulevat voiteluaineista, jotka usein sisältävät metalliyhdis-

teitä. 

 Dioksiini.  

(ECOpoint inc. 2008.) 

 

Dieselmoottorin päästöjä eli emissioita rajoitetaan joka puolella maapalloa. Tiu-

kimmat emissiorajat ovat tällä hetkellä Euroopassa ja Pohjois-Amerikassa. 



36 

 

Vuonna 2014 Euroopassa tulevat voimaan Stage 4 ja Pohjois-Amerikassa Tier 4 

päästörajoitukset, jotka tiukentavat vain NOX-päästöjä. Yleinen käsitys on, että 

mahdollisesti tuleva Stage/Tier 5 tulee ottamaan hiukkaslukumäärän rajoitusten 

piiriin, jolloin hiukkassuodattimen käyttö yleistyy. 

 

Muissa maissa noudatetaan soveltuvin osin Euroopan Stage- tai Pohjois-

Amerikan Tier-päästörajoituksia. Yleensä ne noudattavat joko Stage- tai Tier -

päästörajoituksia, mutta niiden käyttöönottopäivämäärät rajoituksille ovat eri-

laiset tai ne tulevat yhden tai useamman rajoitustason taaempana. Muutamilla 

alueilla ei ole rajoituksia ollenkaan.  

 

2.3.1 Eurooppa 

 

Ensimmäiset päästörajoitukset (Stage I) Euroopan parlamentti asetti non-road 

(off-road) dieselmoottoreille vuonna 1997, ja ne otettiin käyttöön 1999. Euroo-

pan päästörajoitukset tunnetaan nimellä Stage I, II, IIIA, IIIB ja IV. Nämä vas-

taavat suurilta osin Pohjois-Amerikan päästörajoituksia ja eroavat lähinnä ni-

meltään. (ECOpoint inc 2009.) 

 

Taulukossa 2 on esitetty Euroopan non-road-dieselmoottoreiden päästömäärä-

ykset Stage I-IV eri moottorien teholuokille. Kuten taulukosta havaitaan, ovat 

vuodesta 2006 päästömääräykset tiukentuneet lähinnä NOX:n tai HC+NOX:n ja 

hiukkaspäästöjen osalta. Vuonna 2014 voimaan tuleva Stage IV kiristää vain 

NOX-päästöjä merkittävästi.  

 



37 

 

Taulukko 2 Non-road-dieselmoottoreiden päästömääräykset euroopassa eri teholuokan moot-

toreille, muokattu (Euromot 2010). 

 

 

Kuviossa 11 on kuvattu hyvin päästörajojen kehittyminen NOX- ja PM -

päästöjen suhteen yli 130 kW non-road-dieselmoottoreissa. Vuonna 1999 voi-

maan tulleet päästörajoitukset pienensivät NOX-päästöjä 30 % ja PM-päästöjä 10 

%. Päästörajoitukset ovat tiukentuneet huomattavasti vuodesta 1999, ja jopa 97 

% NOX- ja PM-päästöjen lasku verrattuna sääntelemättömiin moottoreihin pitää 

saavuttaa vuoteen 2014 mennessä. Tämän saavuttamiseksi pitää pakokaasupuo-

lelle asentaa pakokaasun jälkikäsittelylaitteita.  

 



38 

 

 

Kuvio 11 Päästörajojen kehittyminen yli 130 kW moottoreissa PM:n ja NOX:in suhteen Euroo-

passa, muokattu (AGCO Sisu Power 2008). 

 

2.3.2 Pohjois-Amerikka 

 

Ensimmäiset non-road-päästörajoitukset määriteltiin Pohjois-Amerikassa 

vuonna 1996, ja ne otettiin kokonaan käyttöön vuonna 1998. Siitä lähtien pääs-

törajoitukset ovat kiristyneet muun maailman tavoin koko ajan. Pohjois-

Amerikan päästörajoitukset tunnetaan nimillä Tier 1, 2, 3, 4 interim ja 4 tai 4 fi-

nal. Taulukossa 3 on esitetty Pohjois-Amerikan non-road-dieselmoottoreiden 

päästömääräykset. Havaitaan, että päästörajat liikkuvat hyvin samoilla alueilla 

kuin Euroopassa.  



39 

 

Taulukko 3 Non-road-dieselmoottoreiden päästömääräykset Pohjois-Amerikassa, muokattu (Euromot 2010). 

 

 

     

2.3.3 Muu maailma 

 

Brasiliassa päästörajoitukset non-road -dieselmoottoreille tulevat voimaan 

vuonna 2015, ja ne ovat samat kuin Pohjois-Amerikan Tier 3:ssa. Intiassa ovat 

tulleet voimaan vuonna 2011 päästörajoitukset, joka seuraavat niin ikään Poh-

jois-Amerikan Tier 3:sta. (ECOpoint inc 2009.) 

 

Kiinassa vuonna 2009 voimaan tulevat päästörajoitukset pitävät sisällään tau-

lukon 4 kaltaiset rajoitukset. Rajoituksista nähdään, että ne seuraavat hyvin pit-



40 

 

kälti Pohjois-Amerikan Tier 3 -päästörajoituksia. NOX- ja HC -päästöt saavat ol-

la hieman korkeammat kuin Tier 3:ssa.  

 

Taulukko 4 Non-road-dieselmoottoreiden päästörajoitukset Kiinassa (ECOpoint inc. 2009). 

 

 

Japanin päästörajoitukset 130—560 kW non-road-dieselmoottoreille ovat taulu-

kossa 5. CO-taso on sama kuin muidenkin maiden päästörajoituksissa, mutta 

muut arvot vaihtelevat, ja lisäksi Japanilla on rajoitus savutukselle, mitä muilla 

mailla ei ole. NOX-päästöt saavat olla hieman korkeammat kuin yleensä, mutta 

hiukkaspäästöt taas ovat hieman pienemmät kuin muilla.  

 

Taulukko 5 Non-road -dieselmoottoreiden päästörajoitukset Japanissa (ECOpoint inc. 2009). 

 

 

 

2.4 Hiukkaspäästöjen terveysvaikutukset 

 

Dieselmoottorin pakokaasu sisältää useita vaarallisia yhdisteitä: hiilimonoksidi- 

eli häkä- (CO), typpimonoksidi- (NO), typpidioksidi- (NO2), rikkidioksidi- 

(SO2) sekä hiukkaspäästöjä (PM). Hiilimonoksidi ja typenoksidit ovat säädeltyjä 

yhdisteitä, ja rikkidioksidia säädellään polttoainelaadun kautta (ECOpoint inc. 

1999; Riedl & Diaz-Sanchez 2005). Pakokaasu sisältää myös monia muita vaaral-



41 

 

lisia yhdisteitä, kuten PAH-yhdisteitä, mutta niiden määrä on erittäin pieni, ei-

kä niitä oteta erittäin pienien määriensä takia huomioon päästörajoituksissa.  

 

Riipinen ja Lehtipalo (2012) kertovat, että pienimmät hiukkaset eli ultrahiukka-

set voivat kulkeutua suoraan keuhkorakkuloista verenkiertoon. Ihmisten hengi-

tyselimet käsittelevät 10–25 kuutiometriä ilmaa päivässä ja jokaisella hengityk-

sellä keuhkoihin jää mahdollisesti jopa 2,4 litraa ilmaa, vain 0,5 litran vaihtuessa 

hengittäessä. Tällöin osa hengitysilmasta deposoituu eli tarttuu johonkin pin-

taan joko diffuusion, impaktion tai sedimentaation vaikutuksesta. Diffuusio 

tarkoittaa molekyylien leviämistä lämpöliikkeen vaikutuksesta alhaisemman 

pitoisuuden suuntaan. Impaktio tarkoittaa molekyylin jäämistä kiinni pintaan 

suoraan iskun vaikutuksesta. Sedimentaatio puolestaan tarkoittaa, että mole-

kyyli laskeutuu painovoiman vaikutuksesta suoraan pinnalle. Myös nanohiuk-

kaset voivat kulkeutua verenkiertoon ja sitä kautta jopa soluihin asti. Tämän-

hetkisen käsityksen mukaan hiukkaset aiheuttavat elimistössä jatkuvaa tuleh-

dustilaa ja lisäävät veren hyytymistaipumusta (Huttunen 2012; Mazzarella, Fer-

raraccio, Prati, Annunziata, Bianco, Mezzogiorno, Liguori, Angelillo & Cazzola 

2007). 

 

Kuvio 12 havainnollistaa, kuinka hiukkaset voivat kulkeutua ihmisen hengi-

tyselimissä. Yli 10 µm hiukkaset eivät tunkeudu hengityselimiin, 5-10 µm kul-

keutuvat nenään ja suuhun, 1-5 µm kulkeutuvat nieluun ja alle 1 µm hiukkaset 

kulkeutuvat keuhkoihin (Mazzarella ym. 2007; Tekes teknologiaohjelmaraportti 

2006). Dieselautojen tuottamasta hiukkasmassasta suurimman osan muodosta-

vat alle 0,1 µm kokoluokan hiukkaset, jotka voivat kulkeutua hengityselimiä 

pitkin jopa keuhkorakkuloihin ja sieltä verenkiertoon (Tekes teknologiaohjel-

maraportti 2006). 



42 

 

 

Kuvio 12 Hiukkasten kulkeutuminen hengityselimissä (Tekes teknologiaohjelmaraportti 2006). 

 

2.4.1 Altistuminen hiukkasille 

 

Laajoissa väestötutkimuksissa hengitysilman pienhiukkaset (PM2,5) ovat näyt-

täneen lisäävän aivoverenkierron häiriöiden ja sydänkohtausten vaaraa. Yksi-

löittäin lisäriski ei ole hälyttävä, mutta suuremmalla otannalla merkitys on suu-

ri, sillä moni ihminen altistuu pienhiukkasille. Pienhiukkaset voivat aiheuttaa 

myös kohonnutta verenpainetta, kakkos-tyypin diabetesta, keuhkosairauksia, 

muistin heikkenemistä ja mahdollisesti jopa dementiaa. (Huttunen 2012.) 

 



43 

 

Rikkihappo muodostaa hiukkasia ja rikkihappohiukkasien vaarallisuus on laa-

jasti tiedossa. Erittäin pieninä määrinä nämä hiukkaset kuitenkin hyvin toden-

näköisesti neutralisoituvat ammoniumsulfaatiksi ihmisten hengityselimissä, sil-

lä eläinkokeissa näillä hiukkasilla ei ole todettu olevan merkittävää haittaa rot-

tien keuhkoille (Schneider, Kirchner, Borrmann, Vogt & Scheer 2008). Eläinko-

keet kuten ihmistutkimuksetkin ovat todistaneet, että osa hiukkasista pystyy 

kulkeutumaan keuhkorakkuloihin ja mahdollisesti jopa verenkiertoon. Nämä 

verenkiertoon päässeen hiukkaset voivat ainakin teoriassa saavuttaa ihmisen 

jokaisen elimen. (Mayer & 50 co-authors 2008: 18–21.) 

 

2.4.2 Lyhytaikainen altistuminen pakokaasulle 

 

Pakokaasulle altistumisen terveysvaikutuksista on rajallisesti informaatiota saa-

tavilla, sillä terveysvaikutuksia ei ole ehditty vielä tutkimaan kovinkaan paljoa. 

On kuitenkin tiedossa, että pakokaasulle altistuminen voi aiheuttaa lyhytaikai-

sia terveyshaittoja, kuten ärsytystä esimerkiksi silmiin tai kurkkuun, pahoin-

vointia tai yskää. Lyhytaikainen altistuminen pakokaasulle voi aiheuttaa myös 

jo olemassa olevan sairauden kuten astman pahenemista. (United States envi-

ronmental protection agency 2002: 1-4–1-5; Madden 2008.) 

 

2.4.3 Pitkäaikainen altistuminen pakokaasulle 

 

Pitkäaikainen altistuminen pakokaasulle voidaan jakaa kahteen eri ryhmään, 

syöpää aiheuttamattomiin ja syöpää aiheuttaviin. Pitkäaikaista altistumista ei 

ole pystytty tutkimaan paljoa ja ainoat testit on tehty eläimille kuten rotille, hii-

rille, hamstereille ja apinoille. Syöpää aiheuttamaton, pitkäaikainen altistumi-



44 

 

nen pakokaasulle aiheutti altistumisannoskohtaisia tulehduksia sekä histopato-

logisia muutoksia koe-eläinten keuhkoissa. (United States environmental pro-

tection agency 2002: 1-4–1-5.) 

 

Pitkäaikaisen altistumisen ja keuhkosyövän riskin välillä on löydetty yhteys, ja 

siksi toista ryhmää kutsutaan syöpää aiheuttavaksi. Tilastollisesti yhteys on löy-

tynyt ihmisistä, jotka ovat työskennelleet dieselmoottorien läheisyydessä. Tosin 

tilastojen paikkansapitävyys sisältää epävarmuuksia, sillä ei ole tiedossa, kuin-

ka kauan ihmiset ovat altistuneet pakokaasulle. Rotille tehdyissä testeissä 

keuhkosyöpää ilmaantui ja sen saamisen riski kasvoi, kun rotat altistuivat pa-

kokaasulle. Hiukkasmäärä rottien keuhkoissa oli niin suuri, ettei ihmisillä ole 

vaaraa altistua suhteessa samaan hiukkasmäärään. Ihmisten keuhkosyöpäriskin 

kasvamista pidetään kuitenkin merkittävänä, kun ihminen altistuu pitempiai-

kaisesti pakokaasulle. Väite pitää sisällään kuitenkin olettamuksia ja epävar-

muuksia. (United States environmental protection agency 2002: 1-4–1-5.) 

 



45 

 

3 DIESELMOOTTOREIDEN PÄÄSTÖTEKNIIKKA 

 

Dieselmoottoreiden pakokaasupäästöjä voidaan vähentää monella eri tavalla 

riippuen halutusta lopputuloksesta. Päästöjä pystytään pienentämään opti-

moimalla polttoaineen palamiseen liittyviä parametreja, ja kun se ei riitä, voi-

daan käyttää pakokaasun jälkikäsittelylaitteita, jotta tarvittavat päästöjen alen-

nukset saavutetaan. Lisää pakokaasupäästöjen vähentämisestä parametreja op-

timoimalla on kappaleessa 3.1. 

 

Hapetuskatalysaattorilla voidaan vähentää HC- ja CO-yhdisteitä pakokaasusta. 

Hapettamalla näitä kahta yhdistettä syntyy vähemmän vaarallisia CO2- ja H2O-

yhdisteitä. Hapetuskatalysaattoria käytetään myös hapettamaan NO NO2:ksi, 

jota puolestaan käytetään hiukkassuodattimen passiiviseen regenerointiin. 

DOC:sta kerrotaan enemmän kappaleessa 3.3. 

 

Hiukkassuodin eli DPF on kehitetty vähentämään moottorin polttoaineen pa-

lamisesta syntyviä hiukkaspäästöjä. DPF kaappaa hiukkaset pakokaasusta fyy-

sisesti suodattimen seinämien sisälle ja pinnalle. Hiukkassuodatin on tehokas 

puhdistamaan pakokaasua kiinteistä hiukkasista, hyötysuhde voi olla jopa yli 

90 %. Hiukkassuodattimesta on lisää kappaleessa 3.2 ja luvussa 5. 

 

NOX-päästöjen vähentämiseksi on kehitetty erilaisia jälkikäsittelylaitteita, kuten 

SCR, DeNOX-katalysaattori ja NOX-adsorptiokatalysaattori. SCR-

katalysaattorissa käytetään ureaa tai ammoniakkia, jotka katalyyttien kanssa 

reagoidessaan vähentävät NOX-päästöjä. DeNOX käyttää hiilivetyjä NOX-

päästöjen vähentämiseen. NOX-adsorptio kerää NOX-päästöjä laitteen pinnoit-



46 

 

teen pinnalle ja nämä regeneroidaan pois muutamien minuuttien välein rikkaal-

la ilma-polttoaine seoksella. (Majewski & Khair 2006: 405–407.) 

 

 

3.1 Päästöjen vähentäminen moottorisuunnittelulla 

 

Päästöjä pystytään hallitsemaan hyvin pitkälle pelkällä moottorisuunnittelulla 

ja palamisprosessin parametreja optimoimalla. Näihin parametreihin kuuluvat 

mm. polttoaine-ilma seos, ruiskutus (reikien lukumäärä, ajoitus, paine, alku- ja 

jälkiruiskutus), EGR, venttiilien lukumäärä ja palotilan muotoilu (Niemi 2012). 

Kaikilla näillä keinoilla on mahdollista vähentää haluttua päästöä, mutta usein 

parametrin muuttaminen alentaa toista päästöä mutta nostaa toista. Näillä pa-

rametreilla on usein myös optimi, eli päästöjen laskiessa jotain parametria 

muuttamalla alkaa tietyn rajan jälkeen vaikutus olla päinvastainen eli päästöt 

nousevat.   

 

PM- ja NOX-päästöjen vähentämistä pyritään hallitsemaan vähentämällä niiden 

muodostumista. Mikäli palamisprosessi suunnitellaan PM-päästöille sopivaksi 

eli hiukkaspäästöjä syntyy mahdollisimman vähän, syntyy puolestaan NOX-

päästöjä enemmän. Tämä ilmiö tapahtuu myös toisin päin. Ilmiötä kutsutaan 

nimellä trade-off, eli kun toista päästöä pyritään vähentämään niin toinen pääs-

tö kasvaa. Esimerkiksi NOX-päästöjä voidaan vähentää lisäämällä EGR:n mää-

rää ja jälkiruiskutusta, mutta nämä puolestaan lisäävät hiukkasten syntymistä 

(Van Setten ym. 2001). Kuviossa 13 on havainnollistettu PM/NOX -suhteen tra-

de-off -ilmiötä.  



47 

 

 

Kuvio 13 Hiukkaspäästöjen ja typenoksidien trade-off -ilmiö. 

 

3.1.1 NOX-päästöjen vähentäminen 

 

NOX-päästöjä pystytään vähentämään moottorisuunnittelulla monella eri kei-

nolla, kuten ajamalla laihemmalla polttoaine-ilma -seoksella, ruiskutusparamet-

reja säätämällä, EGR:llä, palotilan muotoilulla, ruiskutuksen ajoittamisella, Mil-

ler-ajoituksella, veden syöttämisellä palotilaan, ruiskuttamalla vettä imuilmaan 

tai veden sekoittamisella polttoaineen sekaan. Päämäärä kaikilla näillä keinoilla 

on palamisen lämpötilan laskeminen, koska typenoksidit syntyvät korkeissa 

lämpötiloissa. (Niemi 2012.) 

 

Veden lisääminen dieselmoottorin palotapahtumaan on tunnettu NOX-

päästöjen vähentäjä. Vettä pidetään rikkovana voimana sylinterin seinämille 

muodostuvalle öljypinnalle, mutta tämä pätee ainoastaan nestemäiselle vedelle. 

Mikäli vesihöyryä on palotilassa liikaa, voi osa siitä kondensoitua nestemäiseksi 



48 

 

ja jopa rikkihapoksi, jotka puolestaan aiheuttavat korroosiota. Palotilassa vesi 

pudottaa palamistapahtuman lämpötilaa, mikä on avain NOX-päästöjen vähen-

tämiseen. (Majewski & Khair 2006: 317–321.) 

 

3.1.2 Hiukkaspäästöjen vähentäminen 

 

PM-päästöjen vähentäminen dieselmoottoreissa tapahtuu NOX-päästöjen vä-

hentämisen tavoin monella eri keinolla, kuten polttoaine-ilma -seoksen tehok-

kaampi muodostuminen, suuri ilmaylimäärä, ruiskutusparametrien optimointi 

(ajoitus, paine, alku- ja jälkiruiskutus), pakokaasun takaisin kierrättämisen ra-

joittaminen ja polttoaineen laatu (matala rikki-, tuhka- ja aromaattisten aineiden 

pitoisuus, korkea happimäärä palotilassa). (Niemi 2012.) 

 

Maricq (2007) kertoo artikkelissaan, että hiukkaspäästöjen syntymiseen vaikut-

taa moottorin nopeus, kuorma, EGR ja turboahtaminen. Hiukkaspäästöt pyrki-

vät lisääntymään, mitä enemmän on kuormaa. Turboahtaminen edistää poltto-

aineen ja ilman sekoittumista ja siten myös hiukkaspäästöjen vähentymistä. 

Kun seos on hyvin sekoittunut, se palaa paremmin eikä synny hiukkasia epä-

täydellisestä palamisesta. (Majewski & Khair 2006: 273–281.) 

 

Öljyä pidetään merkittävänä hiukkaspäästöjen lähteenä, sillä se sisältää rikkiä ja 

usein myös paljon tuhkaa. Rikki puolestaan aiheuttaa hiukkaspäästöjä usein 

DPF:n jälkeen pakokaasun jäähtyessä. Näin ollen öljyn kulutuksen seuraaminen 

ja hallitseminen auttaa hiukkaspäästöjen vähentämisessä. Jotta saavutetaan vä-

häinen öljyn kulutus, pitää öljyä hallita kolmella tavalla: 

 



49 

 

 Sylinterin seinämissä. 

o Männät 

o Männänrenkaat 

 Imu- ja pakojärjestelmissä. 

o Venttiileiden tiivisteet 

o Turbon tiivisteet 

 Öljyn koostumuksen kautta.  

(Majewski & Khair 2006: 284–286.) 

 

Tärkein öljyn kulutuksen kannalta näistä kolmesta ovat sylinterin seinämät, joi-

den kautta voiteluöljyä pääsee siirtymään palotilaan. Männänrenkaat ja männät 

voivat olla liian väljiä, jolloin pieniä määriä öljyä voi päästä palotilaan. Toiseksi 

tärkein ovat imu- ja pakojärjestelmät, joihin öljyä pääsee lähinnä venttiileiden 

tiivisteiden kautta. (Majewski & Khair 2006: 284–286). 

 

Hiukkaspäästöjä pystytään vähentämään myös käyttämällä biodieseliä poltto-

aineena. Lapuerta, Armas & Rodrígues-Fernández (2008) kertovat artikkelis-

saan, että on tehty monia tutkimuksia, joissa eri biodieseleiden käyttö on vähen-

tänyt hiukkaspäästöjen syntymistä. Heidän mukaansa hiukkasmäärä pakokaa-

sussa vähenee sitä enemmän, mitä enemmän polttoaineessa on biodieseliä. Jopa 

noin 50 % vähennys hiukkaspäästöissä on mahdollista kun käytetään 100 % 

biodieseliä.  

 

 

 



50 

 

3.2 Hiukkassuodatin 

 

Hiukkassuodatin on kehitetty vähentämään pakokaasun hiukkaspäästöjä. 

Hiukkassuodattimen tarkoitus on ottaa hiukkaset kiinni fyysisesti huokoisen 

materiaalin seinämän sisään tai seinämän pinnalle päästäen kuitenkin pakokaa-

sun kulkemaan suodattimen läpi. Hiukkassuodattimia on kahta eri mallia, wall-

flow ja flow-through. Wall-flow -mallin suodatin on suosituin ja käytetyin suo-

datinmalli, jossa pakokaasu pakotetaan suodattimen seinämän läpi ja suodatin 

kerää hiukkaset huokoisen seinämän sisään. Flow-through -mallissa pakokaasu 

kulkee suodattimen läpi ilman seinämän läpi kulkeutumista ja hiukkaset jäävät 

tällöin seinämän pinnalle kiinni. Hiukkassuodattimesta kerrotaan enemmän lu-

vussa 5. 

 

 

3.3 Hapetuskatalysaattori 

 

Hapetuskatalysaattorin (DOC = Diesel Oxidation Catalysat) tehtävänä on ha-

pettaa pakokaasussa olevia yhdisteitä. DOC kehitettiin vähentämään CO- ja 

HC-päästöjä, mutta nykyään sitä käytetään lähinnä luomaan paremmat olosuh-

teet DPF:lle ja SCR:lle (Hauff, Tuttlies, Eigenberger & Nieken 2012). Hapetuska-

talysaattori onkin erittäin tehokas CO- ja HC-päästöjen vähentäjä, mikäli pako-

kaasun lämpötila on riittävän korkea ja katalysaattori on päällystetty jalometal-

lilla (esim. platina). SOF-yhdisteiden eli liukenevien orgaanisten yhdisteiden 

hapettaminen auttaa vähentämään hiukkaspäästöjä. Riippuen SOF-yhdisteiden 

sisällöstä, hiukkaspäästöjen vähennys liikkuu yleensä välillä 15–30 %. (Majews-

ki & Khair 2006: 404–408; Xinqun, Dou & Winsor 2010; Liu ym. 2011.) 



51 

 

DOC:ssa tapahtuu reaktioita lähes kaikkien yhdisteiden kanssa, joita sinne pa-

kokaasun mukana kulkeutuu. CO- ja HC-päästöjen vähennys tapahtuu hape-

tuskatalysaattorissa hapettamalla hiilivedyt ja niiden johdannaiset hiilidioksi-

diksi ja vedeksi (9) sekä hiilimonoksidi hiilidioksidiksi (10). Koska hiilidioksidia 

ja vesihöyryä pidetään harmittomina, pakokaasut puhdistuvat. (Majewski & 

Khair 2006: 404–408; Xinqun, Dou & Winsor 2010.) 

 

{HCs} + O2  CO2 + H2O        (9) 

CO + ½O2  CO2      (10) 

 

Hapetuskatalysaattori voi tuottaa myös haitallisia yhdisteitä, jotka voivat olla 

haitaksi katalyyteille sekä mahdollisesti ympäristölle. Rikkidioksidi hapettuu 

DOC:ssa rikkitrioksidiksi kaavan 11 mukaisesti ja tämä voi puolestaan tietyissä 

olosuhteissa reagoida veden kanssa siten, että yhdisteestä tulee rikkihappoa 

kaavan 12. (Majewski 2012.) 

 

2SO2 +O2  2SO3      (11) 

SO3 + H2O  H2SO4      (12) 

 

NO:n hapettumista NO2:ksi pidetään yleisesti haitallisena reaktiona (13), sillä 

NO2 on paljon myrkyllisempää kuin NO. Tämä aiheuttaa ongelmia yleensä kai-

voksissa ja tunnelityömailla, jossa ilma ei pääse kiertämään kunnolla. Toisaalta 

NO2 on erinomainen hapetin hiukkasille hiukkassuodatinta regeneroitaessa.  

NO2:a on pakokaasussa noin 5 % - 15 % ja DOC voi parhaimmillansa lisätä tätä 

osuutta jopa arvoon 50 % (Liu, Ge, Tan, He, Shah, Ding, Yu & Zhao 2011). (Ma-

jewski & Khair 2006: 404–408.) 

 



52 

 

NO + ½O2  NO2      (13) 

 

Kuviossa 14 on kuvattu hapetuskatalysaattorissa tapahtuvia reaktioita. DOC:in 

sisälle kulkeutuu pakokaasun mukana PM-, NO-, CO- ja HC-päästöjä ja ulos 

tulee pääasiassa NO2-, CO2-, H2O-päästöjä.  Mikäli polttoaineessa on rikkiä tai 

öljyä pääsee palotilaan, kulkeutuu DOC:iin myös SO2:ta, mikä voi hapettua 

SO3:ksi ja olosuhteiden ollessa oikeat muodostaa H2SO4:ää eli rikkihappoa. 

Rikkihappo puolestaan on erittäin vaarallista ja syövyttävää ainetta, joka voi 

tehdä tuhojaan hapetuskatalysaattorissa.  

 

Mehring, Elsner, Bächli & Kröcher (2012) toisaalta kertovat artikkelissaan, että 

polttoaineen tai öljyn palamisen kautta syntyvä rikkihappo voi myös edistää 

DPF:ään kerääntyneiden nokihiukkasten hapettumista NO2 avulla alemmissa 

lämpötiloissa (>150 °C), mikäli rikkihapon pitoisuus pakokaasussa on tarpeeksi 

suuri (>1ppm). Tämä taas auttaa DPF:n passiivista regenerointia, sillä pakokaa-

sun lämpötilan ei tarvitsisi nousta kovinkaan korkealle. Rikkihapon vaikutusta 

DPF:n toimintaan kannattaisi tutkia enemmän miettien, olisiko rikkihapon 

käyttö edes mahdollista regeneroinnin lämpötilan alentamiseen jatkuvassa käy-

tössä. 

 



53 

 

 

Kuvio 14 Hapetuskatalysaattorin toimintaperiaate (Robert Bosch GmbH 2012). 

 

 

 



54 

 

4 PAKOKAASUPÄÄSTÖJEN MITTAAMINEN 

 

Jos päästöjä ei pystyttäisi mittaamaan tarkasti, ei niitä voisi säädellä laeilla, 

kontrolloida eikä määrittää. Monet mittaustekniikat ovat standardisoituja, jotta 

eri paikoissa mitatut tulokset olisivat vertailukelpoisia. Dieselpäästöjen mittaus 

voidaan jakaa laboratorio- ja kenttätesteihin. Laboratoriotesteissä tehdään lä-

hinnä emissiotutkimuksia, tutkitaan lain säädöksiä ja kehitetään emissiojärjes-

telmiä. Kenttätesteihin kuuluvat liikkuvat emissiotestauslaboratoriot, emissioi-

den mittaaminen liikkuvassa autossa, emissioiden etävalvonta, tutkimus- ja 

kunnossapito-ohjelmat, paikalliset emissioiden terveysvaikutusten mittaamiset 

sekä emissioapulaitteiden huolto. (Majewski & Burtscher 2011.) 

 

Laboratoriotestilaitteet ovat yleensä erittäin monimutkaisia ja kehittyneitä jär-

jestelmiä, jotta niillä saadaan mahdollisimman tarkat ja toistettavat tulokset. 

Koska emissioiden mittaus on standardisoitua, pitää tulokset pystyä toistamaan 

eri mittauskerralla. Tämän takia tutkimuksissa on tärkeää mainita millaisilla 

mittalaitteilla ja olosuhteilla tutkimuksen tulokset on saatu. Yhdisteitä emis-

siomittauksessa mitataan massana. Mitattavia yhdisteitä ovat HC, CO, NOX ja 

PM. Uusissa emissiomääräyksissä tier 5 ja stage 5 tulevat mahdollisesti rajoit-

tamaan näiden suureiden lisäksi myös hiukkaslukumäärää (PN). Monissa labo-

ratorioissa pystytään mittaamaan myös emissioita, joita ei säädellä millään la-

kipykälillä. Nykyään tutkitaan paljon hiukkaspäästöjä keskittyen niiden luku-

määrään, massaan ja kokojakaumaan. Hiukkaspäästöt määritelläänkin niiden 

mittaustavan perusteella, sillä ne koostuvat monista eri yhdisteistä. (Majewski 

& Burtscher 2011.) 

 



55 

 

 

Kuvio 15 Liikuteltava emissiomittausjärjestelmä PEMS (Sensors inc.). 

 

Nykyään saadaan ajoneuvoon liitettävästä mittalaitteistosta laboratoriotason 

mittaustuloksia. Tällainen liikuteltava emissiomittausjärjestelmä (PEMS = por-

table emission meassurement system) on nähtävissä kuviossa 15. PEMS pystyy 

tuottamaan tuloksia perustuen päästöjen määrään kuljettua matkaa kohti tai 

päästöjen määrään mekaaniseen energiaan nähden ja näiden yksiköt ovat g/km 

sekä g/kWh. PEMSiä voidaan käyttää uusien ja vanhojen ajoneuvojen pakokaa-

supäästöjen mittaamiseen, sen auttaen mm. jälkikäsittelylaitteiden kehittämistä. 

(Majewski & Burtscher 2011.) 

 

 

 

 



56 

 

4.1 Emissiotestisyklit 

 

Emissiomittauksia varten pitää laboratorioissa olla sopivat olosuhteet, jotka on 

mahdollista toteuttaa uudestaan. Mittaustulokset ovat tällöin toistettavia ja luo-

tettavia. Aina kun tarvitaan tarkkoja ja vertailtavia tuloksia, tehdään moottorille 

emissiotestisyklejä moottori- tai ajoneuvodynamometrissä. Dynamometrin tar-

koitus on kuormittaa moottoria halutulla tavalla. (Majewski & Burtscher 2011.) 

 

Emissiotestisyklit pitävät sisällään nopeuden ja kuorman sekvenssejä, jotka to-

teutetaan dynamometrillä. Testisyklit jaetaan kahteen eri ryhmään, vakiotilan 

sykliin ja vaihteleva sykliin. Vakiotilan syklissä moottorin nopeus ja kuorma 

ovat vakiot ajettaessa haluttuja pisteitä. Vaihtelevassa syklissä nopeus ja kuor-

ma vaihtelevat sisältäen kiihdytyksiä ja jarrutuksia esimerkiksi kuvion 16 mu-

kaisesti. Non-road -moottoreille on kehitetty NRTC eli non-road trancient cycle, 

jonka tarkoituksena on kuvata moottoria työajossa. NRTC on kuvattuna kuvi-

ossa 16 (Majewski & Khair 2006: 210–214.)  

 

Emissiotestisyklien tarkoituksena on olla mahdollisimman lähellä oikeita ajota-

poja. Tällöin saadaan mahdollisimman tarkka kuva pakokaasupäästöistä. Kos-

ka on paljon erilaisia ajotapoja, yritetään testisyklejä kehittää jatkuvasti lisää. 

Näille uusille testisykleille ei ole kehitetty mitään määräävää lakia, joten eri tes-

tien tuloksia ei usein pysty vertailemaan. Tuloksien vertailemattomuuteen vai-

kuttaa myös se, etteivät eri maat ole yksimielisiä testaustavoista. (Majewski & 

Khair 2006: 176–177.) 

 



57 

 

 

Kuvio 16 Vaihteleva emissiotestisykli NRTC (Ecopoint inc. 2004). 

 

 

4.2 Näytteenotto ja mittaaminen 

 

Pakokaasujen ja pakokaasuhiukkasten mittaaminen sisältää näytteenoton sekä 

niiden analysoinnin. Mittaamisessa käytetään laimennettua ja laimentamatonta 

pakokaasua. Laimennetussa pakokaasussa lämpötila saadaan putoamaan mitta-

laitteelle sopivammaksi syöttämällä pakokaasuun yleensä ilmaa ennen näyt-

teenottoa. Pakokaasun laimentaminen vähentää myös epävakaiden yhdisteiden 

kondensoitumista. Mikäli mittaamisessa käytetään pakokaasua jota ei ole lai-

mennettu ilmalla, voi mittaukseen tulla epätarkkuutta ja näytteenottohäviöitä. 

(Majewski & Burtscher 2011.) 

 



58 

 

Kun otetaan näytteitä kaasumaisesta aineesta, pitää varmistaa, ettei mitään re-

aktioita tapahdu mittausputkissa. Tämän takia mittalaitteissa pitää käyttää kaa-

sun kanssa reagoimatonta materiaalia. Hiukkaspäästöjen mittaamisessa pitää 

olosuhteet pystyä pitämään kurissa tai mieluiten vakioina, jotta pystytään vält-

tämään hiukkasten muodostumista ja kondensoitumista. (Burtscher & Majews-

ki 2012.03.) 

 

Yleisimmin käytetyt kaasujen mittaustavat ovat leviämätön infrapunamittaus 

hiilimonoksidille ja -dioksidille (NDIR), liekki-ionisaatioilmaisin hiilivedyille 

(FID), kemiluminesenssimenetelmä typen oksideille ja paramagneettinen mene-

telmä hapelle. Hiukkasmassaa mitataan mittaamalla massan lisääntyminen 

näytteenottosuodattimessa eli suorittamalla gravimetrinen analyysi. Hiukkas-

määrää mitataan kondensaatiohiukkaslaskurilla. (Majewski & Khair 2006; Sap-

pok, Parks II & Prikhodko 2010.) 

 

NDIR-mittaus perustuu analysoitavan kaasun absorption havaitsemiseen tie-

tyillä aallonpituuksilla. Havaitseminen tapahtuu infrapunasäteen avulla, joka 

kohdistetaan tunnistusvastaanottimeen. Analysoitava kaasu absorboi infra-

punasädettä tietyillä aallonpituuksilla. Vaikkakin NDIR-analysaattoria voidaan 

käyttää moniin yli kahta alkuainetta sisältäviin yhdisteisiin, käytetään sitä lä-

hinnä CO:n ja CO2:n mittaamiseen (Majewski & Khair 2006: 180). (Rubio, San-

tander, Fonseca, Sabaté, Gràcia, Cané, Udina & Marco 2007.) 

 

Liekki-ionisaatioilmaisinta käytetään hiilivetyjen tunnistamiseen. Tunnistami-

nen tapahtuu syöttämällä pakokaasu FID:n sisään, jossa palaa vetyliekki. Hiili-

vedyt tuottavat palaessaan ioneja ja nämä ionit tunnistetaan metallikerääjällä, 

jossa on korkea tasajännite. Jännitteen määrä kerääjässä vaihtelee hiilivetyjen 



59 

 

tuottamien ionien mukaan ja tästä määritellään hiilivetyjen määrä pakokaasus-

sa. (Cambustion 2012.) 

 

NOX-päästöjä mitataan kemiluminesenssimenetelmällä, joka on yleisin ty-

penoksidien mittaustapa. Kemiluminesenssimenetelmässä NO reagoi otsonin 

kanssa tuottaen NO2:a ja on täten virittyneessä tilassa synnyttäen kemiallisen 

reaktion kautta valoa. Pieni osa näistä virittäytyneessä tilassa olevista molekyy-

leistä luovuttaa valoa, eli luovuttaa fotonin, ja kun tämä valon määrä mitataan, 

voidaan määrittää NOX-päästöjen määrä. (Brand-Gaus 2004.) 

 

Happi ja typen oksidit sisältävät paramagneettisia ominaisuuksia. Paramag-

neettinen kaasu luo magneettikentän läpi kulkiessaan voiman suoraan kohti 

kasvavaa magneettikenttää. Tämä magneettikentän voiman kasvu voidaankin 

mitata monella eri tapaa ja tämän kautta pystytään määrittelemään hapen mää-

rä pakokaasussa. (Majewski & Khair 2006: 181.) 

 

Hiukkasmassaa mitataan gravimetrisellä analyysillä, jossa hiukkasten kerään-

tyminen näytteenottosuodattimeen punnitaan. Tässä mittaustavassa ei selviä 

hiukkasten koko eikä määrä ja lisäksi tulosten saaminen keräämisestä kestää 

jonkin aikaa, sillä näytettä ei pystytä punnitsemaan paikallaan (Majewski & 

Khair 2006: 182–183). Hiukkasmassaa on mahdollista mitata myös termisen 

massa-analysaattorin avulla. Tässä tavassa hiukkasmassa saadaan selville ana-

lysoimalla hiilidioksidin muodostuminen hiukkasnäytteestä, kun näyte lämmi-

tetään happivirtauksessa, jolloin kaikki hiili palaa hiilidioksidiksi (Burtscher, 

Majewski & Khalek 2012). 

 



60 

 

Hiukkasmäärän mittaamiseen käytetään eniten kondensaatio-hiukkaslaskuria 

(CPC = condensated particle counter). CPC:ssä pakokaasu kyllästetään aluksi 

alkoholikaasulla, jonka jälkeen kyllästetty pakokaasu jäähdytetään ja se muut-

tuu ylikyllästetyksi. Tällöin pakokaasusta kondensoituu hiukkasia, jotka havai-

taan optisesti.  (Burtscher & Majewski 2012.01.) 



61 

 

5 HIUKKASSUODATIN 

 

Hiukkassuodatin on kehitetty vähentämään dieselajoneuvojen hiukkaspäästöjä. 

DPF kerää hiukkaset fyysisesti ja estää niiden pääsyn ilmakehään. Hiukkas-

suodatin on tällä hetkellä tehokkain keino vähentää hiukkaspäästöjä diesel-

moottoreiden emissioista. Suodatin voi kuitenkin suodatustyypistä ja suoda-

tinmallista riippuen olla vähemmän tehokas tai jopa tehoton hallittaessa ei-

kiinteitä hiukkasia, kuten liukenevia orgaanisia osuuksia eli SOF:a tai sulfaatti-

hiukkasia (Majewski & Khair 2006: 459–462). Kuviossa 17 on kuvattuna hiuk-

kassuodattimen rakenne, pystyssä olevan materiaalina on silikonikarbidi ja kyl-

jellään olevan materiaali on kordieriitti.   

 

 

Kuvio 17 Hiukkassuodattimen rakenne (Ngk insulators, ltd 2001). 



62 

 

Suodattimia on toimintaperiaatteeltaan erilaisia, kuten wall-flow ja flow-

trough, näistä on kerrottu enemmän kappaleissa 5.1.2 ja 5.1.3. Hiukkassuodat-

timella päästään yleensä 70–95 % hyötysuhteeseen riippuen suodattimen mal-

lista, materiaalista ja pinnoitteista. Hiilihiukkaset jäävät suodattimeen 95–99,9 % 

varmuudella ja hyötysuhdetta laskee SOF sekä sulfaattiosuus, joiden suodatta-

minen on ongelmallista. Aiheesta kerrotaan tarkemmin kappaleissa 4.1.3 ja 

4.1.4. (Majewski & Khair 2006: 462–464.) 

 

Suodattimeen kerääntyvän noen maksimitäyttöaste riippuu pakokaasuvirtauk-

sesta ja suodattimen nokijakaumasta. Heikolla virtauksella ja huonolla noen ja-

kautumisella suodattimeen voi tämä raja olla noin 3 g/l. Mikäli taas suodatin 

regeneroidaan hitaasti ja käytetään ulkoista lämmitystä, voi suodattimen täyt-

töaste olla 10–12 g/l. (Amberla 2012.) 

 

 

5.1 Toiminta 

 

Hiukkassuodattimen toimintaperiaatteena on saada pakokaasussa olevat hiuk-

kaset kasaantumaan suodattimen pinnalle. Pakokaasu kulkee yleensä suodat-

timen huokoisen seinämän läpi tai läheltä seinämää, johon hiukkaset jäävät 

kiinni. Suodatustapoja on kahdenlaisia, pintatyyppistä suodatusta ja syvyys-

suodatusta. Pintatyyppisessä suodatuksessa suodatin kerää hiukkaset seinämän 

pinnalle, sillä materiaalin huokoisuus on pienempää kuin hiukkasten koko-

luokka. Hiukkaset muodostavat kerrostuman (soot cake) suodattimen seinämän 

pinnalle. Pintasuodatuksessa (cake filtration) kerrostunut noki eli soot cake 

muodostaa oman suodatuskerroksensa ja tehostaa näin ollen hiukkasten ke-



63 

 

rääntymistä. Jo pienikin hiukkaskerrostuma suodattimen seinämälle voi aiheut-

taa suurta vastapainetta, riippuen suodattimen seinämän huokoisuudesta 

(Konstandopuolos & Papaioannou 2008). Syvyyssuodatuksessa (depth filtrati-

on) materiaalin huokoisuus on suurempaa kuin hiukkasten kokoluokka, mutta 

materiaalia on kerroksittain, jolloin hiukkaset jäävät kiinni suodattimen seinä-

mään. Kuvio 18 selkeyttää näiden kahden suodatinmallin toimintaa. (Majewski 

& Khair 2006: 459–462; Betarice, Di Iorio, Guido & Napolitano 2012.) 

 

 

Kuvio 18 Syvyyssuodatuksen ja pintasuodatuksen toimintaperiaate (Majewski 2011). 

 

Syvyyssuodatusmalli on yleisin ja se perustuu hiukkasen kerrostumisen kol-

meen mekanismiin, joita ovat diffuusio, inertiaalinen kerrostuminen ja virtaus-

linjan katkaisu. Nämä mekanismit ovat kuvattuna kuviossa 19. Harmaa ympyrä 

kuvastaa suodattimen kuitua, jonka ympäri pakokaasut kulkevat virtaviivojen 

mukaisesti ja punaiset ympyrät kuvastavat pakokaasussa sijaitsevia hiukkasia. 

PM0,3 hiukkaset kiinnittyvät kuituun diffuusiolla, sillä alle 0,3 µm hiukkaset ei-

vät juuri liiku virtaviivojen mukaisesti. Kun hiukkaskoko kasvaa, muuttuu 

hiukkasten kiinnittyminen intertiaaliseen kerrostumiseen, sillä isommat hiuk-

kaset jatkavat matkaansa kaasussa suoraan inertian vuoksi ja törmäävät hiuk-



64 

 

kasia keräävään materiaan. Kuviossa 19 alimpana on virtauslinjan katkaisu, jos-

sa hiukkanen kulkee virtaviivan mukaisesti, mutta liian läheltä keräävää mate-

riaa, jolloin se voi koskettaa kuitua ja kiinnittyä siihen. (Majewski 2011; Van Set-

ten & ym. 2001.) 

 

 

Kuvio 19 Syvyyssuodatuksen kolme mekanismia aerosolin kerrostumiselle, muokattu (Ma-

jewski 2011). 

 



65 

 

Suodattimeen voi jäädä hiiliperäisten hiukkasten lisäksi myös metallioksidipar-

tikkeleita, joita kulkeutuu pakokaasun mukana. Metallioksidipartikkelit synty-

vät moottorin metalliosien kulumisen seurauksena eivätkä ne pala polttoaineen 

palamisprosessissa. Palamattomuuden takia ne eivät myöskään poistu suodat-

timesta regeneroinnin aikana. Mikäli lämpötila regeneroinnissa nousee tarpeek-

si korkeaksi ja partikkeleita on tarpeeksi, voivat metallioksidipartikkelit sintrau-

tua eli saavuttaa kiinteän rakenteen. Partikkelit voivat jopa sulaa osittain suo-

dattimeen. Suodattimen osittaista sulamista voi aiheuttaa lämpötilojen noustes-

sa hiilipohjaisten hiukkasten sintraantuminen ja kiinnittyminen suodattimen 

seinämiin Tällöin osittaista sulamista tapahtuu alemmissa lämpötiloissa kuin 

metallioksidien tapauksessa. (Johnson 2007: 167–170.) 

 

 Hiukkassuodattimen hyötysuhde voi heikentyä, mikäli SOF ja sulfaattiosuutta 

on pakokaasussa paljon. Hiukkassuodatin ei tällöin pysty käsittelemään niitä, 

koska ne ovat kaasumaisessa muodossa, kuten kappaleessa 2.2.2. on selitetty. 

Lämpötilan laskiessa tarpeeksi alas hiukkassuodattimen jälkeen, SOF ja sulfaat-

tiosuus muuttuvat kaasumaisesta nestemäiseksi ja aiheuttavat hiukkaspäästöjä. 

Mitä korkeampi on suodattimen lämpötila, sitä enemmän SOF:ia ja sulfaat-

tiosuutta pääsee suodattimen läpi kaasumaisena. (Majewski & Khair 2006: 462–

464.) 

 



66 

 

 

Kuvio 20 DPF kanavan suurennos ja noen/tuhkan kerääntyminen (Dimopoulos 2008). 

 

Kuviossa 20 on kuvattuna noen (soot) ja tuhkan (ash) kerääntymistä hiukkas-

suodattimen kanavaan. Kuviosta on nähtävissä noen muodostama nokikerros-

tuma sekä tuhkaa, joka on kerääntynyt noen alle. Noki palaa regeneroinnissa 

pois, mutta tuhka jää suodattimen seinämille. 

  

5.1.1 Vastapaine 

 

Vastapaine syntyy moottorille, kun moottorin pakokaasulinjaan asennetaan pa-

kokaasun jälkikäsittelylaitteita. Myös jo pelkkä putkisto aiheuttaa vastapainetta 

moottoriin. Vastapaine nousee tasaisesti, kun DPF kerää hiukkasia. Mitä 

enemmän suodatin kerää hiukkasia, sitä enemmän syntyy vastapainetta, sillä 

pakokaasun kulkeminen suodattimen läpi vaikeutuu suodattimen seinämille 

kerääntyneen nokikerrostuman vuoksi (Sappok, Parks II & Prikhodko 2010; 

Xinqun, Dou & Winsor 2010). 

 



67 

 

Uusimpien tutkimusten mukaan vastapaineen kasvaminen hiukkassuodatti-

meen kerääntyneen noen takia aiheuttaa polttoaineen kulutuksen kasvamista 

1,5–2 %. Vastapainetta alentamalla ja pyrkimällä pitämään se optimaalisissa 

suhteissa, voidaan polttoaineen kulutuksessa säästää 0,4–2 %. Kun DPF:ää re-

generoidaan aktiivisesti käyttämällä polttoaineen jälkiruiskutusta, voi polttoai-

neen kulutus lisääntyä 2–5 %. (Sappok, Parks II & Prikhodko 2010.) 

 

5.1.2 Hiukkasmassan ja -määrän hallinta 

 

PM-päästöt sisältävät hiukkasmassaa ja hiukkasmäärää. Hiukkasmassa on pää-

asiassa kiinteitä hiukkasia, kuten epäorgaaninen hiili ja tuhka. Hiukkaspäästö-

jen kiinteän osuuden vähentämisessä DPF onkin erittäin tehokas ja sillä pääs-

tään 95–99,9 % tehokkuuteen. Suodattimen hyötysuhdetta laskevat kuitenkin 

SOF ja sulfaattihiukkaset, joiden hallitsemiseen hiukkassuodatin voi olla jopa 

tehoton. (Majewski & Khair 2006: 462–464.) 

 

Suurin osa PM-päästöjen massasta koostuu kiinteästä materiasta, kun taas PM-

päästöjen hiukkasmäärä koostuu lähinnä nestemäisestä materiasta, joka sisältää 

huomattavan osan päästöjen nanohiukkasista. Nestemäinen materia sisältää 

sulfaatteja ja SOF:ia, joten se muodostaa hiukkaspäästöjä kappaleen 2.2.2. mu-

kaisesti usein DPF:n jälkeen, kun pakokaasun lämpötila putoaa tarpeeksi alas. 

DPF on tämän takia tehoton vähentämään nanohiukkasten ja hiukkasten mää-

rää pakokaasussa. Itse asiassa DPF, hiilihiukkasia kiinni ottaessaan, vähentää 

materiaalia, johon nanohiukkaset voisivat kiinnittyä muodostaen näin suurem-

pia kokonaisuuksia. DPF siis vähentää kiinteiden kasaantuneiden hiukkasten 

määrää ja korvaa niitä nestemäisillä nanohiukkasilla. (Majewski 2011.) 



68 

 

Hiukkasmäärä riippuu osittain sulfaattihiukkasista, joita syntyy kun käytetään 

rikkiä sisältävää polttoainetta ja pakokaasun lämpötila on tarpeeksi korkea. 

DPF on tehoton sulfaattihiukkasten vähentämiseen, kun suodattimen lämpötila 

on korkea ja sulfaattihiukkasten muodostuminen tapahtuukin DPF:n jälkeen. 

Mitä korkeampi on polttoaineen rikkipitoisuus, sitä enemmän muodostuu sul-

faattihiukkasia DPF:n jälkeen. Suodattimen katalyytti voi muodostaa sulfaatti-

hiukkasia reagoidessaan rikkipitoisen pakokaasun kanssa. (Majewski 2011.) 

 

5.1.3 Wall-flow 

 

Wall-flow -suodattimet ovat yleisimmiten käytetty ja arvostetuin suodatinmalli 

sen hyvän suodatustehon takia, sen suodatustehokkuus on 70–95 %. Monoliitti-

malliset suodattimet koostuvat monista kanavista, jotka ovat yhdensuuntaisia ja 

yleensä neliön mallisia. Suodatin muistuttaa flow-through -mallin suodatinta, 

mutta sen kanavien joka toinen pää on tukittu. Tästä syntyy hiukkasten suodat-

tamista edistävä kuvio, joka on nähtävissä kuviossa 22. Kuviosta 21 nähdään, 

että wall-flow -suodattimen periaatteena on moottorista tulevan pakokaasuvir-

ran pakottaminen suodattimen seinämien läpi, jolloin hiukkaset jäävät suodat-

timen huokoiseen pintaan kiinni. (Majewski & Khair 2006: 477–479; Van Poppel 

& Lenaers 2005.) 

 



69 

 

 

Kuvio 21 Wall-flow -mallinen suodatin (Blackthorn, 2012). 

 

Wall-flow -suodattimia valmistetaan yleensä pyöreän mallisiksi, mutta myös 

ovaaleja on mahdollista tehdä. Suodatusmekanismina wall-flow käyttää yhdis-

tettyä pinta- ja syvyyssuodatusta. Hiukkaset kiinnittyvät siis alkuun seinämien 

sisään ja kun hiukkasia kertyy enemmän alkaa suodatus muistuttamaan 

enemmän pintasuodatusta. Puhtaassa suodattimessa syvyyssuodatus on pää-

asiallinen suodatusmekanismi ja kun suodatin täyttyy hiukkasista, tulee pin-

tasuodatuksesta pääasiallinen mekanismi. Lisää suodattimen materiaaleista on 

kappaleessa 5.2. (Majewski & Khair 2006: 477–479.) 

 



70 

 

 

Kuvio 22 Wall-flow -mallin suodattimen kanavien koko (Majewski 2011). 

 

5.1.4 Flow-through ja partial-flow 

 

Kuviossa 23 nähtävä flow-through -suodatinmalli on yksinkertaisempi kuin 

wall-flow -suodatin, sillä pakokaasu kulkee vain suodattimessa olevien kanavi-

en läpi ja hiukkaset jäävät kiinni huokoiseen seinämään. Flow-through -

suodatin on suodatusteholtaan huomattavasti heikompi kuin wall-flow -

suodatin. Toisaalta Flow-through -mallin suodattimen tukkeutumisvaara on 

paljon pienempi kuin wall-flow -suodattimen, sillä pakokaasu ei joudu virtaa-

maan seinämien läpi. Flow-through -suodattimella päästään 40–60% suodatus-

tehoon (Huss Group 2010). 

 



71 

 

 

Kuvio 23 Flow-through -suodatin (Huss Group 2010). 

 

Partial-flow -suodattimessa toimintaperiaate on erittäin lähellä flow-through -

suodatinta. Partial-flow -suodatin koostuu kanavista joissa on reikiä ylä- ja ala-

puolella vuorovälein. Pakokaasu kulkeutuu kanavien läpi ohjautuen reikien lä-

pi, mikäli reikien ylä- tai alapuolella oleva suodatin materiaali ei ole tukkeutu-

nut hiukkasista. Mikäli suodatinmateriaali on tukkeutunut, etsii pakokaasu 

seuraavan reiän, josta voi kulkea. Kuviossa 24 on kuvattuna partial-flow -

suodattimen toimintaa. Suodatusteholtaan partial-flow -suodatin on heikko 

verrattuna wall-flow -suodattimeen, mutta partial-flow -suodatin ei tukkeudu, 

siinä olevien kanavien takia. Mikäli kaikki suodatinmateriaali on tukossa, kul-

keutuu pakokaasu suodattimen läpi, eikä juuri mitään suodatu. Suodatin puh-

distetaan regeneroimalla kuten muutkin suodattimet.  

 



72 

 

 

Kuvio 24 Partial-flow -suodatin (Emitec). 

 

 

5.2 Materiaalit 

 

DPF:n tehokkuus riippuu paljon käytetystä materiaalista, joillakin materiaaleilla 

saavutetaan jopa yli 90 % suodatusteho ja siedettävät mekaanisten rasituksien 

sekä lämpörasituksien kestot. (Majewski & Khair 2006: 459–462.) 

Hiukkassuodattimen materiaalia suunniteltaessa pitää materiaalilta vaatia seu-

raavia asioita: 

 Mahdollisimman korkea noen keräämiskapasiteetti 

 Lämpötilapiikit jopa 1400 °C:ta materiaalin keston kannalta 

 Korkeat termomekaaniset rasitukset 



73 

 

 Hiukkasmassan ja -määrän hyvä suodatus 

 Kemiallinen stabiliteetti: resistiivisyys rikkiyhdisteille, hapettumis-

resistiivisyys, mahdollisimman pieni reagointi tuhkayhdisteiden kanssa 

 Mahdollisimman pieni painehäviö 

 Hyvä yhteensopivuus eri regenerointitapojen kanssa 

 Mahdollisimman pitkä käyttöikä ja kestävyys moottoriin nähden 

 Mahdollisimman pieni koko ja helppo sijoitettavuus 

 Mahdollisimman halpa hinta 

(Mayer & 50 co-authors 2008: 26-27.) 

 

Hiukkassuodattimien materiaalit altistuvat erittäin koville lämpötiloille ja no-

peille lämpötilamuutoksille riippuen regenerointitavasta. Noen epätasainen ka-

saantuminen suodattimeen aiheuttaa regeneroinnissa termistä kuormitusta jo-

honkin kohtaan suodatinta enemmän kuin toiseen. Korkea lämpötila ja termi-

nen kuormitus ovat monissa tapauksissa vastuussa suodattimen tehon heiken-

tymisestä tai jopa sulamisesta. Suodatin materiaalin reaktiivisuus tuhkan kans-

sa on myös tärkeä näkökohta suodattimen kestävyyteen. Metallioksidit voitelu-

öljystä ja muista lähteistä muodostavat tuhkaa, joka voi reagoida kemiallisesti ja 

syövyttää suodatinta. (Majewski & Khair 2006: 473–477.) 

 

Suodatinmateriaalin valinnassa pitää löytää käyttötarkoitukseen sopiva materi-

aali, sillä jonkin ominaisuuden parantaminen heikentää yleensä toista ominai-

suutta. Jotta saavutettaisiin mahdollisimman hyvä suodatus, pitäisi materiaalin 

olla mahdollisimman tiivistä. Kun taas materiaali on huokoista, saavutetaan 

pieni painehäviö. Pakokaasun ollessa mahdollisimman kuumaa, saavutetaan 

hyvä suodatus, mutta viileämpi pakokaasu puolestaan aiheuttaa pienen paine-

häviön. (Mayer & 50 co-authors 2008: 28–29.) 



74 

 

Kuviossa 25 on havainnollistettu DPF:ssä käytettävien materiaalien rakenteita. 

Kuten huomataan, ovat eri materiaalit rakenteeltaan täysin erilaisia toisiinsa 

verrattuna. Toiset ovat erittäin huokoisia ja toiset hieman vähemmän. Kaikki 

nämä materiaalit ovat kuitenkin huokoisia, joten hiukkaset jäävät seinämän si-

sälle ja pinnalle kiinni.  

 

 

Kuvio 25 Tietokonemallinnus DPF:ssä käytettävistä materiaalien huokoisuusrakenteista (Kons-

tandopuolos & Papaioannou 2008). 

 

 

 



75 

 

5.2.1 Keraaminen wall-flow -monoliitti 

 

Keraaminen wall-flow -monoliitti on yleisin materiaali hiukkassuodattimissa, 

sillä sitä on tutkittu, mainostettu ja käytetty erilaisissa projekteissa eniten. Wall-

flow -monoliitti tehdään kordieriitista tai piikarbidista, joiden materiaalin ra-

kenne on nähtävissä kuvion 30 vasemmassa reunassa. Kordieriitti lämpölaaje-

nee erittäin vähän ja on tämän takia erittäin kestävä vaihtelevissa lämpötiloissa. 

Kordieriitilla on erittäin hyvä mekaaninen kestävyys ja se kestää lämpötiloja 

jopa 1200 °C asti. Piikarbidi kestää lämpöä enemmän, jopa 1800 °C, mutta sen 

haittapuolena on kallis hinta ja suurempi lämpölaajeneminen. (ECOpoint inc. 

2003.) 

 

Wall-flow -monoliitti voidaan päällystää katalyytillä regeneroinnin tehostami-

seksi. Wall-flow -monoliitilla päästään jopa yli 90 % suodatustehoon. Monoliitin 

haittapuoli on nopea vastapaineen nousu, sillä hiukkasia kerääntyy tehokkaasti 

suodattimeen ja tämä voi johtaa suodattimen tukkeutumiseen. Suodattimet pi-

tää suunnitella siten, että regeneroinnista mahdollisesti syntyvät lämpötilapiikit 

voidaan eliminoida, koska tämä voi pahimmillaan sulattaa koko wall-flow -

monoliitin. (Majewski & Khair 2006: 474.) 

 

5.2.2 Keraaminen kuitu 

 

Suodattimien materiaalina käytetään erilaisia korkeita lämpötiloja kestäviä ke-

raamisia kuituja. Keraamista kuitua käytetään suodattimissa ohuina, paperia 

muistuttavina arkkeina. Keraamista kuitua on myös mahdollista käyttää jatku-

vana kuituna metallisen rungon päällä. Kuviosta 30 yläriviltä oikeasta reunasta 



76 

 

on nähtävissä kuitusuodattimen huokoisuuden rakenne. Keraamista kuitua si-

sältävässä suodattimessa käytetään yleensä aktiivista regenerointia, sillä passii-

vinen regenerointi ei sovi kovin hyvin keraamiselle kuidulle. Keraaminen kuitu 

materiaalina käyttää syvyyssuodatusta hiukkasten kiinniottamiseen. (ECOpoint 

inc. 2003.) 

 

5.2.3 Keraaminen vaahto 

 

Keraaminen vaahto on kiinteää ja sisältää isoja ympyrämäisiä reikiä, joiden hal-

kaisija on 250–500 µm. Kuvion 30 ylärivin keskeltä on havaittavissa vaahdon 

huokoisuusrakenne. Polyuretaanivaahtoon lisätään keraamista lisäainetta ja sen 

jälkeen se kalsinoidaan, jotta polyuretaani hajoaa ja keraaminen jäykkä koostu-

mus säästyy. Materiaali voidaan tehdä joko piikarbidista tai kordieriitista.  Ke-

raamisella vaahdolla päästään noin 60 – 70 % hyötysuhteeseen, koska materiaa-

lin noen varastoimiskyky on pieni, johtuen suuresta huokoisuudesta. Tämän 

vuoksi keraamista vaahtoa käytettäessä tarvitsee suodattimen koko olla suuri, 

jotta päästään hyviin hyötysuhteisiin. (ECOpoint inc. 2003.) 

 

5.2.4 Metallikuitu 

 

Metallikuitusuodattimet tehdään metallivillasta, metallitaljasta tai metallilan-

gasta tehdystä verkosta. Kuviosta 30 ylärivin oikeasta reunasta on nähtävissä 

metallikuitumateriaalin huokoisuusrakenne. Metallikuitusuodatin on erittäin 

kestävä erilaisille regeneraatiotavoille, mutta haittapuolena on pyrkimys pöl-

läyttää suodattimeen kerrostunutta nokea. (Majewski & Khair 2006: 476.) 

 



77 

 

5.2.5 Sintrattu metalli 

 

Sintratulla metallipulverilla on erittäin hyvä hiukkasten suodatuskyky. Sintrat-

tu metallisuodatin perustuu metallilangasta tehtyyn verkkoon, joka on päällys-

tetty lisäaineilla täytetyllä metallipulverilla. Tämän jälkeen materiaali sintrataan 

ja materiaali saavuttaa kiinteän koostumuksen. Kuviosta 30 alhaalta keskeltä on 

havaittavissa sintratun metallin huokoisuusrakenne. Yuranov, Kiwi-Minsker ja 

Renken (2002) kertovat artikkelissaan, että sintrattu metalli on kemiallisesti ja 

mekaanisesti vakaa ja sillä on korkea terminen johtavuus. He kertovat myös ar-

tikkelissaan materiaalin hyvänä puolena olevan kyky suodattaa hiukkasia ja 

kaasumaisia saasteita. Hyvänä puolena sintratulla metallilla on myös sen muo-

toiltavuus, mutta huonona puolena on sen suuri paino. (Majewski & Khair 

2006: 476.) 

 

5.2.6 Poimuinen paperi 

 

Paperisuodattimia käytetään lähinnä kertakäyttöisinä suodattimina. Pape-

risuodattimilla päästään erittäin hyvään hyötysuhteeseen, lähes 100 %, mutta 

pakokaasun pitää olla jäähdytettyä ennen kulkeutumistaan suodattimeen. Mi-

käli pakokaasua ei jäähdytetä, voi suodatin syttyä tuleen noen kasautuessa 

suodattimeen. Myös paperin mekaaninen kestävyys on heikko. Poimuista pa-

peria käytetään suodattimen materiaalina ajoneuvoissa, jotka ovat räjähtävissä 

tiloissa. (ECOpoint inc. 2003.) 

 

 



78 

 

5.3 DPF:n regenerointi 

 

Dieselmoottorissa syntyvien hiukkasten tiheys on yleensä hieman alle 0,1 g/cm3 

ja tämän takia DPF voi kerätä huomattavia määriä nokea pienessä ajassa. On 

tutkittu, että rekka tai linja-auto voi kerätä useita grammoja litraa kohti nokea 

suodattimeen päivän aikana. Hiukkasten kerääntyminen johtuu kuitenkin 

moottorin savutuksesta. Mitä suurempaa savutus on, sitä nopeammin suodatin 

täyttyy. Noen kerääntyminen aiheuttaa suodattimen tukkeutumista ja se johtaa 

vastapaineen kasvamiseen, joka puolestaan voi johtaa moottorin toiminnan 

heikentymiseen. Noen kerääntymisen vuoksi pitää suodatinta puhdistaa aika 

ajoin. (Majewski & Khair 2006: 459–462.) 

 

DPF:n regeneroinnilla tarkoitetaan hiukkassuodattimen puhdistamista poltta-

malla suodattimeen kerääntynyt noki ja muut hiukkaset. Beatrice ym. (2012) 

kertovat artikkelissaan, että DPF:n läpi pääsevien hiukkasten lukumäärä ja 

massa lisääntyvät hetkellisesti regeneroinnin aikana, sillä suodattimen hyö-

tysuhde heikkenee hetkellisesti. Noen polttamiseen voidaan käyttää hapettime-

na happea (O2) tai typpidioksidia (NO2). Happi tarvitsee korkeamman lämpöti-

lan ja typpidioksidi puolestaan huomattavasti alhaisemman lämpötilan noen 

polttamiseen. Regenerointitapoja on kolme: aktiivinen, passiivinen ja passiivi-

aktiivinen. Aktiivisessa regeneroinnissa noen ja muiden hiukkasten polttami-

nen käynnistetään erillisellä tapahtumalla ja passiivisessa regeneroinnissa 

hiukkasten ja noen polttaminen tapahtuu koko ajan kemiallisilla reaktioilla. 

Passiivi-aktiivisessa -regeneroinnissa yhdistellään molempia regenerointitapoja. 

Kuviossa 26 on kuvattuna hiukkassuodattimen regenerointitapoja ja nähdään, 

että on mahdollista myös käyttää kertakäyttöisiä suodattimia.  

  



79 

 

 

Kuvio 26 Hiukkassuodattimen regenerointitavat (ECOpoint inc. 2005). 

 

 

DPF:n regeneroinnissa käytetään katalyyttejä, jotka auttavat pakokaasun rea-

goimista DPF:ssä. Katalyyttejä voidaan käyttää kahdella eri tavalla: toinen on 

pinnoittaa DPF katalyytillä ja toinen on lisätä katalyyttiä polttoaineeseen. Mikä-

li käytetään pinnoitusta, ei polttoaineessa saisi olla rikkiä (S) enempää kuin 150 

ppm, jotta katalyytin tehokkuus säilyy. Polttoaineeseen lisättävä katalyytti puo-

lestaan lisää palotapahtumassa syntyvää tuhkaa.  (Jiang, Ning, Yao, Zi ja Liu 

2011.) 

 

Jatkuvasti regeneroituva hiukkassuodatin (CRT) tarkoittaa DPF:n ja DOC:n yh-

distelmää, jossa DOC on sijoitettu ennen DPF:ä. DOC hapettaa pakokaasussa 

olevan NO:n NO2:ksi, kun pakokaasu kulkee DOC:n läpi. Tämä laskee re-

generoinnin tapahtumislämpötilaa 600 °C:sta n. 250–300 °C:een. Teoriassa pa-



80 

 

kokaasun NOX/PM -suhde pitää olla 8:1, jotta regenerointi tapahtuu tehokkaas-

ti. Todellisuudessa NOX/PM -suhteen pitää olla mahdollisimman suuri, jopa yli 

15:1, jotta regenerointi tapahtuu mahdollisimman tehokkaasti (Jiang ym. 2011.) 

 

Mikäli suodattimeen on kerääntynyt liian paljon nokea ennen kuin regenerointi 

alkaa, voi tämä johtaa suodattimen hajoamiseen tai sulamiseen, koska lämpöti-

lat nousevat liian suuriksi regeneroinnin aikana. Suodattimen ylitäyttymisen 

vaaran vuoksi vastapaineen kasvamisen seuraaminen on erittäin tärkeää. Vas-

tapaineen kasvamisesta pystytään päättelemään suodattimeen kerääntyneen 

noen määrä. Aktiivisessa regeneroinnissa suodattimen ylitäyttymisen vaara on 

pienempi sillä regenerointi voidaan käynnistää, mikäli vastapaine ei ole tietyssä 

ajassa noussut tarpeeksi korkealle. Noen määrä suodattimessa määritteleekin 

optimaalisimmat olosuhteet regeneroinnin alkamiselle. (Beatrice ym. 2012; Sap-

pok, Parks II & Prikhodko 2010.) 

 

Rautaoksidihiukkaset pyrkivät asettumaan mahdollisimman kauas hiukkas-

suodattimen sisääntulosta niiden liikemäärän takia. Koska suurin osa rautaok-

sidihiukkasista kasaantuu suodattimen toiseen päähän, voi regenerointi aiheut-

taa erittäin suuri paikallisia lämpötiloja. Rautaoksidihiukkaset eivät pala re-

generoinnissa ja näin ollen voivat sulattaa osan suodattimesta, kuten kuviossa 

27. (Johnson 2007: 167–170.) 

 



81 

 

 

Kuvio 27 Osa sulanutta DPF suodatinta (Espino 2009). 

 

5.3.1 Aktiivinen regenerointi 

 

Aktiivisessa regeneroinnissa noen polttamiseen käytetään reaktion 14 tavoin 

happea ja tällöin pakokaasun lämpötila pitää saada nousemaan noin 600 °C:een, 

jotta regenerointi on tehokasta. Noen hapettaminen hapen avulla vaatii yli 500 

˚C:een, jotta hiukkasten hapettaminen alkaa. Beatricen & kumppaneiden (2012) 

mukaan jälkiruiskutusta käytettäessä aktiivinen regenerointi koostuu kahdesta 

vaiheesta: matalalämpötila-regeneroinnista ja korkealämpötila-regeneroinnista. 

Matalalämpötila-regeneroinnissa lämpötila nostetaan jälkiruiskutuksella 600 

°C:een ja annetaan tasaantua, jonka jälkeen lämpötila nostetaan korkealämpöti-

la-regeneroinnin 650 °C:een. 



82 

 

2C + 3/2O2  CO + CO2      (14) 

 

Aktiivisessa regeneroinnissa suodattimeen kerääntyneen noen lämpötilaa nos-

tetaan ulkoisen energialähteen avulla. Ajoneuvossa on valmiiksi ulkoisia ener-

gialähteitä suodattimeen nähden, kuten polttoaine ja sähkö. Polttoainetta voi-

daan käyttää aktiivisen regeneroinnin käynnistäjänä käyttämällä jälkiruiskutus-

ta. Tällöin pakokaasujen lämpötilaa nostetaan ruiskuttamalla polttoainetta palo-

tapahtuman loppuvaiheessa. Mahdollista on myös asentaa polttoaineen poltin 

pakoputkeen ennen suodatinta. Sähköä voidaan puolestaan käyttää monellakin 

tavalla, kuten lämmittimenä ennen suodatinta, sisään rakennettuna lämmitti-

menä suodattimessa tai vaikkapa käyttämällä suodattimessa materiaalia, jota 

voidaan lämmittää itsessään. (ECOpoint inc. 2005.) 

 

Aktiivinen regenerointi käynnistetään erikseen, kun anturit tunnistavat DPF:ssä 

kasvavan vastapaineen. Vastapaine nousee siksi, että suodatin kerää hiukkasia 

ja nokea itseensä, eli tukkeutuu. Tällöin pakokaasun kulku suodattimen läpi 

vaikeutuu ja vastapaine kasvaa. Regeneroinnin ollessa käynnissä anturit tunnis-

tavat laskevan vastapaineen ja pystyvät tunnistamaan koska suodatin on puh-

distunut ja regenerointi loppuu (Beatrice ym. 2012). 

 

Aktiivisessa regeneroinnissa voidaan apuna käyttää sähköisiä lisälaitteita, joilla 

halutut olosuhteet saadaan aikaiseksi. Sähköisiä lisälaitteita on monenlaisia ja 

niitä voidaan käyttää suodattimen materiaalin lämmittämiseen, pakokaasun 

lämmittämiseen tai suodattimeen kerääntyneen noen lämmittämiseen. Suodat-

timen materiaalin lämmittäminen voi olla hyvinkin energiatehokas keino, mikä-

li materiaalilla on pieni lämpökapasiteetti. Pakokaasun lämmittäminen on käy-

tetyin keino aktiivisessa regeneroinnissa ja se tapahtuu yleensä vastuksilla, jot-



83 

 

ka lämmittävät pakokaasua ennen hiukkassuodatinta. Noen lämmittäminen 

suodattimessa onnistuu myös mikroaalloilla. Tässä menetelmässä noki imee 

mikroaaltoja ja ollessaan magneettikentässä, alkavat ne värisemään ja sen seu-

rauksena kuumenemaan. Kaikilla näillä on tarkoitus saada lämpötila nouse-

maan tarpeeksi korkealle, jotta aktiivinen regeneroituminen O2:n avulla alkaa. 

(ECOpoint inc. 2002.) 

 

5.3.2 Passiivinen regenerointi 

 

Passiivisessa regeneroinnissa suodattimen puhdistamista tapahtuu automaatti-

sesti lämpötilan noustessa tarpeeksi korkeaksi. Passiivisessa regeneroinnissa 

käytetäänkin lähes aina hapetuskatalysaattoria eli DOC:ia. DOC:ssa hapetetaan 

NO:ta NO2:ksi, eli se lisää NO2:n määrää pakokaasussa, sillä NO2 on parempi 

hapetin hiukkasille kuin happi itse. Tällöin suodattimeen kerääntyneen noen 

kanssa reagoi NO2 ja regeneroinnin alkamislämpötila putoaa parhaimmillaan 

jopa 300 °C:een, tämän myötä koko regenerointitapahtuman lämpötila on huo-

mattavasti pienempi, kuin aktiivisessa regeneroinnissa.  

 

Edellä mainittua järjestelmää kutsutaan yleisesti jatkuvasti regeneroituvaksi 

DPF:ksi (CRDPF = continously regenerating diesel particulate filter) tai jatku-

vasti regeneroituvaksi loukuksi (CRT =continously regenerating trap). Tämä 

järjestelmä sisältää aina DOC-katalysaattorin, jonka avulla regenerointi hiuk-

kassuodattimessa tapahtuu alhaisemmissa lämpötiloissa. (Liu ym. 2012 ja 2011; 

Van Poppel & Lenaers 2005.) 

 



84 

 

Passiivisessa regeneroinnissa tärkeitä parametreja ovat pakokaasun lämpötila, 

pakokaasun virtausmäärä, NOX/PM -suhde, NO2/PM -suhde sekä NOX- ja NO2 

-virtausmäärä suodattimeen. Passiivisen regeneroinnin on tarkoitus tapahtua 

moottorin normaaleissa käyttöolosuhteissa, jolloin ei tarvita ulkoisia energia-

lähteitä regeneroinnin käynnistämiseksi. Passiivisen regeneroinnin optimoitu 

käyttö vähentää polttoaineen kulutusta aktiiviseen regenerointiin verrattuna, 

sillä hiukkassuodattimen regeneroitumiseen ei tarvita lisälaitteita tai jälkiruis-

kutusta. (Hutton, Johnson, Naber & Keith 2012.) 

 

Hiukkasten hapettaminen NO2:n avulla tapahtuu kahden reaktion kautta: 

 

C + 2NO2  2NO + CO2      (15) 

C + NO2  NO + CO      (16) 

 

 Näistä reaktio 15 on yleisempi ja tähän tulokseen on päästy mittaamalla CO:n 

määrä pakokaasussa suodattimen jälkeen. 

 

5.3.3 Passiivi-aktiivinen -regenerointi 

 

Passiivi-aktiivinen -regenerointi sisältää molempien regenerointitapojen hyö-

dyt. Passiivi-aktiivinen -regenerointi sisältää siis DOC:in, DPF:n sekä ulkoisella 

energialähteellä toimivan polttimen. Pääasiassa tässä järjestelmässä käytetään 

passiivista regenerointia, silloin kun pakokaasun lämpötila on sopivan korkea 

ja suodattimeen on kerääntynyt hiukkasia. Mikäli pakokaasun lämpötila ei 

nouse tarpeeksi korkealle, käytetään aktiivista regenerointia. Tämä voidaan to-



85 

 

teuttaa erillisellä polttimella/vastuksilla, kun on kulunut tietty aika ilman re-

generointia. (Blackthorn, 2012.) 

 

Passiivi-aktiivisessa -regenerointia käytetään silloin, kun moottori toimii pienel-

lä kuormalla pitkän aikaa. Tällöin suodattimeen kertyy paljon hiukkasia, eikä 

pakokaasun lämpötila nouse tarpeeksi korkealle, jotta voitaisiin turvautua pas-

siiviseen regenerointiin. Moottorin ollessa tällaisessa käytössä käytetään aktii-

vista regenerointia turvaamaan suodattimen puhdistuminen. (Liu ym. 2012.) 

Haasteena tässä järjestelmässä on sen monimutkaisuus, sillä pakoputkeen jou-

dutaan liittämään DOC:in lisäksi myös poltin/vastukset DPF