Partikelfilter

Ein Partikelfilter ist eine Einrichtung zur Reduzierung der im Abgas von Dieselmotoren vorhandenen Partikeln. Dabei gibt es zwei Funktionsweisen, die sich grundsätzlich unterscheiden: Wandstromfilter, bei denen das Abgas die Wand eines keramischen Filters durchfließt und Durchflussfilter, bei denen das Abgas den Filter durchfließt.

Inhaltsverzeichnis
1 Wandstromfilter
2 Durchflussfilter
3 Aktuelle Diskussion über Feinstaub
4 Europäische Abgasnormen
5 Kraftfahrzeuge mit Partikelfilter und Nachrüstungskosten Januar 2005 (Auswahl)
6 Siehe auch
7 Weblinks

Wandstromfilter

Funktionsweise: Die Kanäle des keramischen Filters sind wechselseitig verschlossenen. Deshalb muss das Abgas durch die poröse Keramikwand strömen. Wegen ihrer Größe können die Partikel die Keramikwand nicht passieren und sammeln sich an der Innenseite an. Hierdurch setzt sich der Filter mit der Zeit zu. Die dadurch entstehende Druckdifferenz über den Partikelfilter wird gemessen und vom Motorsteuergerät ausgewertet. Nach Erreichen einer definierten Druckdifferenz werden die im Filter festgesetzten Partikel verbrannt, dieser Vorgang wird als Regeneration bezeichnet.

Additivunterstützte Regeneration bei PSA / Peugeot

Beim System des französischen Automobilherstellers PSA (Marken Peugeot und Citroen) wird zur Regeneration die Abgastemperatur vor dem Dieselpartikelfilter (DPF, französisch FAP) durch innermotorische Maßnahmen (u.a. späte Einspritzung während der Expansion: Nacheinspritzung) auf Werte in der Größenordnung von mehr als 500°C erhöht. Mit Hilfe eines speziellen Kraftstoff-Zusatzes (Additiv) wird die notwendige Temperatur zur Verbrennung der Partikel im DPF herabgesetzt. Dieser Kraftstoffzusatz muss in großen Abständen im Rahmen der Wartung aufgefüllt werden. Die Verbrennung der Partikel erfolgt nicht rückstandsfrei. Das Motoröl und insbesondere das Additiv führen nach hoher Laufleistung zu einer Ascheablagerung im DPF, die durch Spülen des Dieselpartikelfilter entfernt werden muss.

Das im Peugeot 607 von PSA auf dem Markt gebrachte System ist von der Presse allgemein als gut bewertet worden. Nach anfänglicher Zurückhaltung und Kritk am PSA-System haben auch andere Automobilhersteller im Jahr 2004 Fahrzeuge mit DPF auf den Markt gebracht.

Katalytisch unterstützte Regeneration bei andereren Herstellern

Jüngere Dieselpartikelfilter-Systeme anderer Hersteller benutzen zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit im DPF während der Regeneration statt des Additivs eine katalytische Beschichtung des DPF. Vorteil hierbei ist die geringere Ascheablagerung im DPF und der Entfall der Dosiereinrichtung für das Additiv.


Allen Wandstromfiltern gemein ist eine langzeitstabile sehr hohe Abscheiderate (>95%) für Partikel aller Größenklassen und eine geringe Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs. Diese Erhöhung ist bedingt durch die Regeneration (eine Erhöhung der Abgastemperatur führt zur Verschlechterung des Motorwirkungsgrades) und durch den vom DPF verursachten höheren Abgasgegendruck.

Die Regeneration findet abhängig vom Fahrprofil im Zyklus von mehreren hundert km statt. Unter günstigen Umständen (Autobahnbetrieb) wird die Regeneration erst nach deutlich höheren Laufleistungen notwendig. Von einer Regeneration merkt der Fahrer (außer der oben erwähnten Verbrauchserhöhung) nichts, die Motorleistung wird davon nicht beeinträchtigt.

Ein mit einem Wandstromfilter ausgerüsteten DPF-System lässt sich aus wirtschaftlichen Gründen nicht nachrüsten, da zur Durchführung der Regeneration das Motorsteuergerät zusätzliche Eigenschaften besitzen muss. Ferner ist zusätzliche Sensorik im Fahrzeug erforderlich. Gegenwärtig (Stand April 2005) arbeiten alle für Pkw ab Werk angebotenen Partikelfiltersysteme mit Wandstromfiltern.

Durchflussfilter

Mehrere Hersteller (Emitec, HJS, Remus) bieten mittlerweile Durchflussfilter zur Nachrüstung an. Typischerweise besteht ein Durchflussfilter aus dünnen Stahlfolien mit gezielter Strömungsleittechnik, in denen die Partikel vom Abgas getrennt und zur Anlagerung auf die innere Oberfläche des Filters gebracht werden. Bei genügend hohen Temperaturen und NO2-Konzentrationen werden die dort angelagerten Partikel nach dem sogenannten CRT Prinzip kontinuierlich regeneriert (CRT: Continuous Regeneration Trap = Kontinuierlich regenerierende (Partikel-) Falle).

Da das Abgas in einem Durchflussfilter keine feinporöse Wand durchdringen muss, ist der Filtrationswirkungsgrad – insbesondere für die kleinste Partikelfraktion mit einem Durchmesser bis 100 Nanometer – geringer als bei einem Wandstromfilter. Gegenüber diesem vorteilhaft wirkt sich jedoch die nur geringe Erhöhung des Abgasgegendrucks aus, was dazu führt, dass der Kraftstoffverbrauch nicht oder nur wenig erhöht wird.

Wegen ihrer kontinuierlichen Regeneration sind neben dem Einbau des Abgasnachbehandlungssystems keine weiteren Änderungen am Fahrzeug notwendig. Deshalb eignen sich Durchflussfilter gut zur Nachrüstung.

Mercedes-Benz hat bereits 1985 ein Fahrzeug (300 SDL) mit Dieselpartikelfilter auf den Markt gebracht. Dieses ausschliesslich für den amerikanischen Markt bestimmte Modell hatte jedoch ernsthafte Probleme mit der Dauerhaltbarkeit des DPF. Deshalb wurde die Produktion schon 1988 eingestellt.

Aktuelle Diskussion über Feinstaub

Der DPF stellt sicherlich die technisch beste Lösung dar, um die krebserregenden Partikel in den Emissionen von Dieselmotoren massiv zu reduzieren. Dennoch sollte das Verbesserungspotential bei der Feinstaubbelastung durch den DPF nicht überschätzt werden, da der Anteil des Strassenverkehrs (Pkw und Nutzfahrzeuge) an der Feinstaubbelastung für Partikel < 10 Mikrometer lediglich 17% beträgt (Quelle: SPIEGEL 14/05). Ferner tragen zur von Kraftfahrzeugen ausgestoßenen Partikelmenge die PKW nur zu ca. einem Drittel bei. Der Rest entfällt auf Nutzfahrzeuge. Eine Veröffentlichung in den VDI-Nachrichten besagt, dass bei einer Nachrüstung aller KFZ in Deutschland der gesamte Feinstaubanteil nur um ca. 5% zurückginge.

Europäische Abgasnormen

Zur Reduzierung der Rußpartikel aus Dieselmotoren aus Personenkraftwagen hat die Europäische Union (EU) seit 1993 die Grenzwerte für Partikel mit ihren Abgasnormen verringert:

Die Grenzwerte der Euro-5 sind noch in Diskussion. Ab 2010 soll der Grenzwert bei 5 mg Partikel/km für neue PKWs liegen. Ein solcher Wert ist sehr wahrscheinlich nur mit einem Wandstromfilter darstellbar.

Kraftfahrzeuge mit Partikelfilter und Nachrüstungskosten Januar 2005 (Auswahl)

(Quelle: http://www.vcd.org)

Siehe auch

Feinstaub, Dieselruß

Weblinks

See also: Partikelfilter, 1993, 1997, 2001, 2004, 2005, 2010, Abgasgegendruck, Abgasnorm, Additiv