Dieselpartikelfilter

Was ist ein Dieselpartikelfilter?

Bei einem Wandstromfilter, auch geschlossenes System genannt wird das mit den Rußpartikeln versetzte Abgas bei der Durchdringung einer porösen Filterwand gefiltert. Die Partikel bleiben dabei bei Oberflächenfiltern hauptsächlich an der Oberfläche der Filterwand hängen oder verbleiben mittels Tiefenfiltration im Inneren der Filterwand. Größere Partikel können die Filterwand nicht passieren und lagern sich so auf Ihrer Oberfläche an. Auf diese Weise können sich bis zum Zeitpunkt der Regeneration bis zu 200µm dicke Schichten an der Kanaloberfläche bilden. Der physikalisch wirksame Mechanismus zum Anhaften der Partikel an der porösen Filterwand beruht auf der Adhäsion. Die Bewegung der Partikel zur Filterwand kommt hauptsächlich durch den Mechanismus der Diffusion zu Stande und ist durch die Strömung des Abgases durch den Filter überlagert.

Auch bei Oberflächenfiltern findet zu Beginn eine Tiefenfiltration statt. Mit Belegung der inneren Filterflächen erfolgt das Ablagern der Partikel auf der Oberfläche. Es bildet sich mit den so genannten Filterkuchen eine Partikelschicht. Bei Tiefenfiltern lagern sich die Partikel nur in der inneren Filterstruktur ab. Die Filterwände selbst können aus unterschiedlichen porösen Werkstoffen bestehen, die meist aus Fasern oder Pulver aufgebaut sind. Die Fasern oder das Pulver selbst bestehen aus Keramiken oder aus Metallen. Klassische Keramiken sind Mullit, Cordierit, Siliziumcarbid (SiC) und Aluminiumtitanat. Teilweise werden in neueren Entwicklungen auch unterschiedliche Werkstoffe kombiniert.

Durch die Ablagerung der Partikel an der Oberfläche bzw. im Inneren der Filterwand steigt der durch den Abgasvolumenstrom erzeugte Differenzdruck über den Filter an. Bei Erreichen eines Schwellwertes, wenn also eine bestimmte Rußmasse eingelagert ist, wird die Regeneration des Filters eingeleitet. Die Regeneration des Filters erfolgt durch Verbrennung der eingelagerten Partikel. Die Regeneration wird notwendig, wenn durch die Partikelbeladung ein zu hoher Abgasgegendruck den Abgasausstoß zu stark behindert. Eine einfach zu erfassende Messgröße, die es erlaubt, die Höhe der Beladung des Filters zu erkennen, ist der Differenzdruck über den Filter. Da dieser Differenzdruck in Abhängigkeit von Motordrehzahl, Lastzustand und Beladungsmenge variiert, müssen diese Parameter in einem Kennfeld erfasst sein. Die Überwachung des Differenzdrucks sowie die Einleitung und die Steuerung der Regeneration werden durch die Motorsteuerung des Dieselmotors durchgeführt. Die Regeneration findet abhängig von Fahrprofil im Zyklus von mehreren hundert Kilometern statt. Unter günstigen Umständen (Autobahnbetrieb) wird bei Abgastemperaturen im Bereich der Abbrenntemperatur der Russpartikel eine vom Motorsteuergerät eingeleitete Regeneration erst nach deutlich höheren Laufleistungen notwendig oder sogar gar nicht. Unter ungünstigen Umständen (Kurzstreckenverkehr) kann es zu Problemen mit der Beladung des Filters und dem Erreichen der Regenerationstemperatur kommen. Je nach Fahrzeugtyp wird dies dem Fahrer angezeigt. Von der Regeneration merkt der Fahrer nichts, die Motorleistung wird davon nicht beeinträchtigt. Im Filter wird der Dieselruß bei der Regeneration in CO2 umgewandelt.

Wie bei jeder chemischen Reaktion wird zur Verbrennung der angesammelten Partikel eine bestimmte Temperatur benötigt. Da Ruß eine Modifikation des Kohlenstoffs darstellt, handelt es sich bei der Regeneration um eine exotherme Oxidation, was unter günstigen Umständen nach dem Zünden des Rußes ein selbstständiges weiteres Abbrennen ermöglichen kann. Die notwendige Abgastemperatur für eine Regeneration liegt bei mindestens 500-600 °C.
Mit Hilfe von Additivzusätzen kann die notwendige Freibrenntemperatur gesenkt werden. Das Additiv wird in einem separaten Tank im Fahrzeug mitgeführt, dieser muss je nach Fahrzeugart und System in regelmäßigen Abständen wieder befüllt werden. Bei den in Pkw üblichen Systemen wird das Additiv beim Tankvorgang automatisch dem Dieselkraftstoff in einem definierten Verhältnis mit Hilfe einer Pumpe beigemischt. Eine deutlich sicherere Methode ist der Einbau einer Dosieranlage zum Beispiel mittels Dosierpumpe, die das Mischungsverhältnis auf den Dieselverbrauch des Fahrzeugs abgestimmt beimischt. Dadurch wird immer die Menge Additiv dem Diesel zugemischt, die für eine erfolgreiche Regeneration notwendig ist. Die Ascheeinlagerung in den Filter wird durch diese Technik reduziert und die Wartungsintervalle werden verlängert. Trotzdem fällt bei additivgestützten Systemen mehr Asche an als bei Systemen, die ohne Additiv auskommen.

Quelle: Wikipedia

Partikelminderungsstufen:

Durch die Einführung der sogenannten Feinstaubverordnung wird die Kennzeichnung von Kraftfahrzeugen nach der Höhe ihrer Partikelemission bundesweit einheitlich geregelt. Hiernach können Diesel-PKW durch Nachrüstung mit Partikelfiltern bestimmte Grenzwerte erreichen, die zu einer Einstufung in eine Partikelminderungsstufe führen und als Kriterium für Plakettenvergabe (grün, gelb oder rot) in Deutschland gelten. Die Grenzwerte PM1 bis PM3 werden durch die so genannten offenen Partikelfiltersysteme erreicht, die den Partikelmassenausstoß bei weitem nicht bis auf das Niveau von 0,001 g/km wie bei geschlossenen Partikelfiltersystemen senken.

Die Partikelminderungsstufen:

Stufe PM1 ist für die Nachrüstung von Euro-1- und Euro-2-Diesel-Pkw vorgesehen - derzeit ist hierzu aber noch nichts lieferbar. Diese Fahrzeuge halten nach geltendem Recht lediglich einen Grenzwert für die Partikelmasse von 0,18 g/km bzw. 0,08 g/km ein. Durch Nachrüstung eines Rußfilters muss der für Euro-3-Diesel-Pkw geltende Grenzwert von 0,05 g/km erreicht werden, wenn man eine steuerliche Förderung erlangen will.

Stufe PM2 ist für die Nachrüstung von Euro-3-Diesel-Pkw vorgesehen. Hier gilt ein Grenzwert von 0,05 g/km. Bei Nachrüstung eines Rußfilters muss für eine steuerliche Förderung der für Euro-4-Diesel-Pkw geltende Grenzwert von 0,025 g/km erreicht werden.

Stufe PM3 ist auf die Nachrüstung von ab Werk nicht vorbereiteten Euro-4-Diesel-Pkw abgestellt. Sie halten nach geltendem Recht lediglich einen Grenzwert von 0,025 g/km ein. Bei Nachrüstung eines Rußfilters muss der halbierte Euro-4-Grenzwert von 0,0125 g/km erreicht werden, will man in den Genuss der Steuerförderung kommen.

Stufe PM4 greift auf den von der Europäischen Kommission für die steuerliche Förderung von Neufahrzeugen vorgegebenen PM-Grenzwert von 0,005 g/km zurück. Diese Stufe wurde für die Nachrüstung von im Verkehr befindlichen Euro-4-Diesel-Pkw geschaffen, die bereits ab Werk entsprechend vorgerüstet sind, aber wegen fehlender Produktionskapazitäten nicht bereits mit so genannten „geregelten Rußfiltern" ausgerüstet werden konnten, die eine Minderungsrate von mehr als 90 Prozent erreichen.

Stufe PM5 gilt für Euro-3- und Euro-4-Diesel-Pkw, die ab dem Tage, an dem sie erstmals für den Verkehr zugelassen wurden/werden, anstelle eines PM-Grenzwertes von 0,050 bzw. 0,025 g/km den von der Europäische Kommission für eine steuerliche Förderung von Neufahrzeugen vorgegebenen PM-Grenzwert von 0,005 g/km einhalten.

Stufe PMK 01 und PMK 0: für Diesel Lkw Mit Euro I-Abgasnorm. Durch die Nachrüstung eines Partikelfilters müssen die Fahrzeuge den für Euro II-Diesel-Lkw geltenden Partikelmassegrenzwert einhalten. Einige Fahrzeuge mit PMK 01 erreichen auch den Partikelmassegrenzwert der Euro III_Abgasnorm für Diesel Lkw.

Stufe PMK 1: für Diesel-Lkw mit Euro I- und Euro II-Abgasnorm. Durch die Nachrüstung eines Partikelfilters müssen die Fahrzeuge den für Euro III-Diesel-Lkw geltenden Partikelmasse-Grenzwert einhalten.

Stufe PMK 2: für Diesel-Lkw mit Euro I-, Euro II- und Euro III-Abgasnorm. Durch Nachrüstung eines Partikelfilters müssen die Fahrzeuge den für Euro IV-Diesel-Lkw geltenden Partikelmassegrenzwert einhalten.

Stufe PMK 3 und PMK 4: für die Nachrüstung leichter Lkw. Die Emissionskriterien entsprechen den Partikelminderungsstufen PM 3 bzw. PM 4 für Pkw. Quelle: GTÜ