Diesel-Partikelfilter (DPF)

Nachrüst-Diesel-Partikelfilter werden in Dieselmotoren eingesetzt, um Dieselpartikel (PM), auch als Ruß bezeichnet, zu entfernen. Je nach Motortechnologie und Anwendungseigenschaften können verschiedene Filtertechniken zur Reduzierung der Partikelemissionen verwendet werden.

Wall-Flow Filter
Bei diesen Filtern werden Partikel aus dem Abgas durch Filterung durch eine Wabenstruktur, ähnlich einem Katalysator-substrat, entfernt, wobei die Kanäle allerdings wechselseitig verschlossen sind. Die Abgase müssen durch die porösen Wände strömen, während sich der Ruß als Filterkuchen an den Wänden der Kanäle absetzt. Diese Filter bestehen aus keramischem Wabenmaterial (Cordierit, Siliziumkarbid oder Aluminiumtitanat).

Keramische Wall-Flow-Filter entfernen nahezu alle Kohlenstoffpartikel, sogar ultrafeine Partikel mit einem Durchmesser von weniger als 100 Nanometer (nm), deren  Effizienz bei > 95 % für die Partikelmasse und > 99 % für die Partikelanzahl in einem breiten Spektrum der Motorbetriebsbedingungen liegt. Da der konstante Anfall an Rußpartikeln den Filter mit der Zeit verstopfen würde, müssen die Filter „regeneriert" werden, indem die angesammelten Partikel regelmäßig verbrannt werden. Durch die Verbrennung von Rußpartikeln entsteht Wasser und CO₂ in kleinen Mengen, da weniger als 0,05 % des CO₂ vom Motor ausgestoßen wird. Zu den erfolgreichsten Methoden der Regenerierung bei Nachrüstanwendungen zählen:
•   Integration eines Oxidations-Katalysators oberhalb des Filters, der neben seiner Funktion als konventioneller Oxidations-Katalysator außerdem das Verhältnis von NO₂ zu NO im Abgas erhöht. Eingeschlossene Partikel werden bei niedrigen Abgastemperaturen mithilfe der hochoxidativen Eigenschaften von NO₂ und Sauerstoff verbrannt.
•   Katalytische Beschichtung des Filters, um die Regenerationstemperatur in den Bereich der normale Abgastemperatur  während des Motorbetriebs zu senken.
•   Einsatz sehr kleiner Mengen von FBC (fuel-borne catalyst), beispielsweise Verbindungen mit einem Eisen- oder Cer-Additiv, das dem Kraftstoff mithilfe eines fahrzeugeigenen Dosiersystems zugemischt wird. Wenn sich der Katalysator in enger Verbindung mit den Partikeln auf dem Filter absetzt, können die Partikel bei niedrigeren Abgastemperaturen (etwa 350°C statt 650°C) verbrennen und somit die Verbrennungskinetik (normalerweise 2 -3 Minuten) erhöhen, während die restlichen Feststoffe des Katalysators als Asche auf dem Filter verbleiben. Die Steuerung des Verbrennungsprozesses ist von größter Bedeutung, damit die langfristige Integrität des Filters erhalten bleibt. Aufgrund der Leistungsfähigkeit der FBC-Technologie im Hinblick auf Temperatur und Kinetik ist sie besonders für den städtischen Einsatz und im Stop-and-Go-Verkehr mit geringen Auswirkungen auf den Kraftstoffverbrauch geeignet.

•   Externe Erwärmung des Filters entweder am Fahrzeug oder außerhalb des Fahrzeugs oder der Maschine mit elektrischer Heizung. Nur für Industrieanwendungen geeignet,  wird normalerweise nur bei abgeschaltetem Motor eingesetzt.
•   Kraftstoffeinspritzung oder Einbau eines Brenners vor dem DPF in die Abgasleitung.

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Nebenstromfilter
Nebenstromfilter sind ebenfalls in Ausführungen mit verschiedenen Werkstoffen von Faser bis Metall erhältlich.  Ein Metallnebenstromfilter ist mit einem speziell perforierten Metallfoliensubstrat mit Sintermetallvlies ausgerüstet, sodass der Abgasstrom in benachbarte Kanäle geleitet wird, wo die Partikel vorübergehend im Vlies zurückgehalten werden, bis sie in einer kontinuierlichen Reaktion mit NO₂ verbrannt werden, das von einem der Auspuffanlage nachgeschalteten Oxidations-Katalysator erzeugt wird. Mit diesem Filter kann die Partikelmasse um bis zu 30-60 % reduziert werden.