Wandstromfilter – ein Dieselpartikelfilter

Bei Wandstromfiltern erfolgt die Trennung der Feststoffpartikel vom Abgas durch physische Filtrierung mittels Wabenstruktur – ähnlich wie bei einem Fahrzeugkatalysator, jedoch mit wechselseitig verschlossenen Kanälen. Die Abgase werden durch eine poröse Wand zwischen den Kanälen gezwungen, wodurch die Feststoffpartikel auf der Oberfläche der Filterwand hängen bleiben. Die abgeschiedenen Partikel bilden einen sogenannten Filterkuchen.

Diese Filter werden aus Keramikwerkstoffen (Cordierit, Siliziumcarbid oder Aluminiumtitanat) gefertigt und weisen eine wabenähnliche Struktur auf. Wandstromfilter aus Keramikwerkstoffen scheiden nahezu sämtliche Kohlenstoffpartikel – einschließlich Kleinstpartikel mit einem Durchmesser von weniger als 100 nm – mit einem Wirkungsgrad von >95 % in Bezug auf die Partikelmasse und >99 % in Bezug auf die Partikelanzahl in einem breiten Betriebsspektrum ab. Da die kontinuierliche Rußbelastung den Filter allmählich verstopfen würde, muss eine Regeneration des Filters durch regelmäßiges Verbrennen der Partikelablagerungen erfolgen. Beim Verbrennen von Rußpartikeln werden Wasser und CO₂ in geringen Mengen gebildet, welche weniger als 0,05 % des CO₂-Ausstoßes des Motors betragen.

Die wirkungsvollsten Methoden zur Regeneration von nachgerüsteten Partikelfiltern umfassen:

• Einen vor dem Dieselpartikelfilter (DPF zum Nachrüsten) gelagerten Oxidationskatalysator. Dieser dient als gewöhnlicher Katalysator und erhöht gleichzeitig das Verhältnis von NO₂ zu NO im Abgas. Eingeschlossene Partikel verbrennen dank der stark oxidativen Eigenschaften von NO₂ und Sauerstoff bei niedrigeren Abgastemperaturen.
• Die Nutzung einer katalytisch wirkenden Filterbeschichtung, die die übliche Verbrennungstemperatur von Partikeln auf normale Abgastemperaturen senkt.
• Eisen- oder Cerdioxid-Additive, die dem Kraftstofftank über ein internes Dosiersystem zugegeben werden. Der Katalysator ermöglicht eine Verbrennung der Partikel bei geringeren Abgastemperaturen (etwa 300-330 °C anstatt 650 °C) und erhöht die Verbrennungskinetik (üblicherweise 2-3 Minuten), wobei die festen Rückstände des Katalysators als Asche auf der Filteroberfläche verbleiben. Die Steuerung und Kontrolle der Verbrennung sind für die langfristige Stabilität des Filters von entscheidender Bedeutung. Dank ihrer Leistungsmerkmale in Bezug auf Temperatur und Kinetik eignet sich die additivunterstützte Regeneration insbesondere für den Stadtverkehr mit einem geringen zusätzlichen Kraftstoffverbrauch.
• Externe Erhitzung der Partikelmasse innerhalb oder außerhalb des Fahrzeugs oder der Maschine mittels Heizspirale. Diese Methode kommt im Grunde nur bei industriellen Anwendungen und in der Regel auch nur bei abgeschaltetem Motor in Betracht.
• Kraftstoffeinspritzung im Abgasstrang vor dem DPF.