Partikelminderungssystem für Dieselfahrzeuge

Der Tipp: Auf der offenen Straße mind. zehn Fahrminuten und mehr als 60 Stundenkilometer einlegen.

Schwebstofffilter für Dieselfahrzeuge - I. Zeilhofer-Ficker

Schon die kleinsten Russpartikel in der Atmosphäre sind für viele Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Allergie und besondere Krebsarten zuständig. Ein großer Teil der Rußpartikelemissionen entfällt auf Dieselfahrzeuge. Die Verwendung von Rußpartikelfiltern in Fahrzeugen mit Dieselantrieb könnte die Rußemission im Straßenverkehr um bis zu 99% reduzieren. Schließlich hat sich die dt. Autoindustrie nach jahrelangem Konflikt darauf geeinigt, alle Dieselfahrzeuge bis längstens 2009 mit Rußpartikelfiltern zu ausstatten.

Sonderregelungen für Menschen mit eingeschränkter Mobilität

Gewisse Verkehrsmittel können die Umgebungszone durchqueren, auch wenn sie nicht über die erforderliche Feindstaubplakette mitbringen. Das Gleiche trifft auf Menschen zu, die einen orangenen Parkschein für gewisse Schwerbehindertengruppen haben und diesen mit sich mitnehmen. Ausflüge für erforderliche, regelmässige Besuche beim Arzt und Ausflüge in medizinische Notfälle sind auch ohne Feindosierplakette möglich. Es ist jedoch erforderlich, dass der Parkschein, den Menschen mit Behinderungen unter gewissen Bedingungen bekommen, im Fahrzeug gut erkennbar ist.

Gleiches trifft auf Ausnahmen zu, die der betreffenden Person gewährt werden. Zusätzlich zu den bundesweiten Ausnahmen, die besondere Rechte für Menschen mit Behinderungen vorsehen, haben die Gemeinden auch die Option, das Betreten der Umweltzone mit einer gültigen Feindstaubplakette zu bewilligen. Jeder, der ohne gültigen Aufkleber oder Sondererlaubnis die Umweltzone betritt, muss eine Geldstrafe von 40 EUR zahlen.

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Lies auch: Ein Russpartikelfilter ist ein Russpartikelfilter, mit dem Russpartikel aus den Rauchgasen eines Verbrennungsmotors herausgefiltert werden können, die zur Feindstaubbelastung der Atemluft mitwirken! Das ist der Grund, warum wir auch von Dieselpartikelfiltern oder Feindstaubfiltern sprechen)? Der aktuelle Abgasstandard in der EU (Euro 6 seit 09/2014) kann von Fahrzeugen ohne Dieselpartikelfilter kaum eingehalten werden.

Seit einigen Jahren sind die meisten neuen Dieselfahrzeuge mit einem Rußpartikelfilter ausgerüstet, und viele alte Maschinen sowie Maschinen für Baufahrzeuge, Diesellokomotiven mit Dieselmotoren und einige Schiffstypen wurden mit einem Rußpartikelfilter umgerüstet. Von den nachfolgend dargestellten Problemen sollte daher nicht der Schluss gezogen werden, dass der Einsatz von Russpartikelfiltern absurd ist, sondern sie sind als ein bisher ungelöstes Problemfeld in der Dieseltechnik zu betrachten, das beim Abgleich von benzingetriebenen Kraftfahrzeugen berücksichtigt werden sollte.

Im Übrigen ist die Reduzierung der Feinstaubemissionen von Verbrennungsmotoren von Bedeutung, da diese ebenfalls schädlich für das Klima sind. Sie sind trotz ihrer wesentlich niedrigeren CO2-Emissionen schädlicher für das Klima als benzinbetriebene Kraftfahrzeuge, sofern nicht die überwiegende Mehrheit der Partikeln mit einem Filtern austritt. Erfreulicherweise haben aber auch solche Fehlerfilter, deren Porositäten bei B. einen Außendurchmesser von 10 haben B = 10 B = 10 B = 10 B = 10 B = 10 B = 10 B = 10 B = 10 B = 10 B = 10 B = 10 B = 10 B = 10 B = 10 B = 10 B = 10 B = 10 B = 10 B = 10 B = 10 B = 10 B = 10 B = 10 B = 10 B = 10 B = 10 B.

Dies kann man sich so vorsehen, dass auch Teilchen, deren Querschnitt weit unter dem für die Kanale im Filtersystem üblichen Querschnitt liegt, beim Durchfließen an den Kanälen haften bleiben und dort fest haften können (Prinzip der Haftung). Dabei müssen die Rinnen einfach so lang sein, dass kaum noch Teilchen die Möglichkeit haben, den ganzen Rinnenbereich zu durchfließen, ohne mit der Filtrationswand in Berührung zu kommen.

Für sehr kleine Teilchen wird die erforderliche Kanalleistung durch ihre Wärmediffusion bei der jeweils gültigen Einsatztemperatur ermittelt. Diese Streuung entsteht durch Stöße, die von Gasmolekülen auf die kleinen Teilchen ausgeübt werden. Im Falle größerer Teilchen mit nur geringer Streuung ist auch eine so genannte Inertialscheidung möglich, d.h. h. Adhäsion von Teilchen nach einem stärkeren Einfluss auf das Filtermaterial ?h.

Oftmals sind Fahrzeugdieselmotoren mit so genannten Wandströmungsfiltern ausgerüstet, bei denen das Rauchgas in eine Porenwand eindringen muss. Für die Umrüstung eignen sich jedoch besonders Bypassfilter (auch offener Typ ), deren Regenerierung (siehe unten) nicht so viel Eingriff in den Motorenbetrieb erforderlich macht wie Wandstromfilter. Die Abscheideleistung für Partikeln, die mit Bypass-Filtern erreicht werden kann, ist jedoch in der Tendenz deutlich niedriger.

Vor allem die groben Teilchen können oft nur ungenügend abgeschieden werden, während bei den besonders bedeutsamen feinen Teilchen mindestens B. 80 ?B. 80 ? eine Abscheidegrad ist möglich. Allerdings ist aus Gesundheits- und Klimaschutzgründen eine wesentlich höhere Effektivität wünschenswert, weshalb neue Fahrzeuge in der Regel andere Luftfilter (meist Wandströmungsfilter) haben. Allgemeine Daten zur Abscheideleistung ohne Rücksicht auf die Partikelgröße sind weitestgehend sinnlos!

Die Abscheideeffizienz eines Partikelfilters kann, wie bereits oben beschrieben, stark von seiner Grösse abhängt. Gleiches trifft auf Gesundheitsgefahren und Klimaschäden zu. Aus diesem Grund sind allgemeine Informationen zur Abscheideleistung ohne Benennung der entsprechenden Korngrößen (oder größerer Bereiche) eher sinnlos. Bezieht man einen Trenneffekt auf die gesamte Masse der Teilchen, so gibt dies bestenfalls Aufschluss über die Reduzierung der visuellen Turbidität des abgasförmigen Materials, sagt aber kaum etwas über die Reduzierung gesundheitlicher oder ökologischer Gefährdungen.

Andererseits sind Kennlinien, die z.B. den Trennwirkungsgrad in Funktion der Korngröße darstellen, sinnvoll. Selbstverständlich sollte auch bekannt sein, für welchen Betriebszustand des Siebes eine solche Kennlinie zutrifft - bei einem neuen, unbelasteten Sieb oder nach einiger Zeit. Weil ein in der Praxis in Kraftfahrzeugen einsetzbarer Rußpartikelfilter nicht zu groß sein darf, ein Selbstzünder aber beträchtliche Partikelmengen emittiert, verstopft der Rußpartikelfilter in der Regel nach einer nicht zu lange Betriebsdauer (z.B. B. mehrere Std. oder einige hundert Kilometer): Die Dauerbeladung führt zu einem sogenannten Rußpartikelkuchen mit zunehmender Dickenzunahme und niedriger Permeabilität für Rauchgas und Rußpartikel.

Im Falle von Wandströmungsfiltern hierfür ist dies zum einen, um die Filtrationswirkung weiter zu verbessern, zum anderen aber auch, um eine immer geringere Permeabilität des Filtermaterials für das Rauchgas, d.h. einen zunehmenden Rückstau, zu erreichen, der die Leistungsfähigkeit und den Wirkungsgrad des Antriebsmotors zunehmend verschlechtert. Im Falle von Bypass-Filtern hingegen ist das Rauchgas weiterhin passierbar, aber in diesem Falle nimmt der Abscheidegrad für die Partikeln ab, d.h. h Der Partikelfilter nimmt nach und nach seine Wirksamkeit ab.

Damit die Funktion des Motors auf Dauer erhalten bleibt oder die Funktion des Motors nicht zu stark beeinträchtigt wird, muss der Luftfilter bei Überschreiten seiner Lastgrenze nachgeladen werden: Der Luftfilter muss nachgeladen werden: Der Luftfilter ist zu regenerieren: Der eingelagerte Teil muss wieder austreten. Teilweise findet die Regenerierung eines Siebes auch während des Betriebs permanent statt (kontinuierliche Regenerierfalle), so dass keine oder nur unter widrigen Bedingungen besondere Regenerierzyklen erforderlich sind.

Mit herkömmlichen Wandströmungsfiltern kann der Durchflussfilter überwacht werden, indem der Druckunterschied zwischen den Positionen vor und nach dem Filtern gemessen wird: Diese Differenzdruckdifferenz steigt insbesondere bei hohen Motorlasten, wenn der Luftfilter weniger permeabel wird. Es kann auch sinnvoll sein, z. B. die Lufttemperatur im Rußpartikelfilter oder im Abgasstrom hinter dem Staubfilter zu erfassen.

Auf diese Weise kann entschieden werden, ob die aktuelle Fahrausbildung für die Ausführung einer Regenerierung in Frage kommt. Sie kann die Regenerierung vorzugsweise bei hohen Drehzahlen mit entsprechender Leistung einleiten. Darüber hinaus kann die Regenerierung nicht nach Belieben aufgeschoben werden, wenn der Abluftnachdruck im städtischen Verkehr stetig steigt. Bei häufiger Nutzung eines Fahrzeugs nur im Nahverkehr oder über kürzere Distanzen kann es sein, dass die Motor-Elektronik keine passende Arbeitsphase für die Ausführung einer Regenerierung über einen längeren Zeitraum vorfindet.

Bei manchen Fahrzeugen wird der Triebfahrzeugführer dann aufgefordert, eine bestimmte Entfernung von z.B. B. 15 Kilometer zu absolvieren, auf der eine ausreichend große Geschwindigkeit (z.B. ?B. über 60 km/h) möglich ist. Es ist natürlich extrem unangenehm, eine Entfernung zurückzulegen, nur um den Rußpartikelfilter zu erneuern. Über die Druckabfallüberwachung können auch Katastrophenschäden am Filter erkannt werden, die sich in der Regel in einem außergewöhnlich großen Druckabfall äußern.

Die im Dieselmotor vorkommenden Abgasetemperaturen sind jedoch oft nicht ausreichend, um eine solche Verbrennung anzustoßen - vor allem im Mittellastbetrieb, der vor allem im Praxisbetrieb (insbesondere im Stadtverkehr) stattfindet. Ein mögliches Regenerationsverfahren ist nun die bedarfsgerechte Temperaturerhöhung der Abgase, für die es unterschiedliche technologische Einsatzmöglichkeiten gibt: Weitere Einsatzmöglichkeiten zur Erwärmung der Abgasttemperatur sind eine Reduzierung der Zuluft (zur Vermeidung der Kühlwirkung von Luftüberschuss) und eine erhöhte ungekühlte Abluftrückführung (was bei Dieselmotoren nicht üblich ist).

Mit einem kleinen Dieselluftbrenner können die heißeren Rauchgase in den Rußpartikelfilter eingespeist werden. Aufgrund des hohen technologischen Aufwandes ist dies für große Nfz und Stationärmotoren besser geeignet als für Fahrzeuge. Wird vor dem Rußpartikelfilter ein Oxydationskatalysator verwendet, kann die Temperatur des Abgases durch sehr spätes Einspritzen angehoben werden, was zur Freisetzung von unverbranntem Dieselkraftstoff mitführt.

Anschließend wird dieser Brennstoff im Oxydationskatalysator (hoffentlich vollständig) oxydiert, so dass die Rauchgastemperatur im Rußpartikelfilter erheblich über der Rauchgastemperatur des Verbrennungsmotors liegt. Alternativ kann der Abgasdurchfluss zur Regenerierung elektronisch aufgeheizt werden. Daher ist dieses Verfahren nicht für den Einsatz in Fahrzeugen vorgesehen. Statt dessen oder darüber hinaus können durch geeignete Messungen die für die Regenerierung erforderliche Wassertemperatur signifikant reduziert werden:

Bestimmte katalytische Zusatzstoffe (FBC = fuel-borne catalysts) können dem Dieseltreibstoff entweder kontinuierlich oder nur während der Regenerierung zugesetzt werden. Sie benötigen einen weiteren kleinen Behälter für das Zusatzmittel, der bei der Instandhaltung zeitweise aufgefüllt werden muss. So gibt es z. B. cer- oder eisenhaltige Stoffe, die im Filtrationskuchen gespeichert sind und dessen Oxydation fördern; als unerwünschter Nebeneffekt intensivieren sie aber auch die Aschebildung ( "nicht oxidierbare Ablagerungen" im Filter), die die Filterfunktion dauerhaft stören können und schwieriger zu entfernen sind als Ruß.

Darüber hinaus kann die Gefährdung durch schädliche Partikel-Emissionen in Gestalt kleiner Metalloxid-Cluster durch solche Zusatzstoffe auftreten; dies muss durch entsprechende Filterkonstruktionen vermieden werden. Dennoch favorisieren einige Produzenten die "additive" Regenerierung, auch weil diese die Russbildung im Triebwerk reduziert und so den Entlastungseffekt des Filters erhöhen kann.

Rußpartikelfilter können auch mit Katalysatorbeschichtungen ausgestattet werden, die auch die Oxydation fördern, aber auch die Temperaturbeständigkeit erheblich mindern. In diesem Fall wird von einem Partikulatorkatalysator gesprochen; er ist eine Kombination aus Partikelfilter und Rauchgaskatalysator. Die Regenerierung kann unter bestimmten Voraussetzungen auch während des Betriebs ununterbrochen stattfinden. Auch durch Stickoxid (NO2) kann eine bestimmte stetige Regenerierung stattfinden, vor allem wenn ein stromaufwärts gerichteter Oxydationskatalysator das Stickoxid (NO) zu NO2 oxydiert.

Es kann jedoch schwer sein, eine Gesamtreaktion des Stickstoffdioxids zu erzielen, weshalb ungewollte Stickstoffoxide im Abgasstrom verbleiben. Unglücklicherweise können die Mittel und Verfahren zur Regenerierung von Russfiltern verschiedene schädliche Begleiterscheinungen haben: Solche Verfahren erhöhen zunächst einmal oft den technologischen Aufwand erheblich. Das betrifft vor allem dann, wenn die Regenerierung entweder komplexe Zusatzkomponenten (z.B. einen Dieselbrenner) oder umfangreiche Eingaben in die Motorregelung erfordert, die natürlich mit Bedacht zu optimieren sind.

In letzterem Falle wird die Nachrüstung mit einem solchen Filtern nahezu ausgeschlossen oder wenig praktikabel. Wenn Ruß im Rußpartikelfilter verbrannt wird, ist es schwierig, eine komplette und umweltfreundliche Verbrennung durchzusetzen. Die abgeschiedenen Teilchen können unter bestimmten Bedingungen auch während der Regenerierung ungebrannt ausgeworfen werden, was zu erhöhten Emissionspeaks führen kann. Umso gravierender ist die Gefährdung, dass gerade bei der Umwandlung bei gemäßigten Temparaturen (z.B. B. 600 C) hochkanzerogene hochzyklische polycyclische Aromaten ( "PAK") in einer Menge freigesetzt werden, die weitaus größer sein kann als ohne Partikelemission.

Auch bei bestimmten Kraftstoffzusätzen, die die Regenerierung fördern sollen, können gesundheitsschädliche Sekundärmissionen auftauchen. Es ist zu beachten, dass Standard-Abgasmessungen solche Störungen nicht notwendigerweise erkennen, da dies voraussetzen würde, dass die Abgasüberwachung während der Regenerierung gewährleistet ist. Insbesondere bei Kraftfahrzeugen kann die Temperaturentwicklung im Luftfilter während der Regenerierung aufgrund der sehr unterschiedlichen Einsatzbedingungen sehr verschieden sein.

Unter Umständen kann der Anstieg der Temperaturen zu niedrig sein, um eine komplette Regenerierung zu erreichen. Andernfalls kann die Erwärmung mehr als gewünscht steigen und zu schweren Schäden oder sogar zur völligen Vernichtung des Druckluftfilters mitführen. In letzterem Falle können neben dem Wegfall der Filtrationswirkung auch sehr schädliche Stoffe freigesetzt werden, z.B. in Gestalt von Atemfasern aus der Filterschicht um den selbst.

Oft, aber nicht immer, wird ein deutlicher Anstieg des Treibstoffverbrauchs festgestellt, der zum einen wirtschaftlich nicht wünschenswert ist und zum anderen die klimaschädigenden CO2-Emissionen anhebt. Erreicht werden kann dies zum einen durch die zur Regenerierung erforderlichen Massnahmen (z.B. durch Einspritzen von zusätzlichem Kraftstoff zur Steigerung der Abgastemperatur) und zum anderen durch einen höheren Abgasgegendruck. Der Grund für die große Zahl der verwendeten Verfahren zur Filterregenerierung liegt darin, dass keines von ihnen rundum perfekt funktionier. Es müssen eine ganze Reihe von wichtigen Voraussetzungen parallel dazu erlangt werden.

Mit der Zeit setzen sich in einem Schmutzfilter nicht nur Ruß ab, der durch Regenerierung weitestgehend beseitigt werden kann, sondern auch eine Ascheart aus nicht brennbarem (meist metallischem oder mineralischem) Material. Um solche Aschen zu entfernen, ist es in der Praxis in der Praxis üblich, den Sieb zu entfernen und ihn mit Hilfe geeigneter Verfahren zu waschen.

Dabei ist es von Bedeutung, dass mit Partikelfilter ausgestattete Maschinen mit entsprechendem Schmieröl (das nicht zu einer übermäßigen Ascheausscheidung im Luftfilter führt) und auch mit einem passenden Treibstoff gefahren werden. So gibt es z. B. oft Beschränkungen für die Nutzung von Bio-Diesel (zumindest in seiner reinen Form). Darüber hinaus gibt es einen technologischen Lösungsansatz, der eine Rußreduzierung ohne den Einsatz in einem Partikelfilter erlaubt.

Die Rußemission wird durch eine geeignete Motoroptimierung reduziert, auch wenn dies in der Regel mit einem signifikanten Anstieg der Stickoxidemissionen verbunden ist. Es ist jedoch fragwürdig, ob mit diesem Verfahren eine ausreichend weitreichende Rußreduzierung erreicht werden kann - vor allem bei besonders kleinen, lungengängigen Partikeln. Zweifelhaft ist, dass nahezu alle neuen Dieselfahrzeuge mit Russpartikelfiltern ausgestattet sind.

Schließlich könnte dieses Verfahren die noch benötigte Filterbelastung deutlich reduzieren, so dass nur noch in Ausnahmefällen Regenerationen erforderlich sind. Benzinbetriebene Benzinmotoren produzieren alle Arten von Schadstoffen, aber in der Regel kaum Russ und kaum andere Feinpartikel - allenfalls eine geringe Menge, zum Beispiel durch Kolbenverschleiß oder Kraftstoffverunreinigungen.

Anders sieht es bei einigen moderneren Triebwerken aus, die das Schichteinladungsprinzip mit Direkteinspritzung umsetzen: Es können beträchtliche Feinstaubmengen (Feinstaub) abgegeben werden, die gesundheitsschädlich sind. Obwohl die Gesamtmenge der Teilchen verhältnismäßig klein ist, ist die gesundheitsrelevantere Anzahl der Teilchen signifikant. Durch die daraus resultierenden zusätzlichen Kosten (nicht nur für den eigentlichen Luftfilter, sondern auch für die Ausrüstung für seine regelmäßige Regeneration) könnte die Ausbreitung solcher Triebwerke verhindert werden, obwohl dieser technologische Lösungsansatz eine signifikante Kraftstoffersparnis erlaubt.

Auch wenn das Funktionsprinzip eines geeigneten Partikelfilters mit dem von Diesellokomotiven identisch ist, sind einige Besonderheiten unterschiedlich: Die Menge an Ruß ist verhältnismäßig niedrig, so dass eine Regenerierung weniger notwendig ist. Auch die bei der Regenerierung auftretenden Sekundäremissionsprobleme werden reduziert. Bei diesen Triebwerken sind die Verbrennungstemperaturen im Vergleich zu einem Dieselmotor deutlich erhöht, was die Regenerierung des Filter ermöglicht.

Hilfreich ist auch, dass eine Schmierung des Gemisches (wie bei der Volllastanreicherung), angereichert durch die Zuführung von Sekundärluft in das Abgassystem, zur Erwärmung der Temperatur in einem Oxydationskatalysator als Träger für die Regenerierung eines nachfolgenden Schwebstofffilters aus technischer Sicht schlicht und ergreifend möglich und zuverlässig ist. Dadurch wird ein Problem beseitigt, das teilweise im Verbindung mit Dieseltreibstoff entsteht.

Die Verwendung von Rußpartikelfiltern für Ottomotoren wird daher in der Regel weniger problematisch sein als bei Dieseltreibern.