Auswirkungen durch den Einsatz von Partikelfiltern bei Dieselfahrzeugen

Seit 2009 sind Dieselpartikelfilter Pflicht für alle neu zugelassenen Dieselfahrzeuge in Deutschland. Diese Filter ziehen bestimmte Partikel aus den Abgasen der Dieselfahrzeuge heraus. Sie reduzieren den Schadstoffaustausch und sorgen dafür, dass die Abgase sauberer werden. Dieselpartikelfilter wirken sich positiv auf die Umwelt und auf die Gesundheit aus. Damit sie einwandfrei funktionieren, müssen sie rechtzeitig ausgetauscht werden. Ein verstopfter Partikelfilter kann zu einem höheren Kraftstoffaustausch und zu Motorschäden führen.

Aufgaben von Dieselpartikelfiltern

Dieselpartikelfilter können mehr als 90 Prozent des Rußes aus den Abgasen von Dieselmotoren herausfiltern und verbrennen. Viele dieser Feinstpartikel stehen im Verdacht, Krebs hervorzurufen oder zu begünstigen. Partikelfilter sind inzwischen bei Dieselfahrzeugen serienmäßig verbaut. Bei diesen serienmäßig verbauten Filtern handelt es sich meistens um geschlossene Wandstromfilter.

Diese Filter verfügen über eine poröse Filterwand aus Metall oder Keramik.

Die Dieselabgase durchlaufen diese Filterwand. Die darin enthaltenen Partikel werden durch die Anziehungskraft der Moleküle an der Wand festgehalten und sammeln sich an den Filterinnenseiten an.

Haben sich im Laufe der Zeit genügend Partikel im Filter angesammelt, werden sie abgebrannt. Das ist möglich, wenn die Abgastemperatur höher als 550 Grad Celsius liegt. Die Rußzündtemperatur beträgt 550 Grad Celsius. Das Verbrennen der Partikel wird als Regeneration bezeichnet. Dabei entstehen Wasserdampf und Kohlendioxid. Ein kleiner Rückstand der Partikel verbleibt im Filter als Asche.

Dieselpartikelfilter können mehr als 90 Prozent des Rußes aus den Abgasen von Dieselmotoren herausfiltern und verbrennen | Foto: ©markobe #526967617 – stock.adobe.com

Funktionsweise von Dieselpartikelfiltern

Dieselpartikelfilter bestehen aus porösem Siliciumcarbid oder Metall. Die Struktur ist wabenförmig und verfügt über zahlreiche Kanäle, die an den Enden wechselseitig verschlossen sind. Der Abgasstrom wird zwangsläufig durch die feinen Poren in den Filterwänden geleitet. Die gasförmigen Stoffe passieren den Filter und werden ausgestoßen. Rußpartikel und andere Feststoffe sind größer und bleiben an den Zwischenwänden. Sie lagern sich an der Oberfläche der Innenwände an.

Die Poren des Filters setzen sich mit der zunehmenden Kilometerleistung immer weiter zu. Die Rußbelastung, der Strömungswiderstand des Filters und der Abgasdruck steigen. Der Filter kann nur eine begrenzte Rußbeladung aufnehmen.

Moderne Dieselpartikelfilter verfügen über eine Messeinrichtung, um den Abgasgegendruck zu erfassen. Vor und nach dem Filter wird der Abgasdruck gemessen. Die Ruß- und Aschebeladung des Filters werden aus dem Differenzdruck ermittelt. Die Motorsteuerung überwacht den Dieselpartikelfilter.

Dieselpartikelfilter bestehen aus porösem Siliciumcarbid oder Metall | Foto: ©industrieblick #103411853 – stock.adobe.com

Regeneration bei Dieselpartikelfiltern

Wie die Regeneration bei einem Dieselpartikelfilter funktioniert, unterscheidet sich je nach dem vom Hersteller verwendeten System. Eine aktive und eine passive Regeneration werden unterschieden, doch zumeist werden die beiden Methoden miteinander kombiniert.

Die passive Regeneration erfolgt kontinuierlich, wenn die erforderliche Abgastemperatur erreicht wird. Das ist insbesondere beim Volllast- oder Autobahnbetrieb möglich. Bei der aktiven Regeneration wird die Abgastemperatur auf 600 Grad Celsius erhöht. Das ist durch eine höhere Last wie Einschalten großer Stromverbraucher, aber auch durch Änderung von Anzahl und Zeitpunkt der Einspritzungen möglich. Wird das Fahrzeug häufig mit geringer Last betrieben, ist die aktive Regeneration erforderlich.

Einige Rußpartikelfilter arbeiten mit einem Additiv im Dieselkraftstoff. Dieses Additiv senkt die Rußzündtemperatur, sodass die Partikel bereits bei 400 Grad Celsius verbrannt werden können. Der Nachteil besteht darin, dass die Additive im Motor verbrennen und im Filter zusätzliche Asche verbleibt.

Grenzen der Regeneration

Die Regeneration des Partikelfilters wird durch längeren Kurzstreckenbetrieb beeinträchtigt, da nicht die notwendige Abgastemperatur erreicht wird.

Der Filter kann verstopfen oder beschädigt werden.

Das wird bei modernen Partikelfiltern vermieden, da bei einem bestimmten Grenzwert der Rußbeladung im Armaturenbrett des Fahrzeugs eine Partikelfilter-Kontrollleuchte aufleuchtet. Die Regeneration kann durch eine Regenerationsfahrt mit erhöhter Last oder in einer Fachwerkstatt eingeleitet werden. Der Filter muss ersetzt werden, wenn der Grenzwert der Aschebeladung erreicht ist. Eine Regeneration ist dann nicht mehr möglich.

Austausch des Partikelfilters

Der Dieselpartikelfilter muss ausgetauscht werden, wenn eine Regeneration nicht mehr möglich ist. Der Motor schaltet dann in den Notlauf. Die Lebensdauer des Partikelfilters ist abhängig von Motoröl, Laufleistung, Fahrweise und Einsatzgebiet des Fahrzeugs. Bei älteren Modellen muss der Austausch in Intervallen von 120.000 und 180.000 Kilometern erfolgen. Inzwischen bestimmt der Aschegehalt, wann der Partikelfilter getauscht werden muss. In der Werkstatt wird der Zeitpunkt bei der Inspektion ermittelt.

Seit dem 1. Juli 2023 gilt für Euro-6-Diesel die Partikelzahlmessung. Für die Partikelkonzentration gilt ein Grenzwert von 250.000 Partikeln pro Kubikzentimeter.

Der Dieselpartikelfilter muss ausgetauscht werden, wenn eine Regeneration nicht mehr möglich ist | Foto: ©Kirill Gorlov #504037534 – stock.adobe.com

Auswirkungen von Dieselpartikelfiltern auf Umwelt und Gesundheit

Dieselpartikelfilter wirken sich positiv auf die Umwelt und die Gesundheit aus. Sie absorbieren den Feinstaub aus Abgasen und reduzieren den Feinstaubgehalt der Luft. Auch die Kohlendioxid-Emissionen werden mit dem Dieselpartikelfilter reduziert. Die Partikelfilter tragen daher auch zum Klimaschutz bei.

Positive Auswirkungen auf die Gesundheit

In den letzten Jahren hat die Belastung der Luft durch Feinstaub stark zugenommen. Veränderungen sind in absehbarer Zeit nicht zu erwarten. Feinstaub sind kleine Rußpartikel, die eine hohe Belastung für die menschliche Gesundheit darstellen. Diese Partikel sind zu klein, um von Nase und Bronchien gefiltert zu werden. Sie gelangen daher ungeschützt in die Lunge, wo sie sich festsetzen. Das Lungengewebe wird geschädigt, wenn die Lunge versucht, diese Partikel abzuwehren.

Die Folgen für die Gesundheit können nicht nur verschiedene Lungenerkrankungen, sondern auch Herz-Kreislauf-Erkrankungen sein.

Der Einbau eines Partikelfilters ist zum Schutz der menschlichen Gesundheit bei Dieselfahrzeugen zwingend erforderlich. Damit er nicht an Effizienz verliert, muss er regelmäßig gewartet und gereinigt oder ausgetauscht werden. Dieselpartikelfilter schützen vor Feinstaub, Metallabrieb, Sulfatpartikeln, Rostpartikeln, Kohlenwasserstoffen und Asche. Diese schädlichen Stoffe gelangen nicht in die Luft und in die Umwelt. Dieselpartikelfilter reduzieren die Luftverschmutzung und wirken sich daher positiv auf die Gesundheit aus. Sie können dem Entstehen schwerwiegender Lungenerkrankungen entgegenwirken.

Auswirkungen von Dieselpartikelfiltern auf die Umwelt

Dieselfilter tragen dazu bei, die CO2-Belastung zu senken. Verbrennungsmotoren stoßen bei der Verbrennung von Kraftstoff erhebliche Mengen CO2 aus. Die Konzentration von CO2 in der Luft trägt maßgeblich zur Klimaerwärmung bei. Folgen der Klimaerwärmung sind das Abschmelzen der polaren Eiskappen und der Gletscher, ein Anstieg des Meeresspiegels und auch ein Aussterben vieler Tierarten, da ihr Lebensraum durch den Klimawandel zerstört wird. Dieselfilter leisten daher einen wichtigen Beitrag zum Schutz von Klima und Umwelt.

Die Grenzwerte für Partikelfilter werden regelmäßig neu definiert, um dem fortschreitenden Klimawandel entgegenzuwirken. Für Großstädte wurden spezielle Regelungen getroffen.

Bei älteren Dieselfahrzeugen ist eine Nachrüstung eines Dieselfilters problemlos möglich.