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Diesel-Partikelfilter (DPFs)

Partikelfilter werden in der Regel in Dieselmotoren verwendet, um Partikel (PM) aus Dieselabgasen zu entfernen. Sie sind jedoch grundsätzlich auch für andere Motor- und Kraftstoffkombinationen geeignet, bei denen weniger Partikel emittiert werden. Je nach Motortechnologie und Anwendungseigenschaften können verschiedene Filtertechniken zur Reduzierung der Partikelemissionen verwendet werden.

Wall-Flow-Filter

Bei der gebräuchlichsten Filterart, dem Wall-Flow-Filter, werden die Partikel aus den Abgasen abgeschieden, indem sie wie beim Katalysator-Substrat mittels einer Wabenstruktur herausgefiltert werden, wobei jedoch die Kanäle an den jeweils gegenüberliegenden Seiten verschlossen sind. Die Abgase werden durch die Wände zwischen den Kanälen geleitet und die Partikel setzen sich an den Wänden als Ruß ab. Diese Filter bestehen aus keramischen (Cordierit, Siliziumkarbid oder Aluminium-Titan) Wabenkonstruktionen.

Keramische Wall-Flow-Filter entfernen nahezu alle Kohlenstoffpartikel, sogar ultrafeine Partikeln mit einem Durchmesser von weniger als 100 Nanometern (nm), deren Effizienz bei > 95% für die Partikelmasse und > 99% für die Partikelanzahl in einem breiten Spektrum der Motorbetriebsbedingungen liegt. Die derzeitigen europäischen Emissionsgrenzwerte (d. h. Euro 5 und 6) beziehen sich sowohl auf die Masse als auch auf die Anzahl der Partikel, um die für die Gesundheit vermutlich besonders kritischen Werte zu berücksichtigen. Da der konstante Aufkommen an Rußpartikeln den Filter mit der Zeit verstopfen würde, müssen die Filter „regeneriert" werden, indem die angesammelten Partikel regelmäßig verbrannt werden. Zu den erfolgreichsten Methoden der Regenerierung zählen:

• Integration eines Oxidations-Katalysators hinter dem Filter, der neben seiner Funktion als konventioneller Oxidations-Katalysator außerdem das Verhältnis von NO2 zu NO im Abgas erhöht.
• Anbringung einer katalytischen Beschichtung des Filters, um die Regenerationstemperatur, während des Motorbetriebs, zu senken.
• Einsatz sehr kleiner Mengen von FBC (fuel-borne catalyst), beispielsweise Verbindungen mit 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.
• Kraftstoffeinspritzung vor dem DPF in die Abgasleitung.
• Elektrische Erwärmung des Abscheiders entweder am Fahrzeug oder außerhalb des Fahrzeugs.

Eingeschlossene Partikel werden bei normalen Abgastemperaturen mithilfe der hoch oxidativen Eigenschaften von NO2 in Sauerstoff verbrannt , wenn die Temperatur des Abgases stetig durch den Nachbrennvorgang erhöht wird.

Nebenstromfilter 

Diesel-Nebenstromfilter sind ebenfalls in Ausführungen mit verschiedenen Werkstoffen von Glasfaser 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 nachgeschaltetem Oxidations-Katalysator erzeugt wird. Mit diesem Filter kann die Partikelmasse um bis 30-60 % reduziert werden.