Ein Dieselrußpartikelfilter ist eine Einrichtung zur Reduzierung der im Abgas von Dieselmotoren vorhandenen Partikel.
Geschichte: Erste Experimente mit Abgasreinigungsanlagen fanden bereits während des Ersten Weltkrieges
statt, allerdings nicht zum Zweck des Umweltschutzes, sondern zur Tarnung. Die ersten dieselangetriebenen Schiffe und
U-Boote verrieten sich durch weithin sichtbare Rußfahnen. Dazu wurde in die Abgasanlage Aceton eingesprüht. Das
entstehende Abgasgemisch wurde danach in den Verbrennungsprozess rückgeführt. Die Erfolge waren jedoch mäßig.
Bei unter Tage oder in großen Hallen eingesetzten Dieselmotoren und -fahrzeugen sind Filter seit den 1970er Jahren
üblich. Die Verwendung dieser auch für jeden Motor individuell erhältlichen Filter wird jedoch durch bürokratische
Hürden außerhalb dieses Einsatzbereiches verhindert.
Im PKW kam der Dieselpartikelfilter erstmals 1985 in der Mercedes-Benz S-Klasse (Baureihe W 126) zum Einsatz. Dieses
ausschließlich für den amerikanischen Markt bestimmte Modell hatte jedoch ernsthafte Probleme mit der Dauerhaltbarkeit
des Filters. Deshalb wurde die Produktion schon 1988 eingestellt.
Nachdem führende Automobilhersteller auf die Einführung von Filtern jahrelang verzichtet hatten, kam der Durchbruch für
die Technologie im Jahr 2000, als Peugeot den 607 serienmäßig mit einem Filter ausstattete. Hersteller des verkaufsfertigen
Filters (frz. Abkürzung FAP für Filtre à particules) war neben der in Deutschland ansässigen Firma Tenneco der Zulieferer
Faurecia, der sich mehrheitlich im Besitz des PSA-Konzerns befindet. Es handelte sich hierbei um einen Wandstromfilter
mit additivunterstützter Regeneration. Die Filterelemente selbst bestehen aus Siliziumkarbid und werden von den
Keramikfirmen Saint-Gobain, IBIDEN und NGK Insulators hergestellt. Die seit dem 1. Januar 2005 gültige Abgasnorm Euro
4 erfüllte der Peugeot 607 jedoch trotz Filter noch nicht. Die Grenzwerte der Euro-4-Norm bei Rußpartikeln wurden zwar
um ein Vielfaches unterschritten, die Stickoxid- und Kohlenwasserstoffemissionen waren aber noch zu hoch. 2003 brachten
Tenneco und Faurecia eine neue Generation von Filtern auf den Markt, nunmehr mit katalytischer Regeneration. Diese
Filter entsprachen bereits der Euro-4-Norm, damit ausgerüstete HPDI-Dieselmotoren (High Pressure Direct Injection =
Common-Rail-Einspritzung) wurden anlässlich der IAA 2003 von Peugeot vorgestellt. Auf Grund der stark gestiegenen
Nachfrage kam es im Jahr 2004 zu Kapazitätsengpässen bei der Filterproduktion. Daraufhin vervielfachten die Hersteller
der Filterelemente auf Drängen der Automobilhersteller innerhalb kürzester Zeit die Fertigungskapazitäten.
Entstehung von Dieselruß: Dieselruß entsteht aufgrund der Kraftstoffeigenschaften und des
Verbrennungsverfahrens. Partikel im Dieselabgas bestehen hauptsächlich aus Ruß und unverbrannten Kohlenwasserstoffen.
Die vom Dieselmotor erzeugte Partikelgrößenverteilung (PGV) ist meist multimodal und kann im jeweiligen Modus
(logarithmisch aufgetragen) als normalverteilt angenähert werden. Ein Peak der Verteilung tritt im Bereich von etwa
50–100 nm auf (abhängig vom verwendeten Motor). Abweichungen von der Normalverteilung im Bereich der kleineren Modi
(kleiner 20 nm) sind meist durch die Probenahme zur Erfassung der PGV entstanden und stellen sogenannte Artefakte dar.
Diese Modi können zum Beispiel auf die Rekondensation von flüchtigen Kohlenwasserstoffen (Tröpfchenbildung, Nukleation)
zurückgeführt werden, die dann im Partikelspektrum erscheinen und zu Fehlinterpretationen führen können. Diese
Nukleation ist auf homogene oder heterogene Kondensation zurückzuführen, wie sie bei hochkonzentrierten gesättigten
Dämpfen auftritt. Treten in der Gasphase kleine Partikelkeime (beispielsweise Rußpartikel) auf, spricht man von
heterogener Nukleation. Auch Schwefel im Kraftstoff führt zu einer solchen erhöhten Tröpfchenbildung, beispielsweise
wenn der Motor mit Heizöl betrieben wird. Größere Modi im Bereich mehrerer Mikrometer entstehen im Verlauf der Bewegung
durch die Abgasanlage durch Agglomeration kleinerer Teilchen.
Auswirkungen auf die Besteuerung: In Deutschland wird die Nachrüstung von dieselbetriebenen Pkw mit
Partikelfiltern steuerlich gefördert. Der Deutsche Bundestag hat am 1. März 2007 den Gesetzentwurf für ein viertes
Gesetz zur Änderung des Kraftfahrzeugsteuergesetzes (BT-Drs. 16/4010) entsprechend der Beschlussempfehlung des
Finanzausschusses (BT-Drs. 16/4449) angenommen. Der Bundesrat hat dem Gesetzentwurf am 9. März 2007 ebenfalls zugestimmt.
Das Gesetz ist zum 1. April 2007 in Kraft getreten. Nachträglich eingebaute Dieselrußpartikelfilter werden rückwirkend
bis zum 1. Januar 2006 gefördert. Für Diesel-Pkw, die bis Ende 2006 erstmals zugelassen worden sind und nach Einbau
eines Filters nachweislich bestimmte Grenzwerte der Feinstaubemissionen einhalten, wird bis Ende 2009 ein
Kraftfahrzeug-Steuernachlass von bis zu 330 Euro gewährt werden. Am 16. Dezember 2009 nahm zudem das Bundeskabinett
die Verlängerung der Förderung bis Ende 2010 in den Haushaltsentwurf 2010 auf.
Ab dem 1. April 2007 erhöht sich zudem für nicht umgerüstete Diesel-Pkw mit Erstzulassung bis 31. Dezember 2006 die
KFZ-Steuer um 1,20 Euro je angefangene 100 cm³ Hubraum. Für den Halter eines Diesel-Pkw mit 2000 cm³ Hubraum ist das
eine jährliche Mehrbelastung von 24 Euro. Der Steueraufschlag ist vorerst bis zum 31. März 2011 begrenzt.
Diesel-Neuwagen ohne Partikelfilter mit Zulassungsdatum 1. Januar 2007 oder später werden ebenfalls mit dem
Steueraufschlag belegt, es sei denn, sie halten den zukünftigen Euro-5-Grenzwert für die Partikelmasse von 0,005 g/km
ein.
Entgegen anders lautenden Forderungen wird nur der nachträgliche Einbau eines Rußpartikelfilter steuerlich gefördert.
Fahrzeuge, die bereits ab Werk mit einem entsprechenden Filter ausgerüstet sind, fallen nicht unter das Gesetz und
werden somit auch nicht steuerlich gefördert.
Dieselfahrzeuge ohne Filter erleiden gegebenenfalls durch Steuernachteile und mögliche Fahrbeschränkungen einen
geringeren Verkaufserlös.
Europäiache AbgasnormenZur Reduzierung der Rußpartikel aus Dieselmotoren aus Personenkraftwagen
verschärft die Europäische Union (EU) seit 1993 die Abgasnormen für Partikel im Prüfzyklus NEDC folgendermaßen:
• Euro 1 (1993): 140 mg Partikel/km
• Euro 2 (1997): 80/100 mg Partikel/km (Dieselmotoren mit Direkteinspritzung 100 mg/km, bei indirekter Einspritzung 80 mg/km)
• Euro 3 (2001): 50 mg Partikel/km
• Euro 4 (2005): 25 mg Partikel/km
• Euro 5 (2009): 5 mg Partikel/km
• Euro 6 (2014): 5 mg Partikel/km
Das Europäische Parlament billigte am 13. Dezember 2006 in Straßburg die Euro-5- und Euro-6-Abgasnormen.
Der Partikelgrenzwert von 5 mg/km soll ab Euro 5 auch für mager betriebene und direkt einspritzende Ottomotoren gültig
sein. Mager bedeutet hier, dass bei der Verbrennung (wie beim Dieselmotor) mehr Luft im Brennraum zur Verfügung steht,
als dies für eine vollständige Verbrennung notwendig ist (Lambda >1). Konventionelle Ottomotoren hingegen werden meist
mit einem konstanten Lambda von 1 betrieben. Dieser Partikelgrenzwert für Ottomotoren könnte dazu führen, dass solche
Fahrzeuge zur Zertifizierung nach Euro 5 ebenso mit einem Filter ausgestattet werden müssten.
Der Allradantrieb (umgangssprachlich auch kurz Allrad genannt) ist eine Antriebsart von Fahrzeugen, bei der die
Antriebskraft – im Gegensatz zum Front- oder Hinterradantrieb – an alle bodenberührenden Räder geleitet wird. Weitere
und teilweise weltweit gebräuchliche Bezeichnungen für den Allradantrieb sind AWD (All Wheel Drive) sowie bezogen auf
vierrädrige Fahrzeuge 4×4 (engl. Four by Four) und 4WD (Four Wheel Drive). In den USA gibt es seit 1909 die Four Wheel
Drive Auto Company (FWD), als Antriebsschema wird die Abkürzung FWD jedoch als Front-Wheel Drive (dt. Vorderradantrieb)
verstanden.
Differenzialgesteuerter (permanenter) AllradantriebBei Fahrzeugen mit permanentem Allradantrieb wird
die Motorleistung ständig auf alle vier Räder übertragen und durch
die Differenziale wird der vollständige Drehzahlausgleich ohne Leistungsverluste gewährleistet. Um Verspannungen im
Antriebsstrang zu vermeiden, wird ein zusätzliches Zentraldifferenzial zwischen Vorder- und Hinterachse eingebaut.
Der Nachteil hierbei ist jedoch, dass bei fehlender Bodenhaftung eines einzelnen Rades oder einer Achse das übertragbare
Antriebsmoment durch dieses Rad oder diese Achse begrenzt wird, wodurch ein Fahrzeug im Extremfall nicht mehr aus eigener
Kraft bewegt werden kann. Aus diesem Grund wird bei Fahrzeugen mit permanentem Allradantrieb häufig entweder das
Zentraldifferenzial als Sperrdifferenzial ausgeführt (beispielsweise die Torsen-Differenziale in aktuellen
Audi-quattro-Modellen mit längseingebautem Motor), oder es kommen elektronische Traktionshilfen wie ASR zum Einsatz.
In klassischen Geländewagen, wie z. B. dem Land Rover Defender steht dagegen ein manuell sperrbares Mittendifferenzial
zur Verfügung, welches je nach Untergrundbeschaffenheit durch den Fahrer gesperrt werden kann.
Der permanente Allradantrieb mit Zentraldifferenzial
1:Motor
2:Zentraldifferenzial
Autor der Darstellung: Tryphon / gemeinfrei
Durch die Bauart des Zentraldifferenzials kann das Antriebsmoment gleichmäßig (50:50) oder auch ungleichmäßig auf beide
Achsen aufgeteilt werden. Die Wahl der Verteilung bestimmt das Fahrverhalten maßgeblich. Da an Steigungen und beim
Beschleunigen durch die dynamische Achslastverschiebung zusätzlich Gewicht auf die Hinterachse verlagert wird, ist es
üblich, auch beim Antriebsmoment einen höheren Anteil auf die Hinterachse zu übertragen. Daher werden in vielen
Fahrzeugen die Drehmoment-Aufteilungen zwischen Vorderachse und Hinterachse von 45:55 (V:H) bis 33:67 gewählt. Diese
Verteilung ist zunächst zwar fest, wird aber durch die Sperre des Zentraldifferenzials wieder erweitert. Bei einem
Zentraldifferenzial mit elektronischer Reiblamellenkupplung können sich aufgrund äußerer Gegebenheiten sogar
Kraftverteilungen von 100:0 und 0:100 einstellen.
Das System der Piezo-Einspritzung ist Teil des Pumpe-Düse-Systems. Zusammen mit Common-Rail stellt sie das führende
Einspritzsystem dar.
Die Piezo-Einspritzung basiert auf Einspritzdüsen mit einem Keramikelement, welches sich unter Spannung ausdehnt.
Piezo-Aktoren arbeiten außerdem bis zu dreimal schneller als Magnetsteller. Dadurch werden kleinere und genauer
dosierbare Einspritzmengen bei sehr hohen Systemdrücken ermöglicht. So kann über eine Pumpe-Düse-Einspritzung mit
piezobetätigten Ventilen einen Spitzendruck von 2.200 bar aufgebaut werden.
Die Common-Rail-Systeme haben bezüglich des Höchstdrucks mittlerweile aufgeschlossen. Die Herstellungskosten eines
Motors neuester Generation mit Pumpe-Düse-System sind allerdings rund 100 Euro höher als bei einem vergleichbarem
Dieselmotor mit Common-Rail-Einspritzung.
Piezo-Zündungen kennt man auch von Feuerzeugen, die nicht mittels Feuerstein entzündet werden sowie von
Tintenstrahl-Druckern.