Dem Benziner an den Kragen – Partikelfilter für Ottomotoren

Aachen – Nach dem Start tröpfelt aus dem Auspuff Kondenswasser. Nicht schwarz eingefärbt wie beim Diesel, sondern klar. Der Motor säuselt vor sich hin. Im Gegensatz zum Diesel fahren Autos mit Ottomotor leiser und sauberer. Doch auch sie produzieren Rußpartikel.

Besonders die neue Generation mit Direkteinspritzung. Sie verbrauchen bei kleineren Hubräumen und gleicher Leistung weniger Kraftstoff und stoßen weniger Kohlendioxid (CO2) aus. Gleichzeitig steigt der Anteil an verbrannten Teilchen im Abgas. Denn bei diesen Motoren spritzt der Kraftstoff direkt in den Brennraum, kann sich folglich auch erst dort mit Luft vermischen.

Einige Tröpfchen verbrennen unter Umständen nicht. Sie flüchten als kleinste Rußpartikel wie den krebserregenden polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) in den Auspuff. Deshalb wurden gesetzliche Grenzwerte für Partikelemissionen in den vergangenen Emissionsgesetzgebungen (Euro 6) für Pkw eingeführt, erklärt Prof. Stefan Pischinger, Institutsleiter des Lehrstuhls für Verbrennungskraftmaschinen (VKA) an der RWTH Aachen. Der Professor ist überzeugt, dass viele Autohersteller daher Ottopartikelfilter (OPF) einführen werden. Damit werden Partikelemissionsgrenzwerte stabil eingehalten, auch unter stark veränderlichen Bedingungen wie tiefen Temperaturen oder dynamischen Fahrmanövern.

Die neue Abgasnorm Euro 6c erlaubt Ottomotoren mit Direkteinspritzung nur noch ein Zehntel des derzeitigen Rußpartikelausstoßes. Im September 2017 tritt sie für alle neu typgeprüften Fahrzeuge in Kraft. 2018 gilt sie für alle ab diesem Zeitpunkt neu zugelassenen Autos. Mercedes und Volkswagen haben schon angekündigt, einige ihrer Benziner mit Filtern auszustatten.

Von 2017 an sollen bei VW schrittweise alle direkteinspritzenden TSI- und TFSI-Motoren der Konzernflotte mit Ottopartikelfiltern ausgestattet werden. Mercedes startet mit einer neuen Motorengeneration in der S-Klasse. Die Funktionsweise entspricht der beim Diesel eingesetzten Technik. Der Abgasstrom wird in ein Partikelfiltersystem geleitet.

In der S-Klasse sitzt das im Unterboden. «Der Filter hat eine wabenförmige Struktur mit wechselseitig verschlossenen Ein- und Auslasskanälen. Dadurch wird das Abgas gezwungen, durch eine poröse Filterwand zu strömen», erklärt Peter Lautenschütz von Mercedes-Benz. «Hierbei kommt es zu einer Abscheidung des Rußes, wobei der Filter unter entsprechenden Fahrbedingungen wieder kontinuierlich regeneriert werden kann.»

Auch VW setzt auf ein neues Bauteil im Abgassystem. «Neben den bekannten 3-Wege-Katalysatoren werden in Zukunft zusätzliche Ottopartikelfilter beziehungsweise 4-Wege-Katalysatoren, also OPF mit Dreiwegebeschichtung zum Einsatz kommen», sagt Michael Franke von VW. Dazu wird es sowohl Systeme mit Katalysator und zusätzlichem Ottopartikelfilter als auch 4-Wege-Katalysatoren geben.

Bei BMW prüfe man, ob und wenn ja, in welchen Modellen Partikelfilter für Benziner eingesetzt werden sollen. «Wenn wir diese einsetzen, werden es Filter aus Keramik sein. Die Technik ist aus dem Diesel-Partikelfilter bekannt und wird für den Ottomotor adaptiert», sagt Bodo Durst von BMW.

Grundsätzlich kann der Ottopartikelfilter bei allen Ottomotoren eingesetzt werden. «Im Testzyklus (NEFZ) erreichen Katalysatoren eine Reduktion der Emissionen um 99 Prozent. Bei höheren Beschleunigungen kann dieser Wirkungsgrad aufgrund von sehr hohen Massendurchsätzen kurzzeitig sinken», sagt Professor Pischinger. Typische Wirkungsgrade liegen zwischen 65 und 80 Prozent Filtration im NEFZ.

«Kurzfristig sehe ich einen Trend zu getrennten Bauteilen. Es wird also weiterhin einen Standard-3-Wege-Katalysator geben, hinter dem ein Ottopartikelfilter platziert ist», sagt Prof. Pischinger. Es gebe jedoch Konzepte, bei denen man die 3-Wege-Funktion des Katalysators mit der des OPF zu einem 4-Wege-Kat verbindet. Er erwarte mittelfristig den Trend zu 4-Wege-Kats, da diese Vorteile bezüglich Bauteilkomplexität und auch Kosten mit sich bringen. Über Kosten wollen die Hersteller nicht reden. Nachrüstlösungen sind laut Experten derzeit noch nicht geplant.

Fotocredits: Andreas Lander
(dpa/tmn)