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Dieselpartikelfilter

Putzen in Stufen

Wenn die DPF-Lampe leuchtet, ist der Filter voll. Ob allerdings Ruß oder Asche das Abgas blockieren, erfordert etwas Detektivarbeit und entscheidet über Hopp oder Topp des Bauteils.

Wer heute einen Golf 2, einen W123 oder E30 mit Selbstzünder bewegt, hat Glück: Deren Abgasanlage besteht aus Rohren, Schalldämpfern sowie einer Handvoll Gummiteile und Schellen - verstopfen kann hier nichts. Wenn so ein Aggregat partout nicht laufen will, steckt entweder eine Kartoffel im Endrohr oder zerfallenes Dämmmaterial in einem Schalldämpfer. Heutige Abgasanlagen haben mit der Technik der 80er Jahre nur noch den Namen gemein - sie sollen nicht nur Schall schlucken, sondern müssen Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe, Stickoxide und Ruß aus dem Abgasstrom fischen. Für diesen Zweck haben die Fahrzeughersteller unterschiedliche Systeme verbaut, die je nach Abgasnorm mehr oder weniger komplex konstruiert sind. Selbst das einfachste System verfügt jedoch heute über einen Dieselpartikelfilter, der Ruß aus dem Abgas zurückhält.

Ganz prinzipiell entsteht im Motor allerdings nicht nur Ruß, sondern auch Asche. Wie bei einem Kaminofen im Wohnzimmer ist Asche das, was sich beim besten Willen nicht mehr verbrennen lässt - sie ist der mineralische Rest von Rückständen im Dieselkraftstoff. Ruß hingegen entsteht bei unvollständiger Verbrennung im Motor und besteht zu fast 100 % aus Kohlenstoff. Er lässt sich mit genügend Temperatur und Luft durchaus verfeuern. Wenn also der Filter „dicht ist“, so liegt das in aller Regel an Asche, Ruß oder beidem gleichzeitig.

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Aktuelle DPF filtern nach dem Prinzip der „Wanddurchströmung“. Ihr meist keramischer Kern bildet mit hunderten Kanälen eine riesige Oberfläche. Wie bei einem Verbrennungsluftfilter muss das Abgas deswegen durch das Material des Kerns hindurch - Ruß und Asche bleiben in den tiefen, wechselseitig verschlossenen Kanälen hängen. Je nach Größe, Material und Wandstärke erreichen solche Filter einen Abscheidegrad von bis zu 99% - selbst bei den sehr feinen und lungengängigen Rußteilchen moderner Dieselmaschinen. Weil die Kanäle nicht nur haarfein, sondern vor allem tief sind, wird klar, warum Asche in so einem Filter drinbleibt und auch nicht ohne weiteres wieder herausgeht: Im Gegensatz zu einem Papier-Motorluftfilter kann man den Keramikkörper weder auf der Werkbank ausklopfen noch mit der Druckluftpistole bearbeiten. Die Aschemenge im Filter hängt direkt mit der verbrauchten Menge und der Qualität des verbrannten Kraftstoffs zusammen. Ob der Fahrer 10.000 Liter Diesel auf der Autobahn oder im Stadtverkehr durch die Injektoren gepumpt hat, ist deswegen also unerheblich - der unbrennbare Ascherest ist in beiden Fällen gleich groß. Und er bleibt immer im Filter gefangen, der sich allmählich zusetzt und dem Abgasstrom einen zunehmend höheren Widerstand entgegensetzt. Selbst bei sparsamer Fahrweise auf der Autobahn erreichen nur wenige DPF Laufleistungen von über 200.000 Kilometern, bevor der Filter zu ist und der Gegendruck übermäßig ansteigt.

Differenzdruck

Meist erfasst das Motorsteuergerät nicht nur den absoluten Gegendruck, sondern den „Druckverlust über den Filter“, also die Druckdifferenz mit Hilfe eines Drucksensors vor und eines Sensors hinter dem Filter. Die Differenz zwischen beiden Messwerten ist das Maß für den Druckverlust oder die Verschmutzung des Saubermanns unterm Wagenboden. Zu hoher Gegendruck bedeutet nicht nur schlechteren Motorwirkungsgrad und höheren Spritverbrauch, sondern bringt auch Turbolader und die Mechanik des Motors in Gefahr. Ob Asche, Ruß oder beides zusammen einen erhöhten Differenzdruck erzeugen, sagt diese schlichte Messung erstmal nicht. Vielmehr errechnet das Motorsteuergerät die Beladung mit diesen beiden Stoffen auf Basis zahlreicher Messwerte. Je nach System können neben Abgastemperatursonden auch Lambdasonden verbaut sein. Als „Offset“ und Referenz dienen dem Steuergerät die Werte eines neuen und „leeren“ Filters mit Null Kilometern. Um nun herauszubekommen, ob der angestiegene Differenzdruck an Asche oder Ruß liegt, reicht der Blick auf die gefahrenen Kilometer nur bedingt. Vielmehr muss sicher sein, dass aller Ruß verbrannt ist. Und im Gegensatz zur hässlichen Asche lässt sich die Rußbeladung zumindest theoretisch auf Null kriegen: Weil Ruß bereits ab rund 550 °C verbrennt, kann eine scharfe Fahrt über die Kasseler Berge für eine Regeneration bereits ausreichen. Schließlich liegt die Abgastemperatur aktueller Diesel bei Nennleistung immer über 700 °C. Diese „passive Regeneration“ erfolgt also unsichtbar und quasi automatisch bei konstant hohen Motorleistungen. Im bummeligen Stadtverkehr erreicht der DPF hingegen trotz Motornähe die für die Verbrennung nötigen 550° Celsius nicht annähernd und muss auf Temperatur gebracht werden.

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Im einfachsten Fall hebt das Steuergerät hierfür die Abgastemperatur an, indem es das AGR abschaltet, die Haupteinspritzung auf „spät“ stellt und eine zusätzliche Nacheinspritzung auslöst. Gleichzeitig verändert das Motormanagement während dieser „aktiven“ Regeneration den Ladedruck, so dass der Fahrer von der Prozedur in aller Regel nichts mitbekommt. In Systemen mit Oxi-Kat vor dem DPF sorgt eine zusätzliche Einspritzung in den Auspufftakt dafür, dass der Kraftstoff erst im Oxi-Kat verbrennt und die Temperatur an dieser Stelle noch weiter anhebt. Die erforderliche Kraftstoffmenge errechnet das Steuergerät aus dem Signal des Temperatursensors vor dem Partikelfilter. Wenn der Fahrer jedoch weiterhin bummelt und das Anheben der Abgastemperatur mittels Nacheinspritzung nicht ausreicht, schlägt zumindest bei PSA, BMW oder Ford die Stunde von Eolys oder Satacen. Die Additive mit diesen Namen senken die Ruß-Abbrenntemperatur von 550 °C auf bis zu 400 °C ab. Der Zusatzstoff wird je nach getanktem Kraftstoffvolumen aus einem kleinen Tank in den Kraftstofftank dosiert, mit dem Kraftstoff vermischt eingespritzt und verbrennt im Brennraum. Diese Form der additivgestützten Regeneration stellt quasi die „chemische Erweiterung“ der aktiven Regeneration dar, ist aber wegen der Inhaltsstoffe des Additivs nicht unumstritten.Bleiben die Maßnahmen der Motorsteuerung wirkungslos, ist bei weiter steigendem Gegendruck nun der Fahrer dran - und wird mit einer Kontrollleuchte aufgefordert, eine Regenerationsfahrt zu machen, die den DPF auf Temperatur bringt und den Ruß verbrennen lässt. Ignoriert er diese Warnung oder konnte er keine Regenerationsfahrt unternehmen, leuchten irgendwann zusätzlich Motorkontroll- und Serviceleuchte. Das Motorsteuergerät schaltet in den Notlauf und verlangt nun ganz explizit nach einer Serviceregeneration; die aktive Regeneration durch den Kunden ist jetzt gesperrt und eine passive Regeneration nicht mehr möglich.

Service-Regeneration

Die Service- oder „Notregeneration“ in der Werkstatt erinnert ein wenig an das „Auskoken“ von Mofa-Auspuffen auf den Garagenhöfen der 70er Jahre: Das Fahrzeug wird im Außenbereich mit laufendem Motor abgestellt und im Diagnosegerät die „Serviceregeneration“ angewählt. Im Laufe der nächsten halben Stunde sorgt diese Routine im Motorsteuergerät für dicke Luft auf dem Hof - sie hebt die Leerlaufdrehzahl an, erhöht die Einspritzmenge und führt damit zu Temperaturen jenseits der 500 °C im Abgasstrang. Während der Auspuff räuchert, kann man nun mit dem Tester beobachten, wie die Temperaturen hinter dem Turbo und im DPF steigen, während der Differenzdruck sinkt. Idealerweise ist der Filter nach dem Prozess wenn nicht leer, so doch sauberer als vorher. Dass alle Hitzeschutzbleche im Motorraum und unter dem Fahrzeug tiptop in Ordnung sein müssen, versteht sich von selbst.

Einige Hersteller schreiben eine Serviceregeneration während der Fahrt vor. Sie funktioniert im Prinzip genauso: Sie wird mit dem Tester eingeleitet, anschließend muss das Fahrzeug über eine längere Strecke mit höherer Geschwindigkeit bewegt werden, während das Motorsteuergerät die Einspritzmenge erhöht.

Bringt die Serviceregeneration nicht den gewünschten Erfolg, bleibt nur noch der Ausbau des Filters. Entweder tauscht man den Saubermann nun gegen ein Neuteil oder lässt ihn von einem der zahlreichen Dienstleister fachgerecht regenerieren.

Text: Jens Meyer, Bilder: Simon Bäumer / Trainmobil

Mit freundlicher Unterstützung von Trainmobil (www.trainmobil.de)