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Partikelfilter Regeneration / Reinigung

Ein moderner Common Rail Diesel produziert neben Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen und Stickoxiden auf 80.000 km rund 3 kg Rußpartikel; mit Dieselpartikelfilter (DPF) sind es weniger als 100 g! Dieselruß trägt zur Feinstaubbelastung im Straßenverkehr erheblich bei und gilt auch als Ursache für Krebserkrankungen. Spätestens seit 2007 sind aufgrund geänderter Gesetzgebung alle neuen Diesel mit Rußfiltern ausgestattet. Moderne Rußpartikelfiltersysteme erreichen dabei eine Reduktion der Rußpartikelemissionen von bis zu 98 %.

Wie arbeitet ein Partikelfiltersystem?

Beim Partikelfiltersystem von Audi beispielsweise,  besitzt der DPF viele quadratische Kanäle mit porösen Zwischenwänden aus Siliziumcarbid. Die Kanäle sind gegenseitig versetzt und einseitig verschlossen. CO und HC können den DPF problemlos passieren, hingegen werden die wesentlich größeren Rußpartikel aufgehalten.

 Partikelfiltersystem Audi
Partikelfiltersystem Audi

Filterregeneration

Die im Partikelfilter gesammtelten Rußpartikel müssen aber wie bei einem Staubsauger auch wieder geleert werden, da die Beladungskapazität des Partikelfilters natürlich begrenzt ist. Da man den Filter wie bei einem Staubsaugerbeutel aber nicht alle paar hundert Kilometer einfach ausleeren kann, braucht es praktikablere Lösung. Dies geschieht durch eine Nachverbrennung (Oxidation) im Filter. Diese wird auch als Partikelfilter-Regeneration bezeichnet. Hierzu gibt es verschiedene Techniken und Vorgehensweisen, je nachdem ob ein serienmäßiges Filtersystem oder ein Nachrüstfilter verbaut ist.

Eine fortlaufende Umwandlung der eingelagerten Rußpartikel (PM) zu CO2 würde  bei Temperaturen ab 600 °C erfolgen. Diese Temperaturen werden bei Dieselmotoren im normalen Betrieb aber nicht erreicht. Deshalb braucht es Techniken, die die Abgastemperatur erhöhen oder die Zündtemperatur der Partikel senken, sobald der Filter voll ist.

Erstausrüster (OEM) Lösungen

Bei der aktiven Filterregeneration erfolgt die Regeneration durch eine Erhöhung der Abgastemperatur auf über 600°C. Dazu wird ständig der Staudruck im Partikelfilter überwacht. Wenn der Staudruck einen bestimmten Wert erreicht (ca. alle 300 - 1000 km), wird der Regenerationsmodus einzgeleitet und das angesammelte Ruß verbrannt. Dies geschieht durch eine gezielte Änderung der Kraftstoffeinspritzung über die Motorsteuerung (Nacheinspritzung) sowie zusätzlich durch die Anpassung der Abgasrückführung und Ladedruckregelung erreichen. Dadurch entzündet sich der Diesel am heißen Kat und die Partikel brennen ab. Lediglich ein gewisser Ascherückstand bleibt zurück. Durch die zusätzliche Einspritzung eines Additivs (s. FAP) lässt sich die Zündtemperatur um ca. 100° C senken. Diese Lösungen sind nur für Erstaurüster geegnet, da dies alles eine umfangreiche Sensorik und Abstimmung im Motormanagement nötig macht und zudem teuer ist.

Partikelfiltersysteme für die Nachrüstung

Filter Nachrüster wie z.B. twintec oder HJS verwenden ein einfaches und günstiges  System mit offenen Kanalstrukturen und passiver Regeneration.  Bei der passiven Regeneration wird der Umstand ausgenützt, dass bereits ein Kat vorhanden ist. Hier wird zunächst NO in NO2 umgewandelt und dann mit dessen Hilfe der Ruß in CO2 umgewandelt. Dies geschieht fortlaufend bei Temperaturen ab 200°C. Der Nachteil, es kann nur immer ein Teil des Rußes umgewandelt werden.

Rußfilter Twintec

Rußfilter Twintec regenerieren passiv

Problematik Kurzstreckenfahrten und Aschegehalt

Durch häufige Kurzstreckenfahrten kann die erforderliche Regeneration vom System nicht durchgeführt werden, die Motorlampe geht an. Defekte AGR-Ventile verstopfen den rußfilter ebenfalls. Und der zunehmende Aschegehalt setzt dem Filter im wahrsten Sinne des Wortes zu. Schuld daran sind die im Motoröl und im Dieselkraftstoff enthaltenen Additive. Dem Ruß kann man dann, bei Rußfiltersystemen des Herstellers, in der Kfz-Werkstatt durch eine sogenannte Partikelfilter Notregeneration zu Leibe rücken.

Aber wegen des zunehmenden Aschegehalts ist spätestens bei 180.000 km entweder ein Austauch des Partikelfilters erforderlich oder man lässt einfach den Dieselpartikelfilter reinigen.

Der Grund: Die Asche erhöht den Abgasgegendruck des Partikelfilters und somit den Kraftstoffverbrauch. Auch die Motorleistung reduziert sich erheblich, die Beschleunigung ist miserabel.  Außerdem steigt durch den hohen Abgasgegendruck die Abgastemperatur, was wiederum Auswirkungen auf die Schmierung des Turboladers hat. Am Ende würde das Auto einfach stehen bleiben.

Die Reinigung erscheint da eine kostengünstige Alternative zu sein, wenn man bedenkt, dass neue Filter zwischen 1500 und 3000 € kosten. Eine reinigung kostet in den meisten Fällen nur die Hälfte.Fachleute empfehlen die Reinigung bereits ab 120.000 km durchzuführen.

Quellen: Wikipedia, ZAWM (Gino Decoster), Audi, twintec, MAN

 

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Autor: Johannes Wiesinger

bearbeitet: 19.02.2015









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