Was ist ein DPF beim Auto und wie funktioniert dieser?

DPF ist eine Abkürzung für den Dieselpartikelfilter, den man auch als Rußpartikelfilter oder auch nur Rußfilter bzw. Partikelfilter bezeichnet.

Was ist ein DPF? – Funktionsweise Dieselpartikelfilter

DPF ist eine Abkürzung für den Dieselpartikelfilter, den man auch als Rußpartikelfilter oder auch nur Rußfilter bzw. Partikelfilter bezeichnet. Heute gehört der Dieselpartikelfilter zur Standardausstattung jedes Dieselfahrzeuges. Dieselpartikelfilter sind bei Neuwagen Pflicht. Erstmals auf den Markt gebracht wurde der Filter im Jahr 2000 von Peugeot. Der Partikelfilter hat die Aufgabe, die Rußpartikel so weit herauszufiltern, dass nur noch geringe Mengen von Feinstaubpartikeln ausgestoßen werden. Die vom DPF gesammelten Rußpartikel werden anschließend verbrannt. In die Umwelt gelangen nur noch wenige gesundheitsschädliche Stoffe, was den Dieselmotor in Hinsicht auf seine umweltfreundlichen Eigenschaften deutlich aufwertet. Die meist mit wanddurchflutenden Keramikmodulen ausgestatteten Dieselpartikelfilter können bis zu 98 Prozent des kohlenstoffhaltigen Feinstaubs aus den Selbstzünder-Abgasen absorbieren.
Der meist verbaute Dieselpartikelfilter kann im Laufe der Zeit verstopfen. Das liegt daran, dass der vom Filter gesammelte Dieselruß zwar ca. alle 500 bis 1000 Kilometer verbrannt wird, allerdings nicht völlig rückstandsfrei. Systembedingt verbleibt stets ein geringer Anteil von nicht brennbarer Asche. Diese im Filter verbleibenden „Reste“ führen dazu, dass es zu einer allmählichen Verstopfung kommt. Je nach Fahrzeugmodell und Fahrweise ist nach ca. 150.000 bis 200.000 Kilometern Laufleistung ein Zustand erreicht, der einen erhöhten Abgasgegendruck verursacht. Die Leistung nimmt ab, der Kraftstoffverbrauch erhöht sich. Werden diese Symptome ignoriert, kann es darüber hinaus zu Schäden an der Turboaufladung kommen. Daher sollte der Dieselpartikelfilter bei einem zu beobachtenden Anstieg des Kraftstoffverbrauchs, einem Leistungsabfall, bzw. spätestens nach einer Laufleistung von ca. 180.000 Kilometern ausgetauscht werden.

DPF reinigen?

Alternativ kann der Filter auch gereinigt werden. Hierzu ist der Besuch einer Fachwerkstatt erforderlich. Nur sie kann eine eindeutige Diagnose stellen und den Partikelfilter tauschen bzw. eine professionelle Reinigung durchführen lassen.
Bei dem Reinigungsprozess von RPF24PRO wird der Dieselpartikelfilter zunächst geöffnet. Dies erlaubt es die Monolith-Kanäle beidseitig über die gesamte Fläche zu reinigen. Der Keramikkern wird mit einem CO2-Strahlverfahren schonend und effektiv gereinigt, Das Verfahren wird so lange wiederholt, bis der erforderliche Reinigungsgrad erreicht ist. Sofern Beschädigungen bei der Öffnung sichtbar werden, wie z.B. mechanische Defekte oder Verschmelzungen, ist eine Reinigung des DPF nicht zielführend – in diesem Fall steht RPF24PRO im Dialog mit der Partnerwerkstatt bzw. dem Auftraggeber. Da die DPF Reinigung ganz ohne chemische Zusätze erfolgt, wird die Umwelt geschont und Ressourcen können eingespart werden. Die Rußpartikelfilter werden bis zu einem Wert von ca. 98 % gereinigt und erreichen nahezu die technischen Eigenschaften eines neuen Filters, wie auch der TÜV Rheinland zertifiziert und bestätig hat.

DPF Partikelfilter Reinigung Vorher Nachher

Der Dieselpartikelfilter im Detail

Umweltschutz ist heute ein Thema, dem zu Recht sehr viel Aufmerksamkeit geschenkt wird. Dieselmotoren geraten immer häufiger in den Fokus der Kritik. Der ausgestoßene kohlenstoffhaltige Feinstaub gilt als äußerst gesundheitsgefährdend. Neben Kohlenstoff gelangen viele weitere Stoffe, wie zum Beispiel Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe in die Umwelt. Zusätzlich ist die moderne Dieseltechnik dafür verantwortlich, dass extrem feine Partikel ausgestoßen werden, die von der menschlichen Lunge besonders gut aufgenommen werden und damit der Gesundheit schaden können.
Nachdem man lange vergeblich an der Entwicklung eines geeigneten Filters forschte, gelang es schließlich zu Beginn des Jahrtausends, einen serienreifen Dieselpartikelfilter zu installieren. Mit dem Peugeot 406, dem Peugeot 607 und dem Citroën C5 wurden im Jahr 2000 erstmals Fahrzeugmodelle mit einem FAP, die Abkürzung für das französische Wort Filtre à particules, vorgestellt. Auch wenn die zum 1. Januar 2005 in Kraft getretene Abgasnorm Euro 4 noch nicht erfüllt werden konnte, war doch ein entscheidender Schritt gelungen. Die Werte der Stickoxid- und Kohlenwasserstoffemissionen lagen bei den ersten Filtern noch zu hoch. Zur IAA 2003 konnte Peugeot jedoch HDi-Dieselmotoren präsentieren, die mit einer neuen Generation von Filtern ausgerüstet waren, die den Anforderungen für Euro 4 entsprachen.

Wie entsteht Dieselruß?

Die feinen Partikel im Dieselabgas bestehen im Wesentlichen aus Ruß und nicht verbrannten Kohlenwasserstoffen. Insbesondere bei höherer Last und höherer Drehzahl, wenn das Volumen des eingespritzten Kraftstoffes ansteigt, ist die Rußbildung besonders hoch. Die Gemischaufbereitung steigt in diesem Fall deutlich an. Die Verdampfung größerer Kraftstoff-Tröpfchen ist nicht mehr gewährleistet. Dies ist die Basis zur Bildung von unverbranntem Kohlenstoff, dem Ruß. Unter Volllast ist die Rußbildung am höchsten. Es genügt, nur einige Prozent unter dieser Grenze zu bleiben und die Drehzahl zu minimieren, um eine deutliche Reduzierung der Rußemission zu erreichen.

Wie funktioniert ein Dieselpartikelfilter?

Es gibt zwei unterschiedliche Funktionsweisen. Bei einem Wandstromfilter durchdringen die Abgase eine poröse Wand im Inneren des Filters. Bei einem Nebenstromfilter fließen die Abgase an der inneren Oberfläche des Filters entlang. In der Regel werden fast ausschließlich (ca. 99 Prozent) Dieselrußpartikelfilter mit wanddurchfluteten Keramikmodulen verbaut. Sie sind in der Lage bis zu 98 Prozent der schädlichen Partikel herauszufiltern. Darüber hinaus gibt es Sintermetallfilter, bei denen die Abgase durch gefaltete Taschen aus porösem Sintermetall geleitet werden, und Nebenstrom-Tiefbettfilter, die gezielte Strömungsumlenkungen einsetzen, um die Rußpartikel aus dem Abgasstrom zu filtern.
Nebenstrom-Tiefbettfilter können im Gegensatz zu Dieselrußpartikelfiltern mit wanddurchfluteten Keramikmodulen lediglich 40 % der Partikelmasse ausfiltern. Bei den Filtereigenschaften von Feinstaubpartikeln, die als besonders gesundheitsgefährdend gelten, schwächeln hingegen die Dieselrußpartikelfilter mit wanddurchfluteten Keramikmodulen. Nebenstrom-Tiefbettfilter sind in der Lage, diese Feinstaubpartikel zu ca. 80 % herauszufiltern.
Im Zusammenhang mit wanddurchfluteten Filtern hört man häufig den Begriff „geschlossenes Filtersystem“, während man bei Nebenstrom-Tiefbettfiltern von „offenen Filtersystemen“ spricht. Beide Bezeichnungen sind sehr irreführend und nicht zutreffend.

Der Nebenstrom-Tiefbettfilter

Wie der Name bereits sagt, beruht das Filtersystem in der Regel auf dem Prinzip der Tiefbettfiltration im Nebenstrom. Der Nebenstromfilter ist so konstruiert, dass Teile des Abgasstroms durch ein Vlies oder Ähnliches in Nachbarkanäle gelenkt wird. Bei einer Überladung mit Dieselrußpartikeln, wird der Abgasstrom durch die regulären Längskanäle geführt. Er muss nicht zwingend die feinporöse Wand durchdringen. Hieraus resultiert, dass der Filtrationswirkungsgrad lediglich zu einer Senkung der ausgestoßenen Partikelmasse von bis zu 40 % führt. Durch die in Längsrichtung aufgebrachte Vlieslage ist es allerdings möglich, mittels Diffusionen, bzw. Adhäsionen ultrafeine Partikel mit einem Durchmesser von weniger als 400 Nm um bis zu 80 % zu reduzieren. Diese Partikel gelten als große Gefährdung für die Gesundheit. Nebenstrom-Tiefbettfilter weisen zudem eine Beschichtung mit Edelmetallen und Washcoat auf. Daher werden sie häufig auch als Partikelkatalysatoren bezeichnet.

Im Gegensatz zu den weitverbreiteten Filtern, die nach dem Wanddurchflussprinzip arbeiten, handelt es sich bei einem Nebenstrom-Tiefbettfilter um ein kontinuierliches System, das nicht nach einer gewissen Kilometerzahl regeneriert werden muss. Daher werden keine zusätzlichen Sensoren benötigt. Auch ein Zugriff auf die Motorsteuergeräte ist nicht erforderlich. Die Dieselrußpartikel werden bei einem Nebenstrom-Tiefbettfilter kontinuierlich reduziert. Eine spontane erhebliche Erhöhung des Abgasgegendrucks ist daher ausgeschlossen. Größere hieraus resultierende Folgeschäden, wie zum Beispiel ein Motorschaden, werden somit vermieden. Auch die Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs ist dank des nur wenig ansteigenden Abgasgegendrucks nur in geringem Umfang zu beobachten. Ein Nebenstrom-Tiefbettfilter ist über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeuges wartungsfrei. Soll ein Nebenstrom-Tiefbettfilter nachgerüstet werden, sind keine Veränderungen am jeweiligen Fahrzeug erforderlich. Lediglich das Abgasnachbehandlungssystems des Filters muss im Abgasstrang eingebaut werden.

Der Wandstromfilter

Das Prinzip eines Wandstromfilters beruht darauf, dass der Abgasstrom durch eine poröse Filterwand geleitet wird. Die Rußpartikel werden hierdurch zu einem hohen Teil herausgefiltert, da sie an der Oberfläche der Filterwand haften bleiben (Adhäsion) oder durch Tiefenfiltration im Inneren der Filterwand verbleiben (Diffusion). Da größere Partikel die Filterwand nicht durchdringen können, lagern sich diese auf deren Oberfläche ab. Bei der Tiefenfiltration lagern sich die Partikel ebenfalls ab und bilden eine Partikelschicht, den sogenannten Filterkuchen. In gewissen Intervallen ist daher eine Regeneration erforderlich.

Der Wandstromfilter aus Siliziumkarbid besteht aus einzelnen Segmenten in Quaderform, die miteinander verklebt werden. Anschließend werden sie rundgedreht und ein Mantel verputzt. Die Filterwände bestehen aus verschiedenen porösen Werkstoffen, wie Keramiken oder Metalle, die sich aus Fasern oder Pulver zusammensetzen. Filterwände aus Metallpulver sind meist flächig aufgebaut. Sie werden in Röhren, Bälgen oder Taschen angeordnet. Filterwände aus Keramikpulver weisen eine Kanalstruktur auf. Die Kanäle werden hierbei wechselseitig verschlossen.

Der Abgasstrom wird bei dieser Variante eines Rußpartikelfilters durch die poröse Wand gezwungen. Die Filterleistung ist von verschiedenen Faktoren abhängig. Dies sind zum Beispiel die Wandstärke, die Dichte der Zellen, die Größe der Poren und das Porenvolumen. Die Partikel lagern sich an der Oberfläche und dem Inneren der Filterwand ab. Das führt dazu, dass der durch das Abgasvolumen erzeugte Differenzdruck ansteigt. Bei Erreichen einer zuvor definierten eingelagerten Rußmasse wird automatisch eine Regeneration des Filters initiiert. Obwohl die Porengröße meist einen höheren Durchmesser aufweist, als die zu filternden Partikel, bleiben diese dennoch an der porösen Wand haften.
Es entsteht ein Oberflächenfiltrat, aus dem sich durch die Ablagerung weiterer Partikel ein sogenannter Filterkuchen bildet. Somit können auch ultrafeine Nanopartikel erfolgreich gefiltert werden. Bei einer Partikelgröße von 20nm liegt die Quote bei ca. 90 % bis 99 %.

In der Regel findet im Abstand von mehreren hundert Kilometern eine Regeneration des Filters statt. Wird durch die Ablagerung der Partikel ein hoher Abgasgegendruck erreicht, und der Abgasausstoß hierdurch über ein gewisses Maß hinaus behindert, wird die Verbrennung der eingelagerten Partikel erforderlich. Die Belastung des Filters lässt sich am Differenzdruck erkennen.
Die Motorsteuerung des Dieselmotors übernimmt die Überwachung dieses Wertes und leitet gegebenenfalls eine Regeneration des Rußfilters ein. Die Intervalle können dabei variieren. Das liegt daran, dass der Differenzdruck von bestimmten Parametern abhängig ist, die in einem Kennfeld erfasst werden müssen. Auf den Differenzdruck nehmen zum Beispiel die Motordrehzahl, die jeweilige Beladung oder der Lastzustand Einfluss. Wenn das Fahrzeug häufig auf Langstrecken eingesetzt wird, ist eine Regeneration wesentlich seltener erforderlich, als beim Kurzstreckenverkehr. Die Regeneration, bei der der Dieselruß in CO2 umgewandelt wird, läuft für den Fahrer unbemerkt ab. Eine Beeinträchtigung der Motorleistung ist nicht gegeben.