Dieser Beitrag ist Teil des Spezials: Partikelfilter.
Weil Rußpartikelfilter seit Jahren zum Standard in Diesel-Pkw gehören und die Fahrzeuge bereits eine hohe km-Laufleistung aufweisen, müssen sich Werkstätten vermehrt mit Problemen oder dem Austausch dieses Bauteils auseinandersetzen. Vor diesem Hintergrund und auf mehrmaligen Leserwunsch hin hat sich KRAFTHAND dieses Themas angenommen. Neben notwendigem Grundwissen hat die Redaktion zu praxisrelevanten Aspekten recherchiert. Dabei stand auch ein Besuch bei Tunap zur Reinigung von Partikelfiltern als Austausch-Alternative auf dem Programm.
Bei wenigen im Fahrzeug verbauten Komponenten sagt die Fachbezeichnung so viel darüber aus, dass selbst Laien die Aufgabe des Bauteils klar sein dürfte. Beim im Abgasstrang sitzenden, und auch als Dieselpartikelfilter (DPF) bezeichneten Rußpartikelfilter trifft dies allerdings zu. Spiegelt der Begriff die Funktion des Filters doch trefflich wider. Für einen Kfz-Profi reicht dieses Wissen jedoch bei Weitem nicht. Neben Know-how zu Arbeitsweise und Regeneration muss er auch für Fehlersuche und die Möglichkeiten des Service gerüstet sein. Zu Letzterem zählt etwa das Spülen von Partikelfiltern, was im Grunde eine zeitwertgerechte Wiederherstellung der Funktionsfähigkeit von nicht mehr einwandfrei arbeitenden DPF darstellt.
Zum besseren Verständnis jedoch der Reihe nach: So wie der Namen des Dieselpartikelfilters Programm ist, so gilt für ihn dasselbe, was auch für Luft-, Öl- oder andere Filter zutrifft: Sie setzen sich im Laufe der Zeit zu. Beim DPF spricht der Fachmann dann von einer übermäßigen Beladung.
Dieselpartikelfilter
Der Dieselpartikelfilter sitzt im Abgasstrang und reduziert durch die Abscheidung von Rußpartikeln und seine katalytische Wirkung des Keramikmonolithen vor allem Kohlenstoff beziehungsweise Ruß (C) aber auch Kohlenmonoxid (CO), Stickoxid und Kohlenwasserstoffe (HC = unverbrannter Kraftstoff) im Abgas. Wie das im Detail erfolgt und welche Arten Filter es gibt. mehr …
Automatische Regeneration
Da der Austausch eines DPF aufgrund des Arbeitsaufwands und der hohen Ersatzteilkosten nicht oder erst nach einer möglichst hohen Laufleistung anfallen soll, haben die Fahrzeughersteller einen Regenerationsmodus im Motormanagement integriert. Die Steuerelektronik leitet die Filterregeneration zyklisch und automatisch ein. Für den Autofahrer läuft diese in der Regel unmerklich ab. Wann sie fällig ist, hängt von bestimmten Parametern ab – beispielsweise von der zurückgelegten Wegstrecke seit der letzten Regeneration und der eingespritzten Kraftstoffmenge. Über solche Parameter kann das Steuergerät nämlich die Beladung des DPF errechnen.
Ebenfalls zu einer automatischen und unmerklichen Regeneration kommt es, wenn das Steuergerät über den Differenzdrucksensor einen zu hohen Abgas-Staudruck erkennt. Um den Staudruck zu ermitteln, vergleicht der ebenfalls zum Berechnen des Beladungsgrads herangezogene Sensor permanent den Abgasdruck vor und hinter dem DPF. Übersteigt die Differenz zwischen beiden Werten eine vom jeweiligen Fahrzeughersteller definierte Schwelle, schließt die Steuerelektronik auf einen (teilweise) zugesetzten Filter durch zu hohe Beladung.
Der Regenerationsvorgang
Doch was passiert eigentlich bei einer Regeneration? Um die Beladung zu reduzieren, müssen die Rußpartikel im Filter verbrannt werden. Dazu muss man wissen: Rußpartikel verbrennen bei etwa 600 bis 650 °C zu CO2 und Asche. Bei normaler Fahrweise heizt sich der DPF allerdings nicht genügend auf. Deshalb mussten sich die Fahrzeughersteller für das Einleiten der Filterregeneration etwas einfallen lassen:
Bei einem Großteil der Dieselfahrzeuge steuert das Motormanagement die Injektoren der Einspritzanlage für eine auf die Haupteinspritzung folgende Nacheinspritzung an. Der so eingespritzte Diesel gelangt über die geöffneten Auslassventile vom Brennraum in den heißen DPF. Hier entzündet sich der Kraftstoff, was zum Aufheizen des DPF auf die notwendige Temperatur und letztendlich zum Verbrennen der Rußpartikel führt.
Einige Hersteller, etwa Peugeot oder Ford, gehen anders vor: Bei bestimmten Modellen wird nach Erreichen des kritischen Beladunggrades über ein Dosiersystem ein spezielles Additiv in beziehungsweise vor den Partikelfilter gespritzt. Die Flüssigkeit bewirkt ein Absenken der Verbrennungstemperatur der Rußpartikel um etwa 100 bis 150 °C, sodass dann die normale Filtertemperatur zum Verbrennen der Partikel ausreicht. Das Einbringen von Diesel in den Abgasstrang als ‚Brandbeschleuniger’ ist somit nicht notwendig. Allerdings ist das Dosiersystem nicht wartungsfrei. Logischerweise steht das turnusmäßige Nachfüllen des Additiv-Vorratsbehälters nach Herstellervorschrift (zum Beispiel alle 80.000 km) auf dem Wartungsplan. Wurde das vorgenommen, darf die Werkstatt das Zurücksetzen des Adaptionswertes zum Füllstand via Scantool nicht vergessen.
Eine dritte Variante: Um den Ruß anzufachen beziehungsweise die Temperatur im Filter auf entsprechendes Niveau anzuheben, nutzen verschiedene (Nutz-)Fahrzeughersteller auch die Möglichkeit, Diesel nicht per Nacheinspritzung, sondern über einen direkt im Abgasstrang platzierten Injektor einzuspritzen. Vorteil: So lässt sich die mit häufigen Nacheinspritzungen einhergehende Ölverdünnung vermeiden.
Manuelle Regeneration
Damit im Filter (nahezu) alle Rußpartikel vollständig verbrennen, müssen neben einer definierten Filter- und Motormindesttemperatur auch noch andere, vom jeweiligen Fahrzeughersteller individuell festgelegte Parameter erfüllt sein. So ist eine vollständige Regeneration nur während eines gewissen Fahrzyklus – definierte Mindestgeschwindigkeit über eine bestimmte, meist längere Strecke – möglich.
Wie Kfz-Profis allerdings wissen, kommt es in der Praxis vor, dass die erforderlichen Parameter für den automatischen Regenerationszyklus nie im vollen Umfang beziehungsweise nicht ausreichend lang erfüllt sind. Die Ursache: Das entsprechende Fahrzeug ist überwiegend oder gar ausschließlich im Kurzstreckenbetrieb unterwegs. Die Folge: Durch das Ausbleiben oder wiederholte Abbrechen der Regeneration kommt es zu einer übermäßigen Beladung des DPF. Auswirkung: ein erhöhter Abgasstaudruck, den das Steuergerät über den Differenzdrucksensor erkennt.
Dem Fahrer wird das Problem mit dem Aufleuchten der entsprechenden Warnleuchte signalisiert. Bei einigen Fahrzeugmodellen soll das eine Aufforderung an den Fahrer darstellen, durch ein entsprechendes, in der Betriebsanleitung beschriebenes Fahrprofil die Beladung des DPF zu reduzieren. Die Regel ist jedoch, dass das Aufleuchten der Warnlampe zum Besuch der Werkstatt auffordert. Hat das Steuergerät aufgrund des zu hohen Abgasrückstaus und zum Schutz des Turboladers und des Triebwerks zusätzlich noch den Motornotlauf aktiviert, kommen die Kunden sowieso.
Für solche Problemfälle haben die Fahrzeughersteller bekanntlich eine Funktion im Motormanagement vorgesehen, über die Werkstätten eine Regeneration manuell einleiten können. Im Fachjargon auch aktive Regeneration genannt. Diese leitet der Kfz-Profi via Scantool ein. Im Anschluss daran muss er eine Probefahrt absolvieren, die nach einem speziellen, meist vom Tester vorgegebenen Fahrprofil vorzunehmen ist. Hinweis: Aufgrund der hohen Filtertemperaturen während der Regeneration ist von einer ‚Probefahrt’ auf einem Prüfstand abzusehen. Denn wie die Praxis gezeigt hat, kann es durch Fehlen des kühlenden Fahrtwinds zu Verformungen am Stoßfänger kommen. Idealerweise wählt der Kfz-Profi für die Probefahrt eine Autobahn oder eine wenig befahrene Landstraße, um das Fahrprofil hinsichtlich geforderter Geschwindigkeit und Dauer einhalten zu können.
Reinigen statt tauschen
Aber was ist, wenn das Motormanagement dem Fachmann über das Diagnosescantool mitteilt, dass keine Regeneration mehr möglich ist? Dazu muss man zunächst wissen: Neben einer übermäßigen Beladung an Ruß kann auch eine übermäßige Beladung an Asche die Ursache dafür sein, dass das Motormanagement keine Regeneration mehr zulässt. Schließlich lässt sich Asche nicht verbrennen. Die Berechnung der Aschebeladung macht das Steuergerät an Parametern wie Häufigkeit der Regenerationen und dem Differenzdruck fest.
Außerdem verweigert die Steuerelektronik eine Regeneration, wenn sich zuviel Ruß im Filter befindet. Dann besteht nämlich die Gefahr, dass sich durch den lang anhaltenden und unkontrollierten Abbrand der Partikel ein Temperaturniveau entwickelt, dass umliegende Komponenten angreift. Schlimmstenfalls kommt es zum Fahrzeugbrand. Aus diesem Grund ist auch vor Manipulationen durch den Mechatroniker zu warnen, beispielsweise entsprechendes Verändern des Differenzdrucksignals. Dies würde eine eigentlich nicht mehr zulässige Regeneration ermöglichen.
Vielmehr sollten Werkstätten das Reinigen des DPF in Betracht ziehen. So können sie ihren Kunden das Erneuern des teuren Filters ersparen, dass die Fahrzeughersteller normalerweise bei einer nicht mehr möglichen Regeneration vorsehen. Einige geben sogar festgeschriebene Wechselintervalle für den Partikelfilter vor. Der in Wolfratshausen bei München ansässige Spezialist für Werkstattchemie Tunap hat ein Reinigungssystem entwickelt und patentiert, mit dem Kfz-Betriebe den Filter selbst reinigen können. Damit sparen sie sich den Ausbau und das Einschicken des Filters an auf Filterreinigung spezialisierte Unternehmen.
Fachgerecht
Gegenüber der Redaktion erklären Alfons Urban, Leiter Produktentwicklung/Anwendungstechnik Automotive, und Torsten Krause vom technischen Support bei Tunap, dass das Reinigungssystem die Beladung des DPF durch Ruß und Asche soweit senkt, dass das Steuergerät eine Regeneration wieder zulässt. Denn durch das Vermindern der Beladung sinkt auch der Staudruck, der wie schon mehrmals erwähnt, eine maßgebliche Steuergröße für das Einleiten einer Regeneration ist. Und so funktioniert’s:
Die per Druckbecherpistole über die Bohrung für den Temperatursensor in den Filter eingesprühte spezielle Reinigungsflüssigkeit löst Rußpartikel und Asche. Außerdem hält sie die gelockerten Partikel in Schwebe. Um die alkalische Wirkung des Reinigers zu neutralisieren, gehört auch eine spezielle Spülflüssigkeit zum Reinigungssystem. Diese wird ebenfalls mit der Druckbecherpistole eingesprüht. Vorteile gegenüber Spraydosen-Reinigern: Einerseits ist durch den vergleichsweise hohen Druck gewährleistet, dass selbst bei einem direkt vor dem DPF sitzenden Katalysatormonolithen die Flüssigkeit bis zum Partikelfilter gelangt. Andererseits werden Tunap zufolge durch den Druck bereits Anteile loser Ablagerungen aus dem Filter gespült. Den Rest erledigt dann der Abgasstrom, und das Niveau der Filterbeladung sinkt soweit, dass eine Regeneration wieder möglich ist. Wichtig: Durch die im Filter und Auspuff befindliche Flüssigkeit kommt es zu starker Rauchentwicklung, sodass das Fahrzeug zunächst für einige Zeit im Stand auf dem Werkstattgelände zu betreiben ist.
Wie die beiden Experten von Tunap versichern, liegt die Erfolgsquote der Filterreinigung bei über 90 Prozent. Außerdem weisen sie darauf hin, dass das Unternehmen die Wirksamkeit der Reinigung zusammen mit einem Hersteller von Partikelfiltern in Tests nachgewiesen hat. Entsprechenden Prüfprotokolle, die KRAFTHAND eingesehen hat, belegen dies.
Praxishinweise
Neben einem ungünstigen Fahrprofil muss der Fachmann auch eine erhöhte Rußentwicklung bei der Verbrennung als Ursache für eine zu hohe Beladung des DPF ins Kalkül ziehen. Beispielsweise führen fehlerhafte Injektoren oder ein nicht einwandfrei arbeitendes AGR-System dazu. Spätestens wenn nach einem Austausch oder einer Reinigung des Rußpartikelfilters kurze Zeit später erneut ein zu hoher Beladungsgrad vorliegt, sollten diese Komponenten geprüft werden.
Wissenswert ist auch, dass ein zu hoher Differenzdruck beziehungsweise Staudruck eine Fehlermeldung zur Ladedruckregelung nach sich ziehen kann. Dazu schilderte Hella Gutmann im Dezember 2012 in seinem ‚Fehler des Monats’ (lässt sich unter http://www.hella-gutmann.com als Newsletter abbonieren) einen interessanten Problemfall. Dabei kommt unter anderem die Empfehlung zum Ausdruck, den Partikelfilter bei einem Differenzdruck > 200 mbar zu ersetzen. Diesbezüglich merkt Tunap-Experte Urban an: „Solange der Motor anspringt und nicht durch einen Rückstau abstirbt, kann eine Reinigung des DPF vorgenommen und somit dessen Austausch eventuell vermieden werden.“ Lässt sich der Motor aufgrund des Rückstaus nicht mehr starten oder liegt eine mechanischer Defekt an der Filterkeramik vor, dann hilft natürlich nur noch ein neuer DPF.
ebenfalls interessante Beiträge:
