DPF

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Dieselrußpartikelfilter - Zwei Systeme[Bearbeiten]

Der Dieselrußpartikelfilter (DPF oder RPF) kommt generell in zwei technisch unterschiedlichen Ausprägungen zum Einsatz.
Der Wandstromfilter als geschlossenes System und der Nebenstromfilter (Durchflußfilter) als offenes System.
Die weiteren Ausführungen bzgl. der technischen Funktionsweise der beiden Systeme sind bewusst in einer Technik-Light-Version gestaltet. Detaillierte Informationen sind in der einschlägigen Fachliteratur verfügbar.

DPF - Wandstromfilter - Geschlossenes System[Bearbeiten]

Im geschlossenen System (Wandstromfilter) zwingt man die Dieselabgase durch eine poröse Wand.
Beim Durchdringen werden die Partikel durch physikalisch-chemische Vorgänge wunschgemäß verändert. Dieser Vorgang läuft optimal nur unter genau definierten Temperaturbedingungen nahezu vollständig ab.Durch thermische Unwägbarkeiten im Fahrbetrieb (Kurzstreckenbetrieb, Stadtverkehr, u.ä.) kann keine konstante Temperatur und damit keine konstante Funktionsweise garantiert werden. Als Folge schwankt der Wirkungsgrad erheblich und als unerwünschter Nebeneffekt wird die poröse Wand durch die, auf Grund von Fahrten mit zu geringer Temperatur, nicht umgewandelten Rußpartikel sukzessive „verstopft“. Die Druckverhältnisse in der Abgasanlage verändern sich negativ, der Gegendruck zum Motor steigt an. Motorschäden wären die Folge.
Somit ist periodisch ein Reinigungsvorgang nötig, je nach Fahrbetriebszustand in zeitlich längeren oder kürzeren Intervallen.
Um den gewünschten Reinigungsvorgang auszulösen und kontrolliert ablaufen zu lassen, wird zusätzlich Treibstoff oder andere katalytisch wirkende Stoffe in das Abgassystem eingespritzt bzw. zugeführt. Der damit verbundene deutliche Wärmeanstieg im DPF wird oft als „Freibrennen“ bezeichnet. Die der Wand anhaftenden funktionshemmenden Partikel werden thermisch kontrolliert verarbeitet und die Funktionsfähigkeit des DPF wiederhergestellt, die Druckverhältnisse auf die gewünschte Sollwertsituation zurückgeführt.
Dieser Vorgang wird messtechnisch kontrolliert und steuerungstechnisch ausgeführt.
Somit muss neben dem eigentlichen DPF-Einbau erheblicher elektronischer Aufwand im Motormanagement betrieben werden.

DPF - Wandstromfilter - Geschlossenes System - Regeneration[Bearbeiten]

Bedingt durch Unsicherheiten im gesteuerten Regenerationsvorgang des DPFs haben sich in der Einführungszeit dieser Abgasreingungstechnik einige Motorschäden eingestellt. Deshalb wurde von diversen Werkstätten gerne der Tipp zum fahrerwunschgesteuerten Freibrennen, der extra-heißen-Autobahnfahrt gegeben. Dadurch wurde die gewünschte thermische Betriebssituation im DPF temporär hergestellt und der Reinigungsvorgang mehr oder weniger vollständig vollzogen. Entsprechend den herrschenden Rahmenbedingungen (winterliche Außentemperaturen, Verkehrsaufkommen, Fahrtstrecke, zu erreichende Dauergeschwindigkeit, u.ä) ist diese Maßnahme allerdings technisch oft nur sehr eingeschränkt wirksam, sicherlich aber verbunden mit einem Placebo-Effekt für den Fahrer, und kann, bei näherer Betrachtungsweise, auch ökologisch sowie ökonomisch als fragwürdig eingestuft werden.
Die Regeneration sollte der "Vollautomatik" des Motormanagements überlassen bleiben. Nur dadurch ist ein kontrolliertes und letztendlich zufriedenstellendes Ergebnis zu erwarten.


DPF - Nebenstromfilter - Offenes System[Bearbeiten]

Das offene System (Nebenstromfilter / Durchflußfilter) verfügt über eine grundlegend andere Funktionsweise als das geschlossene System.
Grundsätzlich werden Rußpartikel durch das Vorbeistreichen an der katalytisch beschichteten Kanalwand verarbeitet, erhöhte Abgasmengen werden durch Nebenkanäle abgeführt.
Es handelt sich um eine wabenförmige Duchflußkonstruktion, so dass eine extrem hohe Oberfläche zur Partikelverarbeitung gegeben ist. Der DPF der offenen Bauart kann nicht vollständig „verstopfen“. Allerdings ist in diesem Fall die Funktionsfähigkeit ebenfalls mit optimalen thermische Bedingungen verbunden. Dieser DPF füllt sich bis zu einem bestimmten Grad mit Ruß, bei längerem Kurzstreckenbetrieb nimmt, bedingt durch die Funktionsweise der Wirkungsgrad ebenfalls ab und vermutlich wird die Füllmenge an Ruß relativ schnell erreicht. Als Folge steigt der Abgasgegendruck steigt an, der Dieselverbrauch nimmt bei sinkender Leistung zu.
Beim offenen System existiert keine vom Motormanagement gesteuerte Regenerationsphase.
Der DPF regeneriert sich permanent im laufenden Betrieb, bei entsprechenden Temperaturen. Die Rußpartikel, die sich an der Kanalwand angelagert haben, aber aufgrund von ungünstige Betriebsbedingungen nicht verarbeitet werden konnten, verhindern praktisch die Verarbeitung weiterer Partikel. Dadurch bildet sich, bei längeren Zeiträumen im extremen Kurzstreckenbetrieb eine Ruß-Isolationsschicht, die in der Dicke zunimmt. Damit wird der Querschnitt der aktiven Kanäle zunehmend reduziert. Der Abgasvolumenstrom wird in diesem Fall über passive Kanäle abgeleitet. Allerdings unter dem nicht gewünschten Gegendruckanstieg im Abgassystem.

DPF - Nebenstromfilter - Offenes System - Regeneration[Bearbeiten]

Den Wirkungsgrad wieder zu erhöhen, den Abgasgegendruck wieder zu normalisieren, den Dieselverbrauch zu senken und letztendlich das Ansprechverhalten des Motors wieder zu verbessern, das kann der Fahrer mit einer einfachen Maßnahme erreichen. Nicht mit dem völlig sinnlosen „Freibrennen“ durch eine lange, schnelle Autobahnfahrt, sondern durch ein kurzfristige, deutliche, stossartige Erhöhung des Druckes in der Abgasanlage. Dadurch werden die Kanäle „durchgeblasen“ und die anhaftenden Rußpartikel in größerem Volumen schlagartig entsorgt. Die katalytisch beschichteten Anlageflächen werden für den Abgasstrom wieder zugänglich, die Nebenkanäle gereinigt und die Funktionsfähigkeit erhöht. Man sollte in diesem Zusammenhang eher von „Druckentsorgung mit Rohrreinigungseffekt“ sprechen.


DPF im T4-TDI[Bearbeiten]

Jeder DPF im T4-TDI basiert aufgrund der Nachrüstsituation herstellerneutral auf der Nebenstromfilter/Offenen System - Technik. Veränderungen im Motormanagement werden nicht vorgenommen. Der DPF wird lediglich in den Abgasstrang, oft einfach gegen den werksseitig verbauten Oxidationskatalysator getauscht, integriert. Somit ist i.d.R. dann optisch kein Unterschied zwischen Oxidationskatalysator oder Dieselrußpartikelfilter erkennbar.
Diverse Hersteller bieten DPF´s für die T4-TDI an, sind aber (Stand Nov. 2009) oft nicht zeitnah lieferfähig. Durch die DPF-Bedarfsermittlung im T4-Forum.de konnte eine Übersichtsliste erstellt werden, die auf der Basis der Schlüsselnummer und/oder des Motorkennbuchstabens die Verfügbarkeit eines DPF´s visualisert. Die Bestellnummern eines Herstellers sind beispielhaft integriert.

DPF-Übersicht, Schlüsselnummern- und Motorkennbuchstabenorientiert

Bei genauem Studium der Liste kann man auch die hohe Unsicherheitsquote der Schlüsselnnummerzuweisung der Zulassungsstellen / TÜV erkennen. Sollte der persönliche Motor per Motorkennbuchstabe vertreten sein, die Schlüsselnummer aber offensichtlich nicht passt, bitte im T4-Forum.de nachfragen.
Grundsätzlich erreichen die Motoren mit den Schlüsselnummern (Ziff:14.1 im neuen Fahrzeugschein) 0427, 0451, 0654 problemlos durch DPF-Nachrüstung die GRÜNE Plakette.
Auch Fahrzeuge mit der 0426 haben die Möglichkeit auf eine grüne Plakette zu kommen, und zwar durch eine Umschlüsselung auf die 0427, durch ändern der zulässigen Gesamtmasse um 1 kg (reiner Verwaltungsakt). Diese Regel befindet sich beim TÜV/Dekra in der ständig aktualisierten Losenblattsammlung StVZO-EG/ECE von MORAVIA Druck+Verlag "PKW-Emissionvorschriften" in Blatt Nr. 63 vom Februar 2001. Dort steht unter Schlüssel-Nr. 26 der Klartext "S-ARM EURO 2, G: 92/97" und daneben in der Spalte "Einschränkungen" der Text: "zGG<=2,5t und <=6 Sitzplätze" und dann noch ein erläuternder Text in Klammern: "(vor dem 1.1.1997 wurden auch Fz mit zGG >2,5t od. >6 Sitzplätzen mit -26- geschlüsselt; diese Fz müssen mit -27- geschlüsselt werden).

DPF - Innenleben / Wabenstruktur / Nebenstromfilter[Bearbeiten]

Der DPF (Oberland-Mangold) im AXG wurde nach einer Laufleistung von ca. 30.000km im Zuge des Wechsels der Abgasanlage ausgebaut und auf Rußeintrag geprüft. Unmittelbar im Anschluß an eine Urlaubsreise, zwei Tage nach der Strecke Paris-Augsburg. Während dieser Strecke sollte der DPF dauerhaft auf Prozesstemperatur gehalten worden sein und damit seinen Regenerationsprozess nachhaltig durchgeführt haben. Kurz vor der Abfahrt in Paris hat sich der AXG des Endtopfes entledigt, so dass die DPF-Regeneration ohne Gegendruck des Endtopfes noch effektiver gewesen sein sollte.
Nach dem Ausbau bot sich optisch folgende Situation:

Wabenstruktur, Gesamtansicht DPF
Wabenstruktur, nach dem Ausbau, ohne Aufhellblitz, optisch hoher Rußanteil
Wabenstruktur, nach dem Ausbau, mit Aufhellblitz, katalytische Oberfläche kaum sichtbar


Man kann gut die Wabenstruktur erkennen, die Detailaufnahme mit Aufhellblitz zeigt auch die Beschichtung in den Kanälen. Ein genauer Blick lässt die Oberflächenstrukturierung erkennen. Optisch scheint der DPF "frei" und die Kanäle durchgängig zu sein.

DPF - Reinigung im ausgebauten Zustand[Bearbeiten]

Messbar ist der Reinigungserfolg einer längeren Fahrt mit temperaturtechnisch optimalen Betriebsbedigungen nicht. Es sollte sich das subjektive Gefühl der besseren Leistungsentfaltung des Dieselmotors einstellen. Aufgrund der persönlichen Erfahrungen (über derzeit 40.000km mit DPF) verdichtete sich die Vermutung, dass diese Langstreckenfahrten nur Teilerfolge im Regenerartionsprozess erzeugten. Deshalb bot sich der Ausbau des DPF´s geradezu an, um die Menge des Rußeintrages (unmittelbar nach der Langstreckenfahrt) zu prüfen.
Eine Reinigung mit Druckluft ist bei dem ausgebauten DPF relaitv leicht möglich.
Allerdings sollten dem Vorgang angemessene Atemschutzmaßnahmen getroffen werden. Der DPF wird auf der Eintrittsseite mit einer Plastiktüte und Klebeband verschlossen, durch eine kleine Öffnung in der Tüte per Druckluftpistole mit langem Rohr, besser aber nur mit einem Rohr ohne Druckluftpistole, gezielt der Luftstrahl durch die Kanäle gepresst. An der Austrittsseite sollten dringend Auffangmaßnahmen für die Rußteile getroffen werden. Gut funktioniert eine Babywindel, Staubsaugerbeutel, o.ä. .
Das Video zeigt den Druckluftreinigungsvorgang: Video 1 DPF-Reinigung
Das Ergebnis der Reinigungsaktion:

Entnommene Rußmenge, mehrlagige Stoffwindel als Filterelement

Nach dem Entsorgen von ca. 2 Händen voll Ruß der gröberen Partikelstruktur, einigen Wolken Rußpartikel der feineren Struktur konnte man die beschichtete Oberfläche der Kanäle in der Wabenstruktur erheblich besser erkennen.

Wabenstruktur, nach der Druckluftreinigung, mit Aufhellblitz, katalytische Oberfläche besser sichtbar


Abschließend noch einen kurzen Eindruck der "Endreinigung" ohne Schutzmaßnahmen: Video 2 DPF-Reinigung
Es sind "nur" die Rußreste im DPF.
Aber man kann sicherlich ahnen, dass eine Komplettreinigung ohne Schutzmaßnahmen für die direkte Umwelt, sowie der Gesundheit des Reinigunspersonales nicht zuträglich wäre.

Als Ergebnis wäre festzuhalten: Auch längere Fahrten unter optimalen Betriebsbedigungen entsorgen die DPF-Rußfüllung zumindest nicht ausreichend. Nach diesem externen Reinigungsvorgang zeigte sich eine erheblich verbesserte Leistungsentfaltung des AXG.

DPF - Reinigung im ausgebauten Zustand, optimierte Variante[Bearbeiten]

Um den DPF unkompliziert und zerstörungsfrei periodisch zur Reinigung aus- und einbauen zu können, bietet sich eine einfache technische Modifizierung an.

Modifizierung des DPF im Abgasstrang

Das Rohr des DPFs wird mit einer Flex etwa in der Mitte des Hitzeschutzbleches durchtrennt. Durch das Lösen der drei Schrauben am DPF-Flansch kann der DPF in der Folge einfach demontiert und entnommen werden. Nach dem Reinigungsvorgang ist der DPF einfach und schnell wieder in den Abgasstrang integrierbar. Die neue Schnittstelle wird mit einer VW-Rohrschelle (Innendurchmesser 55mm - siehe Bild) verbunden.

Bedingt durch den kurzen Rohrvorsatz kann der DPF nun leicht fixiert werden und für den Reinigungvorgang vorbereitet werden.

DPF-Reinigung mit hohem Wirkungsgrad

Zuerst wird am Rohr ein Auffangmedium ( Stofflappen, Windel, Staubsaugerbeutel o.ä.) angebracht und mit Klebeband gut und möglichst dicht befestigt (roter Kreis).
Im zweiten Schritt wird eine kleine Plastiktüte auf den DPF-Topf aufgebracht und ebenfalls möglichst luftdicht fixiert. Einmal um den großen Topfdurchmesser, zum zweiten Mal direkt hinter dem Flansch (blaue Markierung).
Dann sollte am Druckluftschlauch direkt, besser ohne druckmindernde Druckluftpistole, ein längeres Rohr montiert sein (grüne Markierung). Dieses Rohr durchsticht die Plastiktüte und wird fast bis an das Wabensystem im DPF eingeschoben. Das Rohr wiederum möglichst luftdicht mit dem Klebeband in der Platiktüte fixieren.
Empfehlenswert wäre eine Druckluftkupplung, direkt am Metallrohr. Der Kompressor kann, im abgekoppelten Zustand, den vollen Druck von knapp 10bar erreichen. Dann erst wird das Metallrohr angekuppelt. Sofort wird der DPF innen mit der maximalen Luftmenge bei maximalem Druck beaufschlagt. Das Rohr muß kurzzeitig festgehalten und positioniert werden.
Der eingelagerte Ruß wird in DPF-Endrohrstück gedrückt und durch das Auffangmedium temporär aufgefangen. Vor dem Austreten der sichtbaren Feinstaubwolke kann man sich bequem entfernen.
So sind mehrere Druckluftstösse manuell gut in der Wabenstruktur plazierbar und die Reinungswirkung ist deutlich "sichtbar".
Bedingt durch die Platiktüte tritt am Topf keine Rußwolke aus und der komplette Luftstrom wird ohne Verluste sehr effizient in den DPF geleitet.

Diese Variante bietet sich für mittelfristige Pflegezeiträume an. Oder zur Fehlereingrenzung, falls ein verstopfter DPF als Fehlerquelle vermutet wird.
Angedacht als externer Reinigungszyklus für den DPF wäre das LL-ÖLwechselintervall (ca. 25.000-30.000km). Man könnte diesen Vorgang parallel zu diesem Regel-KD durchführen. Die permanente Pflegevariante des nächsten Abschnittes bleibt davon unberührt.

DPF - Reinigung im eingebauten Zustand[Bearbeiten]

Da sich der DPF offensichtlich schnell wieder mit der Rußgrundmenge füllt, ist ein regelmäßiger Ausbau mit Reinigungsvorgang in kurzen Abständen relativ sinnfrei. Über die letzten 10.000km Laufleistung (im Mischbetrieb) wurde folgende Reinigungsoption als suboptimal, aber zumindest einfach praktikabel und wirkungsvoll erkannt:

  • Motor gut warm fahren, DPF sollte nicht kalt sein
  • 2. Gang - Gaspedal voll durchtreten - min. bis 4000 1/min
  • 3. Gang - Gaspedal voll durchtreten - min. bis 4000 1/min
  • 4. Gang - Zügig weiterfahren

Im 2. und 3. Gang (Vollgas) wird das Abgassystem mit maximalem Druck beaufschlagt. Als Ergebnis wird man deutliche Rußwolken im Rückspiegel sehen können.
Den gesamten Vorgang nach einigen Minuten Fahrtdauer wiederholen. I.d.R. wird nochmals eine deutliche Rußmenge entsorgt. Beim dritten Durchgang, wiederum einige Minuten später, sollte die Rußabsonderung minimal bis kaum mehr sichtbar sein.
Dann ist der DPF "entrußt" und "zwangsregeneriert", soweit dies mit fahrerwunschgesteuerten Mitteln möglich ist.

Im vorliegenden Mischbetrieb (mit deutlichem Kurzstreckenanteil) genügt diese Maßnahme periodisch alle 400-500km um die gewünschte Leistungsfähigkeit des Motors aufrechtzuerhalten. Sportliche Fahrer, die das gesamte Drehzahlband nutzen, entsorgen und regenerieren quasi permanent.
"Freibrennfahrten" über längere Strecken sind beim offenen System mehr als sinnlos.