Dieselpartikelfilter Aufschlüsselung und Betriebstheorie

Der Dieselpartikelfilter (DPF) ist ein keramischer Filter mit Tausenden von winzigen Kanälen oder wabenförmigen Öffnungen, die den Ruß an den Kanalwänden einfangen und verhindern, dass die Partikel aus dem Auspuff austreten.förmigen Öffnungen, die den Ruß an den Kanalwänden festhalten und verhindern, dass die Partikel (bis zu 1 Mikron) aus dem Auspuffrohr austreten. Die wabenförmige innere Struktur ist mit einer Schicht aus einem chemischen Katalysator bedeckt, der geringe Mengen an Edelmetallen, normalerweise Platin oder Palladium, enthält.

Um die Partikel oder den Ruß aus dem Auspuff zu reduzieren, muss man die Temperatur in der Verbrennungskammer hoch genug anheben, damit sich die PM’s nicht bilden. NOx wird gebildet, wenn die Verbrennungstemperaturen über 1.800°C (3.200°F) liegen, und die Menge der gebildeten Oxide hängt nicht nur von der Temperatur, sondern auch von der Dauer der Hitzeeinwirkung ab. Die Erhöhung der Brennkammertemperatur erhöht jedoch unbeabsichtigt die Menge an NOx, die gebildet wird. Das ist für die Umwelt noch schlimmer als der Ruß.

Diesel-Pkw und -Lkw, die nach 2009 hergestellt wurden, müssen einen DPF und in einigen Fällen ein SCR-System (Selective Catalysts Reduction) haben. Diese Komponenten arbeiten zusammen, um die schädlichen NOx und Ruß aus dem Auspuff zu reduzieren und, wenn sie richtig funktionieren, zu entfernen. Dies hilft nicht nur der Umwelt, sondern sorgt auch für einen viel saubereren Motor. Das Motoröl wird nicht so schnell schmutzig, wie es ohne all diese Systeme der Fall wäre. Weniger mit dem Motoröl vermischter Ruß bedeutet, dass sich weniger körniger Kohlenstoff in den Ölwannen und anderen beweglichen Teilen bildet. Das erhöht die Lebensdauer des Motors und reinigt gleichzeitig die Luft.

Der Nachteil an all dem ist, dass der DPF regelmäßig gereinigt werden muss. Die Rußpartikel lagern sich an der Auskleidung des DPF an, während der Motor läuft. Gleichzeitig setzt sich der Filter langsam mit genau den Partikeln zu, die er aus dem Abgas entfernen soll. Dieser Prozess der Reinigung des DPF erfolgt durch einen Prozess, der Regeneration genannt wird. Es gibt verschiedene Methoden, die von verschiedenen Herstellern zur Reinigung des DPF verwendet werden.

Passive Regeneration

Die passive Selbstregeneration ist für den Bediener völlig transparent und hat keinen Einfluss auf den Betrieb oder die Leistung der Maschine. Die einzige Anzeige, wenn ein passiver Regenerationszyklus aktiviert wurde, ist entweder eine Abgastemperatur-Warnleuchte, die anzeigt, dass die Abgastemperatur höher als normal ist, oder eine Meldung, die besagt, dass ein Regenerationszyklus läuft, oder beides.

Aktive Regeneration

Die aktive Selbstregeneration tritt auf, wenn nicht genügend Wärme im Abgas vorhanden ist, um die im DPF gesammelten Partikel umzuwandeln. Die aktive Regeneration wird vom PCM auf der Grundlage verschiedener Eingänge selbst aktiviert. Das PCM sendet einen Befehl zur Erhöhung der Abgastemperaturen, indem es eine kleine Menge an eingespritztem Rohkraftstoff vor dem DPF hinzufügt. Die chemische Reaktion der Edelmetalle im DPF und die erhöhten Abgastemperaturen oxidieren die Partikel aus dem Filter.

Stationäre (geparkte) Regeneration

Die stationäre oder geparkte Regeneration ist die gleiche wie die aktive Regeneration, findet aber statt, während das Fahrzeug nicht gefahren wird. Dies wird entweder vom Fahrer veranlasst oder mit einem Scan-Tool durchgeführt. Es kann vorkommen, dass der Fahrer eine manuelle oder „geparkte“ Regeneration am Straßenrand durchführen muss. Dies kann der Fall sein, weil er eine frühere Regeneration abgebrochen hat oder eine automatische Regeneration gestartet, aber unterbrochen wurde. In manchen Fällen wird die Regeneration dem Fahrer „aufgezwungen“, weil er eine frühere Aufforderung zur Durchführung einer geparkten Regeneration ignoriert hat, indem das Fahrzeug in den Limp-Modus versetzt wird. In vielen Fällen wird der Fahrer durch eine Warnleuchte oder eine Meldung aufgefordert, anzuhalten und eine Parkregeneration zu starten. Dazu muss der Fahrer in der Regel die Feststellbremse anziehen und einen Schalter betätigen, um den Vorgang zu starten.

Vorsichtsmaßnahmen für die stationäre (geparkte) Regeneration

Aufgrund der großen Hitze, die während des Regenerationszyklus erzeugt wird, sollten Sie bei der Durchführung einer geparkten Regeneration oder eines Scan-Tool-induzierten Regenerationszyklus die folgenden einfachen Regeln befolgen, um Störungen von außen zu vermeiden. Halten Sie sich von brennbaren Gegenständen und Personen fern.

Filterausfälle

Einige Dieselabgasfilterausfälle sind eine Folge davon, dass die Regeneration nicht durchgeführt wird. Dadurch verstopft der DPF unbeabsichtigt bis zu dem Punkt, dass ein Austausch die einzige Option ist. Obwohl er bis zu einem gewissen Grad gereinigt werden kann, geht dennoch ein Teil der Funktionalität aufgrund der Schwere der Verschmutzung verloren. Ein weiteres Problem tritt auf, wenn er sich in der Regeneration befindet und die überschüssige Hitze in Kombination mit der Verstopfung dazu führt, dass sich das Metallgehäuse des DPF ausdehnt und bricht. Das bedeutet natürlich, dass die einzige Lösung darin besteht, den DPF auszutauschen. Der DPF muss alle 150.000-250.000 Meilen oder 5000 Stunden professionell gereinigt werden.

Regenerationsüberwachung

Bei einigen Fahrzeugen erfolgt die Überwachung über einen Drucksensor, der den Eingangs- und Ausgangsdruck des DPF misst. Andere nutzen den Kilometerstand oder einen Motorstundenzähler. Bei den meisten Fahrzeugen gibt es eine Möglichkeit, den Regenerationsprozess abzuschalten, wenn Sie sich in einer Situation befinden, in der die Erhöhung der Temperatur des Abgassystems einen Brand verursachen könnte. Aber lassen Sie es nicht aus, sonst kann der DPF dauerhaft beschädigt werden.

Regeneration

Die Regeneration kann nur erfolgen, wenn die Bedingungen innerhalb der vorgegebenen Spezifikationen für diesen Motor und die Bedürfnisse des Herstellers liegen. Im Allgemeinen werden die meisten Regenerationszyklen abgewickelt, ohne dass der Fahrer weiß, dass sie stattfinden. Der Regenerationsprozess findet statt, indem die Temperatur des DPF auf ca. 1.100°F (600°C) erhöht wird und genügend Sauerstoff direkt in den DPF geleitet wird. Bei einigen Systemen wird beim Auspufftakt zusätzlicher Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt, wodurch heiße Gase in den Oxidationskatalysator des Partikelfilters geleitet werden, wodurch dessen Temperatur ausreichend erhöht wird, um den Kohlenstoff mit dem ebenfalls bereitgestellten überschüssigen Sauerstoff reagieren zu lassen. Andere Systeme setzen auf ein Heizelement direkt vor dem DPF, um die Temperatur zu erhöhen.

Der Regenerationsprozess wird so lange fortgesetzt, bis die Druckdifferenz über den DPF (Eingang und Ausgang) auf ein akzeptables Niveau fällt. Ändern sich z.B. die Fahrbedingungen, kommt das Auto zum Stillstand und die Regeneration wird abgebrochen, bis die Bedingungen wieder geeignet sind. Die Regeneration kann eine laute Angelegenheit sein, da der Motor für vier Minuten oder länger auf 4.000 U/min hochdreht und dann für weitere vier Minuten oder länger auf 2.000 U/min geht. Wenn die Regeneration abgeschlossen ist, kehrt das Fahrzeug in den normalen Leerlauf zurück und die Serviceleuchte geht wieder aus.

Regenerationsprobleme

Probleme treten auf, wenn aufeinanderfolgende Regenerationen abgebrochen werden und sich der Rußgehalt bis zu einem Punkt erhöht, an dem der DPF verstopft und nicht mehr von selbst regeneriert werden kann. Bei kurzen Fahrten und Stop-and-Go-Verkehr kann es vorkommen, dass der DPF nicht auf Temperatur gebracht werden kann. Wenn dies geschieht, wird der Fahrer durch eine blinkende DPF-Warnleuchte darauf hingewiesen. Wenn die Warnleuchte ignoriert wird, erscheint eine zweite Warnung, die dazu führen kann, dass das Fahrzeug in den Limp-Modus geht. Im Limp-Modus fährt das Fahrzeug nicht schneller als 5 oder 10 mph und bleibt in diesem Zustand, bis es ordnungsgemäß mit einem Scanner gewartet wurde, um den Regenerationsprozess durchzuführen.

Selektive katalytische Reduktion (SCR)

SCR ist eine Alternative zur EGR und befasst sich mit dem gleichen Problem der Reduzierung der NOx-Verunreinigungen. Dieses System verwendet eine Lösung aus 32,5 % Harnstoff und 62,5 % denaturiertem Wasser, genannt Diesel Exhaust Fluid (DEF). Diese blaue Flüssigkeit befindet sich in einem separaten Vorratsbehälter, der in den Auspuff eingespritzt wird. Wenn das Harnstoffgemisch auf die heißen Abgase trifft, zersetzt es sich zu Ammoniak (NH3) und CO2. Das Ammoniak reagiert dann in einem zweiten Katalysator mit Stickoxiden zu einem unschädlichen Ausstoß von Stickstoff und Wasser. Der Vorteil ist nicht nur eine Reduzierung der NOx, sondern auch eine Reduzierung des Einsatzes der AGR. Das bedeutet eine effizientere Verbrennung, einen geringeren PM-Ausstoß und einen verbesserten Kraftstoffverbrauch.