Wie funktioniert die Filterung im Dieselpartikelfilter?

Ein Dieselpartikelfilter, kurz DPF, filtert feste Partikel aus dem Abgas eines Dieselmotors. Die Filterung erfolgt nicht wie bei einem einfachen Sieb, bei dem größere Bestandteile an einer Oberfläche hängen bleiben.

Der DPF besitzt eine besondere, poröse Wabenstruktur. Die einzelnen Kanäle sind abwechselnd verschlossen. Dadurch kann das Abgas nicht geradlinig durch den Filter strömen.

Stattdessen muss es durch die porösen Wände zwischen den einzelnen Kanälen gelangen.

Die gasförmigen Bestandteile des Abgases können die Filterwände weitgehend passieren. Rußpartikel werden dagegen an der Oberfläche und innerhalb der porösen Struktur zurückgehalten.

Vereinfacht läuft die Filterung so ab:

Motor → Abgas → DPF-Einlasskanal → poröse Filterwand → Partikelabscheidung → DPF-Auslasskanal → weitere Abgasanlage

Dieses Verfahren wird als Wall-Flow-Prinzip bezeichnet.

Die Filterung ist ein fortlaufender Prozess. Während das Fahrzeug fährt, lagern sich Rußpartikel im Filter ab. Das Motorsteuergerät überwacht die Beladung und veranlasst bei Bedarf eine Regeneration.
 

Warum muss das Abgas durch die Filterwand strömen?

Im Inneren des DPF befinden sich viele kleine, parallel angeordnete Kanäle.

Diese Kanäle sind abwechselnd verschlossen:

• Ein Einlasskanal ist auf der Seite des einströmenden Abgases geöffnet.

• Derselbe Kanal ist auf der gegenüberliegenden Seite geschlossen.

• Der benachbarte Auslasskanal ist auf der Einlassseite geschlossen.

• Er ist auf der gegenüberliegenden Seite geöffnet.

Das Abgas kann deshalb nicht direkt durch einen Kanal bis zum Ausgang strömen.

Es wird an der verschlossenen Stelle zur porösen Kanalwand geleitet.

Anschließend strömt es durch die Filterwand in einen benachbarten Auslasskanal.

Dadurch wird das gesamte Abgas durch die Filterstruktur geführt.
 

Das Wall-Flow-Prinzip einfach erklärt

Der Begriff Wall Flow bedeutet sinngemäß „Strömung durch die Wand“.

Die Filterwände sind porös.

Sie besitzen sehr kleine Durchgänge, durch die die gasförmigen Bestandteile des Abgases strömen können.

Feste Rußpartikel können diesen Weg nicht vollständig mit dem Gasstrom durchlaufen.

Sie werden an oder in der Filterstruktur abgeschieden.

Die Filterung erfolgt somit nicht nur an der Oberfläche.

Ein Teil der Partikel kann auch innerhalb der porösen Wand zurückgehalten werden.
 

Was passiert mit den Rußpartikeln?

Wenn das Abgas in den DPF eintritt, bewegt es sich zunächst durch die Einlasskanäle.

Am Ende der Kanäle wird der direkte Weg blockiert.

Das Abgas muss deshalb durch die poröse Filterwand strömen.

Dabei werden Rußpartikel abhängig von ihrer Größe und den Strömungsbedingungen abgeschieden.

Die Partikel können:

• an der Filterwand hängen bleiben,

• in die poröse Struktur eindringen,

• sich an bereits abgelagerten Partikeln anlagern,

• eine zusammenhängende Rußschicht bilden.

Mit zunehmender Betriebszeit wächst die Rußmenge im Filter.

Dadurch steigt der Strömungswiderstand.

Das Motorsteuergerät überwacht diesen Zustand und steuert die Regeneration.
 

Welche Mechanismen sorgen für die Partikelabscheidung?

Die Filterung erfolgt durch mehrere physikalische Effekte.

Diese wirken gleichzeitig.
 

1. Direkte Abscheidung

Größere Partikel können direkt an der Filteroberfläche oder an den Strukturen innerhalb der Poren hängen bleiben.

Die Partikel folgen dem Abgasstrom nicht vollständig durch die kleinen Durchgänge.

Sie werden an der Filterstruktur abgeschieden.
 

2. Trägheitsabscheidung

Partikel besitzen Masse und damit Trägheit.

Wenn sich die Strömungsrichtung des Abgases verändert, können bestimmte Partikel der Strömung nicht vollständig folgen.

Sie treffen auf die Filterstruktur und bleiben dort hängen.

Dieser Effekt kann bei größeren Partikeln stärker sein.
 

3. Abfangen

Ein Partikel kann mit dem Abgas an einer Struktur vorbeiströmen.

Wenn sein Abstand zur Filteroberfläche sehr klein ist, kann er die Oberfläche berühren und dort haften bleiben.

Dieser Vorgang wird als Abfangen bezeichnet.
 

4. Diffusion

Sehr kleine Partikel bewegen sich nicht ausschließlich geradlinig mit dem Abgasstrom.

Sie können sich durch zufällige molekulare Bewegungen seitlich verlagern.

Dadurch steigt die Wahrscheinlichkeit, dass sie mit der Filterwand in Kontakt kommen.

Dieser Effekt ist besonders bei sehr kleinen Partikeln relevant.
 

5. Anlagerung an bereits abgeschiedenen Ruß

Mit zunehmender Beladung bildet sich eine Rußschicht auf der Filteroberfläche.

Neue Partikel können an dieser Schicht hängen bleiben.

Die bereits vorhandene Rußschicht kann die weitere Partikelabscheidung beeinflussen.
 

Was ist ein Filterkuchen?

Die mit der Zeit entstehende Rußschicht wird häufig als Filterkuchen bezeichnet.

Sie bildet sich auf der Oberfläche der Filterwände.

Der Filterkuchen verändert die Eigenschaften des DPF.

Er kann:

• die Partikelabscheidung beeinflussen,

• den Strömungswiderstand erhöhen,

• die Druckdifferenz verändern.

Eine stärkere Rußschicht bedeutet nicht automatisch, dass der Filter sofort defekt ist.

Der DPF ist dafür ausgelegt, Ruß zu speichern und anschließend durch eine Regeneration zu reduzieren.
 

Warum kann ein beladener DPF weiterhin gut filtern?

Ein häufiges Missverständnis lautet:

Je mehr Ruß im DPF ist, desto schlechter filtert er.

Das ist nicht grundsätzlich richtig.

Eine vorhandene Rußschicht kann die Abscheidung weiterer Partikel teilweise unterstützen.

Gleichzeitig nimmt jedoch der Strömungswiderstand zu.

Die Aufgabe des DPF besteht deshalb nicht darin, dauerhaft möglichst viel Ruß zu speichern.

Er muss einen Ausgleich zwischen:

• hoher Filterwirkung,

• ausreichendem Abgasdurchfluss,

• kontrollierter Rußspeicherung,

• regelmäßiger Regeneration

erreichen.
 

Was passiert mit dem gereinigten Abgas?

Nachdem das Abgas durch die Filterwand geströmt ist, gelangt es in die Auslasskanäle.

Von dort wird es zur nächsten Komponente der Abgasanlage weitergeleitet.

Je nach Fahrzeug kann das Abgas anschließend oder davor weitere Systeme durchlaufen.

Dazu können gehören:

• Dieseloxidationskatalysator,

• SCR-Katalysator,

• AdBlue-Einspritzung,

• NOx-Sensoren,

• weitere Abgasreinigungskomponenten.

Der DPF ist daher nur ein Teil des gesamten Abgasnachbehandlungssystems.
 

Wie hoch ist die Filterwirkung eines DPF?

Ein funktionierender DPF kann einen sehr großen Anteil der festen Partikel aus dem Abgas zurückhalten.

Die tatsächliche Filterwirkung hängt von mehreren Faktoren ab:

• Filterkonstruktion,

• Material,

• Partikelgröße,

• Abgasstrom,

• Temperatur,

• Beladungszustand,

• Betriebszustand,

• Zustand des Filterkörpers.

Die Filterleistung kann nicht allein anhand einer einzelnen Zahl beurteilt werden.

Auch die Partikelmasse und die Anzahl der Partikel sind unterschiedliche Messgrößen.
 

Wie beeinflusst die Abgasmenge die Filterung?

Die Abgasmenge verändert sich abhängig von:

• Motordrehzahl,

• Motorlast,

• Geschwindigkeit,

• Beschleunigung,

• Anhängerbetrieb,

• Fahrprofil.

Bei hoher Motorlast strömt mehr Abgas durch den DPF.

Dadurch steigt die Belastung des Filters.

Der DPF muss auch bei hohen Abgasmengen ausreichend durchlässig bleiben.

Eine starke Beladung kann den Strömungswiderstand erhöhen.
 

Was ist der Abgasgegendruck?

Der Abgasgegendruck beschreibt den Widerstand, den das Abgas beim Durchströmen der Abgasanlage überwinden muss.

Ein gewisser Strömungswiderstand ist technisch normal.

Wenn der DPF stark mit Ruß oder Asche beladen ist, kann der Widerstand steigen.

Mögliche Folgen sind:

• Leistungsverlust,

• erhöhte Motorbelastung,

• häufigere Regenerationen,

• Warnmeldungen,

• Notlauf.

Ein hoher Abgasgegendruck kann jedoch auch andere Ursachen haben.

Eine Diagnose ist deshalb erforderlich.
 

Wie wird die DPF-Beladung überwacht?

Das Motorsteuergerät nutzt verschiedene Daten.

Dazu können gehören:

• Differenzdruck,

• Abgastemperatur,

• Luftmasse,

• Motordrehzahl,

• Kraftstoffmenge,

• Fahrstrecke,

• Betriebszeit,

• vorherige Regenerationen.

Der Differenzdrucksensor misst den Druckunterschied vor und nach dem DPF.

Ein höherer Differenzdruck kann auf einen erhöhten Strömungswiderstand hinweisen.

Der Messwert wird jedoch immer im Zusammenhang mit dem jeweiligen Betriebszustand bewertet.
 

Was ist der Unterschied zwischen Ruß und Asche?

Ruß entsteht bei der Verbrennung.

Ein großer Teil des gespeicherten Rußes kann während einer erfolgreichen Regeneration oxidiert werden.

Asche entsteht unter anderem aus nicht brennbaren Rückständen.

Sie kann sich langfristig im Filter ansammeln.

Die Regeneration entfernt die Asche nicht.

Dadurch kann die nutzbare Speicherkapazität des DPF mit steigender Laufleistung abnehmen.
 

Was passiert während der DPF-Regeneration?

Während der Regeneration wird die Temperatur im Abgassystem erhöht.

Der gespeicherte Ruß wird unter geeigneten Bedingungen oxidiert.

Dadurch nimmt die Rußbeladung ab.

Die Filterstruktur wird wieder besser durchströmbar.

Die Regeneration stellt den DPF jedoch nicht vollständig in den Neuzustand zurück.

Asche bleibt weiterhin im Filter.
 

Kann ein DPF durch zu viel Ruß verstopfen?

Ja.

Wenn die Rußbeladung zu stark ansteigt, kann der Strömungswiderstand deutlich zunehmen.

Mögliche Ursachen sind:

• viele Kurzstrecken,

• häufig unterbrochene Regenerationen,

• defekte Sensoren,

• Probleme mit der Einspritzung,

• fehlerhafte AGR-Funktion,

• erhöhte Rußproduktion,

• technische Defekte.

Ein stark beladener DPF sollte nicht ohne Diagnose weiter belastet werden.
 

Kann ein DPF auch bei normaler Fahrt beschädigt werden?

Ein DPF ist für den normalen Fahrzeugbetrieb ausgelegt.

Schäden können jedoch durch verschiedene Faktoren entstehen.

Dazu gehören:

• starke Überhitzung,

• unkontrollierte Regeneration,

• Öl- oder Kraftstoffeintrag,

• beschädigte Filterstruktur,

• mechanische Einwirkung,

• fehlerhafte Motorregelung.

Eine beschädigte Wabenstruktur kann die Filterfunktion beeinträchtigen.

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Warum ist die Filterstruktur für die Reinigung wichtig?

Die Wabenstruktur besitzt viele kleine Kanäle.

Ablagerungen können sich innerhalb dieser Struktur befinden.

Eine professionelle Reinigung muss deshalb:

• die Strömungsrichtung berücksichtigen,

• Ruß und Asche unterscheiden,

• die Filterstruktur schützen,

• die Durchlässigkeit prüfen.

Nicht jede Ablagerung lässt sich durch eine einfache Fahrt oder eine Regeneration entfernen.

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Häufige Missverständnisse zur DPF-Filterung

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„Der DPF ist ein normales Sieb“

Nein.

Das Abgas wird durch poröse Filterwände geleitet.

Die Partikelabscheidung erfolgt an der Oberfläche und innerhalb der Filterstruktur.

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„Der Ruß bleibt für immer im DPF“

Nein.

Ein großer Teil des Rußes kann durch die Regeneration reduziert werden.

Asche bleibt jedoch zurück.

„Ein DPF filtert nur große Rußpartikel“

Nein.

Auch sehr kleine Partikel können durch verschiedene Abscheidemechanismen zurückgehalten werden.

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„Ein voller DPF filtert schlechter“

Nicht automatisch.

Eine Rußschicht kann die Abscheidung weiterer Partikel beeinflussen.

Mit zunehmender Beladung steigt jedoch der Strömungswiderstand.

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„Eine Autobahnfahrt entfernt alle Ablagerungen“

Eine längere Fahrt kann die Regeneration unterstützen.

Sie entfernt jedoch keine Asche und behebt keine technischen Defekte.

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Fazit

Die Filterung im Dieselpartikelfilter basiert auf einer porösen Wabenstruktur mit abwechselnd verschlossenen Kanälen.

Das Abgas muss durch die Filterwände strömen.

Dabei werden Rußpartikel durch verschiedene physikalische Mechanismen zurückgehalten.

Dazu gehören:

• direkte Abscheidung,

• Trägheitsabscheidung,

• Abfangen,

• Diffusion,

• Anlagerung an bereits gespeicherten Ruß.

Mit zunehmender Beladung bildet sich eine Rußschicht.

Diese kann die Filterwirkung beeinflussen, erhöht aber gleichzeitig den Strömungswiderstand.

Deshalb wird die Rußbeladung regelmäßig durch eine DPF-Regeneration reduziert.

Die nicht brennbare Asche bleibt jedoch im Filter zurück.

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Häufig gestellte Fragen zur DPF-Filterung

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Wie filtert ein Dieselpartikelfilter Ruß?

Das Abgas wird durch poröse Filterwände geleitet. Die festen Rußpartikel werden an der Oberfläche und innerhalb der Filterstruktur zurückgehalten.

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Was bedeutet Wall-Flow-Prinzip?

Beim Wall-Flow-Prinzip muss das Abgas durch die porösen Wände zwischen den Filterkanälen strömen. Dadurch werden Partikel abgeschieden.

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Warum sind die DPF-Kanäle verschlossen?

Die abwechselnd verschlossenen Kanäle verhindern, dass das Abgas direkt durch den Filter strömt. Es muss die Filterwand passieren.

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Was ist ein Filterkuchen?

Als Filterkuchen wird die Rußschicht bezeichnet, die sich auf den Filterwänden bildet.

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Kann ein DPF trotz Rußbeladung noch gut filtern?

Ja. Eine Rußschicht kann die weitere Partikelabscheidung beeinflussen. Gleichzeitig steigt mit zunehmender Beladung der Strömungswiderstand.

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Was passiert mit dem Ruß im DPF?

Der Ruß wird gespeichert und während einer erfolgreichen Regeneration weitgehend oxidiert.

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Wird Asche ebenfalls durch die Regeneration entfernt?

Nein. Asche ist nicht brennbar und bleibt im Filter zurück.

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Warum steigt der Differenzdruck bei einem beladenen DPF?

Mit zunehmender Ruß- oder Aschebeladung steigt der Strömungswiderstand. Dadurch kann der Druckunterschied vor und nach dem Filter größer werden.