Abgasreinigung Funktion

Funktionsvoraussetzung allgemein

 Motor läuft

 Das Steuergerät ME (N3/10) erkennt den Motorlauf durch das Auswerten der Signale des Hallsensors Kurbelwelle (B70). Das Steuergerät ME liest die Signale des Hallsensors Kurbelwelle direkt ein.

Abgasreinigung

Die Abgasreinigung reduziert die schädlichen Bestandteile der vom Motor ausgestoßenen Verbrennungsgase und Verbrennungsrückstände.

Hierbei handelt es sich um:

 Stickoxide (NOx)

 Kohlenwasserstoff (HC)

 Kohlenmonoxid (CO)

 Rußpartikel

Die Abgasreinigung erfolgt durch:

 Reduktion und Oxidation im Dreiwegekatalysator

 Filtration im Ottopartikelfilter (mit Code 598 (Ottopartikelfilter (OPF) mit Sensorik))

 Filtration im NOx-Speicherkatalysator (mit Code 920 (Benzindirekteinspritzung mit Schichtladung))

 Kontrollierte Abgasrückführung

Abgasreinigung im Dreiwegekatalysator

Beim Dreiwegekatalysator ist die Betriebstemperatur entscheidend. Eine nennenswerte Schadstoffumwandlung setzt erst ab einer Betriebstemperatur von ca. 250 °C ein.

Ideale Betriebsbedingungen für hohe Umwandlungsraten und eine lange Lebensdauer herrschen im Temperaturbereich von ca. 400 bis 800 °C.

Um diese Temperatur schnell zu erreichen, werden bei einem Kaltstart (Kühlmitteltemperatur < 50 °C) die Schaltpunkte des Automatikgetriebes für maximal 60 s angehoben. Die Schaltpunktanhebung ist jedoch nur bis zu einer Geschwindigkeit von 53 km/h aktiv.

Ein Hochschalten der Gänge erfolgt dadurch erst bei höheren Drehzahlen.

Das Steuergerät ME sendet die Anforderung zur Schaltpunktanhebung abhängig von der Raddrehzahl und der Kühlmitteltemperatur über Antriebs-CAN (CAN C1) an das Steuergerät Vollintegrierte Getriebesteuerung (Y3/8n4).

Das Steuergerät Elektronisches Stabilitäts-Programm (N30/4) erfasst die Raddrehzahl und sendet diese über Fahrwerk-FlexRay (Flex E), Steuergerät Antriebsstrang (N127) und Antriebs-CAN an das Steuergerät ME.

Die Kühlmitteltemperatur wird vom Kühlmitteltemperatur-Sensor (B11/4) erfasst. Das Steuergerät ME liest die Signale des Kühlmitteltemperatur-Sensors direkt ein.

Die chemische Umwandlung (Konvertierung) geschieht im Dreiwegekatalysator bei λ = 1.

Durch Oxidation werden Kohlenmonoxid in Kohlendioxid (CO2) und Kohlenwasserstoff in Wasser (H2O) und Kohlendioxid umgewandelt.

Durch Reduktion werden die Stickoxide in Stickstoff (N2) und Kohlendioxid umgewandelt.

Die Funktion des Dreiwegekatalysators wird, sobald die Betriebstemperatur erreicht und die Lambdaregelung frei gegeben ist, vom Steuergerät ME überwacht.

Das Steuergerät ME liest dazu die Signale der folgenden Bauteile ein:

 Sensorelement Lambdasonde nach Katalysator (G3/1b1) (Stickoxid­ und Sauerstoffkonzentration nach dem Dreiwegekatalysator)

 Sensorelement Lambdasonde vor Katalysator (G3/2b1) (Stickoxid­ und Sauerstoffkonzentration vor dem Dreiwegekatalysator)

 Hallsensor Kurbelwelle (Motordrehzahl)

Das Steuergerät ME bewertet die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Dreiwegekatalysators und damit dessen Alterung.

 Der in einer mageren Betriebsphase gespeicherte Sauerstoff wird in einer fetten Betriebsphase ganz oder teilweise abgebaut. Durch Alterung verringert sich die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Dreiwegekatalysators und damit die Fähigkeit, Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe umzuwandeln. Durch die hohe Sauerstoffspeicherfähigkeit des Dreiwegekatalysators wird die Änderung der Sauerstoffkonzentration nach dem Dreiwegekatalysator fast vollständig gedämpft. Dies hat zur Folge, dass das Lambdasondensignal nach dem Dreiwegekatalysator eine kleine Amplitude besitzt und nahezu konstant ist.

Dazu werden die Amplituden der Lambdasondensignale vor und nach dem Dreiwegekatalysator verglichen. Sind beide Amplituden gleich groß, ist der Dreiwegekatalysator nicht mehr funktionsbereit. Es werden mehrere Messungen im unteren Teillastbereich bei vorgegebenen Drehzahlen durchgeführt und deren Ergebnisse mit einem Kennfeld im Steuergerät ME verglichen.

Bei einem erkannten Defekt wird eine Fehlermeldung im Kombiinstrument (A1) ausgegeben. Das Steuergerät ME sendet die entsprechende Anforderung über Antriebs-CAN, Steuergerät Antriebsstrang, Fahrwerk-FlexRay, Steuergerät elektronisches Zündschloss (N73) und Benutzerschnittstelle-CAN (CAN HMI) an das Kombiinstrument.

Im Fehlerspeicher vom Steuergerät ME werden erkannte Fehler abgelegt. Diese können mit dem Diagnosesystem ausgelesen und gelöscht werden.

Abgasreinigung im Ottopartikelfilter (mit Code 598 (Ottopartikelfilter (OPF) mit Sensorik))

Der Ottopartikelfilter nimmt die ausgestoßenen Rußpartikel auf und regeneriert sich unter bestimmten Fahrbedingungen selbst.

Die Regeneration (der Rußabbrand) des Ottopartikelfilters geschieht bei konventioneller Fahrweise vorwiegend im Schubbetrieb. Sobald der Sauerstoff im Ottopartikelfilter zur Verfügung steht, kommt es zum Abbrand des Rußes.

Die thermische Belastung des Ottopartikelfilters im Schubbetrieb ist in erster Linie abhängig von der Höhe des Rußgehalts und der Abgastemperatur vor dem Ottopartikelfilter. Zu hohe Temperaturen während des Rußabbrands können zu einer Beschädigung des gesamtem Ottopartikelfilters führen. Um dies zu vermeiden, werden die Abgastemperatur und der Rußgehalt des Ottopartikelfilters permanent überwacht.

Die Abgastemperatur wird vom Temperatursensor vor Ottopartikelfilter (B163/4) erfasst. Der Rußgehalt wird vom Differenzdrucksensor Ottopartikelfilter (B163/3) erfasst. Das Steuergerät ME liest die Sensorsignale direkt ein und wertet diese aus. Wenn die gemessenen Werte bestimmte Grenzen überschreiten, leitet das Steuergerät ME entsprechende Eingriffe in die Motorsteuerung ein und fordert eine Warnmeldung im Kombiinstrument an.

Abgasreinigung im NOx-Speicherkatalysator (mit Code 920 (Benzindirekteinspritzung mit Schichtladung))

Im Homogenbetrieb mit λ = 1 werden die Schadstoffe Kohlenwasserstoff, Kohlenmonoxid und Stickoxid im Dreiwegekatalysator umgewandelt.

Im Schichtbetrieb mit λ > 1 steigt der Anteil der Stickoxide und die Umwandlung der Stickoxide wird durch den NOx-Speicherkatalysator übernommen. Er speichert die Stickoxide durch eine chemische Bindung. Wenn die Speicherfähigkeit erschöpft ist, werden die gespeicherten Stickoxide durch eine Regenerierung des NOx-Speicherkatalysators in Stickstoff und Kohlendioxid umgewandelt.

Regenerierung des NOx-Speicherkatalysators

Der Kraftstoff sparende Schichtbetrieb kann nur frei gegeben werden, wenn die vermehrt entstehenden Stickoxide im NOx­Speicherkatalysator umgewandelt sind.

Das Steuergerät ME wertet für die Regenerierung des NOx­Speicherkatalysators die Signale folgender Sensoren aus:

 Temperatursensor vor NOx­Speicherkatalysator (B16), Abgastemperatur

 NOx­Sensor (N37/4b1), Stickoxid- und Sauerstoffanteile im Abgas über das Steuergerät NOx­Sensor (N37/4) und den Antriebssensor-CAN (CAN I)

Das Steuergerät ME erkennt an einem sprunghaften NOx­Anstieg, dass der NOx­Speicherkatalysator befüllt ist. Als Reaktion darauf wird der Homogenbetrieb aktiviert und das Gemisch angefettet, damit der NOx­Speicherkatalysator regeneriert. Danach wird der Schichtbetrieb wieder frei gegeben.

Für die NOx-Konvertierung ist ein Temperaturbereich von 250 bis 500 °C im NOx­Speicherkatalysator optimal. Bei Schichtbetrieb oder Volllast darf die Temperatur ca. 850 °C nicht überschreiten.

Die Abgastemperatur wird vom Temperatursensor vor NOx­Speicherkatalysator erfasst. Das Steuergerät ME liest die Signale des Temperatursensors vor NOx­Speicherkatalysator direkt ein.

Über die Gemischbildung wird die Temperatur des NOx­Speicherkatalysators geregelt. Anhand von gespeicherten Temperaturmodellen wird die Gemischbildung angepasst, um den NOx­Speicherkatalysator vor zu hohen Temperaturen zu schützen.

 Zur Umsetzung aller Schadstoffe im Abgas ist schwefelfreier Kraftstoff erforderlich. Schwefel blockiert im NOx­Speicherkatalysator die Plätze für die Stickoxide, sodass weniger Stickoxide gespeichert werden können. Der Schichtbetrieb wird dadurch verkürzt und es muss häufiger regeneriert werden.

Reduzierung der Schadstoffe durch Abgasrückführung

Durch die Abgasrückführung in den Brennraum wird die Entstehung von Stickoxiden gesenkt.

Dies geschieht durch die Verlangsamung der Verbrennung und damit der Vermeidung von Temperaturspitzen, die die Entstehung von Stickoxiden begünstigen.

Die Abgasrückführung trägt zudem zu einer Reduzierung der Ladungswechselverluste bei und reduziert so auch den Kraftstoffverbrauch im Teillastbereich.

Es wird zwischen einer externen und internen Abgasrückführung unterschieden.

Bei der externen Abgasrückführung werden die Abgase über ein Rohr zum Saugrohr zurückgeführt.

Die interne Abgasrückführung wird durch die Ventilüberschneidung und damit noch geöffnete Auslassventile während des Ansaugtakts realisiert.

 Das Steuergerät ME bestimmt durch Ansteuern des Stellmagnets Einlassnockenwelle (Y49/1) und des Stellmagnets Auslassnockenwelle (Y49/2) die Ventilüberschneidung. Damit wird die interne Abgasrückführung in gewissen Grenzen geregelt.