Abgasreinigung Funktion

Vernetzung allgemein

Bei Fahrzeugen ab Modelljahr 2016 gibt es zwei Varianten des Fahrwerk-CAN (CAN E).

Variante 1:

Beinhaltet das Fahrzeug keinen der in Variante 2 genannten Ausstattungscodes, ist nach wie vor nur ein Fahrwerk-CAN vorhanden.

Variante 2:

Beinhaltet das Fahrzeug einen der folgenden Ausstattungscodes, sind ein Fahrwerk-CAN 1 (CAN E1) und ein Fahrwerk-CAN 2 (CAN E2) vorhanden:

 Code 218 (Rückfahrkamera)

 Code 234 (Totwinkel-Assistent)

 Code 459 (Stahlfederung mit Verstelldämpfung)

 Code 475 (Reifendruckkontrolle)

 Code 476 (Spurhalte-Assistent)

 Code 513 (Verkehrszeichen-Assistent)

 Code 614 (Bi-Xenon-Scheinwerfer)

 Code 615 (Bi-Xenon-Scheinwerfer mit aktivem Kurvenlicht)

 Code 618 (Bi-Xenon Scheinwerfer)

 Code 621 (Intelligent Light System (Linksverkehr))

 Code 622 (Intelligent Light System)

 Code 631 (Scheinwerfer LED statisch Linksverkehr)

 Code 632 (Scheinwerfer LED statisch Rechtsverkehr)

Im folgenden Text wird jeweils zwischen Variante 1 und Variante 2 unterschieden. Fahrzeuge bis Modelljahr 2016 sind der Variante 1 zuzuordnen.

Funktionsvoraussetzung Abgasreinigung 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 allgemein

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

Hierbei handelt es sich um:

 Stickoxide (NOx)

 Kohlenwasserstoff (HC)

 Kohlenmonoxid (CO)

 Rußpartikel

Die Reduzierung der schädlichen Bestandteile wird durch Reduktion und Oxidation im Dreiwegekatalysator, Filtration im Ottopartikelfilter und eine kontrollierte Abgasrückführung erreicht.

Der Ottopartikelfilter ist bei Typ 117, 156, 246 mit Code 598 (Ottopartikelfilter (OPF) mit Sensorik) verbaut.

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 Fahrzeugen mit Getriebe 724 bei einem Kaltstart (Kühlmitteltemperatur < 50 °C) die Schaltpunkte für maximal 160 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 Schaltpunktanhebung abhängig von der Kühlmitteltemperatur und der Raddrehzahl über Antriebs-CAN (CAN C) an das Steuergerät Vollintegrierte Getriebesteuerung Doppelkupplungsgetriebe (Y3/14n4).

Das Steuergerät ME liest die Signale des Kühlmitteltemperatur-Sensors (B11/4) direkt ein.

Die Raddrehzahl wird vom Steuergerät Elektronisches Stabilitäts-Programm (N30/4) über Fahrwerk-CAN oder Fahrwerk-CAN 1 an das Steuergerät ME gesendet.

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

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

Durch Reduktion werden die Stickoxide in Stickstoff (N2) und Kohlendioxid (CO2) 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.

 Sobald dem Dreiwegekatalysator mehr Sauerstoff zur Verfügung steht, als er für die Oxidation des Kohlenmonoxids benötigt, wird dieser gespeichert.
Wenn der im Abgas vorhandene Sauerstoff nicht für die Oxidation des Kohlenmonoxids ausreicht, wird der gespeicherte Sauerstoff ganz oder teilweise abgebaut. Dieser Vorgang bewirkt in Verbindung mit der hohen Sauerstoffspeicherfähigkeit des Dreiwegekatalysators einen fast vollständigen Ausgleich der Schwankungen der Sauerstoffkonzentration vor dem Dreiwegekatalysator. Die Sauerstoffspeicherfähigkeit und damit die Funktion des Dreiwegekatalysator lässt sich anhand der Lambdasondensignale vor und nach dem Dreiwegekatalysator bewerten. Bei einem voll funktionstüchtigen Dreiwegekatalysator werden vor dem Dreiwegekatalysator hohe Werte und Änderungen gemessen. Das Lambdasondensignal nach dem Dreiwegekatalysator ist dagegen nahezu konstant. Mit fortschreitendender Alterung verringert sich die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Dreiwegekatalysators und damit die Fähigkeit Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe umzuwandeln. Dies hat zur Folge, dass das Lambdasondensignal nach dem Dreiwegekatalysator dem Lambdasondensignal vor dem Dreiwegekatalysator immer ähnlicher wird.

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

Bei einem erkannten Defekt wird eine Fehlermeldung im Kombiinstrument (A1) ausgegeben. Das Steuergerät ME sendet die Anforderung zur Ansteuerung der Kontrollleuchte Motordiagnose (A1e58) über Fahrwerk-CAN oder über Fahrwerk-CAN 1, Steuergerät elektronisches Zündschloss (N73) und Fahrwerk-CAN 2 an das Kombiinstrument. Im Fehlerspeicher des Steuergeräts ME werden erkannte Fehler abgelegt. Diese können mit dem Diagnosesystem ausgelesen und gelöscht werden.

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. Die Umwandlung der Stickoxide wird durch den NOx-Speicherkatalysator übernommen. Er speichert die Stickoxide durch eine chemische Bindung.

Der Kraftstoff sparende Schichtbetrieb kann nur frei gegeben werden, wenn die vermehrt entstehenden Stickoxide vom NOx­Speicherkatalysator aufgenommen werden können.

Ist die Speicherfähigkeit erschöpft, werden die gespeicherten Stickoxide während der Regeneration in Stickstoff und Kohlendioxid umgewandelt.

Regenerierung des NOx-Speicherkatalysators

Das Steuergerät ME liest für die Regeneration des NOx­Speicherkatalysators die Signale folgender Bauteile ein:

 Temperatursensor vor NOx-Speicherkatalysator (B16)

 Steuergerät NOx-Sensor (N37/4) (über Antriebssensor-CAN (CAN I))

 NOx-Sensor (N37/4b1)

Das Steuergerät ME erkennt durch einen sprunghaften Anstieg der NOx-Werte, dass der NOx-Speicherkatalysator gefüllt ist. Die Regeneration wird durch das Aktivieren des Homogenbetriebs gestartet.

Nach Abschluss der Regeneration wird der Schichtbetrieb wieder frei gegeben.

Für die NOx-Konvertierung ist ein Temperaturbereich von 250 bis 500 °C im NOx-Speicherkatalysator optimal. Der NOx-Speicherkatalysator darf nicht heißer als 850 °C werden.

Die Abgastemperatur wird durch den Temperatursensor vor NOx-Speicherkatalysator überwacht. Der Temperatursensor vor NOx-Speicherkatalysator wird vom Steuergerät ME direkt eingelesen.

Über die Gemischbildung wird die Temperatur des NOx­Speicherkatalysators geregelt. Um den NOx­Speicherkatalysator vor zu hoher Temperatur zu schützen, wird die Gemischbildung anhand von gespeicherten Temperaturmodellen angepasst.

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

Abgasreinigung im Ottopartikelfilter (Typ 117, 156, 246 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 im Ottopartikelfilter genügend Sauerstoff 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 gesamten Ottopartikelfilters führen.

Die Abgastemperatur und der Rußgehalt des Ottopartikelfilters werden permanent überwacht.

Die Abgastemperatur wird vom Temperatursensor vor Ottopartikelfilter (B163/4) erfasst. Der Rußgehalt wird über den Differenzdrucksensor Ottopartikelfilter (B163/3) bestimmt. 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.

Reduzierung der Schadstoffe durch Abgasrückführung

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

Dies geschieht durch die Verlangsamung der Verbrennung. Dadurch werden Temperaturspitzen vermieden, die die Entstehung von Stickoxiden begünstigen.

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

 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.