Abgasnachbehandlung Funktion

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Allgemeines

Die Abgasnachbehandlung mit der Blue-Tec-Dieseltechnologie dient der Reduktion des schädlichen Abgases von Dieselmotoren. Die Technologie basiert auf dem Prozess namens "Selektiver Katalytischer Reduktion" (SCR), in dem bei einer Abgasnachbehandlung die schädlichen Stickoxide (NOx) im Abgas in Stickstoff (N2) und Wasserdampf (H2O) reduziert werden.

Die mit Blue-Tec-Dieseltechnologie ausgestatteten Fahrzeuge verfügen über besondere Systembauteile und einen für diesen Zweck entwickelten Motor, dessen Verbrennung hocheffizient ist und niedrige Rußpartikelemission hat.

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Grund

Wenn der Motorwirkungsgrad optimiert wird, um die bestmögliche Leistung mit niedrigem Kraftstoffverbrauch (C) zu erreichen, ist das Ergebnis zusätzlich produziertes Stickoxid (NOx). Wenn die Verbrennung an eine niedrige Stickoxideemission (NOx) angepasst würde, dann würde der Kraftstoffverbrauch (C) zusammen mit der Anzahl von Rußpartikel (PM), die nichts mehr als nicht verbrannter Kraftstoff sind, erhöht.

So ist die Umsetzung einer internen Motoroptimierung zur Reduktion von NOx und Ruß, die der Erfüllung der zukünftigen Gesetzesvorschriften dient, wegen dieser negativen Korrelation nicht möglich. Das bedeutet, dass der Abgas einer Nachbehandlung unterworfen werden soll.

Die mit Dieseltechnologie ausgestatteten Fahrzeuge verfügen also über einen Motor, der aus Bauteilen zusammengesetzt ist, die der Reduktion von den nach der Verbrennung gebildeten Stickoxiden (NOx) dienen. Diese Bauteile werden mit getrennten Teilen entwickelt.

Außerdem brauchen die Fahrzeuge eine zusätzliche Flüssigkeit: NOx AdBlue, die aus einer Harnstofflösung besteht und in einem Behälter gespeichert ist.

Um einen korrekten Ablauf zu ermöglichen, sind außer den Systembauteilen auch folgende Subsysteme am Gesamtsystem integriert:

 AdBlue-Heizung

 Druckluftversorgung

Gesamter Systemablauf

Nach dem Motorstart stellt das Motorsteuergerät (10A01) durch eine automatische Prüfroutine den BlueTec-System-Betrieb bereit.

Nach der systemseitigen Genehmigung betätigt das Magnetventil (17Y04) die Drucklufteinheit (5) und die Druckluft fließt durch das Druckbegrenzungsventil, das Dosiergerät und wird bis zur Einspritzdüse (7) durch die Einspritzleitung geführt. Der Eingang des Pumpenmoduls (2) wird auch mit Druckluft versorgt. Hier lässt die Luft das Pneumatikablassventil die Adblue-Rücklaufleitung vom Pumpenmodul (2) bis zum AdBlue-Behälter (3) schließen, um die AdBlue-Druckbildung im Dosiergerät (8) zu ermöglichen. Dies findet unabhängig davon, ob AdBlue eingespritzt wird oder nicht. Durch das ständige Fließen ins Dosiergerät (8) und in die Einspritzleitung wird gewährleistet, dass die Einspritzdüse (7), die sich an der Außenseite der Leitung der Motorbremsklappe befindet, immer mit AdBlue versorgt wird.

Damit wird auch gewährleistet, dass sich keine AdBlue-Rückstände im Dosiergerät (8), in der Einspritzdüse und in der Einspritzleitung ablagern.

Wenn das Motorsteuergerät (MR) die Pumpe aufgrund der Sensorwerte betätigt, wird der AdBlue, der vom Pumpenmodul (2) aus dem Behälter (3) eingesaugt wird, gefiltert und bis zum Dosiergerät (8) geführt.

So kommt der AdBlue ins Dosiergerät (8) unter Arbeitsdruck am geschlossenen AdBlue-Dosierventil SCR (17Y03) an. Wenn das Ventil sich vom Motorsteuergerät (MR) nach berechneter Häufigkeit öffnet, wird der AdBlue durch das Ventil geführt und er fließt durch den Druckluftstrom der Einspritzleitung entlang bis zur Einspritzdüse (7) wegen des Zusammenspiels von Druck und Abgasfluss.

So wird der AdBlue direkt in den heißen Abgasstrom eingespritzt.

Die Mischung AdBlue/Luft zerfällt in Ammoniak (NH3) im Abgashitzefluss. Das erzeugte Ammoniak fließt Richtung Schalldämpfer mit Reduktionskatalysator (6) zusammen mit den während der Verbrennung erzeugten Stickstoffmolekülen. Die Innenseite des Reduktionskatalysators (6) hat eine bienenkorbartige Struktur mit Keramikbeschichtung. Hier findet die zweite Reduktionsstufe statt.

Die Stickoxidmoleküle treffen sich mit den Ammoniakmolekülen. Die chemische Reaktion setzt Energie in Hitzeform frei und als Produkt bleiben nur Stickstoff (N2) und umweltharmloser Wasserdampf (H2O) übrig. Damit bei jedem Arbeitstakt die richtige AdBlue-Menge rechtzeitig eingespritzt wird, ist ein ständiger Datenaustausch zwischen den Blue-Tec-Sensoren und dem Motorsteuergerät (MR) nötig.

Dazu liefern die Dosiergerätsensoren (8) z.B. ständige Daten zu AdBlue-Druck und -Temperatur sowie zum Druckluftdruck. Zusätzliche Sensoren liefern Informationen zur Abgastemperatur am Eingang und am Ausgang des Reduktionskatalysators.

Der Kombisensor für Lufttemperatur und -feuchtigkeit (17B01) berücksichtigt noch den Einfluss der Einnahmefeuchtigkeit und -temperatur auf den Stickoxidemissionen.

Die Analogdaten der Fahrgestellsensoren werden zum Steuergerät Fahrgestell (17A01) gesendet, wo sie digitalisiert und über CAN zum Motorsteuergerät (MR) weitergeleitet werden.

Das Motorsteuergerät (MR) empfängt auch Informationen zur NOx-Konzentration im Abgas durch den Ox-Sensor mit Bedieneinheit (17B08).

Das Motorsteuergerät (MR) berechnet die Öffnungszeiten des AdBlue-Dosierventils (17Y03) sowie des Behälterheizungsventils (4) unter Berücksichtigung der aktuellen Motoreigenschaften und der im Kennfeld gespeicherten Werte. Die Berechnungen werden auch im Steuergerät Fahrgestell (17A01) durchgeführt, das das Pumpenmodul (17M01) und das Druckbegrenzungsmagnetventil 33.01 (17Y04) betätigen muss. Nach der Zündungsabschaltung wird das Dosiergerät (8) entlüftet, um Frostbeschädigungen zu vermeiden.

Dies findet während des Steuergerätnachlaufs (max. 300s) durch Öffnen und Schließen des Druckbegrenzungsmagnetventils 33.01 (17Y04) und des AdBlue-Dosierventils (17Y03) in bestimmten Zeitabständen statt. Die grundsätzlichen Einflussvariablen zur Entlüftungsdauer sind die im AdBlue-Drucksensor (17B05) und im Druckluft-Drucksensor (17B06) bestehenden Drücke. Aufgrund der Sensorsignale erkennt das Steuergerät (MR), dass das Dosiergerät ordentlich mit Luft befüllt wurde, und so wird die Entlüftung abgeschlossen.

Die AdBlue-Heizung besteht aus einem Behälterheizungsventil (17Y02), das sich an der rechten Seite des Motors befindet, und einem Kühlleitungssystem vom Motor bis zum AdBlue-Behälter

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Einzelne BlueTec-Bauteile, wie das Pumpenmodul (4), fließen direkt durch Kanäle bzw. Leitungen mit Kühlmittel.
Die Hitzeversorgung der AdBlue-Leitungen wird über ein Leitungspaket und isolierende Schlauchleitungen durchgeführt

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Funktion - AdBlue-Heizung

Die AdBlue-Heizung macht den während des Fahrzeugstopps gefrorenen AdBlue wieder flüssig und vermeidet, dass der AdBlue während der Fahrt in Umgebungen mit niedriger Temperatur gefriert.

Das Behälterheizungsventil (17Y02) wird vom Motorsteuergerät (MR) betätigt. Die AdBlue-Temperatur wird vom Kombisensor AdBlue-Stand und -Temperatur (17B02) erkannt, der am AdBlue-Behälter (3) integriert ist, wenn die Temperatur sich dem festgestellten Grenzwert von ca.  8°C nähert. Sobald die Flüssigkeit eine Temperatur  65 °C erreicht, empfängt das Behälterheizungsmagnetventil (17Y02) das "Öffnen"-Signal vom Motorsteuergerät (MR), damit das Kühlmittel in den Kreis geführt wird.

Sobald die Flüssigkeit eine Temperatur von 65 °C erreicht, empfängt das Behälterheizgerät SCR Magnetventil (17Y02) das "Offen"-Signal von der Motorsteuerung (Steuereinheit MR) (10A01), wie das Kältemittel aus dem Kühlmittel des Motorkreises abgeleitet wurde.

Nach der Öffnung fließt das Kühlmittel durch die Leitungen in Richtung Pumpenmodul (2). Im Pumpenmodul (2) und im AdBlue-Behälter (3) ist ein Rohr, durch das Kühlmittel direkt auf diese Bauteile fließt. Danach kehrt das Kühlmittel in Richtung Motor zurück.

Druckluftversorgung

Die Druckluft wird von der Bedieneinheit Druckluft (5) (am Innenteil des Fahrzeugrahmens, beim Schalldämpfer) durch Leitungen vom Pumpenmodul (2) bis zum Dosiergerät (8) geleitet

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Funktion Druckluftversorgung

Die Druckluft liefert AdBlue vom Dosiergerät (8) bis zur Einspritzdüse (7) und führt den AdBlue vom Pumpenmodul (2) bis zum AdBlue-Behälter (3) zurück.

Nach dem Motorstart betätigt das Motorsteuergerät (MR) durch das Fahrgestellmodul (17A01) das Druckbegrenzungsmagnetventil (17Y04).

Beim Öffnen wird die Druckluft vom Nebenverbraucherkreis abgeleitet. Die Druckluft fließt durch das Druckbegrenzungsmagnetventil 33.01(17Y04) und füllt den Behälter (5.01) mit 8,5 bar. Am Druckbegrenzungsventil mit schneller Entladung (30.03) wird der Druck auf 5,5 bar begrenzt. Der Druckluftfluss fließt durch das Relaisventil Druckluft (33.08), das kein Signal empfängt und somit erlaubt, dass die Druckluft durch alle angeschlossenen Geräte fließt.

Wenn der Motor läuft, fließt die Druckluft ständig. Die Funktion des Rückschlagventils (8.01) ist es, den Druckluftkreis vor dem Abgas aus dem Motor zu schützen.

Die Druckluft aus dem Nebenverbraucherkreis fließt vom Dosiergerät (8) bis zur Einspritzdüse (7) durch eine Druckluftleitung. Druckluft wird auch bis zum Anschlussstutzen des Pumpenmoduls (4) geführt. Hier lässt die Druckluft ein pneumatisches Schaltventil den AdBlue-Rückgang vom Pumpenmodul (2) bis zum AdBlue-Behälter (3) schließt. Dieses Ventil wird geschlossen, wenn es Druckluft unterworfen wird.

Luftausgang und Druckreduzierung der einzelnen Blue-Tec-Bauteile

Nach der Zündungsabschaltung wird das Dosiergerät (8) entlüftet, um Frostbeschädigungen zu vermeiden. Dies findet während des Steuergerätlaufs (máx. 30 s) bei Betätigung des Relaisventils Druckluft (33.08) statt. Während dieses Zeitraums wird das Druckbegrenzungsmagnetventil 33.01 (17Y04) nicht betätigt, da die Druckluftversorgung im Kreis nicht unnötig entlüftet wird. Nach 5 Betätigungen des Relaisventils Druckluft (33.08) wird der Druckbehälter komplett entleert. Dies gewährleistet, dass der Kreis offenbar gelüftet ist.

Wenn das Druckbegrenzungsmagnetventil 33.01 schließt, öffnet sich das pneumatische Druckabluftventil am Pumpenmodul (2), da dort keine Druckluft vorliegt. Die Folge davon ist, dass der Rücklaufkanal zum AdBlue-Behälter (3) bis zum Pumpenmodul (2) befreit wird.

Die grundsätzlichen Einflussgrößen zur Entlüftungsdauer des Dosiergeräts (8) sind die im AdBlue-Drucksensor (17B05) und im Druckluft-Drucksensor (17B06) bestehenden Drücke.

Zuerst werden der Druck am AdBlue-Drucksensor (17B05) und der Druck am Druckluft-Drucksensor (17B06) berechnet

Wenn die Druckdifferenz eine bestimmte Grenze überschreitet bzw. der gemessene AdBlue-Druck höher als der gemessene Druckluftdruck ist, wird das Druckbegrenzungsmagnetventil (33,01) sofort geschlossen und der Druckbehälter des Relaisventils Druckluft (33.08) durch die Versorgungsleitung entleert.

Die Druckluft des Nebenverbraucherkreises 4 fließt ins Dosiergerät (8) und dann gegen die Flussrichtung des AdBlue-Dosierventils (17Y03), durch das Dosiergerät (8) und führt den restlichen AdBlue zurück durch die Leitung zwischen dem Dosiergerät (8) und dem Pumpenmodul (2).

Das AdBlue-Dosierventil (17Y03) ist geschlossen, und somit besteht kein AdBlue-Fluss. Der in der AdBlue-Leitung gebildete Druck wird durch die offene Rückgangsleitung bis zum AdBlue-Behälter (3) reduziert, da das pneumatische Steuerventil im Pumpenmodul (2) nicht mehr unter Druckluftdruck liegt.

Der AdBlue kann so zurück zum AdBlue-Behälter (3) fließen und der Systemdruck der AdBlue-Leitung wird auf ca. Atmosphärendruck reduziert.

Die AdBlue-Leitung zwischen dem Pumpenmodul (2) und dem Dosiergerät (8) ist ein elastischer Schlauch. Sie kann zusätzliche Mengen führen, die aufgrund der Befrostung des in der Leitung übrigen AdBlue entstehen können.

Das wechselnde Öffnen und Schließen der betroffenen Ventile wird so lang durchgeführt, bis der Druck am AdBlue-Drucksensor (17B05) niedriger als der Druck am Drucksensor Druckluft (17B06) ist

Die AdBlue-Leitung zwischen dem Pumpenmodul (2) und der Messvorrichtung (8) ist eine elastische Schlauchleitung. Diese Schlauchleitung kann zusätzliche Mengen führen, die aufgrund der Befrostung des in der Leitung übrigen AdBlue entstehen können.

Wenn das Motorsteuergerät (MR) aufgrund der Sensorsignale erkennt, dass das Dosiergerät (8) mit genügender Luft befüllt ist und der Systemdruck der AdBlue-Leitung genügend reduziert wurde, dann wird die Entlüftung abgeschlossen.

Die Entlüftung des Dosiergeräts (8) und des Pumpenmoduls (2) kann bis zum Ende des Entlüftungsprozesses nach der Motorabschaltung gehört werden.