Abgasnachbehandlung Funktion

W14.40-1356-06

Grundkomponenten

3 AdBlue-Behälter

4 Pumpenmodul

6 Auspufftopf mit Reduktionskatalysator

7 Einspritzdüse (im Motorbremsklappenstutzen)

8 Dosiergerät

7.03 Überströmventil ohne Rückströmung

30.03 Druckbegrenzungsventil mit Entlüftung

A6 Steuergerät Motorregelung (MR)

A95 Steuergerät SCR-Rahmenmodul

A113 NOx-Sensor mit Steuereinheit

A113a1 Steuereinheit NOx-Sensor

A113b1 NOx-Sensor

B115 Temperatursensor vor Katalysator SCR

B116 Temperatursensor nach Katalysator SCR

B117 Kombisensor Füllstand und Temperatur AdBlue SCR

R28 Heizelement

Y106 Magnetventil Druckluftbegrenzung SCR (33.01)

Y107 Magnetventil Tankheizung SCR

Y109 AdBlue-Dosierventil SCR

B128 Druckluft-Drucksensor SCR

B129 AdBlue-Drucksensor SCR

B130 AdBlue-Temperatursensor SCR

B132 Kombisensor Luftfeuchtigkeit und Lufttemperatur SCR

M25 AdBlue-Pumpe SCR

Allgemeines

Die Abgasnachbehandlung mit BlueTec-Dieseltechnologie dient zur Verringerung der Schadstoffemissionen im Abgas von Dieselmotoren. Grundlage ist ein Verfahren, das man "Selektive Katalytische Reduktion" (SCR) nennt, bei dem durch eine Nachbehandlung des Abgases, gezielt darin enthaltene giftige Stickoxide (NOx) zu harmlosem Stickstoff (N2) und Wasserdampf (H2O) reduziert werden.

Fahrzeuge mit BlueTec-Dieseltechnologie verfügen über spezielle Systemkomponenten und einen für diesen Zweck weiterentwickelten Motor, dessen Verbrennung auf maximale Effizienz und niedrigen Ausstoß an Rußpartikeln ausgelegt ist.

W14.40-1061-71

Hintergrund: Bei innermotorischen Maßnahmen, die auf einen optimalen Wirkungsgrad und somit auf maximale Effizienz - sprich: größtmögliche Leistung bei geringem Kraftstoffverbrauch (C) ausgelegt sind, entstehen vermehrt Stickoxide (NOx). Würde man die Verbrennung auf niedrigen Ausstoß von Stickoxiden (NOx) auslegen, müsste man dafür einen gesteigerten Kraftstoffverbrauch (C) sowie dadurch eine höheren Ausstoß an Rußpartikeln (PM), die nichts anderes als unverbrannter Kraftstoff sind, in Kauf nehmen.

Innermotorische Optimierung zur gleichzeitigen Reduzierung des NOx- und Rußausstoßes, zur Erfüllung der zukünftigen gesetzlichen Normen, ist aufgrund dieses technischen Zielkonfliktes somit nicht möglich. Das Abgas muss nachbehandelt werden.

Fahrzeuge, die mit BlueTec-Dieseltechnologie ausgerüstet sind, verfügen daher neben dem weiterentwickelten Motor über Komponenten, die zur nachträglichen Beseitigung von bei der Verbrennung entstandenen Stickoxiden dienen. Diese Komponenten sind als Anbauteile konzipiert.

Außerdem benötigen die Fahrzeuge noch einen zusätzlichen Betriebsstoff: das NOx-Reduktionsmittel AdBlueTM, das aus einer Harnstofflösung besteht und in einem separaten Behälter mitgeführt wird.

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Damit eine reibungslose Funktion ermöglicht wird, sind neben den eigentlichen Systemkomponenten zur Nachbehandlung des Abgases folgende zwei Subsysteme in das Gesamtsystem integriert:

 AdBlue-Heizung

 Druckluftversorgung

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Funktion Gesamtsystem

Nach dem Motorstart wird vom Steuergerät Motorregelung (MR) (A6) in einer automatischen Prüfroutine zunächst die Betriebsbereitschaft des BlueTec-Systems überprüft.

Nach erfolgter Freigabe des Systems wird das Magnetventil Druckluftbegrenzung SCR (Y106) an der Druckluftsteuereinheit (5) geschalten und Druckluft aus dem Nebenverbraucherkreis 4 abgezweigt, die in den Drucklufteingang am Dosiergerät (8) und durch die nachfolgende Einspritzleitung und Einspritzdüse (7) strömt. Ebenso wird die Druckluft an den Drucklufteingang des Pumpenmoduls (4) geführt. Hier sorgt die Luft dafür, dass das pneumatische Druckentlastungsventil die Rücklaufleitung des AdBlues vom Pumpenmodul (4) in den AdBlue-Behälter (3) verschließt, und der AdBlue-Druckaufbau am Dosiergerät (8) ermöglicht wird.

Dies geschieht unabhängig davon ob AdBlue eingespritzt wird oder nicht. Durch die kontinuierliche Durchströmung des Dosiergeräts (8) sowie der nachfolgenden Einspritzleitung und der Einspritzdüse (7) wird sichergestellt, dass das dosierte AdBlue jederzeit vollständig und ohne Verzögerung der am Motorbremsklappenstutzen angebrachten Einspritzdüse (7) zugeführt wird.

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Außerdem wird hierdurch sichergestellt, dass keine AdBlue-Ablagerungen im Dosiergerät (8), der Einspritzdüse (7) und der dazwischen befindlichen Einspritzleitung verbleiben.

Wenn das Steuergerät Motorregelung (MR) (A6) auf Grundlage bestimmter Sensorwerte die Pumpenfreigabe erteilt, wird das im AdBlue-Behälter (3) mitgeführte AdBlue vom Pumpenmodul (4) angesaugt, gefiltert und dann weiter in Richtung Dosiergerät (8) gepumpt.

Im Dosiergerät (8) angekommen, steht das AdBlue zunächst mit Betriebsdruck am geschlossenen AdBlue-Dosierventil SCR (Y109) an. Wenn dieses in den vom Steuergerät Motorregelung (MR) (A6) errechneten Intervallen öffnet, kann das AdBlue durchströmen und wird aufgrund der herrschenden Druck- und Strömungsverhältnisse schließlich vom Luftstrom in Richtung Einspritzleitung und Einspritzdüse (7) mitgerissen.

Die Einspritzdüse (7) befindet sich am Motorbremsklappen-stutzen. AdBlue wird so direkt in den heißen Abgasstrom eingespritzt.

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Das entstandene AdBlue-Luft-Gemisch zersetzt sich im heißen Abgasstrom in einem ersten Prozessschritt zunächst zu Ammoniak (NH3). Zusammen mit den bei der Verbrennung entstandenen Stickoxidmolekülen bewegt sich das entstandene Ammoniak weiter in Richtung Auspufftopf mit Reduktionskatalysator (6).

Im Inneren des Reduktionskatalysators befindet sich ein beschichteter Wabenkörper aus Keramik. Hier findet die zweite Stufe des Reduktionsprozesses statt.

Die Stickoxidmoleküle treffen auf die Ammoniakmoleküle, Energie in Form von Wärme wird freigesetzt und als Produkt der chemischen Reaktion bleiben nur noch die Umwelt nicht belastender Stickstoff (N2) und Wasserdampf (H2O) übrig.

Damit bei jedem Arbeitszyklus die richtige Menge an AdBlue zum richtigen Zeitpunkt eingespritzt wird, ist ein ständiger Datenaustausch zwischen der BlueTec-Sensorik und dem Steuergerät Motorregelung (MR) (A6) notwendig.

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Die Sensoren am Dosiergerät (8) liefern dazu beispielsweise fortlaufend Informationen über AdBlue-Druck, AdBlue-Temperatur und den Druckluft-Druck. Weitere Sensoren liefern Informationen über die Abgas-Temperatur am Eingang und Ausgang des Katalysators.

Um den Einfluss der Feuchtigkeit und der Temperatur der Ansaugluft auf die Stickoxideemissionen zu berücksichtigen, gibt es zusätzlich noch den Kombisensor Luftfeuchtigkeit und Lufttemperatur SCR (B132).

Die analogen Daten der rahmenseitigen Sensoren werden vom Steuergerät SCR-Rahmenmodul (A95) aufgenommen, dort digitalisiert und per CAN-Bus zum Steuergerät Motorregelung (MR) (A6) weitergeleitet.

Über den NOx-Sensor mit Steuereinheit (A113) erhält das Steuergerät Motorregelung (MR) (A6) zudem Aufschluss über die NOx-Konzentration im Abgas.

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Im Steuergerät Motorregelung (MR) (A6) finden unter Einbeziehung der aktuellen Motordaten und in Kennfeldern hinterlegten Werte kontinuierlich die Berechnungen zu den Öffnungszeiten des AdBlue-Dosierventils SCR (Y109) sowie des Magnetventils Tankheizung SCR (Y107) statt. Ebenso finden hier die Berechnungen statt, die das Steuergerät SCR-Rahmenmodul (A95) zur Ansteuerung der AdBlue-Pumpe SCR (M25) und des Magnetventils Druckluftbegrenzung SCR (Y106) benötigt. Nach dem Ausschalten der Zündung wird zur Vermeidung von Frostschäden das Dosiergerät (8) belüftet.

Dies geschieht während des Steuergerätenachlaufes (max. 300 s) durch Öffnen und Schließen des Magnetventils Druckluftbegrenzung SCR (Y106) und des AdBlue-Dosierventils SCR (Y109) in definierten Intervallen. Die wesentlichen Einflussgrößen für die Dauer der Belüftung sind der am AdBlue-Drucksensor SCR (B129) anliegende Druck und der Druck, der am Druckluft-Drucksensor SCR (B128) anliegt. Wenn das Steuergerät Motorregelung (MR) (A6) auf Basis dieser Werte erkennt, dass das Dosiergerät ausreichend mit Luft befüllt worden ist, wird die Belüftung beendet.

W14.40-1194-11

AdBlue-Heizung

Y107 Magnetventil Tankheizung SCR

Die AdBlue-Heizung besteht aus dem Magnetventil Tankheizung SCR (Y107), das sich an der rechten Seite des Motors befindet und einem Kühlmittelleitungssystem, vom Motor bis zum AdBlue-Behälter.

W14.40-1252-75

Funktionsschema AdBlue-Heizung

3 AdBlue-Behälter

4 Pumpenmodul

5 Druckluftsteuereinheit

7 Einspritzdüse

8 Dosiergerät

7.03 Überströmventil ohne Rückströmung

30.03 Druckbegrenzungsventil mit Entlüftung

M25 AdBlue-Pumpe SCR

Y106 Magnetventil Druckluftbegrenzung SCR (33.01)

Y107 Magnetventil Tankheizung SCR

A Kühlmittel Vorlauf (vom Motor)

B Kühlmittel Rücklauf (zum Motor)

Einzelne BlueTec-Komponenten wie z. B. das Pumpenmodul (4) werden direkt durch Kanäle bzw. Leitungen mit Kühlmittel durchströmt.

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Die Wärmeversorgung der AdBlue-Leitungen wird durch eine gebündelte Leitungsverlegung und Isolierschläuche realisiert.

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Funktion AdBlue-Heizung

Die AdBlue-Heizung sorgt dafür, dass während des Fahrzeugstillstandes zu Eis gefrorenes AdBlue wieder verflüssigt wird und verhindert, dass es während der Fahrt bei kühlen Umgebungstemperaturen gefriert.

Das Magnetventil Tankheizung SCR (Y107) wird vom Steuergerät Motorregelung (MR) (A6) angesteuert. Über den im AdBlue-Behälter (3) integrierten Kombisensor Füllstand und Temperatur AdBlue SCR (B117) erkennt dieses, wenn sich die Temperatur des Behälterinhalts dem definierten Grenzwert von ca. 8 °C nähert. Sobald das Kühlmittel eine Temperatur von  65 °C erreicht hat, bekommt das Magnetventil Tankheizung SCR (Y107) vom Steuergerät Motorregelung (MR) (A6) das Signal zum Öffnen, so dass Kühlmittel aus dem Kühlmittelkreislauf des Motors abgezweigt wird.

Nach dem Öffnen strömt das Kühlmittel durch die Leitungen in Richtung Pumpenmodul (4). Im Pumpenmodul (4) und im AdBlue-Behälter (3) befindet sich ein Kanal, durch den diese direkt mit Kühlmittel durchströmt werden. Danach fließt das Kühlmittel wieder zurück in Richtung Motor.

W14.40-1209-06

Druckluftversorgung

5 Druckluftsteuereinheit

7.03 Überströmventil ohne Rückströmung

30.03 Druckbegrenzungsventil mit Entlüftung

Y106 Magnetventil Druckluftbegrenzung SCR (33.01)

Die Druckluftversorgung erfolgt durch die Druckluftsteuereinheit (5), die an der Innenseite des linken Rahmenlängsträgers in Höhe des Auspufftopfes befestigt ist, und einem Leitungssystem, vom Pumpenmodul (4) bis zum Dosiergerät (8).

W14.40-1253-75

Funktionsschema Druckluftversorgung

3 AdBlue-Behälter

4 Pumpenmodul

5 Druckluftsteuereinheit

7 Einspritzdüse

8 Dosiergerät

7.03 Überströmventil ohne Rückströmung

30.03 Druckbegrenzungsventil mit Entlüftung

M25 AdBlue-Pumpe SCR

Y106 Magnetventil Druckluftbegrenzung SCR (33.01)

Y107 Magnetventil Tankheizung SCR

A Druckluft

W14.40-1034-02

Funktion Druckluftversorgung

Die Druckluft sorgt für den Transport des AdBlues vom Dosiergerät (8) bis zur Einspritzdüse (7) und für die Rückführung des AdBlues vom Pumpenmodul (4) zum AdBlue-Behälter (3).

Nach dem Starten des Motors schaltet das Steuergerät Motorregelung (MR) (A6) über das Steuergerät SCR-Rahmenmodul (A95) das Magnetventil Druckluftbegrenzung SCR (Y106).

Durch das Öffnen wird Druckluft aus dem Nebenverbraucherkreis 4 abgezweigt. Die Druckluft durchströmt das Magnetventil Druckluftbegrenzung SCR (Y106), danach das Überströmventil ohne Rückströmung (7.03) und das Druckbegrenzungsventil mit Entlüftung (30.03). Im Druckbegrenzungsventil mit Entlüftung (30.03) wird der ursprüngliche Druck von ca. 8 bar aus dem Nebenverbraucherkreis 4 auf den Betriebsdruck der Druckluftversorgung von ca. 5,5 bar reduziert.

Die Druckluft aus dem Nebenverbraucherkreis strömt dann über eine Druckluftleitung durch das Dosiergerät (8) und durch die nachfolgende Einspritzdüse (7). Ebenso wird Druckluft an den Druckluftanschluss des Pumpenmoduls (4) geführt. Hier sorgt die Druckluft dafür, dass ein pneumatisches Schaltventil den AdBlue-Rücklauf vom Pumpenmodul (4) in den AdBlue-Behälter (3) verschließt. Dieses Ventil ist geschlossen, wenn es mit Druckluft beaufschlagt wird.

Entlüftung und Druckabbau einzelner BlueTec-Komponenten

Nach Ausschalten der Zündung wird zur Vermeidung von Frostschäden das Dosiergerät (8) belüftet. Dies geschieht während dem Steuergerätenachlauf (max. 300 s) durch Öffnen und Schließen des Magnetventils Druckluftbegrenzung SCR (Y106) und des AdBlue-Dosierventils SCR (Y109) am Dosiergerät (8) in definierten und abgestimmten Intervallen.

Wenn das Magnetventil Druckluftbegrenzung SCR (Y106) schließt, öffnet außerdem das pneumatische Druckentlastungsventil am Pumpenmodul (4), weil dort dann keine Druckluft anliegt.

Das hat zur Folge, dass der Rücklaufkanal zum AdBlue-Behälter (3) im Pumpenmodul (4) freigegeben wird.

Die wesentlichen Einflussgrößen für die Dauer der Belüftung des Dosiergerätes (8) sind der am AdBlue-Drucksensor SCR (B129) anliegende Druck und der Druck, der am Druckluft-Drucksensor SCR (B128) anliegt.

Zunächst wird der Druck am Druckluft-Drucksensor SCR (B128) und der Druck am AdBlue-Drucksensor (B129) gemessen.

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Liegt die Druckdifferenz oberhalb einer festgelegten Schwelle, bzw. der gemessene AdBlue-Druck ist höher als der gemessene Druckluftdruck, öffnet das Magnetventil Druckluftbegrenzung SCR (Y106).

Die Druckluft aus dem Nebenverbraucherkreis 4 strömt zum Dosiergerät (8) und dann, entgegen der Strömungsrichtung des AdBlue-Dosierventils SCR (Y109), durch das Dosiergerät (8) und drückt das verbliebene AdBlue zurück in die Leitung zwischen Dosiergerät (8) und Pumpenmodul (4).

Im nächsten Intervall schließt das Magnetventil Druckluftbegrenzung SCR (Y106). Jetzt strömt keine Druckluft mehr durch das Dosiergerät (8) und an das pneumatische Schaltventil am Pumpenmodul (4).

Das AdBlue-Dosierventil SCR (Y109) ist geschlossen, es kann kein AdBlue zurück fließen. Der aufgebaute AdBlue-Druck in der AdBlue-Leitung wird durch den nun offenen Rücklaufkanal zum AdBlue-Behälter (3) abgebaut, da das pneumatische Schaltventil am Pumpenmodul (4) nun nicht mehr mit Druckluft beaufschlagt ist.

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Das AdBlue kann daher zurück in den AdBlue-Behälter (3) fließen und der Druck im AdBlue-Leitungssystem wird auf annähernd Atmosphärendruck reduziert.

Die AdBlue-Leitung zwischen Pumpenmodul (4) und Dosiergerät (8) ist eine elastische Schlauchleitung. Sie kann das zusätzliche Volumen, das beim Gefrieren des in der Leitung verbliebenen AdBlue entsteht, aufnehmen.

Die abwechselnden Öffnungs- und Schließvorgänge der beteiligten Ventile werden so lange durchgeführt, bis der

gemessene Druck am Druckluft-Drucksensor SCR (B128) größer ist als der am AdBlue-Drucksensor SCR (B129) anliegende Druck.

Wenn das Steuergerät Motorregelung (MR) (A6) so anhand der Sensorsignale erkennt, dass das Dosiergerät (8) ausreichend mit Luft befüllt wurde und der Druck im AdBlue-Leitungssystem ausreichend abgebaut worden ist, wird die Belüftung beendet.

Die Belüftung des Dosiergerätes (8) und des Pumpenmoduls (4), nach dem Abstellen des Motors, ist bis zum Ende des Belüftungsvorganges hörbar.