Abgasreinigung Funktion

S49.20-A066-79

Funktionsvoraussetzungen Abgasreinigung allgemein

 Klemme 87M EIN (Motormanagement EIN)

 Motor läuft.

Folgende Steuergeräte erhalten vom Steuergerät CDI (N3/40) die Information ''Motor läuft'':

 Elektrische Steuereinheit vollintegrierte Getriebesteuerung (VGS) (N15/15) (mit Code G43 (9G­TRONIC))

Abgasreinigung allgemein

Die Aufgabe der Abgasreinigung ist die Reduzierung der Abgasemissionen:

 Stickoxide (NOx)

 Kohlenwasserstoffe (CH)

 Kohlenmonoxid (CO)

 Rußpartikel

Durch folgende Teilfunktionen wird die Schadstoffreduzierung unterstützt:

 Einlasskanalabschaltung (EKAS)

 Abgasrückführung (AGR)

 Einspritzung des Reduktionsmittels AdBlue® (mit Code KP6 (Abgasreinigung SCR Generation 3))

Das Steuergerät CDI liest die Daten folgender Sensoren ein:

 Signal von NOx-Sensor 1 vor SCR-Katalysator (B29), über Steuergerät NOx-Sensor vor SCR-Katalysator (A97/1) und den Antriebssensor-CAN (CAN I)

 Signal von NOx-Sensor 2 nach SCR-Katalysator (B29/1), über Steuergerät NOx-Sensor nach SCR-Katalysator (A97/2) und den Antriebssensor-CAN (CAN I)

 Temperatursensor vor Katalysator (B16/22)

 Temperatursensor vor Dieselpartikelfilter (B16/23)

 Abgastemperatur vom Temperatursensor vor Abgasturbolader (B16/24)

 Rußgehalt des Dieselpartikelfilters (DPF) vom Differenzdrucksensor Dieselpartikelfilter (B28/26)

 Außentemperatur vom Steuergerät Signalerfass- und Ansteuermodul (SAM) (N10/1)

Abgasreinigung Funktionsablauf

Folgende Teilsysteme sind an der Abgasreinigung beteiligt:

 Funktionsablauf Oxidationskatalysator

 Funktionsablauf Dieselpartikelfilter

 Funktionsablauf SCR-Katalysator

 Funktionsablauf Einlasskanalabschaltung

Funktionsablauf Oxidationskatalysator

Der Oxidationskatalysator besteht aus einem keramischen Wabenkörper. Als katalytisch aktive Oberfläche dient die Beschichtung mit einem Washcoat, welcher als aktive Komponenten die Edelmetalle Platin sowie Palladium enthält. Der Oxidationskatalysator sorgt für die Verringerung von Kohlenwasserstoff (CH) und Kohlenmonoxid (CO).

In der DPF-Regenerationsphase wird, zusätzlich zu diversen innermotorischen Maßnahmen, durch katalytisches Verbrennen einer späten Nacheinspritzung die für den Rußabbrand benötigte Temperatur erzeugt.

Funktionsablauf Dieselpartikelfilter

Der Dieselpartikelfilter (DPF) besteht aus einem keramischen Wabenfilterkörper aus Siliziumkarbid, der mit den Edelmetallen Platin sowie Palladium beschichtet ist.

Die Kanäle des DPF sind wechselnd vorn und hinten verschlossen und durch die porösen Filterwände des Wabenfilterkörpers voneinander getrennt.

Das durch den Oxidationskatalysator vorgereinigte Abgas strömt in die nach vorn offenen Kanäle des DPF ein und gelangt durch die porösen Filterwände des Wabenfilterkörpers in die nach hinten offenen Kanäle. Danach wird das gereinigte und gefilterte Abgas durch die Abgasanlage abgeführt. Die Rußpartikel werden im Wabenfilterkörper des DPF zurückgehalten.

Überschreitet der Rußgehalt einen kennfeldabhängigen Wert, leitet das Steuergerät CDI bei gegebenen Regenerationsvoraussetzungen die Regenerationsphase ein.

Die Regeneration wird angefordert, wenn eine der folgenden Kriterien den jeweils hinterlegten Grenzwert erreicht:

 Berechnung des Rußgehalts mittels Differenzdrucksensor Dieselpartikelfilter (aus dem Verhältnis der Druckdifferenz über den Abgasvolumenstrom)

 Berechnung des Rußgehalts über Simulation (Hochrechnung einer hinterlegter Partikelemission)

 Gefahrene Strecke seit letzter Regeneration

 Verbrauchte Kraftstoffmenge seit letzter Regeneration

Die Regeneration erfolgt über eine periodische Erhöhung der Abgastemperatur. Es werden sowohl innermotorische als auch außermotorische Maßnahmen zur Temperaturerhöhung getroffen.

Die innermotorische Temperaturerhöhung wird über ein eigenes Regenerationsbrennverfahren dargestellt. Folgende Verbrennungsparameter werden dabei angepasst, um die Abgastemperatur zu erhöhen:

 Ladedruck bzw. Luftmassenregelung

 Einspritzzeitpunkte und Einspritzmengen

 Kraftstoffdruck

 Abschaltung der AGR

Zusätzliche Maßnahmen zur Erhöhung der Abgastemperatur:

 Zuschaltung von elektrischen Verbrauchern zur Lasterhöhung im Schwachlastbetrieb

 Absetzen einer frühen Nacheinspritzung, welche mit geringem Wirkungsgrad (wenig Drehmoment, viel Temperatur) im Motor verbrennt.

Als außermotorische Maßnahme wird eine späte Nacheinspritzung bezeichnet, welche nicht am Verbrennungsprozess teilnimmt und somit nur Kohlenwasserstoff (CH) in die Abgasanlage leitet. Diese werden dann im Oxidationskatalysator nachverbrannt/oxidiert und erzeugen den Rest der im DPF benötigten Temperatur.

Durch die Erhöhung der Abgastemperatur werden die im DPF eingelagerten Rußpartikel überwiegend zu Kohlendioxid (CO2) verbrannt. Vom Temperatursensor vor Abgasturbolader, Temperatursensor vor Katalysator und vom Temperatursensor vor Dieselpartikelfilter wird die Abgastemperatur während der Regeneration geregelt sowie überwacht.

 Im Motor wird stets eine geringe Menge an Motoröl mit verbrannt. Einige Bestandteile daraus bilden Asche, die dann im DPF eingelagert wird. Dadurch kann bei sehr hohen Laufleistungen ein Wechsel des DPF notwendig werden. Dieses wird im XENTRY Diagnosis beim Kundendienst angezeigt.

 Eine unterbrochene Regeneration wird bei Kurzstrecken auf mehrere Fahrzyklen verteilt. Die Vorheizphasen bis zum Erreichen der notwendigen Regenerationstemperatur sind dadurch häufiger. Der Regenerationsvorgang läuft für den Kunden unbemerkbar ab.

Funktionsablauf SCR-Katalysator

Die vom Motor ausgestoßenen Abgase werden in einem Oxidationskatalysator, einem Dieselpartikelfilter (DPF) und einem SCR-Katalysator (selektive katalytische Reduktion (SCR)) gereinigt.

Durch Oxidation werden im Oxidationskatalysator CO und CH zu CO2 und Wasser (H2O) umgewandelt. Der DPF besteht aus einem keramischen Wabenfilterkörper aus Siliziumkarbid, der mit dem Edelmetall Platin beschichtet ist.

Die Kanäle des DPF sind wechselnd vorn und hinten geöffnet und durch die porösen Filterwände des Wabenfilterkörpers voneinander getrennt.

Das durch den Oxidationskatalysator vorgereinigte Abgas strömt in die nach vorn offenen Kanäle des DPF ein und gelangt durch die porösen Filterwände des Wabenfilterkörpers in die nach hinten offenen Kanäle. Die Rußpartikel werden im Wabenfilterkörper des DPF zurückgehalten. Während der DPF-Regenerationsphase werden durch eine höhere Abgastemperatur die zurückgehaltenen Rußpartikel verbrannt.

Vor dem SCR-Katalysator wird das Reduktionsmittel AdBlue® eingespritzt, welches sich durch Thermolyse (wärmebedingte chemische Reaktion) und Hydrolyse (wasserbedingte chemische Reaktion) in Ammoniak (NH3) umwandelt.

Zwischen dem Einspritzventil AdBlue® (Y130) und dem SCR-Katalysator befindet sich ein Mischelement. Es sorgt für eine verbesserte Hydrolyse des Reduktionsmittels AdBlue® und für eine gleichmäßigere Verteilung des AdBlue® vor dem SCR-Katalysator.

Das im Abgas enthaltene NOx wird im SCR-Katalysator zusammen mit dem NH3 in molekularen Stickstoff (N2) und H2O umgewandelt.

Die erforderliche Reduktionsmittelmenge wird vom Steuergerät CDI kennfeldabhängig berechnet und über den Antriebssensor-CAN an das Steuergerät AdBlue® (SCR) (N141) übermittelt. Dies veranlasst dann die kennfeldabhängige Einspritzung der berechneten Reduktionsmittelmenge AdBlue® durch das Einspritzventil AdBlue®.

Die NOx-Sensoren erhalten vom Steuergerät CDI die Anforderung ''Heizen'' über den Antriebssensor-CAN und die Steuergeräte NOx-Sensor. Damit erreichen die NOx-Sensoren schnell ihre Betriebstemperatur.

 Die Umwandlungsrate des NOx-Anteils im Abgas ist temperaturabhängig und beträgt bis zu ca. 80 %. Die Reduzierung des Rußanteils beträgt ca. 99 %.
Den Beladungszustand des DPF ermittelt das Steuergerät CDI über den Differenzdrucksensor Dieselpartikelfilter. Überschreitet der Rußgehalt einen kennfeldabhängigen Wert, leitet das Steuergerät CDI bei gegebenen Regenerationsvoraussetzungen die Regenerationsphase ein. Die Regeneration erfolgt über eine periodische Erhöhung der Abgastemperatur durch eine weitere Nacheinspritzung.
Durch die Erhöhung der Abgastemperatur werden die im DPF eingelagerten Rußpartikel überwiegend zu CO2 verbrannt.
Die nicht verbrennbaren Ascheanteile bleiben im DPF zurück. Vom Temperatursensor vor Abgasturbolader und vom Temperatursensor vor Dieselpartikelfilter wird die Abgastemperatur während der Regeneration überwacht. Eine notwendige Wartung des DPF wird über die Kontrollleuchte Motordiagnose (A1/1e58) im Steuergerät Kombiinstrument (KI) (A1/1) signalisiert.

 Ist der Füllstand "Reserve" im AdBlue® Behälter erreicht, wird der Fahrer aufgefordert, AdBlue® nachzutanken.

 Ist der Füllstand "Leer" im AdBlue® Behälter erreicht, erfolgt über ein Rechnermodel eine Plausibilitätsprüfung des Füllstands "Leer". Ergibt die Plausibilitätsprüfung ebenfalls den Füllstand "Leer", erfolgt parallel zu einem akustischen Signal ein Eintrag im Fehlerspeicher des Steuergeräts CDI und die Ansteuerung der Kontrollleuchte Motordiagnose. Bei leerem AdBlue® Behälter ist nach Abstellen des Fahrzeugs kein Motorstart mehr möglich. Ohne Nachtanken kann das Fahrzeug nicht mehr in Betrieb genommen werden.

Funktionsablauf Einlasskanalabschaltung

Die Einlasskanalabschaltung (EKAS) bewirkt in allen Lastzuständen des Motors das bestmögliche Verhältnis zwischen Luftverwirbelung und Luftmasse.

Das Steuergerät CDI liest zur EKAS zusätzlich folgende Sensoren ein:

 Atmosphärendrucksensor (im Steuergerät CDI integriert), für den Atmosphärendruck.

 Fahrpedalmodul (B37/4), für die Lasterkennung

 Motoröltemperatur-Sensor (B94/18)

 Hallsensor Kurbelwelle (B70), für die Motordrehzahl

Nach Auswertung der Eingangssignale steuert das Steuergerät CDI den Stellmotor Einlasskanalabschaltung (M55) mit einem pulsweitenmodulierten Signal an. Im unteren Motordrehzahl- und Motorlastbereich wird die Hälfte der Einlasskanäle (2 Einlasskanäle pro Zylinder) über Klappen der EKAS verschlossen.

In den offenen Einlasskanälen erhöht sich somit die Strömungsgeschwindigkeit. Dies führt zu einem höheren Drall, der eine bessere Verwirbelung bewirkt. Dies verbessert die Verbrennung und hat unter anderem eine Verminderung der Rußpartikel im Abgas zur Folge.

Mit steigender Motordrehzahl und Motorlast werden die verschlossenen Einlasskanäle kontinuierlich geöffnet, sodass für jede Betriebsphase des Motors das bestmögliche Verhältnis zwischen Luftverwirbelung und Luftmasse zur Verfügung steht. Das Abgasverhalten und die Motorleistung werden somit optimiert.

 Bei einem Fehler oder bei Unterbrechung der Versorgungsspannung werden die Klappen durch Federkraft geöffnet.