Abgasrelevante Bauteile

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1 Bildquelle: Abgasrelevante Bauteile Benzin und Diesel AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 1/16

2 INHALTSVERZEICHNIS PCV = POSITIVE CARTER VENTILATION (KURBELGEHÄUSEENTLÜFTUNG)... 3 Motorentlüftung durch Zentrifuge... 4 TANKENTLÜFTUNGSSYSTEM... 5 ABGASRÜCKFÜHRUNG (EGR/AGR VENTIL EXHAUST GAS RECIRCULATION)... 6 EGR mit Unterdruck angesteuert... 6 EGR elektrisch angesteuert... 7 SEKUNDÄRLUFTSYSTEM / SEKUNDÄRLUFTEINBLASUNG... 8 LAMBDA REGELUNG... 9 Überwachung der Lambdasonde Titandioxid-Lambda-Sonde Potentialfreie Lambdasonde mit definiertem Masseversatz DIAGNOSEÜBERSICHT PARTIKELFILTER Filter-Ausführungen: Filterarten Filtersysteme Passive Systeme AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 2/16

3 PCV = Positive Carter Ventilation (Kurbelgehäuseentlüftung) 70 bis 80 % der im Kurbelgehäuse befindlichen Gase sind unverbrannte Gase (z.b. HC-Gas), die restlichen 20 bis 30 % sind Nebenprodukte der Verbrennung (z.b. Wasserdampf und verschiedene gasförmige Säuren). Diese Gase können das Motorenöl angreifen oder auch zu Schlammablagerungen, Korrosion und Rost im Kurbelgehäuse führen. Die Kurbelgehäusegase müssen zum Brennraum zurückgeleitet und dort verbrannt werden. Die Menge der erzeugten Kurbelgehäusegase hängt im Allgemeinen stärker vom Krümmerunterdruck (z.b. von der Motorlast) als von der Motordrehzahl ab. Eine einfache Verbindungsleitung zwischen Ventildeckel und Ansaugkrümmer würde keine effektive Maßnahme darstellen, da der Krümmerunterdruck bei geringer Last und kleiner Gasmenge am stärksten bzw. bei großer Last und großer Gasmenge am schwächsten ist. Folglich würde der Krümmer genau dann am wenigsten Kurbelgehäusegas ansaugen, wenn die größte Gasmenge erzeugt wird und umgekehrt. Aus diesem Grund wird zwischen Kurbelgehäuse (Ventildeckel) und Ansaugkrümmer ein PCV-Ventil eingebaut, das die Menge der zur Wiederverbrennung zurückgeleiteten Kurbelgehäusegase gemäß dem Krümmerunterdruck steuert. AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 3/16

4 Motorentlüftung durch Zentrifuge Durch den Unterdruck in der Ladeluftleitung (1) wird das Öl-Gasgemisch angesaugt. Es gelangt vom Kettenschacht über die Zentrifuge (2) und dem Druckregelventil (3) zur Ladeluftleitung. In der Zentrifuge werden die Gase vom Öl getrennt. Das abgeschiedene Öl wird über den Kettenschacht in die Ölwanne zurückgeführt. Durch die Anordnung der im Fahrtwind ausgesetzten Entlüftungsleitung werden diese über den Kühlmittelkreislauf beheizt. Zentrifuge: Aufgabe: Öl vom Gasgemisch trennen Funktion: Über die Öffnung (A) in der Zentrifuge (2) wird das Oel-Gasgemisch angesaugt. Durch die Rotation der Zentrifuge wird das Öl vom Gasgemisch getrennt. Es entweicht über die äussere Bohrung (B) und läuft über den Kettenschacht in die Ölwanne zurück Das Druckregelventil hat die Aufgabe bei zu grossem Unterdruck zwischen Ladeluftleitung und Kurbelgehäuse den Durchfluss des Gasgemisches zu drosseln. Bei > 50mbar Unterdruck in der Ladeluftleitung wird die Verbindung zum Kurbelgehäuse durch eine Membrane verschlossen. Steigt dabei der Druck im Kurbelgehäuse wird die Membrane über eine Feder geöffnet. Durch die im Entlüftungsschlauch führende Leitung des Kühlmittelkreises werden die Entlüftungsgase aufgeheizt. AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 4/16

5 Tankentlüftungssystem Das Tankentlüftungssystem ist als geschlossener Kreis ausgelegt. Die Benzindämpfe aus dem Tank und in den Versorgungsleitungen können nicht nach außen gelangen, so daß die leichten Kohlenwasserstoffe (HC) nicht entweichen und die Außenluft nicht belasten können. Das System besteht aus dem Tank (1) mit Verschluß ohne Entlüftungsbohrung und dem Zusatzbehälter (2), einem Sicherheits- und Tankbelüftungsventil mit zwei Wegen (4), einem Schwimmerventil (3), einem Tankentlüftungventil (5), einem Aktivkohlefilter (6), einem Sperrventil für die Benzindämpfe (7), das vom Unterdruck vor der Drosselklappe gesteuert wird, und dem Ansaugrohr (8). Aktivkohlefilter Der Filter besteht aus Kohlegranulat (4), das die Benzindämpfe aus dem Einlaß (5) einfängt. Die warme Spülluft aus dem Einlaß (1) strömt durch den Papierfilter (3), umspült die Kohlekörner und trägt die Benzindämpfe zum Auslaß (2) und zum Sperrventil. Die Luft aus dem Einlaß (5) kann auch durch den Unterdruck im Tank angesaugt werden, um den Tank zu belüften. Die Trennung (6) gewährleistet, daß die warme Spülluft alle Kohlekörner erreicht, und erleichtert den Fluß der Benzindämpfe zum Ansaugrohr. Die zwei Federn (7) gleichen die Dehnung der Kohlemasse aus, wenn der Druck steigt. AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 5/16

6 Abgasrückführung (EGR/AGR Ventil Exhaust Gas Recirculation) EGR mit Unterdruck angesteuert AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 6/16

7 EGR elektrisch angesteuert Abgasrückführung (Beispiel). 1 Abgasrückführung, 2 elektropneumatischer Wandler, 3 Abgasrückführventil, 4 Steuergerät, 5 Luftmassenmesser, n Drehzahl. EGR Bedingung für EGR : THW > 15 C º und < 96 Cº NE > 675 rpm und < 4400 rpm VPA < 70% AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 7/16

8 Sekundärluftsystem / Sekundärlufteinblasung 1 Sekundärluftpumpe 2 Sekundärluftventil 3 Rückschlagventil 4 Umschaltventil 5 Steuergerät 6 Lambda-Sonde vor Kat 7 Katalysator 8 Motordrehzahl 9 Motortemperatur Das System Bei kaltem Motor (bis ca. 60s nach dem Kaltstart) wird der Motor mit fettem Gemisch betrieben. Zudem sind der Katalysator und die Lambda-Sonde noch nicht betriebsbereit. Dadurch werden hohe Schadstoffemissionen (HC und CO) verursacht. Durch die Sekundärlufteinblasung, die in den ersten 60s aktiv ist, wird Luft in den Abgaskrümmer geblasen und dadurch HC und CO zu H 2 O und CO 2 oxidiert. Die HC-Emissionen werden um ca. 20%, die CO-Emissionen um ca. 40% reduziert. Funktion Solange die Lambda-Regelung noch nicht aktiv ist, wird die Sekundärluftpumpe (1) und das Umschaltventil (4) vom Steuergerät angesteuert (oft über ein Ansteuerrelais). Das Sekundärluftventil (2) wird dann über das Umschaltventil mit Unterdruck ( )aus dem Ansaugtrakt geöffnet. Die Sekundärluftpumpe saugt Frischluft ( ) aus dem Luftfilterkasten an und bläst es über das Sekundärluftventil (2) und das Rückschlagventil in den Abgaskrümmer. Wenn die Lambdaregelung funktionsbereit ist, werden Sekundärluftpumpe und Umschaltventil geschlossen und die Sekundärlufteinblasung beendet. Das Rückschlagventil (3) verhindert, das Abgas ( )in das Sekundärluftsystem eindringen kann (bei Fehlzündungen, "Auspuffknallen" etc). Sekundärluftventil und Rückschlagventil bilden oft eine Einheit. Statt der Sekundärluftpumpe kann auch ein Sekundärluftsaugventil (Pulsair-Ventil) zum Einsatz kommen, das die Druckschwankungen im Abgaskrümmer ausnutzt. Das Pulsair-Ventil ersetzt das Rückschlagventil (s. Abb.). Bei Überdruck im Abgaskrümmer schließt es, bei Unterdruck öffnet es und saugt Frischluft an. Innerhalb eines OBD-Systems wird die Sekundärlufteinblasung von Zeit zu Zeit (sporadisch) überprüft. AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 8/16

9 Lambda Regelung Damit die Abgasentgiftung bzw. die chemische Reaktion durch den Katalysator möglichst wirkungsvoll stattfinden kann, muss sich die Gemischzusammensetzung in engen Grenzen bewegen, im so genannten Katalysatorfenster Emission ohne katalytische Nachbehandlung Emission mit katalytischer Nachbehandlung Für die Einhaltung der Gemischzusammensetzung innerhalb des Katalysatorfensters ist die Steuerung der Einspritzmenge nicht exakt genug. Hier werden keine Veränderungen des Motors durch Verschleiß bzw. Bauteiltoleranzen berücksichtigt. Deshalb ist es erforderlich, die tatsächliche Abgaszusammensetzung nach der Verbrennung zu messen und entsprechend den gemessenen Abweichungen die Einspritzmenge bzw. das Gemisch nachzuregeln. Die Zusammensetzung der Abgase wird durch die Lambda-Sonde gemessen. Durch das Signal der Lambda-Sonde kann das Steuergerät die Einspritzmenge und damit das Gemisch entsprechend verändern. Da es sich hierbei um einen geschlossenen Regelkreis handelt, spricht man von einer Regelung. AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 9/16

10 Überwachung der Lambdasonde AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 10/16

11 Titandioxid-Lambda-Sonde AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 11/16

12 Potentialfreie Lambdasonde mit definiertem Masseversatz Potentialfrei heißt, die Sonde bezieht ihre Masse nicht über das Gewinde der Auspuffanlage, sondern ist mit einer separaten Masseleitung ausgestattet. Also sind alle Sonden mit 4 Anschlüssen potentialfrei. Bei einer Sonde mit definiertem Masseversatz wird der Regelbereich um einen Wert mit genau definiertem Bereich (z.b. 300 oder 700 mv) angehoben. Dadurch kann das Steuergerät erkennen, ob ein Kurzschluss nach Masse vorliegt oder die Lambdasonde ( z.b. durch Fehler an der Einspritzung ) an der Regelgrenze ist. Bei Fahrzeugen mit einem definierten Masseversatz an der Lambdasonde darf zum Messen des Lambda-Signals das Massekabel des Multi-Einganges nicht an die Fahrzeugmasse gelegt werden. Hier wird die Masse an der Masseleitung Lambdasonde abgenommen, da es ansonsten zu Fehlbewertungen kommen kann). Um den definitiven Masseversatz zu prüfen, messen Sie zwischen Masse-Fahrzeug und Masse-Sondenstecker! Pinbelegung Sondenstecker Audi A6 1 = Signalleitung 2 = Signalmasse 3 = Masse Sondenheizung 4 = Plus Sondenheizung AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 12/16

13 Diagnoseübersicht AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 13/16

14 Partikelfilter Ungefähr 6.5% der gesamten Feinstaubemission gelangen über die Auspuffanlagen des Straßenverkehrs in die Umwelt. Lediglich 1.6 % des Feinstaubes stammen dabei aus den Auspuffanlagen der Personenwagen. Die wichtigsten Feinstaubquellen sind: Industrie/Gewerbe 36.5 % Land-/Forstwirtschaft 29.8 % Straßenverkehr 23.3 % (Abgase, Abrieb von Reifen, Brems- und Straßenbelägen) Haushalte 5.8 % Schienenverkehr 4.5 % Feinstaub PM (particulate matter) besteht aus mikroskopisch kleinen, schwebenden Staubkörnchen mit einer Korngröße von höchstens 10 Mikrometern (= 10 Tausendstelmillimetern). Die Partikel sind so klein, dass sie sich beim Einatmen in der Lunge ablagern und sogar über die Blutbahnen in den gesamten menschlichen Körper einschließlich des Gehirns gelangen können. Mit den modernen Dieselpartikelfiltern (DPF) können diese Partikel bis zu 99 % aus dem Dieselabgas ausgeschieden werden. Filter-Ausführungen: Aufgrund ihrer hervorragenden Filtrationseigenschaften werden folgende zwei Werkstoffe für die Herstellung der Filtereinsätze verwendet: - Keramik (meist Silizium- Karbid SiC) - Sintermetall Beide Werkstoffe bieten bei geringem Abgas-Gegendruck eine optimale Filtrationsrate (Prozentanteil der zurückgehaltenen Partikel). Zwecks Optimierung der Regeneration (Entleerung/Reinigung) des Filters werden die Filterelemente oftmals mit Platin beschichtet, welches als Katalysator wirkt. Teilweise wird aus dem gleichen Grund dem Dieselpartikelfilter ein separater Katalysator vorgeschaltet. Als Katalysator wird ein Stoff bezeichnet, der eine chemische Reaktion fördert (oder hemmt), ohne sich dabei selbst zu verändern. Filterarten Bei den Partikelfiltern unterscheidet man zudem hinsichtlich des Aufbaus: offene Filter (Durchflussfilter) oder geschlossene Filter (Wandstromfilter) Beim geschlossenen Filter wird das Abgas durch Leitungskanäle geleitet, von denen jeder zweite entweder motorseitig oder auspuffseitig verschlossen ist. Das Abgas kann somit denjenigen Kanal, durch den es in den Filter eingetreten ist, nicht wieder verlassen. Es muss gezwungenermaßen durch die porösen Kanalwände strömen, wodurch ein hervorragender Filtrationseffekt entsteht. Beim offenen Filter kann das Abgas durch enge Öffnungen in den Stahlfolien des Filters strömen. Die Kanalwände werden zur Filtrierung nicht genutzt, wodurch die Abscheiderate gegenüber dem geschlossenen Filter vermindert ist. AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 14/16

15 Filtersysteme Man unterscheidet aktive Systeme und Passive Systeme: Bei beiden Gruppen stellt der Umstand, dass die Zündtemperatur des reinen Rußes (je nach Zusammensetzung des Treibstoffes) oberhalb von 550 C liegt, das Hauptproblem dar. Für die Regeneration müssen somit immer zusätzliche Maßnahmen getroffen werden. - Aktive Systeme Hier wird die Regeneration aktiv, zum Beispiel durch die Motorsteuerung, eingeleitet. Das Abgas wird über den Abgaseintritt in den Filter geleitet. Im Modul B werden die Russpartikel zurück gehalten. Das gereinigte Abgas verlässt über das Modul C den Filter. Die Zündung des Rußes wird bei modernen Dieselmotoren (eher mit kleinerem Hubvolumen) erreicht, indem unter anderem die Abgasrückführung abgeschaltet und gleichzeitig ein Teil der zugemessenen Einspritzmenge erst nach dem oberen Totpunkt eingespritzt wird (Nacheinspritzung). Aufgrund dieser Bedingungen erhöht sich die Abgastemperatur auf etwa 600 C und der gesammelte Russ oxidiert zu Kohlendioxid (CO2) Die Regeneration kann dabei auch im Schiebebetrieb, in welchem normalerweise kein Treibstoff eingespritzt wird, stattfinden. Zwecks Erhöhung der Abgastemperatur wird auch in diesem Betriebszustand nach dem oberen Totpunkt eine geringe Menge Treibstoff eingespritzt, welche im Zylinder jedoch nur verdampft. Die Verbrennung findet erst im Partikelfilter statt, wodurch die für die Regeneration notwendige Temperatur trotzdem erreicht wird. Ein Temperatursensor signalisiert dabei dem Steuergerät die Abgastemperatur nach dem Partikelfilter, damit dieses die Nacheinspritzmenge im Schiebebetrieb regulieren kann. In diesem Zusammenhang muss erwähnt werden, dass diese Nacheinspritzung, die einzig und allein zur Erhöhung der Abgastemperatur dient, den Treibstoffverbrauch geringfügig erhöht. Vielfach wird (eventuell nur während des Regenerationsprozesses) dem Treibstoff zudem ein Additiv beigemischt. Das Additiv bewirkt, dass die Russzündtemperatur auf zirka C abgesenkt wird. Erreicht die Abgastemperatur des Fahrzeuges diesen Wert, kann der Russ im Modul B permanent verbrennen. Die Zufuhr der Additive wird durch die Motorelektronik oder ein separates Steuergerät geregelt. AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 15/16

16 Auch in die Kategorie «aktive Systeme» sind Anlagen einzuordnen, bei welchen die Russ- Regeneration mit einem Brenner oder einer elektrischen Heizung eingeleitet wird. Nach einer bestimmten Betriebsdauer werden die Russpartikel bei über 550 C mittels eines Dieselbrenners oder einer elektrischen Heizung verbrannt. Der gesamte Prozess wird durch eine elektronische Steuereinheit geregelt und überwacht. Dank des Dieselbrenners dauert die Regeneration eines Russbeladenen Filters (bei Motorstillstand) etwa 8 bis 30 Minuten, derweil bei elektrischer Heizung mit 8 bis 12 Stunden gerechnet werden muss Sollte die Zeit für die Regeneration nicht zur Verfügung stehen, bietet sich aber auch ein Wechsel-Filter-System an. Die Filterpatronen können ausgetauscht und in einer separaten Regenerationsstation zum Verbrennen des abgeschiedenen Rußes aufgeheizt werden. Anwendung: Dieses Prinzip eignet sich vor allem für Stadtbusse, Baumaschinen, landwirtschaftliche Maschinen, Gabelstapler, Kommunalfahrzeuge, stationäre Dieselaggregate usw. Passive Systeme Hier wird auf eine aktive Einleitung der Regeneration verzichtet. Die Verbrennung des Rußes wird mit Hilfe von Treibstoffadditiven oder mit dem im Abgas enthaltenen Stickstoffdioxid (NO,) erzielt. Da oft der NO-Anteil im Abgas zu gering ist, wird das Abgas in einem Vorkatalysator oder durch einen beschichteten Partikelfilter umgewandelt und dadurch der NO-Anteil erhöht. Weil die Regeneration bereits in einem Temperaturbereich von C stattfindet, wird der Russ bei fast allen Betriebsbedingungen verbrannt. Bei passiven Systemen besteht jedoch die Gefahr, dass die Partikelfilter - falls zum Beispiel bei Teillastbetrieb die notwendige Zündtemperatur des Rußes nicht erreicht wird - überladen werden, wodurch die Leistungsabgabe aufgrund des hohen Staudruckes teilweise erheblich vermindert wird. Quelle: Auto&Wissen AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 16/16