Grundlagen der Motorentechnik und Abgasreinigung

Antiklopfende Wirkung von Benzin

Maßnahmen, um die Oktanzahl zu erhöhen und Detonation zu widerstehen. Dies beschreibt die Fähigkeit des Kraftstoffs, hohen Kompressionsverhältnissen ohne Detonation standzuhalten.

Ziele von Benzinadditiven

Schutz gegen Alterung, Korrosion und Einfrieren, sowie Reinigung des Ansaugsystems.

Herausforderungen bei Verbrennungsmotoren

Perfekte Verbrennungsmotoren sind heute nicht erreichbar. Die Anforderungen des Motors und der Betriebsbereich erfordern eine Anpassung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, was manchmal durch Sauerstoffzugabe erreicht wird. Mangel oder Überschuss bei hohen Drehzahlen reduzieren die verfügbare Zeit für chemische Reaktionen. Reaktionen bei Hochtemperaturverbrennung führen zur Bildung von Stickoxiden, die Sauerstoff für eine vollständige Verbrennung verbrauchen.

Arten von Kraftstoff-Luft-Gemischen

• Stöchiometrisch: 15g Luft zu 1g Benzin.
• Fett: Luftmangel (ca. 12:1 oder 13:1).
• Mager: Luftüberschuss (ca. 15:1 oder 16:1).

Verbrennungsprodukte: Toxische und ungiftige Gase

Toxische Gase:

• Kohlenmonoxid
• Stickoxide
• Kohlenwasserstoffe
• Rußpartikel
• Schwefel

Ungiftige Gase:

• Kohlendioxid
• Stickstoff
• Sauerstoff
• Wasser
• Blei

Ergebnisse von Gasanalysen bei Benzinmotoren

Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe, Kohlendioxid, Sauerstoff, Lambda-Verhältnis. Delta-HC: Wird aus der Zusammensetzung des Gemischs und der Verbrennungsqualität des Zylinders ermittelt, wenn dieser kurzgeschlossen wird.

Trübungsmesser

Ein Trübungsmesser ist ein modulares Gerät, das für die Messung und Analyse der Opazität oder Schwärzung von Abgasen zuständig ist.

Änderungen zur Verbesserung der Gemischbildung und Verbrennung

Brennkammern

Beeinflussen die Rückführung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen. Brennkammern mit unregelmäßiger Oberfläche und hohem Anstieg führen zu hohen Emissionen von Kohlenwasserstoffen. Kompakte Brennkammern mit kleiner Oberfläche reduzieren den Oktanzahlbedarf durch intensive Turbulenzen und schnelle Verbrennung.

Heizung des Saugrohrs

Reduziert die Aufheizzeit des Saugrohrs. Befindet sich über dem Abgaskrümmer. Design, wenn dieser Teil des Kühlsystems ist.

Variable Ventilsteuerung

Niedrigere Abgasemissionen durch Anpassung der Ventilsteuerzeiten.

Schaltsaugrohr

Kurzer Kanal für hohe Drehzahlen, langer Kanal für niedrige Drehzahlen.

Abgasrückführung (AGR-System)

Führt Abgase in den Ansaugkrümmer zurück. Berücksichtigt werden: Motordrehzahl, eingespritzter Kraftstofffluss, Frischluftstrom, Motortemperatur, Luftdruck.

Unterschied zwischen elektrischer und pneumatischer AGR

Pneumatische AGR-Ventile werden durch Unterdruck oder Vakuum gesteuert. Elektrische AGR-Ventile arbeiten unabhängig über ein Magnetventil, das elektrische Signale vom Steuergerät erhält.

Sekundärlufteinblasung (SLS)

Der Motor benötigt beim Start, besonders bei Kälte, ein reicheres Gemisch. Da der Katalysator zu diesem Zeitpunkt noch nicht die Betriebstemperatur erreicht hat, werden hohe Schadstoffemissionen vermieden, indem gefilterte Luft für etwa 100 Sekunden hinter das Auslassventil eingeblasen wird.

Lambda-Sonden: Zirkonium- vs. Titan-Sonden

Zirkonium-Sonden liefern eine Spannung, die ihren internen Widerstand variiert. Titan-Sonden benötigen keinen Referenz-Luftsauerstoff, sind robust und kompakt, reagieren schnell und erreichen durch Heizelemente schnell die Betriebstemperatur.

Wesentliche Teile einer Breitband-Lambda-Sonde

• Messzelle
• Sensorelektronik

Betrieb einer Breitband-Lambda-Sonde bei fettem Gemisch

Wenn das Gemisch anfettet, tendiert die Messzelle dazu, 1V auszugeben, aufgrund des niedrigen Sauerstoffgehalts im Abgas. Um stabile 450mV in der Zelle zu halten und den Fluss von Sauerstoffionen in die Messkammer zu gewährleisten, wird dies durch Anlegen eines umgepolten Stroms erreicht. Der Strom, der in die Pumpzelle fließt, wird im Steuergerät in einen bestimmten Lambda-Wert umgewandelt.

Katalysatoren nach Material und Herstellungsart

Keramikkatalysatoren

Bestehen aus einem Keramikmonolithen, der von unzähligen Löchern durchbohrt ist, durch die die Abgase strömen. Haben drei Probleme: Zerbrechlichkeit, Gegendruckeffekt und Schmelzen.

Metallkatalysatoren

Bestehen aus aufgerollten Blechen, die eine dreidimensionale Spirale bilden. Enthalten Edelmetalle wie Palladium und Platin. Haben ebenfalls das Problem des Gegendrucks.

Metallische Radialfluss-Katalysatoren

Haben ein keilförmiges Design, das auf dem Venturi-Effekt basiert. Der untere Bereich des Rohrs, durch den eine Flüssigkeit strömt, erhöht die Geschwindigkeit. Dieses Design fördert den Abgasfluss und verhindert den Rückfluss zum Motor.

Modulare metallische Substrate

Sind der Nachfolger des Radialfluss-Katalysators und bieten eine Reihe von Vorteilen: Leistungsverbesserung durch das Design von modularen, keilförmigen Monolith-Würfeln, die den Gegendruckeffekt reduzieren, die Abgasableitung erleichtern und aus speziellen, hochtemperaturbeständigen Legierungen bestehen. Das Design bietet mehr Platz für den Abgasfluss.

Reaktionen bei der katalytischen Abgasreinigung (3-Wege-Katalysator)

• Reduktion: Entzug von Sauerstoff aus den Abgaskomponenten.
• Oxidation: Zufuhr von Sauerstoff zu den Abgasen.

Aktivkohlefilter (Kanister)

Ist für die Absorption von Benzindämpfen zuständig.

Partikelfilter

Zielt darauf ab, Rußpartikel im Abgas einzufangen. Komponenten: Differenzdrucksensor, Kraftstoffadditiv-Dosiereinheit, Motorsteuergerät und Abgastemperatursensor.

Belastungsstufen eines Partikelfilters

• Perforierter Filter
• Filter in Regeneration
• Zwischenzone beladen
• Überlasteter Filter
• Verstopfter Filter

Reinigung und Wartung eines Partikelfilters

Die Reinigung erfolgt regelmäßig und automatisch während des normalen Betriebs des Fahrzeugs, unmerklich für den Fahrer. Sie findet alle 400 bis 1000 km statt und dauert etwa 3 Minuten.

EOBD und Fehlercodes im On-Board-Diagnosesystem

Ein Diagnosesystem, das in das Motorsteuergerät integriert ist und jene Systeme und Komponenten überwacht, deren Fehlfunktion zu erhöhten Schadstoffemissionen des Fahrzeugs führen könnte. Der Fehlercode beginnt immer mit einem Buchstaben, der den Systemtyp identifiziert. Die zweite Ziffer des Codes gibt an, ob es sich um einen Standardcode handelt. Die dritte Ziffer identifiziert die Komponentengruppe, die vierte und fünfte Ziffer die spezifische Fehler-ID der Komponente.