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Nov 15, 2023

AGR, Sekundärlufteinspritzung und Emissionsmanagement

Das perfekte Fahrzeug mit Verbrennungsmotor wäre in der Lage, genau diese Menge zu leisten

Das perfekte Fahrzeug mit Verbrennungsmotor wäre in der Lage, genau zum richtigen Zeitpunkt die exakte Menge an Kraftstoff und Luft in den Brennraum zu bringen.

Wenn es zu einer perfekten Verbrennung kommen würde, würden nichts weiter als Wasser und Kohlendioxid als Nebenprodukte entstehen, was zu keinem unverbrannten Brennstoff oder Sauerstoff führen würde. Die Verbrennung würde bei der richtigen Temperatur stattfinden, sodass sich Oxide („hyperaktiver“ Sauerstoff, der durch höhere Temperaturen aktiviert wird) nicht mit Stickstoff und Kohlenstoff zu Stickoxiden (NOx) und Kohlenmonoxid (CO) verbinden würden. Dieses perfekte Auto würde weder einen Katalysator noch eine andere Vorrichtung zur Emissionskontrolle benötigen.

Was ist nötig, um dies zu erreichen? Die Direkteinspritzung in den Brennraum ist ein guter Anfang. Sie benötigen außerdem eine perfekte Brennkammer ohne Hot Spots – Bereiche mit unerwünschten Turbulenzen oder Kohlenstoffablagerungen.

Die wichtigste Zutat, die Sie benötigen, ist jedoch ein Motorsteuercomputer und Sensoren, die Luft und Kraftstoff perfekt messen können, um den bestmöglichen Zündzeitpunkt und die optimale Verbrennung zu berechnen. Dafür müsste die Rechenkapazität des Supercomputers Millionen von Berechnungen durchführen, die sich aufgrund der Motordrehzahl und -last ständig ändern würden.

Wir verfügen nicht über diese Technologie, aber jedes Jahr werden die Brennkammerkonstruktionen besser, die Motorcomputer werden besser und die Sensoren werden empfindlicher.

Mittlerweile verfügen wir über Abgasrückführungssysteme (AGR), Sekundärlufteinblasung und Katalysatoren zur Reduzierung der Emissionen

Diese Systeme geben eine kleine Menge Inertgas in die Brennkammer, um die Temperaturen zu kontrollieren. Da Abgase normalerweise nicht verbrennen, senkt dies die Verbrennungstemperatur und verringert die NOx-Emissionen des Motors.

Wenn es in der Brennkammer auf Temperaturen um die 1.300 °C bzw. 2.500 °F erhitzt wird, verbinden sich Sauerstoff und Stickstoff miteinander und bilden NOx und CO.

Durch das Einleiten von Abgasen in die Brennkammer wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch durch die inerten Abgase verwässert. Dies verlangsamt den Verbrennungsprozess und senkt die Verbrennungstemperaturen auf ein Niveau, bei dem sich kein NOx bildet.

Im Gegensatz zu älteren AGR-Systemen arbeiten moderne AGR-Systeme ständig, nicht nur beim Abbremsen oder bei geschlossener Drosselklappe. Bedenken Sie dies, wenn Sie versuchen, einen Stromausfall oder ein Stolperproblem zu beheben.

Neuere Fahrzeuge mit variabler Ventilsteuerung sowohl an der Auslass- als auch an der Einlassnockenwelle können die Steuerzeiten so anpassen, dass während des Einlasshubs eine kleine Menge Abgas in die Kammer zurückgesaugt wird.

Sekundärlufteinspritzsysteme pumpen Außenluft in den Abgasstrom, sodass unverbrannter Kraftstoff verbrannt werden kann. Frühe Systeme verfügten über eine riemengetriebene Luftpumpe. Neuere Saugsysteme nutzen das durch einen Abgasimpuls erzeugte Vakuum, um Luft in das Rohr zu ziehen. Die neuesten Systeme verwenden einen Elektromotor zum Pumpen von Luft. Diese Systeme sind entscheidend für die Lebensdauer des Katalysators.

Elektromotorsysteme finden sich in vielen neuen Fahrzeugen wie der GM-LS-Serie, Toyota-V8-Motoren und kalifornischen Ford-3,8-Liter-V6-Motoren. Diese Systeme sind typischerweise während der ersten 20 bis 120 Sekunden des Motorbetriebs aktiv, indem sie Luft stromabwärts in die Abgaskrümmer drücken, um die Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid zu oxidieren, die durch den Fettbetrieb beim Start entstehen. Dadurch kann die Anspringzeit der Vorkatalysatoren drastisch verkürzt werden. Das System spritzt mithilfe von Eingaben wie Kühlmitteltemperatur, Lufttemperatur und Sauerstoffsensoren die richtige Luftmenge ein.

Der Katalysator benötigt zwei Elemente, die von den AGR- und Lufteinspritzsystemen bereitgestellt werden: geeignete Temperaturen zur Reduzierung von NOx und Sauerstoff zur Verbrennung von Kohlenwasserstoffen. Unter idealen Bedingungen kann ein Dreiwegekatalysator zwischen 50 und 95 Prozent der NOx-Emissionen und 99,9 Prozent des unverbrannten Kraftstoffs reduzieren.

Es ist die letzte Station für Schadstoffe, und wenn ein vorgeschaltetes Emissionssystem beeinträchtigt wird, kann es nur einen bestimmten Betrag kompensieren, bevor die Abgasemissionen ansteigen.

Um ein Fahrzeug mit hohem Schadstoffausstoß richtig zu diagnostizieren, müssen Sie es wie ein Ingenieur betrachten, der das gesamte System vom Lufteinlass bis zum Auspuffrohr betrachtet. Bei der Konstruktion eines Fahrzeugs muss es einen bestimmten Emissionswert einhalten. Zu diesem Zweck wird ein Ingenieurteam die Systeme ausbalancieren und dafür sorgen, dass sie harmonisch funktionieren, sodass der Preis erschwinglich ist.

Wenn die Brennkammer eines Fahrzeugs überdurchschnittlich hohe Temperaturen aufweist, gleichen die Ingenieure die Menge der in die Brennkammer eingeleiteten Abgase entsprechend der Größe des Konverters aus, sodass das Fahrzeug die vorgeschriebenen Emissionswerte und die Garantiezeit einhält.

Wenn Platin, Palladium und andere Edelmetalle nicht so teuer wären, gäbe es wahrscheinlich größere Konverter und weniger Abgasreinigungsgeräte, die sich auf das Geschehen im Brennraum konzentrieren. Bei einem Platinpreis von rund 1.300 US-Dollar pro Unze ist dies jedoch keine praktikable wirtschaftliche Lösung.

Wenn Ihre Werkstatt einen defekten Katalysator austauscht, ohne die Probleme im Vorfeld zu beheben, verwenden Sie auch eine Lösung, die für den Verbraucher wirtschaftlich nicht rentabel ist, da er den Katalysator früher austauschen muss.