Das Motorsteuergerät des Cummins ISF hat einen Stecker, der aus zwei Blöcken besteht.
Der Block „A“ ist mit dem Fahrzeugkabelbaum verbunden. Seine Zusammensetzung kann je nach Fahrzeugausstattung stark variieren.
Über diesen Block erhält das Steuergerät unter anderem die Versorgung und ist mit der Fahrzeugmasse verbunden.
Der Block „B“ vereint den Motorkabelbaum: Sensoren und Aktoren. Seine Zusammensetzung hängt von den Abgasnormen ab, denen der betreffende Motor entspricht.
Kurbelwellen-Positionssensor
Der Kurbelwellen-Positionssensor ist im Bereich der Kurbelwellenriemenscheibe eingebaut.
Das Funktionsprinzip des Kurbelwellen-Positionssensors beruht auf dem Hall-Effekt.
Der Sensor bestimmt die Kurbelwellenposition und wandelt diese Daten in Signale (Rechteckimpulse) um. Aufgrund dieser Signale bestimmt das elektronische Motorsteuergerät die Kurbelwellendrehzahl und korrigiert den Öffnungsbeginn der Einspritzdüsen sowie die Dauer ihres offenen Zustands und den Einspritzverstellwinkel.
Der Sensor hat drei Leitungen: Versorgung, Masse und Signalleitung. Die Versorgung des Sensors ist stabilisiert, beträgt etwa 5 V und erfolgt durch das Motorsteuergerät (Kontakt B13). Der Massekontakt ist ebenfalls mit dem Steuergerät verbunden (Kontakt B14). Das Signal des Sensors gelangt an den Kontakt B38 des Steuergeräts und besteht aus Rechteckimpulsen mit niedrigem Pegel von etwa 0 V und hohem Pegel von etwa 5 V.
Die Hauptstörungen des Sensors liegen in drei Bereichen:
Störung des Sensors selbst
Die Störung von Hall-Sensoren zeigt sich hauptsächlich nach dem Aufwärmen des Motors – durch Erwärmung fällt die im Sensor integrierte Elektronik aus. Es treten Impulsaussetzer auf.
Störung des Kabelbaums
Zeigt sich als vollständiges oder teilweises Fehlen des Sensorsignals. Wird durch Prüfung der Spannung an den Sensorkontakten bei eingeschalteter Zündung und gesteckten Steckern sowie durch Durchgangsprüfung des Kabelbaums vom Sensor zum Steuergerät bei abgezogenen Steckern diagnostiziert.
Störung des Sensorrotors (Geberrads)
Es ist zu beachten, dass die Reparatur der Rotorzähne bei Beschädigung nicht zulässig ist – der Rotor muss ersetzt werden. Schweißen verändert die magnetischen Eigenschaften des Materials, und Signalstörungen des Sensors beim Vorbeilaufen an einem reparierten Zahn sind wahrscheinlich.
Das Ausbleiben der Tachometernadelbewegung bei erfolglosen Startversuchen des Motors kann als Indikator für eine mögliche Störung des Kurbelwellen-Positionssensors dienen.
Nockenwellen-Positionssensor
Der Nockenwellen-Positionssensor ist am Zylinderkopf angeordnet und bestimmt den Moment, in dem der Kolben des Zylinders Nr. 1 im Verdichtungstakt den oberen Totpunkt erreicht. Aufgrund des Sensorsignals bestimmt das elektronische Motorsteuergerät die Einspritzreihenfolge für die einzelnen Zylinder.
Das Funktionsprinzip des Nockenwellen-Positionssensors beruht auf dem Hall-Effekt.
Der Sensor hat drei Leitungen: Versorgung, Masse und Signalleitung. Die Versorgung des Sensors ist stabilisiert, beträgt etwa 5 V und erfolgt durch das Motorsteuergerät (Kontakt B87). Der Massekontakt ist ebenfalls mit dem Steuergerät verbunden (Kontakt B63). Das Signal des Sensors gelangt an den Kontakt B62 des Steuergeräts und besteht aus Rechteckimpulsen mit niedrigem Pegel von etwa 0 V und hohem Pegel von etwa 5 V.
Die Hauptstörungen des Sensors liegen in drei Bereichen:
- Störung des Sensors selbst. Die Störung von Hall-Sensoren zeigt sich hauptsächlich nach dem Aufwärmen des Motors – durch Erwärmung fällt die im Sensor integrierte Elektronik aus. Es treten Impulsaussetzer auf.
- Störung des Kabelbaums einschließlich der Stecker. Zeigt sich als vollständiges oder teilweises Fehlen des Sensorsignals. Wird durch Prüfung der Spannung an den Sensorkontakten bei eingeschalteter Zündung und gesteckten Steckern sowie durch Durchgangsprüfung des Kabelbaums vom Sensor zum Steuergerät bei abgezogenen Steckern diagnostiziert.
- Störung des Sensorrotors (Geberrads).
Ladedrucksensor und Ansauglufttemperatursensor als Einheit
Der Ladedrucksensor ist am Ansaugkrümmer eingebaut und ist ein piezoresistiver Sensor. Der Sensor bestimmt den vom Turbolader erzeugten Ladedruck direkt im Ansaugkrümmer und erzeugt ein Ausgangssignal zum Steuergerät.
In den Ladedrucksensor ist ein Ladelufttemperatursensor integriert.
Der Sensor hat vier Leitungen: Versorgung, Masse, Signalleitung des Ladedrucksensors und Signalleitung des Ladelufttemperatursensors.
Die Versorgung des Sensors ist stabilisiert, beträgt etwa 5 V und erfolgt durch das Motorsteuergerät (Kontakt B89). Der Massekontakt ist ebenfalls mit dem Steuergerät verbunden (Kontakt B65).
Das Signal des Ladedrucksensors gelangt an den Kontakt B70 des Steuergeräts und stellt eine Spannung dar, die mit steigendem Druck zunimmt. Das Signal des Ladelufttemperatursensors gelangt an den Kontakt B23 des Steuergeräts.
Drucksensor im Kraftstoffsammler
Der Kraftstoffdrucksensor ist am Kraftstoffspeicher (Kraftstoffsammler) eingebaut und misst die Momentanwerte des Kraftstoffdrucks im Speicher mit angemessener Genauigkeit und Schnelligkeit.
Der Kraftstoff gelangt über eine Bohrung im Speicher und einen Kanal im Sensorgehäuse, das am Ende durch eine Membran verschlossen ist, in den Sensor; so wirkt der Kraftstoff unter Druck auf die Membran. Das Sensorelement wandelt den Druck wiederum in ein elektrisches Signal um. Dieses Signal wird an das elektronische Motorsteuergerät gesendet.
Aufgrund des Signals des Kraftstoffdrucksensors und in Abhängigkeit von den Signalen anderer Komponenten des Kraftstoffsystems nimmt das elektronische Motorsteuergerät die notwendigen Korrekturen am Betrieb des Kraftstoffsystems vor (der erforderliche Kraftstoffdruck im Speicher wird durch Ansteuerung des Aktors der Einspritzpumpe erzeugt).
Der Sensor hat drei Leitungen: Versorgung, Masse und Signalleitung. Die Versorgung des Sensors ist stabilisiert, beträgt etwa 5 V und erfolgt durch das Motorsteuergerät (Kontakt B92). Der Massekontakt ist ebenfalls mit dem Steuergerät verbunden (Kontakt B68). Das Signal des Sensors gelangt an den Kontakt B69 des Steuergeräts und stellt eine Spannung dar, die mit steigendem Druck zunimmt.
Kühlmitteltemperatursensor
Der Kühlmitteltemperatursensor ist im Thermostatgehäuse eingebaut. Er bestimmt die Kühlmitteltemperatur des Motors und übermittelt das Signal an das elektronische Motorsteuergerät.
Der Sensor ist ein Thermistorfühler. Der Widerstand des Sensors nimmt mit steigender Kühlmitteltemperatur ab. Das elektronische Motorsteuergerät bewertet anhand der Signalspannung des Sensors die Kühlmitteltemperatur und nimmt die notwendigen Korrekturen am Betrieb des Kraftstoffsystems vor.
Der Sensor hat zwei Leitungen: Masse (Kontakt B43 des Steuergeräts) und Signalleitung, die zugleich Versorgungsleitung ist (Kontakt B46 des Steuergeräts). Bei eingeschalteter Zündung muss am Kontakt 2 des abgezogenen Sensorsteckers eine stabilisierte Versorgung von etwa 5 V anliegen.
Fahrpedal-Positionssensor
Der Fahrpedal-Positionssensor ist erforderlich, um den Grad der Betätigung des Fahrpedals durch den Fahrer zu bestimmen.
Der Sensor besteht aus zwei Potentiometern (veränderlichen Widerständen) mit unabhängigen Kreisen (Versorgung, Signal und „Masse“). Somit besteht der Sensor aus zwei Kanälen – 1 und 2. Bei Betätigung des Fahrpedals ändern sich die Widerstände der Sensorelemente gleichmäßig proportional zum Betätigungsgrad.
Die Signale des Fahrpedal-Positionssensors, die am elektronischen Motorsteuergerät ankommen, werden mit den programmierten Kennlinien verglichen (auch die Signale der Kanäle 1 und 2 werden untereinander verglichen, was zur Kontrolle der Richtigkeit der Anzeigen erforderlich ist). Das Steuergerät erzeugt wiederum Ausgangssteuersignale, auf deren Grundlage der Betrieb des Kraftstoffsystems gesteuert wird (z. B. wird die erforderliche Kraftstoffzufuhr bestimmt).
Öldruck-Notfallschalter
Der Öldruck-Notfallschalter ist ein Relaisschalter, dessen Kontakte sich schließen, wenn der Öldruck im Schmiersystem des Motors unter einen bestimmten Wert fällt.
Das Signal des Sensors gelangt an das Steuergerät am Kontakt 37B – der Sensor schließt diesen Kreis auf Masse. Der Eingang des Signals von diesem Sensor bei laufendem Motor (es kommt das Signal des Kurbelwellen-Positionssensors) veranlasst das Motorsteuergerät, die Störungsanzeige „STOP“ im Instrumententräger einzuschalten.
Je nach Realisierung des Datenaustauschsystems zwischen Instrumentenkombination und Motorsteuergerät kann dieser Befehl sowohl über einen separaten Kreis (Kontakt A49) als auch über den CAN-Datenbus (Kontakte 14A und 15A) übertragen werden.
Atmosphärendrucksensor
Der Atmosphärendrucksensor bestimmt den aktuellen Atmosphärendruck und übermittelt das Signal an das Motorsteuergerät. Dieser Sensor ist für den korrekten Betrieb des Motors in verschiedenen Höhen über dem Meeresspiegel erforderlich.
Der Sensor hat drei Leitungen: Versorgung, Masse und Signalleitung. Die Versorgung des Sensors ist stabilisiert, beträgt etwa 5 V und erfolgt durch das Motorsteuergerät (Kontakt B88). Der Massekontakt ist ebenfalls mit dem Steuergerät verbunden (Kontakt B64). Das Signal des Sensors gelangt an den Kontakt B72 des Steuergeräts und stellt eine Spannung dar, die sich mit dem Druck ändert.
Aktoren
Hochdruck-Kraftstoffpumpe (Einspritzpumpe)
An der Einspritzpumpe ist ein elektromagnetischer Kraftstoffdruckregler angeordnet. Er hält den Betriebsdruck des Kraftstoffs im Speicher in Abhängigkeit von der Motorlast aufrecht. Bei Bedarf einer Erhöhung des Kraftstoffdrucks im Speicher schließt das Ventil des elektromagnetischen Reglers auf Signal des elektronischen Motorsteuergeräts und trennt die Hochdruckstufe von der Niederdruckleitung (Kraftstoffrücklauf). Bei Bedarf einer Verringerung des Kraftstoffdrucks im Speicher öffnet das Ventil des elektromagnetischen Reglers umgekehrt auf Signal des elektronischen Motorsteuergeräts und leitet einen Teil des Kraftstoffs in die Rücklaufleitung, wodurch der Kraftstoffdruck im Speicher gesenkt wird.
Einspritzdüsen
Die Einspritzdüsen führen die Kraftstoffeinspritzung in die Motorzylinder auf Signal des elektronischen Motorsteuergeräts durch. Im Common-Rail-Speichereinspritzsystem werden Einspritzdüsen mit elektromagnetischem Antrieb eingebaut.
Aktor des Turbolader-Geometrieverstellsystems
Bei einigen Motorausführungen ist ein Turbolader mit veränderlicher Geometrie eingebaut. Der Aktor des Geometrieverstellsystems ist am Turbolader eingebaut und steuert das System zur Veränderung der Geometrie (Schaufelposition) des Turboladers.
Das elektronische Motorsteuergerät empfängt Daten vom Kurbelwellen-Positionssensor, Kühlmitteltemperatursensor, Ladelufttemperatursensor, Ladedrucksensor und Atmosphärendrucksensor, die die Motorlast und seine Betriebsbedingungen bestimmen, berechnet die optimale Schaufelposition und sendet ein Signal an den Elektromotor des Aktors. So wird die Leistung des Verdichterteils des Turboladers geregelt.
CAN-Datenbus
Der CAN-Datenbus (Controller Area Network) ist eine serielle Hochgeschwindigkeits-Datenübertragungsleitung, die von der Firma Bosch entwickelt wurde. Er besitzt hohe Störfestigkeit und Fehlerschutz. Er wird zur Verringerung der Leitungsanzahl beim Datenaustausch im Fahrzeug verwendet. Jedes der Steuergeräte, die an diesem Bus arbeiten, sendet und empfängt Daten selektiv.
Der Bus ist nach einem Zweileiter-Schema ausgeführt: Kanal CAN-High (H) und CAN-Low (L). Die Leitungen sind zur Verbesserung der Störfestigkeit des Busses zu einem verdrillten Paar verdrillt. Die maximale Länge nicht verdrillter Leitungen darf 40 mm nicht überschreiten, um die erforderliche Potentialdifferenz zwischen H- und L-Kanal zu gewährleisten sowie um das Auftreten von Fehlern in den Nachrichten zu verhindern, die bei Signalreflexionen möglich sind.
Innerhalb der Steuergeräte, an den Busenden, sind parallel zu den CAN-Bus-Anschlüssen Widerstände, üblicherweise mit 120 Ohm Nennwert, eingebaut. Diese Widerstände helfen auch, die Funktionstüchtigkeit des Buskabelbaums in seinen verschiedenen Zweigen zu bestimmen: Bei Messung des Widerstands an den entsprechenden Kontakten der abgezogenen Stecker der am CAN-Bus arbeitenden Steuergeräte sollte man üblicherweise etwa 120 oder 60 Ohm erhalten (ein 120-Ohm-Widerstand oder deren Parallelschaltung). Je nachdem, welches Steuergerät abgesteckt ist (Varianten sind möglich). Je nach Realisierung des Systems können diese Widerstände in den Steuergeräten, in Zwischensteckern des CAN-Busses oder in speziellen CAN-Bus-Terminatoren eingebaut sein.
Beispiel des Aufbaus eines CAN-Datenbusses im Fahrzeug (verschiedene Varianten sind möglich).
Die Auslastung des Informationsbusses hängt von der Anzahl der an ihm angeschlossenen Steuergeräte und der übertragenen Informationsmenge ab. Die Signale auf beiden Kanälen sind stets zueinander symmetrisch und gegenphasig.
Im Ruhezustand müssen auf beiden Buskanälen (High und Low) etwa 2,5 V zu beobachten sein (entspricht logisch „1“). Das Signal des Kanals CAN-Low (L) schaltet zwischen seinem hohen Pegel von 2,5 V (logisch „1“) und seinem niedrigen Pegel von 1,5 V (logisch „0“). Das Signal des Kanals CAN-High (H) schaltet zwischen seinem niedrigen Pegel von 2,5 V (logisch „1“) und seinem hohen Pegel von 3,5 V (logisch „0“). Beim Umschalten des Busses auf logisch „0“ beträgt die Potentialdifferenz zwischen den Kanälen 2 V.
Mögliche Störungen des CAN-Busses liegen in drei Bereichen:
- Störung des Kabelbaums/der Stecker (Unterbrechung, Kurzschluss, Kurzschluss gegen Masse oder Versorgung);
- Störungen der am Bus arbeitenden Steuergeräte;
- Überlagerung von Störungen auf den CAN-Buskabelbaum (falsche Leitungsführung, Leitung nicht zu einem verdrillten Paar verdrillt).
System zur Reduzierung der Abgas-Toxizität
Moderne Motoren müssen immer strengeren Anforderungen an die Toxizität ihrer Abgase entsprechen. Damit der Motor strengeren Umweltanforderungen entspricht, wird seine Konstruktion optimiert, das Steuerungssystem und die Einspritzanlage verbessert und zusätzliche Subsysteme zur Reduzierung der Abgas-Toxizität eingebaut. Außerdem muss der entsprechende Kraftstoff verwendet werden.
Die folgende Abbildung zeigt ein ungefähres Diagramm der Wirkung der Einführung von Toxizitätsminderungssubsystemen auf die entsprechenden Abgasparameter: NOx — Stickoxide, TЧ — Feststoffpartikel, einschl. Ruß.
Abgasrückführungssubsystem (EGR)
Das Abgasrückführungssubsystem (EGR) wird an einigen Motormodellen eingebaut, um die Toxizitätsnormen Euro 3 und zusammen mit der Kraftstoffzufuhrkorrektur die Normen Euro 4 zu erreichen. Bei Motormodellen, die Euro 3 entsprechen, kann es fehlen.
Das EGR-Subsystem reduziert die Emission von Stickoxiden (NOx) in die Atmosphäre. In der Luft ist molekularer Stickstoff vorhanden, der unter normalen Bedingungen inert ist und nicht mit dem ebenfalls in der Luft vorhandenen Sauerstoff reagiert. Aber im Brennraum des Motors oxidiert der Stickstoff unter dem Einfluss hoher Temperaturen, wodurch giftige Stickoxide entstehen. Je höher die Temperatur, desto mehr Stickoxide entstehen.
Das Abgasrückführungssystem leitet einen Teil der Abgase aus dem Abgaskrümmer des Motors über den Ansaugkrümmer zurück in die Brennräume, wodurch die Verbrennungstemperatur des Kraftstoff-Luft-Gemischs gesenkt und somit die Bildung von Stickoxiden reduziert wird.
Zusammensetzung des EGR-Subsystems
Es gibt mehrere Ausführungsvarianten des EGR-Subsystems an Cummins-ISF-Motoren, je nach denen sich seine Zusammensetzung unterscheidet. Bei ISF3.8-Motoren umfasst das EGR-Subsystem: EGR-Ventil komplett, EGR-Kühler und Elemente des elektronischen Steuerungssystems.
Das EGR-Ventil hat einen elektrischen Antrieb, der auf Befehl des Steuergeräts den Rückführungskanal in erforderlichem Maße öffnet und schließt. Die Menge der rückgeführten Gase wird über den Luftmassenmesser bestimmt: Die Verringerung des Luftdurchsatzes lässt das Steuergerät erkennen, dass Abgase in den Motor gelangen.
Der Drosselklappen-Servoantrieb ist am Ansaugkrümmer eingebaut und zur Regelung der Drosselklappenposition erforderlich. Der Servoantrieb besteht aus einem Gleichstrom-Elektromotor und einem Drosselklappen-Positionssensor. Der Drosselklappen-Servoantrieb im Ansaugsystem des Dieselmotors dient zur Erhöhung des Abgasrückführgrades durch Senkung des erhöhten Drucks im Ansaugkrümmer (dies wird durch teilweises Schließen der Drosselklappe erreicht), wodurch Abgase in den Ansaugtrakt gesaugt werden. Die Regelung über die Drosselklappe erfolgt nur in niedrigen Drehzahlbereichen.
Nachteile des EGR
Im Betrieb verstopft der im Abgas enthaltene Ruß die Rückführungskanäle und das EGR-Ventil. So wird früher oder später die Bewegung des Ventils blockiert und es erfüllt seine Funktionen nicht mehr. Üblicherweise erfolgt die Blockierung des Ventils bei seiner teilweisen Öffnung, sodass die rückgeführten Gase stets in den Ansaugtrakt gelangen, auch wenn dies nicht geschehen sollte. Dies führt zur Störung der Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemischs und in der Folge zu Leistungsverlust, erhöhter Rauchentwicklung des Abgases. Dieses Problem wird nicht immer durch Spülen des Ventils gelöst: Es kann ausfallen und muss ersetzt werden.
Feststoffpartikel der Abgase verunreinigen auch den Ansaugkrümmer und die Einlassventile. Die Verunreinigung kann so stark sein, dass das Fahrzeug einfach stehen bleibt – die Luft gelangt nicht mehr in den Motor. Die Spülung des Ansaugkrümmers löst dieses Problem. Außerdem verliert das Motoröl durch EGR schneller seine Eigenschaften.
Darüber hinaus verschlechtert EGR die Kraftstoffökonomie des Dieselmotors und führt zur Verringerung seines thermischen Wirkungsgrades.
Wie wir sehen, bringt dieses Subsystem dem Motor gewissen Schaden, daher entfernen viele Fahrzeughalter seine Elemente: Alle Rückführungsrohre, das Rückführungsventil, der Gaskühler (Wärmetauscher, in dem die Wärme der rückgeführten Abgase an das Kühlsystem des Motors abgegeben wird) werden entfernt, anstelle aller Rohre werden Blindstopfen eingebaut. Aber das reicht nicht: Wenn man sich nur auf die physische Entfernung des EGR-Subsystems beschränkt, erkennt das Steuergerät, das seinen Betrieb überwacht, die Störung und meldet dies dem Fahrer durch Einschalten der Anzeige im Instrumententräger. Daher ist zusätzlich eine Neuprogrammierung des Motorsteuergeräts erforderlich (Austausch des Steuerprogramms – Chip-Tuning), wodurch das Steuergerät die EGR-Elemente nicht mehr überwacht und die Betriebskennfelder durch Kennfelder nach Euro 3 ersetzt werden.
Dieselpartikelfilter (DPF)
Der Ruß der Abgase von Verbrennungsmotoren wirkt wie Aktivkohle, sammelt Schadstoffe und ist krebserregend, daher ist das Einatmen äußerst unerwünscht. Zur Verringerung der Ruß- und anderen Feststoffpartikelmenge in den Abgasen des Fahrzeugs dient der Dieselpartikelfilter (Diesel Particulate Filter, DPF). Seine Funktion besteht im Auffangen der Feststoffpartikel aus den Abgasen und deren periodischem Verbrennen (Regeneration des Partikelfilters). Die Gesamtoberfläche des Filterelements ist nahe der Fläche von zwei Fußballfeldern.
Wie aus dem obigen Diagramm ersichtlich, arbeitet der DPF gemeinsam mit dem EGR: EGR reduziert Stickoxide, erhöht aber die Feststoffpartikelmenge in den Abgasen, was wiederum durch den DPF gelöst wird.
Zusammensetzung des DPF-Subsystems
Das DPF-Subsystem besteht aus dem Partikelfilter und dem Differenzdrucksensor im Partikelfilter. In dieser Zusammensetzung wird dieses System z. B. an Next-Bus-Bussen eingebaut.
Der Differenzdrucksensor im Partikelfilter ist zur Kontrolle der Füllung des Filters erforderlich. Seine Anzeigen ermöglichen dem Steuergerät die Bestimmung des Moments, in dem die Regeneration durchgeführt werden muss. Die Regeneration des Partikelfilters erfolgt durch Erwärmung auf eine Temperatur von etwa 700 °C, wodurch die in seinen Kanälen abgelagerten Feststoffpartikel vollständig ausbrennen und gasförmige Kohlenstoffoxide bilden.
Nachteile des DPF
Fehler im Fahrzeugbetrieb, niedrige Kraftstoffqualität, ungeeignete Schmierstoffe, Verwendung ungeeigneter Kraftstoff- und Öladditive, häufige Fahrten über kurze Strecken und städtischer Fahrbetrieb führen oft zu irreparablen Störungen des Partikelfilters. Seine Regeneration wird unmöglich.
Bei diesem Problem hat der Fahrzeughalter, wie im Fall des Katalysators, zwei Lösungswege: Austausch gegen einen neuen oder Entfernung des Partikelfilters. Die Kosten eines neuen Partikelfilters sind hoch, und oft ist seine Entfernung die einzige Möglichkeit, das Fahrzeug wieder in Betriebszustand zu bringen. Auch in diesem Fall ist eine Neuprogrammierung des Motorsteuergeräts erforderlich, die den Partikelfilter softwaremäßig abschaltet.
Selektiver katalytischer Reduktionskatalysator (SCR)
Dieses Subsystem dient zur Reduzierung giftiger Stickoxide NOx (NO, NO2) in den Abgasen. Das Vorhandensein dieses Subsystems schließt die Notwendigkeit der Verwendung von EGR zur Erreichung der Euro-4-Normen aus, und seine Verwendung zusammen mit anderen Toxizitätsminderungssystemen ermöglicht die Erreichung der Normen Euro 5 und Euro 6.
Wie aus dem Diagramm ersichtlich, arbeitet der Motor bei Verwendung dieses Subsystems in für die Reduzierung von Feststoffpartikeln in den Abgasen optimierten Betriebsarten (TЧ-optimierte Verbrennung), und die in diesem Fall erhöhte NOx-Konzentration in den Abgasen wird durch das SCR-Subsystem gelöst.
Das Funktionsprinzip des SCR-Systems besteht in der Behandlung der Abgase mit einer wässrigen Harnstofflösung in einem Reduktionskatalysator. Die in den Abgasen enthaltenen Stickoxide NOx (NO, NO2) werden nach der chemischen Reaktion mit dem Reduktionsmittel AdBlue im Katalysator in Stickstoff N2 und Wasser H2O umgewandelt.
Flüssigkeit des Toxizitätsminderungssystems (Harnstoff)
Die verwendete wässrige Harnstofflösung ist unter der Marke AdBlue bekannt. Das Reagenz AdBlue wird nach einer besonderen Technologie aus hochreinem Harnstoff und demineralisiertem Wasser hergestellt. Der Harnstoffanteil in AdBlue beträgt 32,5 %. Bei dieser Konzentration hat das Reagenz den niedrigsten Gefrierpunkt von −11 °C. Jede Abweichung von dieser Konzentration führt zur Erhöhung der Gefriertemperatur.
Die Beheizung des Harnstoffzufuhrsystems kann sowohl durch eigenständige Heizelemente als auch vom Kühlsystem des Fahrzeugs erfolgen (in diesem Fall wird ein Tankheizventil verwendet). Der durchschnittliche Reagenzverbrauch variiert je nach Motormodell und sollte im Durchschnitt etwa 4 % des Dieselkraftstoffverbrauchs für Motoren nach Euro 4 betragen. Die Lagerfrist des Reagenzes beträgt 1 Jahr.
Sicherheitsvorkehrungen beim Umgang mit AdBlue
Das Reagenz ist nicht brandgefährlich und wird gemäß Richtlinie EC67/548/EEC als sicher eingestuft. Die Aufnahme geringer Mengen in den Körper stellt keine Gefahr dar. Wenn AdBlue in die Verdauungsorgane gelangt ist, spülen Sie die Mundhöhle aus und trinken Sie viel Wasser. Wenn Unwohlsein und Beschwerden nicht vergehen, suchen Sie einen Arzt auf.
Bei längerem Kontakt oder Eintauchen von Körperteilen in einen Behälter mit der Substanz sind Hautverbrennungen möglich. Bei möglichem Kontakt mit der Substanz sollten Latexhandschuhe verwendet werden. Obwohl das Produkt nicht als reizende chemische Substanz eingestuft ist, kann der direkte Kontakt mit den Augen vorübergehendes Unbehagen in Form von Tränenfluss oder Bindehautrötung verursachen. Bei direktem Kontakt der Lösung mit den Augen spülen Sie diese sofort mit viel Wasser und suchen Sie einen Arzt auf.
Verschüttetes Reagenz ist sorgfältig zu beseitigen, um Verletzungen vorzubeugen, da die Oberfläche rutschig wird. Der Kontakt der Flüssigkeit mit Fahrzeugteilen ist zu vermeiden. Ist dies geschehen, ist die Flüssigkeit mit Wasser abzuspülen und Reste von der Karosserieoberfläche zu entfernen. Wenn AdBlue trocknet und auf der Oberfläche kristallisiert, verursacht dies Korrosion.
Bei hohen Temperaturen (etwa 70–80 °C) zersetzt sich AdBlue, was zur Bildung von Ammoniak und möglicher unangenehmer Geruchsbildung führt. Verunreinigung durch Fremdstoffe und Bakterien kann AdBlue unbrauchbar machen. Ausgelaufener und kristallisierter Harnstoff hinterlässt weiße Flecken, die mit Wasser und Bürste (möglichst sofort) entfernt werden können. AdBlue hat eine hohe Durchdringungsfähigkeit, daher sind elektrische Komponenten und Stecker vor dem Eindringen von AdBlue zu schützen.
Nur AdBlue verwenden, das der zulässigen Herstellernorm in der Originalverpackung entspricht. Zur Vermeidung von Verunreinigungen ist die Wiederverwendung von aus dem System abgelassenem AdBlue verboten. Die Verwendung von Wasser, wässriger Lösung von gewöhnlichem Harnstoff und anderen Flüssigkeiten außer dem Reagenz AdBlue im Neutralisierungssystem ist nicht zulässig, da dies zum Ausfall des Neutralisierungssystems führen kann. Beachten Sie beim Umgang mit AdBlue die festgelegten Regeln.
Die Praxis zeigt, dass gerade verschiedene Verunreinigungen der Flüssigkeit selbst die häufigste Ursache für Ausfälle von SCR-Systemen sind. Die Flüssigkeit ist sehr empfindlich gegenüber den Materialien, mit denen sie in Kontakt kommt, in erster Linie Metalle: Zink, Aluminium, Kupfer, Gusseisen und Messing. Bei Kontakt mit diesen Metallen bilden sich Salze, die bei Eindringen in den Katalysator diesen außer Betrieb setzen können.
Katalysator
Nach der Zufuhr von Harnstoff in den Katalysator zersetzt sich der Harnstoff im Hydrolyseabschnitt in Ammoniak NH3 und Kohlendioxid CO2. Im Reduktionskatalysator reagiert Ammoniak NH3 mit Stickoxiden NOx unter Bildung von molekularem Stickstoff N2 und Wasser H2O.
Für den normalen Betrieb des Katalysators muss er auf eine Temperatur von mindestens 200 °C erwärmt sein. Zur Kontrolle der Katalysatortemperatur und der Abgastemperatur werden Abgastemperatursensoren am Eingang und Ausgang des Katalysators verwendet. Zur Kontrolle der Katalysatorwirksamkeit wird ein Stickoxid-Konzentrationssensor am Ausgang des Katalysators verwendet.
Harnstoff-Einspritzanlage
Die Zufuhr des Harnstoffs in das Abgassystem erfolgt durch das Reagenz-(Harnstoff-)Dosiermodul, das eine Pumpe, Dosier- und Filterelemente umfasst. Zur gleichmäßigen Verteilung des Harnstoffs im Abgasstrom wird ein Mischer verwendet. Im Harnstofftank ist ein Füllstandsensor mit integriertem Temperatursensor eingebaut.
Achtung! Der Betrieb des Fahrzeugs ohne Reagenz AdBlue führt zur Störung des Temperaturregimes und zum Ausfall des Neutralisierungssystems.
Die Harnstoffeinspritzung beginnt bei Erreichen der Betriebstemperatur des Katalysators, vorausgesetzt, dass bei niedriger Umgebungstemperatur eine ausreichende Menge flüssigen Harnstoffs gewährleistet ist. Die Harnstoffeinspritzung wird bei geringem Abgasstrom (Leerlauf) und bei zu niedriger Abgastemperatur unterbrochen.
Nachteile des SCR
Das Vorhandensein dieses Systems am Fahrzeug verpflichtet den Fahrer, den Harnstoffstand im Tank aufrechtzuerhalten, da der Betrieb des Fahrzeugs mit leerem Tank verboten ist und die Verkaufsinfrastruktur noch wenig entwickelt ist. Auch an die Qualität der verwendeten Kraftstoffe und Schmierstoffe werden bestimmte Anforderungen gestellt.
Konfigurierbare Funktionen
Die Ausstattung des Motorsteuerungssystems mit Zusatzfunktionen hängt von der Fahrzeugausstattung ab. Diese Funktionen werden mit Diagnosegeräten programmiert. Nachfolgend werden einige Zusatzfunktionen beschrieben:
- Geschwindigkeitsregelanlage (Tempomat). Diese Funktion kann auch bei Fahrzeugen aktiviert werden, die ursprünglich nicht damit ausgestattet waren. Dazu werden die entsprechenden Bedientasten dieses Systems installiert und das Steuergeräteprogramm geändert.
- Geschwindigkeitsbegrenzung. Diese Funktion kann im Werk bei Fahrzeugen für den Kindertransport programmiert werden. Die Deaktivierung dieser Funktion, falls sich der Verwendungszweck des Fahrzeugs geändert hat, ist ebenfalls durch Austausch des Steuerprogramms möglich.
- Erhöhung der Kurbelwellendrehzahl im Leerlauf. Diese Funktion kann bei Fahrzeugen aktiviert werden, die mit der Geschwindigkeitsregelanlage ausgestattet sind. Dazu wird das Steuergeräteprogramm geändert, wonach die Einstellung der Motordrehzahl am stehenden Fahrzeug mit den Tempomat-Tasten erfolgt (Motorbremse, falls ausgestattet).
- Für den Betrieb des Zapfwellensystems erforderliche Funktionen: Motorsteuerung bei konstanter Drehzahl, Fernfahrpedal.
- Einige Schutzfunktionen, die für den Betrieb des Motors und anderer Systeme erforderlich sind: Begrenzung der Höchstdrehzahl des Motors, Überwachung der Batterieladung, Wegfahrsperre, Wartungsintervalle, Drehmomentbegrenzung (Getriebeschutz), Herunterschalten.
