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P2.2, 1.2_Abgasnachbehandlung Diesel

Automobildiagnostiker, P2.2, 1.2_Abgasnachbehandlung Diesel

Automobildiagnostiker, P2.2, 1.2_Abgasnachbehandlung Diesel

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C. S.
Lernen
C. S.
Diese Lernkarten behandeln die Abgasnachbehandlung bei Dieselmotoren, insbesondere die Reduktion von Stickoxiden und Rußpartikeln. Im Fokus stehen Systeme wie NSC, SCR und DPF, ihre Komponenten wie Oxidationskatalysator, Ammoniaksperrkatalysator oder AdBlue-Dosierung sowie Prozesse wie Regeneration, Thermolyse und Hydrolyse. Mechaniker und Ingenieure profitieren von diesem Wissen, um Diagnosen zu stellen, Wartungen durchzuführen und die Effizienz moderner Abgastechnik zu verstehen.
Karten
23
Lernende
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Sprache
Deutsch
Kategorie
Mechatronik
Stufe
Andere
Erstellt / Aktualisiert
28.04.2026 / 28.04.2026
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Lernkarten

Welche Schadstoffe im Dieselabgas müssen nachbehandelt werden, und warum?

  • NOx
    • NOx entstehen vor allem bei hohen Verbrennungstemperaturen, schnellen Druckanstiegen und Luftüberschuss
    • gesundheitlich und umwelttechnisch problematisch
  • CO
    • entsteht durch unvollständige Verbrennung, Luftmangel
    • "giftig"
  • HC
    • unverbrannte oder teilverbrannte Kohlenwasserstoffe
    • gesundheitsschädlich
  • Partikel
    • bestehen vor allem aus Ruß, Asche, Salzen, Rost, Wasser- und HC-Tröpfchen
    • gefährlich für Luftwege 
  • Da Dieselmotor mit Luftüberschuss arbeitet, reicht normaler 3-Wege-Kat nicht aus

Erkläre den Zielkonflikt zwischen NOx und Ruß beim Dieselmotor.

  • NOx und Ruß entstehen unter gegensätzlichen Bedingungen.
    • Senkt man Verbrennungstemperatur, z.B. durch AGR, steigt Russ-Entwicklung an. 
  • Daher müssen Motorsteuerung, Einspritzung, AGR, Aufladung und Abgasnachbehandlung zusammenarbeiten

Wie wirkt die Abgasrückführung AGR auf die NOx-Bildung?

  • AGR führt bereits verbranntes Abgas zurück in den Ansaugtrakt oder Brennraum.
  • Dieses Abgas ist weitgehend inert, also nicht brennbar. Dadurch sinkt der Sauerstoffanteil der Frischladung
    • Sauerstoffanteil sinkt = weniger Oxidation 
    • Temepratunr sinkt = weniger NOx
    • Brenngeschwindigkeit sinkt 
    • Wirkungsgrad kann sinken 
    • Russ-Risiko steigt = weniger O2, weniger Temperatur

Welche Aufgabe hat der Diesel-Oxidationskatalysator?

  • Oxidieren von: 
    • CO --> CO2
    • HC --> H2O, CO2
  • Platin löst diese Reaktionen aus, ohne selbst verbraucht zu werden
  • Reaktion beginnt etwa ab 170 °C. Die optimale Konvertierungsrate liegt bei etwa 250–350 °C

Erkläre Aufbau und Funktion eines keramischen Dieselpartikelfilters

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  • keramischer DPF besteht aus einem Wabenkörper aus Siliziumkarbid, Cordierit oder Aluminiumtitanat.
  • Er besitzt viele parallele Kanäle.
    • Benachbarte Kanäle sind jeweils abwechselnd am Einlass oder Auslass verschlossen.
  • Abgas muss durch die porösen Kanalwände hindurch.
    • Die gasförmigen Bestandteile passieren die Wand, die Rußpartikel bleiben zurück.
  •  Filter muss regelmässig regeneriert werden, damit der gespeicherte Ruß verbrannt wird.

Was ist der Unterschied zwischen Rußbeladung und Aschebeladung im DPF?

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  • Ruß kann bei der Regeneration zu CO₂ verbrannt werden.
  • Asche bleibt jedoch im Filter zurück. Sie wird nicht verbrannt und sammelt sich über die Laufzeit an.
  • Folgen von Aschebeladung:
    • stiegender Abgasgegendruck
    • weniger nutzbares Filtervolumen
    • steigende Belastung für Motor/Turbo
    • Reinigung oder Austausch wird notwendig

 Wie erkennt das Motorsteuergerät die Beladung des Partikelfilters?

  • Differenzdruck über dem DPF. Dazu misst ein Differenzdrucksensor den Druck vor und nach dem Filter.
  • Motorsteuergerät verarbeitet zusätzlich weitere Daten, z. B.
    • Abgastemperaturen
    • Motorlast
    • Fahrprofil
    • berechnete Rußmasse.
    • Daraus wird der geeignete Zeitpunkt für die Regeneration bestimmt.

Erkläre passive und aktive DPF-Regeneration.

  • Passive Regeneration: 
    • läuft ohne zusätzliche Motormassnahmen ab.
    • Sie findet bei höheren Abgastemperaturen statt, etwa 350–500 °C.
    • Der Ruß wird dabei vor allem mit NO₂ oxidiert.
    • Dieses Verfahren wird im CRT-System genutzt.
  • Aktive Regeneration: 
    • wird vom Steuergerät eingeleitet, wenn die Temperatur nicht reicht.
    • Dazu wird die Abgastemperatur künstlich erhöht, z. B.
      • durch späte Nacheinspritzung,
      • HCI-System (hydro carbon injection)
      • elektrische Heizung oder Brenner.
    • Ruß bei ca. 600–650 °C mit Sauerstoff zu CO₂ verbrannt

Welche Aufgabe hat ein HCI-System?

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  • Hyro Carbon Injection
    • Dieselkraftstoff vor den Oxidationskatalysator eingespritzt oder verdampft.
    • Im Oxidationskatalysator wird dieser Kraftstoff katalytisch verbrannt (Nachoxidation)
  • Die entstehende Wärme erhöht die Abgastemperatur und unterstützt die DPF-Regeneration
    • ähnliche Wirkung wie eine späte Nacheinspritzung
    • aber der Kraftstoff wird nicht im Brennraum, sondern im Abgasstrang genutzt

Worin unterscheiden sich DPF-Systeme mit und ohne Additiv?

  • ohne Additiv:
    • motornahe Filter
    • hohe Abgastemperatur reicht oft aus
  • mit Additiv:
    • motorferne Filter
    • Additiv senkt Russabbrandtemperatur um ca. 100°C 

Welche Vor- und Nachteile hat ein Sintermetallfilter?

  • Sintermetallfilter besteht aus porösem Metallpulver und einer Trägerstruktur aus Streckmetall. Die Filterwirkung liegt bei ca. 95 %.
  • Vorteile: 
    • grosse Filterfläche
    • gutes Gegendruckverhalten
    • hohe Gebrauchsdauer
    • flexible Anpassung an Bauraum
    • gegenüber Keramikfilter längere Standzeit bei Ascheeinlagerung
  • Nachteile: 
    • trotzdem regelmässige Regeneration nötig
    • komplexerer Aufbau
    • höhere Kosten
    • auch hier bleibt Asche langfristig ein Thema

Was heisst sintern? 

  • Sintern:
    • Ein pulverförmiger Werkstoff wird unter Druck und Wärme so weit erhitzt, dass die Pulverteilchen miteinander „verbacken“ bzw. fest verbunden werden — ohne vollständig zu schmelzen.
  • Sintermetallfilter:
    • Metallpulver wird erhitzt → die einzelnen Metallkörner verbinden sich an ihren Kontaktstellen → es entsteht ein fester, aber poröser Metallkörper.

Erkläre die Beladungsphase des NOx-Speicherkatalysators.

  • In der Beladungsphase arbeitet der Motor mager. NOx muss im Katalysator gespeichert werden.
    • NO kann nicht direkt gespeichert werden.
    • NO wird im Oxidationskatalysator mit Platin zu NO₂ oxidiert.
    • NO₂ reagiert mit Bariumcarbonat und Sauerstoff zu Bariumnitrat.
  • Das NOx wird dadurch chemisch gebunden. Die optimale Speichertemperatur liegt bei ca. 250–450 °C.

Erkläre die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators. (NSC, NOX Storage Catalyst)

  • Wenn der NSC voll beladen ist, müssen die gespeicherten Stickoxide wieder entfernt und in Stickstoff umgewandelt werden.
  • Motorsteuergerät erzeugt kurzzeitig fettes Abgas
    •  z. B. durch Späteinspritzung oder Luftdrosselung. Dann stehen CO, H₂ und HC als Reduktionsmittel zur Verfügung
      • Bariumnitrat wird reduziert
      • NO wird freigesetzt
      • NO wird an Rhodium zu N₂ reduziert
      • CO wird zu CO₂ oxidiert
  • Der NSC arbeitet somit zyklisch: mager speichern, fett regenerieren.

Warum ist Schwefel für den NOx-Speicherkatalysator problematisch?

  • Schwefel aus Kraftstoff oder Motoröl oxidiert zu Schwefeldioxid und wird vom Barium im Speicherkatalysator bevorzugt gebunden.
    • --> Dabei entstehen Sulfate.
    • Sulfate werden bei der normalen NOx-Regeneration nicht ausreichend entfernt.
    • Sie blockieren Speicherplätze
    • NOx Speicherkapazität sinkt. 
  • Desulfatisierung nötig
    • 650°C
    • 3-5 Minuten
    • fettes Abgas
    • Bei dauerhaftem Sauerstoffmangel kann giftiger Schwefelwasserstoff H₂S entstehen.

Was ist der Unterschied zwischen NSC und SCR?

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  • Der NSC braucht fette Regenerationsphasen.
  • Das SCR-System arbeitet dagegen kontinuierlich mit einem externen Reduktionsmittel.

Wie funktioniert ein SCR-System mit AdBlue?

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  • AdBlue wird in den Abgasstrom eingespritzt.
    • Es enthält 32.5 % Harnstoff und Wasser.
    • Aus dem Harnstoff entsteht durch Thermolyse und Hydrolyse Ammoniak.
  • Das Ammoniak reagiert im SCR-Katalysator mit NOx zu Stickstoff und Wasser.
  • Ablauf: 
    • AdBlue wird dosiert eingespritzt.
    • Es verdampft und zerfällt. --> NH₃ entsteht.
    • NH₃ reduziert NOx im SCR-Katalysator.
    • Produkte sind N₂ und H₂O.
      • 2 NH₃ + 2 NO + 0.5 O₂ → 2 N₂ + 3 H₂O

Erkläre Thermolyse und Hydrolyse im SCR-System

  • Thermolyse:
    • zersetzen des Harnstoffs + Bildung NH3 + giftiger Isocyansäure
  • Hydrolyse:
    • Bilden von Ammoniak + zersetzen der Isocyansäure 
      •  Isocyansäure mit Wasserdampf zu Ammoniak und Kohlendioxid umgewandelt 

Welche Aufgabe hat der Ammoniaksperrkatalysator?

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  • Der Ammoniaksperrkatalysator verhindert, dass überschüssiges Ammoniak aus der Abgasanlage austritt.
  • Ein NH₃-Schlupf kann entstehen durch:
    • Überdosierung von AdBlue
    • plötzliche Lastsprünge
    • Temperatursprünge
    • volle SCR-Speicherbeladung
  • Sperrkatalysator oxidiert überschüssiges NH₃ zu Stickstoff und Wasser.
    • wichtig, weil Ammoniak stechend riecht und nicht in die Umwelt gelangen soll.

Welche Eigenschaften von AdBlue sind für Diagnose und Werkstatt wichtig?

  • wässrige Harnstofflösung mit 32.5 % Harnstoff.
    • Es ist nicht brennbar
    • wasserlöslich
    • biologisch gut abbaubar und kein Gefahrgut.
  • Eigenschaften: 
    • Gefrierpunkt, ca. - 11.5°
    • kristllisiert bei Luftkontakt
    • Zersetzung > 30°
    • extrem kriefähig (Dichtheit wichtig)
    • unverträglich mit Buntmetallen (aggressiv)

Wie kann Diesel im AdBlue erkannt werden, und warum ist das kritisch?

  • Diesel im AdBlue kann mit Öltestpapier erkannt werden.
    • Das Testpapier wird mehrmals im Tank hin- und hergeschwenkt.
    • Eine dunkle Verfärbung zeigt Dieselkraftstoff an
  • Diesel im AdBlue ist kritisch, weil Dichtungen quellen können
    • Dosiersystem, Pumpe, Ventil oder Leitungen geschädigt werden können.

Wie läuft die Abgasnachbehandlung mit AdBlue im SCR-System ab?

  • 1. AdBlue wird eingespritzt
    •  AdBlue enthält Harnstoff und Wasser.
  • 2. Thermolyse
    • Durch die hohe Abgastemperatur wird der Harnstoff zerlegt.
    • Dabei entstehen Ammoniak (NH₃) und als Zwischenprodukt Isocyansäure.
  • 3. Bildung von weiterem Ammoniak
    • Die Isocyansäure wird weiter umgesetzt.
    • Es entsteht zusätzlich Ammoniak (NH₃).
  • 4. SCR-Katalysator
    • Das Ammoniak ist das Reduktionsmittel.
    • Es reagiert mit den Stickoxiden (NOₓ) im Abgas.
  • 5. Ergebnis
    • NOₓ wird hauptsächlich zu Stickstoff (N₂) + Wasser (H₂O) umgewandelt.
  • Merkkette:
    • AdBlue → Harnstoff → Ammoniak → NOₓ → N₂ + H₂O

Wie funktioniert die Speicherung von Stickoxiden im NOₓ-Speicherkatalysator?

  • 1. Speicherung:
    • Im Katalysator befindet sich Bariumkarbonat.
    • Dieses bindet die Stickoxide.
    • Dabei entsteht Bariumnitrat.
  • 2. Regeneration:
    • Das gespeicherte Bariumnitrat wird durch eine chemische Reaktion wieder in Bariumkarbonat zurückgeführt.
    • Dadurch kann der Speicher erneut NOₓ aufnehmen.
  • Merkkette:
    • Bariumkarbonat + NOₓ → Bariumnitrat → Regeneration → Bariumkarbonat

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