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Zwei Fragen eines Azubis zu Gemischbildung und Abgasreinigung
Guten Morgen,
ich bin momentan KFZ-Mechatroniker im zweiten Lehrjahr und in der Berufsschule sind für mich zwei Fragen aufgetaucht, die mir die Lehrer nicht sicher beantworten konnten bzw jeder anders beantwortet hat. Daher möchte ich diese nun hier stellen um der Lösung zumindest näher zu kommen.
Die erste Frage bezieht sich auf "verschlissene" Lambdasonden.
Es ging darum, dass Lambdasonden bei zunehmendem Alter/Laufleistung den sich ändernden Lambdawert im Abgas langsamer erkennen und an das Steuergerät weitergeben. Dies resultiert in einer langsameren/ungenaueren bzw zeitverzögerten Steuerung der Gemischbildung.
Quelle: Hella (Unterpunkt 4. Grundlagen Fehlerdiagnose) https://www.hella.com/.../#
Meine Frage wäre nun wie stark sich eine verschlissene Sonde auswirkt. Als Beispiel würde ich aus persönlichem Interesse meinen Clio 2 heranziehen.
Ein 1,6 Liter 16v Sauger mit Mpi der 180tkm runter hat. Angenommen die Regelsonde ist noch die erste, hat also 180tkm hinter sich.
Denkt Ihr, dass der Verbrauch im Vergleich zu einer neuen Sonde gestiegen ist? Beziehungsweise in relevanten Mengen (0,2 oder mehr Liter) gestiegen oder eher im esoterischen Bereich?
Wie sieht es mit der Leistung aus? Nimmt diese durch die ungenauere Gemischbildung relevant ab?
Die zweite Frage bezieht sich auf die Wirkungsweise der AGR beim Diesel.
Zwei Lehrer, zwei Aussagen.
Lehrer 1: Die AGR ist dazu da, die Temperatur während der Verbrennung zu senken. Dadurch entsteht weniger NOx.
Lehrer 2: Die AGR ist dazu da, die in der Teillast nicht benötigte Luft/Sauerstoff zu verdrängen. Dadurch, dass sich so kein/weniger unnötiger Sauerstoff im Brennraum befindet kann sich nicht so viel NOx bilden. Die Temperatur ist zweitrangig.
Ist nun die niedrigere Temparatur oder der fehlende Sauerstoff ausschlaggebend für die Senkung der NOx Werte? Oder ist es 50/50?
Vielen Dank schon jetzt an alle die sich beteiligen!
Lg Lukas
Beste Antwort im Thema
AGR ist inertes Gas was du aufheizen musst. Es liefert aber keinen Beitrag zur Verbrennung. Damit sinkt die Temperatur weil die Brennstoff Masse konstant bleibt weil damit die Leistung geregelt wird. D.h. geht das nur bei Teillast. Da kann ich den Überschuss an Sauerstoff teilweise durch AGR ersetzen.
Du hast immer mehr Sauerstoff im Zylinder als nötig auch mit AGR. Der Diesel verbrennt mit einer Diffusionsflamme und damit lokal fett, aber global Mager. Wenn du nur soviel Sauerstoff wie nötig im Zylinder hättest würde der Motor nicht mehr laufen. Je mehr AGR ich habe umso langsamer brennt das Gemisch. Die Zeit pro Arbeitsspiel ist aber begrenzt. Die "verschleppte" Verbrennung ist aber gewünschten damit die Spitzentemperatur sinkt. Weil erst ab einer Schwelle (siehe zeldovich) besonders viel NO entsteht.
Die träge Verbrennung ist der Grund warum man beim beschleunigen AGR schließt.
Im Abgas ist neben Stickstoff auch CO2. Jetzt könnte man anfangen zu vergleichen wie viel Energie nötig ist um das ganze um ein Grad zu erwärmen und welche Bestandteil ich nun besser im Zylinder habe um die Temperatur niedrig zu halten. Dazu kommt auch noch Wasserdampf aus der Verbrennung. Wenn ich noch einen AGR kühler habe kann nochmals mehr Wärme aufnehmen die nicht an der Reaktion zu Stickoxiden teilnimmt.
Wikipedia hat dazu auch nen Eintrag.
Dann noch den zeldovich Algorithmus ansehen und sich fragen ob thermisches No oder promptes No beim Verbrennungsmotor eher ne Rolle spielt.
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6 Antworten
Verbrauch wird vermutlich um 0.1-0.2l gestiegen sein.
Leistung sollte nicht beeinträchtigt sein - der Clio hat sicher noch eine Volllastanreicherung / geht dann in den Open-Loop. Dort kommt es nur noch auf die Langzeittrimwerte an, die auch bei einer alten, langsamen Lambdasonde gleich sein sollten.
Die Senkung der Verbrennungsspitzentemperatur ist signifikanter, solang die Temperatur unter den ca. 1600 °C bleibt, über den die Bildung dann extrem zunimmt.
Die Senkung der lokalen Lambda hilft natürlich auch - wo kein Sauerstoff ist, kann auch kein NOx mehr gebildet werden.
An die Volllastanreicherung hatte ich garnicht gedacht, dann ist das natürlich klar.
Zur AGR kann man also sagen, die Temperatursenkung ist wichtiger um die Bildung von großen Mengen über 1600°C zu verhindern und die geringeren Mengen unter dieser Temperatur werden weiter verringert da sich weniger Sauerstoff im Brennraum befindet.
Danke für deine Hilfe
AGR ist inertes Gas was du aufheizen musst. Es liefert aber keinen Beitrag zur Verbrennung. Damit sinkt die Temperatur weil die Brennstoff Masse konstant bleibt weil damit die Leistung geregelt wird. D.h. geht das nur bei Teillast. Da kann ich den Überschuss an Sauerstoff teilweise durch AGR ersetzen.
Du hast immer mehr Sauerstoff im Zylinder als nötig auch mit AGR. Der Diesel verbrennt mit einer Diffusionsflamme und damit lokal fett, aber global Mager. Wenn du nur soviel Sauerstoff wie nötig im Zylinder hättest würde der Motor nicht mehr laufen. Je mehr AGR ich habe umso langsamer brennt das Gemisch. Die Zeit pro Arbeitsspiel ist aber begrenzt. Die "verschleppte" Verbrennung ist aber gewünschten damit die Spitzentemperatur sinkt. Weil erst ab einer Schwelle (siehe zeldovich) besonders viel NO entsteht.
Die träge Verbrennung ist der Grund warum man beim beschleunigen AGR schließt.
Im Abgas ist neben Stickstoff auch CO2. Jetzt könnte man anfangen zu vergleichen wie viel Energie nötig ist um das ganze um ein Grad zu erwärmen und welche Bestandteil ich nun besser im Zylinder habe um die Temperatur niedrig zu halten. Dazu kommt auch noch Wasserdampf aus der Verbrennung. Wenn ich noch einen AGR kühler habe kann nochmals mehr Wärme aufnehmen die nicht an der Reaktion zu Stickoxiden teilnimmt.
Wikipedia hat dazu auch nen Eintrag.
Dann noch den zeldovich Algorithmus ansehen und sich fragen ob thermisches No oder promptes No beim Verbrennungsmotor eher ne Rolle spielt.
Zitat:
@hondabali50 schrieb am 31. Mai 2020 um 11:23:18 Uhr:
Die zweite Frage bezieht sich auf die Wirkungsweise der AGR beim Diesel.
Zwei Lehrer, zwei Aussagen.
Lehrer 1: Die AGR ist dazu da, die Temperatur während der Verbrennung zu senken. Dadurch entsteht weniger NOx.
Lehrer 2: Die AGR ist dazu da, die in der Teillast nicht benötigte Luft/Sauerstoff zu verdrängen. Dadurch, dass sich so kein/weniger unnötiger Sauerstoff im Brennraum befindet kann sich nicht so viel NOx bilden. Die Temperatur ist zweitrangig.
Ist nun die niedrigere Temparatur oder der fehlende Sauerstoff ausschlaggebend für die Senkung der NOx Werte? Oder ist es 50/50?
Kein Problem, es haben beide recht. Naja, fast.
Flammen brennen in der Dampfphase über einer Flüssigkeit, das gilt auch beim eingespritzten Dieseltropfen und im Mikrometerbereich.
Stell dir vor, du bist dieser Dieseltropfen und wirst in 500° heiße /verdichtete Luft des Brennraums geschossen. Der erste Diesel verdampft und brennt ab. Du hast also vom Tropfen aus schauend eine Zone wo es dicht am Tropfen "fett verbrennt", dann eine Zone nahe Lambda=1 und dann eine weit entfernte Zone, wo die Luft im Überschuss ist. Wir sprechen bei "weit entfernt" über wenige hundert Mikrometer bis Millimeter.
Die lokale(!) Flammtemperatur hängt aber wie beim Schneidbrenner nur von der Sauerstoffkonzentration und dem lokalen Lambda ab. Nimmst du Sauerstoff weg und setzt Inertgas wie Stickstoff oder auch CO2/H2O ein, dann wird es durch diese "nutzlose Erwärmung" kälter. Und genau das passiert mit AGR. Wo du Frischluft mit viel O2 durch bereits verbrannte und damit an Sauerstoff abgereichtertes Gas mit weniger O2 ersetzt. Womit die Flammspitzentemperatur in der Flammzone sinkt. Es ist in Summe aber immer noch massiv Luft im Überschuss, dass der gesamte Diesel auch faktisch vollständig verbrennt. Somit senkst du die lokalen Spitzentemperaturen in der Verbrennung, aber die Abgastemperatur ist bei gleicher verbrannter Treibstoffmasse quasi die selbe.
Übrigens da haste auch den Effekt von Drallklappen beim Diesel. Dieser versetzt die Luft in Wirbel, womit du quer zum eingespritzten Dieseltropfen einen Luftstrom hast. Dieser Luftstrom transportiert lokal erzeugtes Abgas weg. Womit du wie beim anpusten eines Feuers mehr Sauerstoff in die Flammzone transportierst. Was gerade bei mittleren Drehzahlen einem zügigen Abbrand hilft. Machen Gasturbinen übrigens schon seit Jahrzehnten 
Etwas ausführlicher: https://www.motor-talk.de/.../...idung-teil-1-grundlagen-t6312784.html
und der Graph zu den typischen / spezifischen NOx Emissionen je Kilo Brennstoffdurchsatz unter https://i.ebayimg.com/00/s/NTQ3WDU1NA==/z/f-kAAOSwMnZcpWtC/$_116.PNG
Das AGR ist kein Gas sondern eine Einrichtung zur Abgasrückführung = AGR. Dabei wird über eine Leitung und einem Ventil ein Teil des Abgases vom Auspuff in das Ansaugrohr geführt. Sinn der Sache ist den Verbrennungsspitzendruck/Temperatur, bei dem sehr viel Nox enststeht, zu senken. Wie bereits beschrieben, durch das zugeführte Abgas wird die angesaugt Luft/Gemisch entwertet, die Verbrennung schlechter, der Spitzendruck/Temperatur sinkt und dabei entsteht weniger Nox.
Kritisch anzumerken wäre das diese Maßnahme zur Verkokung im Saugrohr bis zu den Ventilen sorgt.
Was im laufe der Zeit zu div Problemen führen kann.
Sehr gut was meine Vorredner schon sagten.
Meine Anmerkung noch zur Lambdasonde. Wenn diese verschleißt, wird sie träger, erkennt also Änderungen des Restsauerstoffs im Abgas generell langsamer, in beide Richtungen. Es heißt also nicht zwangsweise, dass das Gemisch immed fetter wäre und der Verbrauch höher. Tendenziell wirst Du am Verbrauch garnichts merken.
Du wirst aber in Übergängen oder beim Bremsen durch die zusätzliche Luft die der Motor über den Bremskraftverstärker bekommt einen Einfluß auf den Motorlauf spüren können. Im LL mit Klima und Servo und dann noch Bremsen kann sich der Motor kurz spürbar schütteln oder auch mal ausgehen.
Ansonsten wirst Du es zuerst durch Messen sehen können, wenn Lambda einfach außerhalb der Regelgrenze ist oder lange braucht zum einregeln...