Abgasanalyse

Abgasanalyse

Bei der Verbrennung von Kraftstoff entstehen Abgase. Damit ein Katalysator diese korrekt umwandeln kann, benötigt er ein homogenes Kraftstoff-Luft-Gemisch. Das bedeutet das 1kg Kraftstoff mit 14,7kg Luft verbrannt wird. Dieses Verhältnis wird durch die Lambdasonde überwacht und durch das Motorsteuergerät geregelt.

Vor dem Katalysator sind im Abgas

• 71% Stickstoff
• 18,1% Kohlendioxid
• 9,2% Wasser
• 0,7 % Edelgas

enthalten.

Dazu kommen noch 1% Kohlenmonoxid, Stickoxide und Kohlenwasserstoffe. Diese werden im Katalysator umgewandelt. Die dabei entstehenden Abgaswerte liegen dann bei

• 0% Co (Kohlenmonoxid)
• 0% O2 (Sauerstoff)
• maximal 20 ppm HC (Kohlenwasserstoff=unverbrannter Kraftstoff)
• 15% CO2 (Kohlendioxid).

Dazu muss der Katalysator eine Betriebstemperatur von ca. 700 Grad erreichen.

Bei Fehlern in der Gemischaufbereitung verändert sich auch die Abgaszusammensetzung, da nun entweder zuviel, oder zu wenig der Gemischbestandteile vorhanden sind. Das sollte nach dem Katalysator geprüft werden, da der Katalysator nur richtig arbeitet, wenn das Gemisch was dort herein kommt korrekt ist. Die richtige Funktionsweise des Katalysators kann auf diese Weise direkt mit geprüft werden.

4 Gas Test

Es gibt 4 Gase und den Lambda-Wert, die bei "jeden" modernen Benziner etwa gleich sind:

Abgase	ohne Kat	mit Kat
Kohlenwasserstoffe HC	100-300ppm	0-30ppm
Kohlenmonoxid CO	0,5-3,5%	0,0-0,3%
Sauerstoff O2	0,5-1,5%	0,0-0,2%
Kohlendioxid CO2	13,0-14,5%	14,8-16,8%
Lambda-Wert	0,9-1,1	0,98-1,015

• Lambda > 1 bedeutet mageres Gemisch (mehr O2 vorhanden als für die Verbrennung benötigt wird)
• Lambda < 1 bedeutet fettes Gemisch (weniger O2 vorhanden als für die Verbrennung benötigt wird)
• HC kann im Kaltstart gerne mal auf 300 ppm hoch sein, muss aber innerhalb kürzester Zeit auf unter 50ppm fallen

Den 4 Gas Test/die Abgasanalyse bei kalten und warmen Motor sowie bei Leerlauf und ca. 3000U/min durchführen. So kann gut eingegrenzt werden, ob es an der Einspritzung, Zündung, Falschluft oder Abgasnachbehandlung liegt.

Hohe HC-Werte

• bei kalten Motor kondensiert Kraftstoff, (Erlöschen der Flamme an kalten Randzonen des Brennraumes)
• Fehler in der Zündanlage und damit Zündaussetzer führen zur unvollständigen Verbrennung (Zündaussetzer, ungenügende Zündleistung durch verbrauchte oder defekte Zündkerzen, Zündkabel mit zu hohem Widerstand, Nebenschlüsse usw. (Zündungsfehler auch erkennbar an schwankenden HC- und O2-Werten)
• falscher Zündzeitpunkt führt dazu, dass nicht das komplette Gemisch verbrannt wird
• zu fette oder zu magere Gemischeinstellung verhindern eine komplette Verbrennung
• undichte Motorventile und eine schlechte Kompression
• verstellte Steuerzeiten/große Überschneidungswinkel führen zur unvollständigen Verbrennung weil der Gaswechsel nicht mehr korrekt funktioniert
• schlechte Kompression
• hoher Ölverbrauch, bzw. Ölverbrennung (auch Öl enthält Kohlenwasserstoff)
• Motorölverdünnung durch Kraftstoff
• ungenügende Umwandlung im/defekter Katalysator

Hohe CO Werte

• zu niedrige Leerlaufdrehzahl
• zu fette Gemischeinstellung (verdreckter Luftfilter, undichte Ventile, Kaltlaufanreicherung schaltet bei warmen Motor nicht ab, Kraftstoffmengenunterschiede zwischen den einzelnen Zylindern, zu hoher Kraftstoffdruck)
• defekte Lambdasonde (Motorsteuergerät fettet an, weil Lambdasonde permanent zu mageres Gemisch meldet)
• Falschluft vor der Lambdasonde
• defekter Katalysator
• Fehler in der Gemischaufbereitung, z.B. falsche Motortemperatur, zu hoher Kraftstoffdruck, undichte Einspritzventile oder undichte Tankentlüftung

Hohe O2 Werte

• zu magere Gemischeinstellung (Kraftstoffmengenunterschiede, Falschluft, Kraftstoffdruck zu niedrig)
• Undichtigkeiten in der Ansauganlage (Falschluft durch undichte Krümmerdichtung, offene Kurbelgehäuseentlüftung oder Tankentlüftungsventil

Beim "Absprühen", also der Suche nach Falschluft, immer auch daran denken, zusätzliche Systeme wie Abgasrückführung, Tankentlüftung usw probehalber abzuklemmen/zu verschließen.

• defekte Lambdasonde (meldet immer zu fettes Gemisch, wodurch das Motorsteuergerät das Gemisch durch Rücknahme der Einspritzzeit, abmagert), Die Lambdasonden-Heizung nicht vergessen!
• Undichtigkeiten in der Abgasanlage, Abgasverdünnung (Krümmer gerissen, Dichtungen defekt, Durchrostung, undichtes Abgasrückführungsventil, undichtes Sekundärluftventil, Abgas-Sekundäreinblasung eingeschaltet)
• Fehler in der Gemischaufbereitung, z.B. falsches Signal von Motortemperaturgeber oder Luftmassenmesser/Saugrohrdruck, fehlerhafte Spannungsversorgung (Masse!), verstopfte Einspritzventile, zu niedriger Kraftstoffdruck.

Niedrige CO2 Werte

• falsche Gemischeinstellung
• undichte Abgasanlage
• Fehler in Gemischaufbereitung oder Zündanlage

zu mageres Gemisch

• Falschluft (Leerlauf)
• Kraftstoffdruck
• defekte oder verstopfte Einspritzdüsen/-ventile
• defekte Sensoren
• Fehler in der Spannungsversorgung, z.B. schlechte Masse

zu fettes Gemisch

• tropfende Einspritzventile
• zu hoher Kraftstoffdruck
• defekte Sensoren

Hinweise zur Durchführung

• Gerade bei Fehler die die Lambdasonde oder Gemischkorrektur betreffen, sollte immer eine Abgasanalyse zusammen mit der Beobachtung der Lambdasondenspannung erfolgen. Nur so lässt sich sich ein eventuell unnötiger Tausch der Lambdasonde vermeiden. Dabei nicht nur im Leerlauf, sondern auch im erhöhten Leerlauf messen!
• Falschluft wirkt sich im Teillast nicht mehr stark aus.
• Vor der Abgasmessung sollte der Katalysator auf Betriebstemperatur gebracht werden und nicht durch zu langes Laufen im Leerlauf abgekühlt sein!
• Abgaswerte im Leerlauf und erhöhten Leerlauf prüfen

Lambda-Sonde

Die Lambdasonde misst die Abgase und gibt diesen Wert an das Steuergerät. Dabei pendelt der Wert in der Regel bei der herkömmlichen Lamdasonde zwischen 0,1 und 0,9 Volt. 0,1 Volt bedeutet mageres Gemisch und 0,9 Volt fettes Gemisch. Anhand dieser Werte fettet oder magert das Steuergerät das Gemisch an, indem es die Einspritzzeit verringert oder verlängert, um so zu einem homogenen Gemisch zu gelangen. Dieses Regelfenster bezeichnet man auch als Lambdaintegrator.

Wenn die Lambdasonde nun durch zum Beispiel Falschluft permanent mageres Gemisch meldet, wird das Steuergerät versuchen das Gemisch solange anzureichern, bis dass der Lambdaintegrator wieder in seinen normalen Regelbereich gelangt. Wenn diese Regelung nun eine bestimmte Zeit so bleibt, wird das Steuergerät diesen Wert nun zu dem Grundeinspritzwert dazurechnen und als neue Grundeinspritzzeit definieren. Entfällt die Störung nun wieder, und die Regelung geht wieder in einen neuen Bereich, wird auch hier wieder der Wert angepasst. Der Bereich, bzw. die Zeit bis zur dauernden Anpassung ist die Kurzzeitadaption oder Short Fuel Trim, die neu angepasste Grundeinspritzzeit ist somit die Langzeitadaption oder longfuel trim.

Dabei wird unterschieden zwischen additive und multiplikative Adaption: Die additive Adaption ist bei Leerlauf und unteren Teillast wirksam. Dabei wird zu der Grundeinspritzzeit der Korrekturwert addiert (angefettet-bei Falschluft) bzw. abgezogen (abgemagert z.B. Kraftstoffdruck zu hoch, tropfendes Einspritzventil).

Die multiplikative Adaption ist ab ca. Teillast bis Vollast wirksam. Bei dieser Adaption wird zu der Grundeinspritzzeit der Korrekturwert multipliziert, bzw. prozentual hinzugefügt oder abgezogen.

Je nach Auslegung des Steuergerätes kann dieser Wert bei der Diagnose in Istwerten/Datenlisten usw. angezeigt und damit sichtbar ob das Steuergerät anfettet (Adaptionswerte im +) oder abmagert (Adaptionswerte im -, Herstellerangaben beachten!). In der OBD sind diese Werte ebenfalls zu finden.

Die Adaptionen können mittels Diagnosetester oder teilweise durch Abklemmen der Batterie zurückgesetzt werden. Zur besseren Diagnose ist es empfehlenswert, die Adaptionswerte auszudrucken und danach zu löschen. Dadurch arbeitet das Motorsteuergerät mit dem Grundgemisch und die Abgase können mittels Abgastester geprüft werden.

Die Fehlerquellen bei zu mageren Gemisch können sein: Falschluft (Leerlauf), Kraftstoffdruck, defekte oder verstopfte Einspritzdüsen/-ventile, defekte Sensoren, Fehler in der Spannungsversorgung usw.

Die Fehlerquelle bei zu fetten Gemisch können sein: z.B. tropfende Einspritzventile, zu hoher Kraftstoffdruck, defekte Sensoren usw.

Gerade bei Fehlern wo die Fehlerlampe (MKL,MIL) zwar leuchtet, aber keine direkten Fahrfehler vorhanden sind, ist die Messung der Abgase und die Bewertung der Adaptionswerte wichtig. Besonders bei Fehlermeldungen die sich auf die Abgaszusammensetzung beziehen wie zum Beispiel Fehlercode P0170 und P0171. In den Anfängen wurde das Gemisch bei entsprechenden Meldungen von der Lambdasonde, solange angefettet, bzw abgemagert, bis dass der Motor teilweise nicht mehr lauffähig war. Heutzutage wird nur bis zu einem gewissen Wert korrigiert und bei übersteigen der Werte (Adaptionen) die Lambdaregelung abgeschaltet und die Fehlerlampe gesetzt.

Nun liegt es am Techniker die Fehlermöglichkeiten zu prüfen. Dabei sollten auf jeden Fall die Abgaswerte im Leerlauf und erhöhten Leerlauf geprüft werden.

Links

Abgasdiagnose kurz und bündig