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Autotechnik
Die elektronische Motorregelung

Motorregelung, Systeme, Katalysator

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Hier werden technische Grundlagen für den Laien verständlich erklärt!
Auf detaillierte Erklärungen zu komplexen zusammenhängen, wurde bewusst verzichtet.


Die elektronische Motorregelung

Diagram Bei modernen Motoren kommen zur Motorsteuerung: elektrische Systeme zum Einsatz, die die Motorregelung unter allen Betriebszuständen, möglichst mit geringen Abgasemissionen realisieren. Wie unter "Katalysator" beschrieben, braucht man für eine optimale Funktion des Katalysators und damit Einhaltung der Abgasvorschriften ein feinst dosiertes Kraftstoff-Luft Gemisch, sowie einen optimalen Zündzeitpunkt, um bestmögliche Abgasreinigung zu erreichen. Dies alles auch noch bei allen möglichen Betriebszuständen: Warmlauf, Beschleunigen, Leerlauf, Vollast, usw., ohne ruckeln oder Aussetzer. Ein Vergaser oder alter Zündverteiler kann das nicht mehr so genau hinkriegen. Deshalb ist man von anfänglichen Versuchen, dem Vergaser mit elektrischen Bauteilen Beine zu machen, ganz abgegangen.

Es gibt also fast ausschliesslich nur noch Einspritzanlagen mit unterschiedlichen Systemen. (Die Billigvariante ist ein "Zentraleinspritzer", der wie ein Vergaser auf dem Ansaugrohr sitzt, aber auch eine Düse zum feinen Dosieren besitzt.)

Die elektronische Motorregelung besteht aus jede Menge Sensoren, aus deren Werten das elektronische Motorsteuerungsmodul -Steuergerät-, die optimale Kraftstoff-Luft Zusammensetzung, sowie den besten Zündzeitpunkt steuert. (Meist hat man die Kraftstoff- und Zündsteuerung zusammengefasst.) Wie sie das errechnet, soll uns an dieser Stelle nicht jucken, jedoch gehen wir auf die Sensoren etwas näher ein. Sofern der Name nicht schon selbsterklärend ist, gibt es eine kurze Erläuterung: (Sensoren sind von Fahrzeugtyp zu Fahrzeugtyp verschieden, Beispiel hier ein 1,8-DOHC-16V-Motor)

Die wichtigsten Sensoren der Motorregelung:

  • Luftmassenmesser: misst die Masse der wirklich angesaugten Luft
  • Drosselklappenpositions-Sensor: misst wie weit das Gaspedal getreten ist
  • Ansauglufttemperatur-Sensor
  • Kühlmitteltemperatur-Sensor
  • Kupplung für Klimaanlage: Information ob die Klimaanlage an/aus ist, damit die Drehzahl angeglichen werden kann
  • Nockenwellenpositions-Sensor
  • Lambdasonde: misst den Restsauerstoff in den Abgasen
Im Prinzip werden aus diesen Werten stets das optimale Gemisch und der beste Zündzeitpunkt errechnet. Sollte ein wichtiger Sensor ausfallen, schaltet das Steuergerät in ein Notprogramm, damit noch eine Fachwerkstatt erreicht werden kann. Moderne Motoren haben noch paar Sensoren mehr.

Defekte:
Ausfälle in einem solchen System sind in der Regel auf defekte Sensoren oder Verkabelung/Kabelstecker zurückzuführen. Oft gibt es auch Undichtigkeiten im Auspuffsystem, die dazu führen, dass die Lambdasonde einen zu hohen Restsauerstoffanteil in den Abgasen misst und das Modul veranlasst das Gemisch anzufetten. Das führt dann zu Ruckeln im Fahrbetrieb. Auch Undichtigkeiten im Ansaugsystem sind oft fest zu stellen.

Eine Diagnose von Defekten kann meistens nur mittels spezieller Testgeräte und komplexer Messanleitungen erfolgen.
Es gibt jedoch auch Fahrzeuge, bei denen die gespeicherten Fehlercodes ohne Diagnosetester ausgelesen werden können.


Der Katalysator:

 Katalysator Er ist der eigentliche Grund, warum der Ottomotor eine elektronisch gesteuerte Motorregelung braucht und kein Hobbybastler mehr am Vergaser rumdrehen kann.
Von den Automobilherstellern einst bekämpft (wie eigentlich alles Neue), heute heiss geliebt, brachte er doch Millionen von Kunden in die Fachwerkstätten zurück, denn keine Tankstelle kann mehr viel machen, wenn an der Motorsteuerung etwas nicht in Ordnung ist. Diese komplizierte Motorsteuerung ist notwendig, um eine optimale Verbrennung zu ermöglichen, die der Katalysator zur optimalen Funktion braucht.

Zuerst gab es den ungeregelten Katalysator in der Einführungsphase, er fiel mehr durch seinen Gestank als durch seine Abgasreinigung auf und spielt heute praktisch keine Rolle mehr.

Bleibt der geregelte Katalysator, der hier wegen seiner grossen Bedeutung im Fahrzeugbau etwas näher erläutert werden soll.

Warum ein Katalysator?

Wenn Sie 1 Liter Benzin vergurken, werden rund 10.000 Liter frische, grüne Waldluft in schädliche, stinkende Abgase verwandelt!(Wie viel Liter haben Sie heute schon verbraucht?)

Die Abgase enthalten, nach der Verbrennung, unter anderem auch die folgenden schädlichen Stoffe:
  • Kohlenmonoxid (CO)
  • Oxiden des Stickstoffs (NO)
  • und Kohlenwasserstoffe (HC)

Diese können mit dem Katalysator (daher der Name 3 Wege Katalysator) wirksam vermindert werden (bis über 90%). (Natürlich riecht es dann immer noch nicht nach frischer Waldluft am Auspuff). Das Problem bei der Sache ist, wenn das Gemisch zu "fett" (Kraftstoffüberschuss) ist, schnellen die Konzentrationen von CO's und die HC's hoch; macht man sie zu mager (Luftüberschuss) schiessen die NO's hoch. Katalysator Reaktion


Das optimale Kraftstoff - Luft Gemisch, Lambda 1


Das optimale theoretische Verhältnis zwischen Kraftstoff und Luft nennt man "stöchiometrisches Gemisch" oder Lambda 1. Wenn dieses Verhältnis erreicht ist, arbeitet der Katalysator optimal. Deshalb die komplexe Motorsteuerung, denn eine Abweichung von nur 1% bewirkt, dass der Katalysator nicht mehr optimal arbeitet.

Eine vollkommene Verbrennung von Kraftstoff gibt es selbst bei Luftüberschuss nicht!
Und es kommt noch schlimmer: um den Motor beschleunigen zu können, muss man auf ein "fetteres" Gemisch gehen und das Lambda 1 bis auf 0,75 verlassen. Der beste Kraftstoffverbrauch ist bei "mageren" Gemisch Lambda 1,2 und die beste Motorleistung bei 0,9 Lambda.

Der Katalysator sieht aus wie ein normaler Auspuff meistens mit einem Abschirmblech, besteht aber im Innern aus einer Röhren-Keramik, die mit Platin und Rhodium beschichtet ist.
Jagen da nun die Abgase durch, werden durch einen katalytischen Prozess die schädlichen Abgase umgewandelt. (Ist was chemisches, für nähere Infos empfehle ich Thomas Seilnachts HP, siehe unter Links) Das tolle daran ist, dass sich bei diesem Prozess die Edelmetalle nicht abnutzen, allein das sie da sind, reicht aus.

Katalysator Keramik
Defekte am Katalysator

Fast alle Defekte an Katalysatoren sind in der Werkstatt meist mechanisch, d.h. Keramik gebrochen, weil der Auspuff an einem Bordstein hängen geblieben ist oder aufgesetzt hat, oder durch Vibrationen gebrochene Rohre. Es kann aber auch bei der Abgasuntersuchung festgestellt werden, dass der Katalysator es nicht mehr schafft, genügend z.B. CO um zu wandeln.
Oft werden auch Defekte Katalysatoren auch durch Fehlfunktionen des Motors verursacht. Wenn zuviel unverbrannter Kraftstoff in dem Katalysator gelangt, glüht er aus.
Dies passiert oft, wenn der Motor nicht anspringt und mit dem Anlasser längere Zeit gestartet wird. Der unverbrannte Kraftstoff sammelt sich so im Katalysator an und die Beschichtung der Keramik verglüht.
Ebenso kann der Kat durch Motoröl zerstört werden. Das ist schnell passiert, wenn zuviel Motoröl aufgefüllt wird oder durch einen Defekt der Ölabschirmkappen der Ventile in den Brennraum gelangt. Defekte Kolbenringe können auch diesen Schaden verursachen.


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