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Moin,so, dann geht es auch schon zum nächsten Teil:
Motorsteuerung und Emission Control - Teil 3: Emission Control
Ziel der "Emission Control" ist es, die Abgase so "sauber" wie möglich zu machen - inzwischen sind auch weltweit viele Lände rauf den Zug der starken Abgasnachbehandlung aufgesprungen und orientieren sich dabei teils an der EU.
Deswegen ist der 1GR-FE im J7 inzwischen ab Werk in 2 Versionen erhältlich:
EU2: 1 Katalysator pro Abgasstrang, ungeregelt
EU4: 2 Katalysatoren pro Abgasstrang, geregelt
Üblicherweise wird inzwischen die EU4 Version für die Importe nach hier genutzt.
Bei der EU4 Version ist zwischen dem ersten und zweiten Katalysator pro Abgasstrang noch ein weiterer Sensor verbaut. Damit ist der Sauerstoffgehalt nach dem ersten Katalysator messbar.
Um zu verstehen, warum das wichtig ist, müssen wir uns anschauen wie ein Katalysator funktioniert:
Es ist ein "3-Wege-katalysator" - und das bezieht sich, anders als oft vermutet, nicht auf die "Abgasführung", sondern auf 3 Wege der Schadstoffreduktion:
- Kohlenstoffmonoxid (Kohlenstoffmonoxid wird mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid umgewandelt)
- unverbrannte Kohlenwasserstoffe (diese werden mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid oxidiert, und es entsteht zusätzlich Wasser)
- Stickoxid ( Diese werden mit Sauerstoff und Kohlenmonoxid zu Stickstoff und Kohlenstoffdioxid umgewandelt)
Hier sehen wir nun ein Problem des Katalysators:
Er braucht einerseits Sauerstoff, andererseits aber auch zwingend Kohlenmonoxid.
Und da kommen die Lambdasonde VOR und der Sauerstoffsensor NACH dem Katalysator ins Spiel, die so auch einen Einfluss auf die Motorsteuerung im Sinne der Abgasnachbehandlung haben:
Ist das Gemisch zu mager (Luftüberschuss, Lambda > 1) ist eventuell nicht genug Kohlenmonoxid nach der Verbrennung vorhanden, da diese zu "sauber" ist.
Es kann dann nicht genug/alles Stickoxid abgebaut werden, da das Reaktionsprodukt Kohlenstoffmonoxid "fehlt" bzw. "zu gering ist".
Ist das Gemisch hingegen zu fett (Luftmangel, Lambda < 1) ist nicht genug Sauerstoff vorhanden, um Kohlenstoffmonoxid und die unverbrannten Kohlenwasserstoffe umzuwandeln.
Das Problem ist, das hier das "zu fett" oder "zu mager" immer aus Sicht des Katalysators eine Rolle spielt (nicht aus Sicht des Motorlaufs, wie im Beitrag zuvor) - um diesen also in einen optimalen Wirkungsbereich zu bringen, muss er "geregelt" werden.
Die Effektivität des Katalysators ist von mehreren Faktoren zusätzlich abhängig: Temperatur, Sättigung (er hat einen "Sauerstoffspeichereffekt", der je nach Fahrprofil mehr oder weniger stark ist), Abgasmenge, etc.
Daher muss die Effektivität "gemessen" werden
Das passiert durch die "Zweite Lambdasonde", also den Sauerstoffsensor hinter dem ersten Katalysator.
Hiermit wird der Restsauerstoff im Abgas nach dem ersten Katalysator, also der ersten "Schadstoffumwandlung" gemessen.
Hieraus ergibt sich dann ein Anpassungswert den die ECM ermittelt, und das Gemisch entsprechend anpasst, damit der Katalysator optimal arbeitet.
Hier sieht man auch ganz schön den Konflikt und den Nachteil einer Abgasnachbehandlung (das trifft auf alle Fahrzeuge zu!): Es wird der Motor aus dem optimalen Bereich "herausgeregelt", damit die Abgasnachbehandlung richtig funktioniert.
Der zweite Katalysator im Abgasstrang muss dann mit dem Restgemisch "klarkommen" und beseitigt durch weitere Umwandlungen nochmal Schadstoffe. Daher wird auch der Abgasstrom nach dem ersten Katalysator so eingeregelt, das das eben auch noch funktioniert.
Hier sieht man also sehr schön, das die bei Tunern durchgeführten Kennfeldanpassungen zwar vielleicht an der Lambdasonde "gut" sind, aber dadurch die Katalysatoren eventuell nicht mehr bzw. nur noch eingeschränkt ihre Arbeit verrichten können. Das Netz an Messwerten und Parametern erhöht sich also.
Zusätzlich zu dieser Abgasnachbehandlung spielt auch die Emission aus dem tank eine Rolle.
Es soll vermieden werden, das Benzindämpfe aus dem Tank in die Umwelt gelangen.
Daher ist im Tankdeckel nur ein Unterdruckventil verbaut, durch das Luft in den Tank eindringen kann, allerdings nichts austritt.
Die Entlüftung - also den Abbau von Überdruck - übernimmt ein dafür vorgesehenes Entlüftungssystem mit einem Aktivkohlefilter.
Das ist der große Schwarze Behälter, der ab Werk hinter der Batterie am Kotflügel verbaut ist.
Dieser Behälter ist mit ein paar Druckventilen ausgestattet - und er hat 3 Anschlüsse:
- Entlüftungsleitung des Tanks als Eingang (über ein Druckventil, öffnet bei 0,7 psi Druck)
- Leitung in den Rahmen zur Ableitung des Drucks
- Leitung über das erwähnte Tankentlüftungs-Rückführventil (Purge Valve) in den Ansaugtrakt
Wie funktioniert das Ding nun?
Der Überdruck aus dem Tank kann sich in den Aktivkohlefilter entspannen, wnen er 0,7psi überschreitet. Dort wird durch die Aktivkohle der "Benzinanteil" gebunden, damit er nicht über die Leitung in den Rahmen an die Umwelt abgegeben wird.
Bei laufendem Motor und gewissen Rahmenparametern wird das Tankentlüftungs-Rückführventil zum Ansaugtrakt aktiviert, wodurch dann Luft durch den Aktivkohlebehälter "gesaugt" wird.
Dies regeneriert die Aktivkohle, und etwaige Benzindämpfe werden der Verbrennung zugeführt.
Die Steuerzeiten des Ventil werden über einen Regelkreis der ECM vorgegeben.
Die ECM kann sogar theoretisch über die Lambdasonde den Anteil an "Fremdluft" bzw. "Benzindämpfen" bestimmen.
Sie kennt die Luftmasse und die Einspritzmenge samt Lambdawert, öffnet sie nun das Tankentlüftungs-Rückführventil ändert sich das Lambda entweder nach oben (es strömt nur saubere Luft ein) oder nach unten (Es ströhmen viele Benzindämpfe ein).
Auf jeden fall errechnet sie eine "Öffnungsrate" für das Ventil" - der exakte Algorithmus ist allerdings nicht dokumentiert.
Das System der Entlüftung ist im J7 eher rudimentär ausgeführt.
In anderen Fahrzeugen mit dem 1GR-FE wie z.B. dem FJ Cruiser ist es deutlich umfangreicher (zusätzliche Pumpe, mehr Überwachung etc.).
Alles in allem ist das beim GRJ7 ein gesunder Mittelweg, den Toyota gewählt hat, zwischen Gute Emissionskontrolle und möglichst wenig Technik.
Sodale, da war dann auch das Kapitel "Emission Control", freut euch auf die nächsten Teile:
"Motorsteuerung und Emission Control - Teil 4: Diagnose"
"Motorsteuerung und Emission Control - Teil 5: Fail-Safe"
"ABS, TRC und VSC - inkl. Interaktion mit der Motorsteuerung"
...
Broesel
