Wie funktioniert die NOx-Reduktion im SCR-System?

Das SCR-System reduziert Stickoxide, kurz NOx, im Abgas moderner Dieselfahrzeuge.

SCR steht für Selective Catalytic Reduction, auf Deutsch etwa selektive katalytische Reduktion.

Das System nutzt AdBlue als Ausgangsstoff für eine chemische Reaktion.

AdBlue wird nicht verbrannt und nicht mit dem Dieselkraftstoff vermischt.

Stattdessen wird die Flüssigkeit in einer berechneten Menge in den Abgasstrom eingespritzt.

Durch die Abgaswärme und weitere chemische Umwandlungsprozesse entsteht Ammoniak.

Im SCR-Katalysator reagiert der Ammoniak mit den Stickoxiden.

Dabei werden die Stickoxide überwiegend in:

• Stickstoff,

• Wasser

umgewandelt.

Das SCR-System arbeitet damit nach der Verbrennung im Abgastrakt.

Es ergänzt die Abgasrückführung, kurz AGR.

Während die AGR die Entstehung von Stickoxiden bereits im Motor beeinflusst, reduziert das SCR-System die NOx-Menge, die nach der Verbrennung im Abgas vorhanden ist.

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Warum müssen Stickoxide reduziert werden?

Stickoxide entstehen bei Verbrennungsprozessen.

Im Dieselmotor werden sie unter anderem durch:

• hohe Verbrennungstemperaturen,

• hohen Sauerstoffüberschuss,

• hohe Motorlast,

• bestimmte Einspritz- und Verbrennungsbedingungen

beeinflusst.

Moderne Dieselmotoren sind auf einen hohen Wirkungsgrad und niedrigen Kraftstoffverbrauch ausgelegt.

Diese Eigenschaften können jedoch unter bestimmten Betriebsbedingungen die NOx-Bildung begünstigen.

Das SCR-System reduziert die verbleibenden Stickoxide im Abgas.

Dadurch unterstützt es die Einhaltung der für das Fahrzeug geltenden Emissionsanforderungen.

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Welche Bauteile sind an der NOx-Reduktion beteiligt?

Die NOx-Reduktion ist keine Aufgabe eines einzelnen Bauteils.

Mehrere Komponenten arbeiten zusammen.

Dazu gehören:

• AdBlue-Tank,

• Füllstands- und Qualitätserfassung,

• Tankheizung,

• AdBlue-Pumpe,

• Druckleitung,

• AdBlue-Injektor,

• Mischstrecke,

• Temperaturfühler,

• SCR-Katalysator,

• NOx-Sensoren,

• Motor- oder Abgassteuergerät.

Ein Fehler an einer einzelnen Komponente kann die Funktion des Gesamtsystems beeinflussen.

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Der Ablauf der NOx-Reduktion Schritt für Schritt

1. Der Dieselmotor erzeugt Abgas

Während der Verbrennung entstehen verschiedene Abgasbestandteile.

Dazu gehören unter anderem:

• Stickoxide,

• Kohlendioxid,

• Wasserdampf,

• Sauerstoff,

• weitere Verbrennungsprodukte.

Die NOx-Menge hängt vom aktuellen Betriebszustand ab.

Einfluss haben beispielsweise:

• Drehzahl,

• Motorlast,

• Einspritzmenge,

• Verbrennungstemperatur,

• Luftmasse,

• AGR-Rate.
   

2. Das Steuergerät ermittelt den Betriebszustand

Das Steuergerät verarbeitet zahlreiche Informationen.

Je nach Fahrzeug können dazu gehören:

• Motordrehzahl,

• Motormoment,

• Einspritzmenge,

• Luftmasse,

• Abgastemperatur,

• NOx-Werte,

• Abgasvolumen,

• AdBlue-Druck,

• AdBlue-Füllstand.

Aus diesen Daten wird berechnet, ob und wie viel AdBlue dosiert werden soll.

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3. Die AdBlue-Pumpe stellt die Flüssigkeit bereit

Die AdBlue-Pumpe fördert die Flüssigkeit aus dem Tank.

Je nach System wird ein definierter Druck aufgebaut.

Das Steuergerät überwacht dabei verschiedene Werte.

Dazu können gehören:

• Druckaufbau,

• Druckhaltefähigkeit,

• Förderleistung,

• elektrische Ansteuerung,

• Temperatur.

Ein unzureichender Druck kann dazu führen, dass die berechnete AdBlue-Menge nicht korrekt dosiert wird.

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4. Der AdBlue-Injektor dosiert die Flüssigkeit

Der AdBlue-Injektor befindet sich im Abgastrakt vor dem SCR-Katalysator.

Er spritzt die berechnete Menge in den heißen Abgasstrom.

Die Dosierung muss möglichst genau erfolgen.

Eine zu geringe Menge kann die NOx-Reduktion verringern.

Eine zu hohe Menge kann unter ungünstigen Bedingungen Ablagerungen oder Ammoniaküberschüsse begünstigen.

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5. AdBlue verdampft und wird chemisch umgewandelt

AdBlue besteht aus:

• 32,5 Prozent hochreinem Harnstoff,

• 67,5 Prozent demineralisiertem Wasser.

Nach der Einspritzung wird das Wasser durch die Abgaswärme verdampft.

Der Harnstoff wird anschließend in mehreren Schritten umgewandelt.

Vereinfacht dargestellt entsteht dabei Ammoniak.

Die tatsächlichen Abläufe hängen von:

• Abgastemperatur,

• Abgasströmung,

• Mischstrecke,

• Katalysatorauslegung,

• Betriebszustand

ab.

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Warum ist die Abgastemperatur wichtig?

Die SCR-Reaktion benötigt geeignete Temperaturbedingungen.

Bei niedrigen Temperaturen kann die Umwandlung langsamer oder weniger wirksam ablaufen.

Bei hohen Temperaturen können andere chemische Prozesse stärker werden.

Das Steuergerät berücksichtigt deshalb die Abgastemperatur bei der Dosierung.

Die Temperatur wird je nach Fahrzeug an unterschiedlichen Positionen erfasst.

Mögliche Messpunkte sind:

• vor dem SCR-Katalysator,

• im Bereich des SCR-Katalysators,

• nach dem SCR-Katalysator.
   

Was passiert in der Mischstrecke?

Die Mischstrecke befindet sich zwischen AdBlue-Injektor und SCR-Katalysator.

Sie hat die Aufgabe, AdBlue beziehungsweise die entstehenden Reaktionsprodukte möglichst gleichmäßig im Abgas zu verteilen.

Je nach Konstruktion können Mischrohre oder spezielle Strukturen eingesetzt werden.

Eine gleichmäßige Verteilung ist wichtig.

Wenn sich die Flüssigkeit ungünstig an einzelnen Stellen ablagert, können Kristalle entstehen.

Mögliche Folgen sind:

• Ablagerungen,

• Verengungen,

• eingeschränkte Abgasströmung,

• veränderte Dosierung,

• Fehlermeldungen.
   

Wie entsteht Ammoniak aus AdBlue?

AdBlue enthält Harnstoff.

Durch Wärme und chemische Umwandlung entstehen unter geeigneten Bedingungen Ammoniak und weitere Reaktionsprodukte.

Vereinfacht kann die Umwandlung so dargestellt werden:

Harnstoff + Wärme → Ammoniak + weitere Reaktionsprodukte

Der Ammoniak ist der entscheidende Reaktionsstoff für die NOx-Reduktion im SCR-Katalysator.

Die vollständigen chemischen Prozesse sind komplexer und laufen in mehreren Schritten ab.

Wie reagiert Ammoniak mit Stickoxiden?

Im SCR-Katalysator treffen Stickoxide und Ammoniak auf katalytisch aktive Oberflächen.

Der Katalysator beschleunigt die chemische Reaktion, ohne selbst als Reaktionsstoff verbraucht zu werden.

Vereinfacht entsteht aus:

• Stickoxiden,

• Ammoniak,

• Sauerstoff

überwiegend:

• Stickstoff,

• Wasser.

Eine vereinfachte Reaktionsgleichung lautet:

4 NH₃ + 4 NO + O₂ → 4 N₂ + 6 H₂O

Eine weitere mögliche Reaktion lautet:

2 NH₃ + NO + NO₂ → 2 N₂ + 3 H₂O

Die tatsächlichen Reaktionen hängen von der Zusammensetzung des Abgases und den Bedingungen im SCR-Katalysator ab.

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Was macht der SCR-Katalysator?

Der SCR-Katalysator stellt eine katalytisch aktive Oberfläche bereit.

Er unterstützt die Reaktion zwischen:

• Ammoniak,

• Stickstoffmonoxid,

• Stickstoffdioxid.

Der Katalysator wird dabei nicht wie ein Kraftstoff verbraucht.

Seine Wirksamkeit kann jedoch durch verschiedene Faktoren beeinträchtigt werden.

Dazu gehören:

• Alterung,

• thermische Belastung,

• Verunreinigungen,

• mechanische Beschädigung,

• unzureichende AdBlue-Dosierung,

• falsche Temperaturbedingungen.
   

Welche Rolle spielen die NOx-Sensoren?

NOx-Sensoren messen die Stickoxidkonzentration im Abgas.

Viele Systeme besitzen:

• einen NOx-Sensor vor dem SCR-Katalysator,

• einen NOx-Sensor nach dem SCR-Katalysator.

Der erste Sensor kann Informationen über die NOx-Menge liefern, die in das SCR-System gelangt.

Der zweite Sensor kann erfassen, wie viele Stickoxide nach der Abgasnachbehandlung noch vorhanden sind.

Das Steuergerät kann die Werte zur:

• Dosierungsregelung,

• Wirkungsgradüberwachung,

• Fehlererkennung

verwenden.

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Warum wird die AdBlue-Menge nicht konstant dosiert?

Die NOx-Menge verändert sich während der Fahrt.

Ein Fahrzeug benötigt bei niedriger Last nicht dieselbe Dosierung wie bei hoher Last.

Die Dosierung hängt unter anderem ab von:

• Motorlast,

• Drehzahl,

• Abgasmenge,

• NOx-Rohwert,

• Abgastemperatur,

• SCR-Zustand.

Das Steuergerät berechnet die erforderliche Menge fortlaufend.

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Was passiert bei einer zu geringen AdBlue-Dosierung?

Bei einer zu geringen Dosierung steht möglicherweise nicht genügend Ammoniak für die NOx-Reduktion zur Verfügung.

Dadurch können nach dem SCR-Katalysator erhöhte NOx-Werte gemessen werden.

Mögliche Folgen:

• Fehlercode,

• Motorkontrollleuchte,

• SCR-Warnung,

• reduzierte Systemwirkung,

• Startwarnung.

Mögliche Ursachen sind:

• schwache oder defekte Pumpe,

• Druckverlust,

• verstopfter Injektor,

• Leitungsproblem,

• falsche Sensorwerte,

• Steuerungsfehler.
   

Was passiert bei einer zu hohen AdBlue-Dosierung?

Eine zu hohe Dosierung kann ebenfalls Probleme verursachen.

Mögliche Folgen:

• AdBlue-Ablagerungen,

• Kristallbildung,

• Ammoniaküberschuss,

• Fehler im Abgasnachbehandlungssystem.

Viele Fahrzeuge besitzen deshalb zusätzlich einen Ammoniak-Sperrkatalysator beziehungsweise einen Ammoniak-Schlupfkatalysator.

Dieser kann überschüssigen Ammoniak reduzieren.

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Was ist Ammoniakschlupf?

Ammoniakschlupf bedeutet, dass nicht der gesamte Ammoniak im SCR-Katalysator umgesetzt wird.

Ein Teil könnte den Katalysator verlassen.

Um dies zu begrenzen, wird bei vielen Systemen ein zusätzlicher Katalysator eingesetzt.

Die Steuerung versucht außerdem, die AdBlue-Dosierung möglichst genau an den Bedarf anzupassen.

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Warum funktioniert die NOx-Reduktion bei kaltem Motor eingeschränkt?

Nach dem Motorstart sind die Abgaskomponenten häufig noch nicht auf ihrer optimalen Betriebstemperatur.

Die Umwandlung von AdBlue und die SCR-Reaktion können dadurch eingeschränkt sein.

Das Steuergerät berücksichtigt die Temperatur.

Je nach System wird die Dosierung erst ab bestimmten Bedingungen aktiviert oder angepasst.

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Warum kann ein SCR-System trotz ausreichendem AdBlue-Füllstand Fehler anzeigen?

Ein ausreichender Füllstand zeigt nur, dass AdBlue im Tank vorhanden ist.

Für eine funktionierende NOx-Reduktion müssen weitere Bauteile korrekt arbeiten.

Mögliche Fehlerquellen sind:

• AdBlue-Pumpe,

• Drucksensor,

• Leitung,

• Heizung,

• Injektor,

• Temperaturfühler,

• NOx-Sensor,

• SCR-Katalysator,

• Steuergerät.
   

Welche Fehler können die NOx-Reduktion beeinträchtigen?

Typische Fehlerursachen sind:
 

Defekter NOx-Sensor

Der Sensor kann falsche oder unplausible Werte liefern.
 

Verstopfter AdBlue-Injektor

Kristalle oder Ablagerungen können die Dosierung beeinflussen.
 

Fehlerhafte AdBlue-Pumpe

Ein unzureichender Druck kann zu einer zu geringen Dosierung führen.
 

Undichte Leitung

Druckverluste können die Fördermenge verändern.

Defekte Heizung

Bei niedrigen Temperaturen kann die Verfügbarkeit von AdBlue eingeschränkt sein.

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Beschädigter SCR-Katalysator

Die chemische Umwandlung kann weniger wirksam sein.

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Abgasleck

Eine Undichtigkeit kann Messwerte und Abgasströmung beeinflussen.

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Wie erkennt das Steuergerät eine unzureichende SCR-Wirkung?

Das Steuergerät vergleicht verschiedene Informationen.

Dazu können gehören:

• NOx-Wert vor SCR,

• NOx-Wert nach SCR,

• AdBlue-Dosiermenge,

• Abgastemperatur,

• Motorlast,

• berechneter SCR-Wirkungsgrad.

Wenn die erwartete NOx-Reduktion über einen bestimmten Zeitraum nicht erreicht wird, kann ein Fehler gespeichert werden.

Ein einzelner Messwert führt nicht bei jedem Fahrzeug sofort zu einer Fehlermeldung.

Viele Systeme verwenden Prüfbedingungen und Plausibilitätsprüfungen.

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Kann ein Fehlercode allein die Ursache bestimmen?

Nein.

Ein Fehlercode beschreibt häufig:

• einen erkannten Zustand,

• eine Abweichung,

• einen betroffenen Funktionsbereich.

Er beweist nicht automatisch, welches Bauteil defekt ist.

Beispielsweise kann eine unzureichende SCR-Wirkung verursacht werden durch:

• NOx-Sensor,

• AdBlue-Dosierung,

• SCR-Katalysator,

• Temperaturproblem,

• Abgasleck.

Eine Diagnose sollte deshalb Messwerte und Systemprüfungen einbeziehen.

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Welche Auswirkungen hat eine schlechte SCR-Wirkung?

Mögliche Folgen sind:

• Motorkontrollleuchte,

• Abgaswarnung,

• AdBlue-Systemmeldung,

• Fehlereintrag,

• Leistungsbegrenzung,

• Notlauf,

• Startverhinderung nach einer Restreichweite.

Die genaue Reaktion hängt vom Fahrzeug und der Fehlerstrategie ab.

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Wie wird die NOx-Reduktion diagnostiziert?

Eine systematische Diagnose kann folgende Schritte umfassen:

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1. Fehlerspeicher auslesen

Fehlercodes liefern erste Hinweise.

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2. Umgebungsdaten prüfen

Wichtig können sein:

• Drehzahl,

• Last,

• Temperatur,

• Fahrzustand.
   

3. Live-Daten vergleichen

Mögliche Werte:

• NOx vor SCR,

• NOx nach SCR,

• AdBlue-Druck,

• Dosiermenge,

• Abgastemperatur.
   

4. AdBlue-System prüfen

Tank, Pumpe, Leitungen und Injektor werden kontrolliert.
 

5. Abgasanlage prüfen

Undichtigkeiten oder Ablagerungen können die Funktion beeinflussen.
 

6. SCR-Wirkung bewerten

Die Messwerte werden im Zusammenhang mit dem Betriebszustand beurteilt.
 

Häufige Missverständnisse
 

„AdBlue neutralisiert Stickoxide direkt im Tank“

Falsch.

Die Reaktion findet im Abgastrakt und im SCR-Katalysator statt.

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„Der SCR-Katalysator funktioniert ohne AdBlue“

Nicht vollständig.

Für die NOx-Reduktion benötigt das System den aus AdBlue erzeugten Reaktionsstoff.

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„Ein voller AdBlue-Tank bedeutet, dass die NOx-Reduktion funktioniert“

Falsch.

Auch Pumpe, Injektor, Sensoren, Temperaturbedingungen und SCR-Katalysator müssen korrekt arbeiten.

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„Der DPF reduziert NOx“

Nicht als Hauptfunktion.

Der DPF filtert überwiegend Rußpartikel.

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„Ein P20EE-Fehler bedeutet immer einen defekten SCR-Katalysator“

Falsch.

Der Fehler kann auch durch Sensorik, Dosierung, Temperatur oder andere Systemprobleme verursacht werden.

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„AdBlue wird im Motor verbrannt“

Falsch.

AdBlue wird in den Abgasstrom eingespritzt.

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Fazit

Die NOx-Reduktion im SCR-System ist ein abgestimmter Prozess.

Das Motorsteuergerät ermittelt den aktuellen Betriebszustand und berechnet die erforderliche AdBlue-Dosierung.

Die AdBlue-Pumpe stellt die Flüssigkeit bereit.

Der Injektor dosiert sie in den Abgasstrom.

Durch Wärme und chemische Umwandlung entsteht Ammoniak.

Im SCR-Katalysator reagiert der Ammoniak mit den Stickoxiden.

Dabei entstehen überwiegend Stickstoff und Wasser.

NOx-Sensoren, Temperaturfühler und weitere Komponenten überwachen die Funktion.

Ein Fehler in einem einzelnen Bauteil kann die Gesamtwirkung des Systems beeinträchtigen.

Für eine zuverlässige Diagnose sollten deshalb Fehlerspeicher, Live-Daten, Sensorwerte, Druck, Dosierung und Abgasnachbehandlung gemeinsam bewertet werden.

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Häufig gestellte Fragen

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Wie reduziert ein SCR-System Stickoxide?

AdBlue wird in den Abgasstrom eingespritzt. Daraus entsteht Ammoniak, der im SCR-Katalysator mit Stickoxiden reagiert und diese überwiegend in Stickstoff und Wasser umwandelt.

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Was ist der Reaktionsstoff für die NOx-Reduktion?

Der für die SCR-Reaktion benötigte Reaktionsstoff ist Ammoniak, der aus dem in AdBlue enthaltenen Harnstoff entsteht.

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Warum ist die Abgastemperatur wichtig?

Die Temperatur beeinflusst die Verdampfung, Umwandlung und chemische Reaktion im SCR-System.

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Was passiert bei zu wenig AdBlue-Dosierung?

Die NOx-Reduktion kann zu gering sein. Dadurch können Fehlercodes, Warnmeldungen oder weitere Einschränkungen entstehen.

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Kann ein voller AdBlue-Tank einen SCR-Fehler ausschließen?

Nein. Auch Pumpe, Injektor, Sensoren, Leitungen und SCR-Katalysator können Fehler verursachen.

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Was messen NOx-Sensoren?

NOx-Sensoren erfassen die Stickoxidkonzentration im Abgas und unterstützen die Regelung und Überwachung des SCR-Systems.

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Was ist Ammoniakschlupf?

Ammoniakschlupf bedeutet, dass überschüssiger Ammoniak den SCR-Katalysator verlässt. Ein zusätzlicher Katalysator kann diesen reduzieren.

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Kann ein defekter SCR-Katalysator die NOx-Reduktion beeinträchtigen?

Ja. Eine Beschädigung, Alterung oder Verunreinigung kann die Umwandlungswirkung verringern.