NOVITEITEN 2005 DIESEL EOBD

NOVITEITEN 2005 DIESEL EOBD

Redactie en Samenstelling: Koninklijke Nederlandse Toeristenbond ANWB HV/HRM/Opleidingen, januari 2005, 1e Druk.

© ANWB BV, Den Haag. Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand, of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enigerlei wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen of op enige andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van ANWB B.V.

Inhoudsopgave Inleiding ...................................................................................................................... 4 1

Emissiewetgeving ............................................................................................. 5

2

Schadelijk stoffen in het uitlaatgas .............................................................. 9 CO Koolmonoxide .......................................................................................... 9 HC

Koolwaterstoffen .................................................................................... 9

SO2 Zwaveldioxide ....................................................................................... 10 NOx C

Stikstofoxiden ..................................................................................... 10 Roetdeeltjes............................................................................................. 10

Deeltjes .............................................................................................................. 10 Roetdeeltjes ...................................................................................................... 12 Maatregelen voor het verminderen roetdeeltjes .................................... 12 Motor interne maatregelen: ............................................................... 13 Motor externe maatregelen: .............................................................. 14 3

Emissiereductie technieken.......................................................................... 15

4

Uitlaatgas nabehandeling ............................................................................ 16 Oxidatiekatalysator ........................................................................................ 16 Uitlaatgasrecirculatie ..................................................................................... 16 DeNOx katalysator of SCR ............................................................................. 17 Een blik in de toekomst: visie voor 2020. .................................................. 19 Roetfilter............................................................................................................ 20 Systeem zonder additief ...................................................................... 20 Systeem met additief ............................................................................ 22 Additief .............................................................................................................. 24 Regenereren ..................................................................................................... 25

5

EOBD................................................................................................................... 26 Testmethoden .................................................................................................. 31

DIESEL EOBD

3

Inleiding Vanwege de steeds strenger wordende eisen die de overheden aan autofabrikanten opleggen met betrekking tot het milieu, worden er steeds meer On Board Diagnose (OBD) systemen ingevoerd. Bij OBD systemen wordt de uitstoot van schadelijke stoffen continue bewaakt. De bindende milieu eisen die aan een voertuig worden gesteld, zijn nodig om tot een betere lucht kwaliteit in onze omgeving te komen. De eisen worden door een instantie zoals de rijksdienst voor het wegverkeer (RDW) getoetst en aan de hand daarvan wordt een type goedkeuring gegeven aan het geteste voertuig. Wat er daarna met het voertuig en de daaraan gestelde eisen gebeurt, wordt vandaag de dag gecontroleerd door een monitor systeem, dat ingebouwd is in de motormanagement. Het systeem is bekend vanuit Amerika, waar vooral in de staat California de emissie eisen streng zijn en vaak vooruit lopen op de rest van de wereld. De eisen worden samengesteld door de CARB (California Air Resource Board) en hebben in 1991 het Amerikaanse OBD systeem voortgebracht. Dit is in 1997 opgevolgd door het OBD2 systeem en zonder veel wijzigingen overgenomen om in Europa hetzelfde te doen, namelijk het bewaken van milieu gerelateerde zaken in voertuigen en is Europese On Board Diagnose (EOBD) genoemd. Vanaf 1 januari 2005 moet op alle personenauto’s die in nieuw Europa geleverd worden, zowel benzine als diesel, een EOBD systeem aanwezig zijn.

4

DIESEL EOBD

1 Emissiewetgeving De

Europese

emissiereglementering

voor

nieuwe

voertuigen

is

vastgelegd in de richtlijn 70/220/EEC. Deze richtlijn kent verscheidene amendementen en richtlijn 98/69/EC beschrijft de Euro 3 en 4 emissienorm. Tezamen met de Euro 3 / 4 emissiestandaarden werd de standaard voor brandstofkwaliteit vastgelegd betreffende zwavelgehalte in diesel en benzine.

Introductie jaar

Benzine

Diesel

2000

150

350

2005

50

50

Tabel 1 Zwavelgehalte dieselolie in ppm

Parts per milion = 1 cm3 (ml) gas of damp per m3 verontreinigde lucht. De Europese overheden hebben een testprocedure, de “Neue Europäische Fahrzyklus” (NEFZ), waarmee vastgesteld wordt of een voertuig binnen de gestelde emissie eisen blijft. Hierbij wordt het voertuig in een laboratorium getest door een voorgeschreven traject te “rijden” met het voertuig. Diverse soorten ritten worden op deze manier gesimuleerd en ondertussen, worden alle uitlaatgassen opgevangen om na de test in zijn totaliteit te kunnen worden geanalyseerd.

DIESEL EOBD

5

Voor fabrikanten is het lastig om in deze rij cyclus een koude start te hebben. Immers, een koude motor heeft een rijker mengsel nodig en vanwege het niet op temperatuur zijn van de katalysator is deze nog niet in staat om optimaal zijn werk te doen. Tijdens de Europese test cyclus wordt sinds 2002 begonnen met de test nadat het voertuig ten minste zes uur stil gestaan heeft bij –7oC.

Afb. 1 Europese test cyclus

De test rit gaat over 11,007 km, de gemiddelde snelheid bedraagt 33,6 km/h en de maximum snelheid is 120 km/h Ook wordt tijdens de test het geluidsniveau gecontroleerd die door een voertuig wordt geproduceerd.

6

DIESEL EOBD

EU Emissie standaarden voor personen auto's, in gram per kilometer Jaar

CO

HC

HC + NOx

NOx

PM

Diesel Euro 1

juli 1992

2,72

0,97

0,140

Euro 2, IDI

januari 1996

1,00

0,70

0,080

Euro 2, DI a

januari 1996

1,00

0,90

0,100

Euro 3

januari 2000

0,64

0,56

0,50

0,050

Euro 4

januari 2005

0,50

0,30

0,25

0,025

Euro 1

juli 1992

2,72

0,97

Euro 2

januari 1996

2,20

0,50

Euro 3

januari 2000

2,30

0,20

0,15

Euro 4

januari 2005

1,00

0,10

0,08

Benzine

a

- vanaf 1 september 1999 moeten DI motoren conform IDI motoren zijn

Afb. 2 Tabel Emissienormen en hun data

Afb. 3 Grenswaarden voor diesel motoren

In de toekomst wordt de nog strengere Euro 5 norm van kracht. De normen en grenswaarden hiervoor liggen nog niet vast, maar wel is bekend dat de grenswaarde voor de uitstoot van roetdeeltjes, Particulate Matter (PM), voor dieselmotoren aanzienlijk wordt verlaagd en uitkomt op 0,005 gram/kilometer. Om de Euro V waarden in die in de toekomst gaan gelden, moet bijna iedere auto met een dieselmotor worden voorzien van een roetfilter.

DIESEL EOBD

7

Om de invoering van roet filters nu alvast te bevorderen is in diverse Europese landen een subsidie regeling ingevoerd. Zo geldt in Nederland vanaf 1 januari 2005 een BPM korting van €600 als een personenauto met dieselmotor is voorzien van een roetfilter.

8

DIESEL EOBD

2 Schadelijk stoffen in het uitlaatgas Het verbrandingsproces is samen met de brandstof en de aangezogen lucht bepalend voor de schadelijke stoffen die worden geproduceerd tijdens de verbranding. De afbeelding laat zien welke stoffen de motor ingaan en welke stoffen na de verbranding de motor verlaten.

Afb. 4 Overzicht van schadelijke stoffen

CO Koolmonoxide Koolmonoxide (CO) ontstaat wanneer koolstofhoudende brandstoffen niet volledig verbranden door een tekort aan zuurstof. Het is een kleur-, geur- en smaakloos gas

HC Koolwaterstoffen Koolwaterstoffen zijn een groot aantal verbindingen (zoals bijvoorbeeld Benzeen (C6H6), Benzine (C8H18)) die na een onvolledige verbranding ontstaan.

DIESEL EOBD

9

SO2 Zwaveldioxide Zwaveloxide ontstaat door de verbranding van zwavelhoudende brandstof. Het is een kleurloos gas met een penetrante geur. Het zwavelgehalte in de brandstof wordt steeds minder.

NOx Stikstofoxiden Stikstofoxiden (zoals NO, NO2,…) ontstaan door een hoge druk, een hoge temperatuur en een overschot aan zuurstof tijdens de verbranding in de motor.

C

Roetdeeltjes

Is er een tekort aan zuurstof, dan vindt er een onvolledige verbranding plaats en worden er roetdeeltjes gevormd. Wat betreft de schadelijkheid voor gezondheid en milieu kunnen de bestanddelen van het uitlaatgas in verschillende categorieën worden verdeeld. De bestanddelen O2 (zuurstof), N (stikstof) en H2O (water) zijn al in de atmosfeer aanwezig en kunnen als onschadelijk worden bestempeld. Het CO2 (kooldioxide) is ook als gas in de atmosfeer aanwezig maar is een twijfelgeval. Het is niet direct schadelijk voor de gezondheid maar in verhoogde concentratie draagt het bij aan het broeikaseffect. Wel schadelijk voor de gezondheid zijn CO (koolmonoxide), HC (koolwaterstoffen), SO2 (zwaveldioxide), NOx (stikstofoxiden) en de roetdeeltjes.

Deeltjes Hierbij moet een onderscheid worden gemaakt tussen deeltjes en roetdeeltjes. Met deeltjes worden alle kleine deeltjes bedoeld, vast of vloeibaar, die in het uitlaatgas zitten. Deze deeltjes ontstaan door slijtage, splitsing, erosie, condensatie en een onvolledige verbranding. Wanneer de deeltjes zo klein zijn dat ze in gassen kunnen zweven

10

DIESEL EOBD

worden ze als gevaarlijk voor de gezondheid beschouwd. Daarnaast zorgen deze deeltjes voor luchtverontreiniging.

DIESEL EOBD

11

Roetdeeltjes Roetdeeltjes ontstaan tijden het verbrandingsproces in een dieselmotor. Roetdeeltjes zijn microscopisch klein (0,05 m) en bestaan naast een kern van pure koolstof ook uit koolwaterstofverbindingen, metaaloxiden en zwavel. Sommige van de koolwaterstofverbindingen zijn schadelijk voor de gezondheid. De exacte samenstelling van de roetdeeltjes hangt af van de motorconstructie, de gebruiksomstandigheden en de brandstof. Roetdeeltjes ontstaan tijdens een onvolledige verbranding in de verbrandingsruimte. Omdat een dieselmotor altijd een luchtoverschot heeft ontstaan roetdeeltjes in gedeelten van de verbrandingsruimte waar het brandstof - luchtmengsel niet optimaal is.

Afb. 5 Roetdeeltje

Maatregelen voor het verminderen roetdeeltjes Maatregelen voor het verminderen van de roetdeeltjes kan men verdelen in motorinterne en motorexterne maatregelen.

12

DIESEL EOBD

Motor interne maatregelen: Bij de constructie van een motor streeft men naar optimale constructie waardoor een optimale verbranding ontstaat. Tijdens een optimale verbranding ontstaan er namelijk geen roetdeeltjes. Omdat een continu optimale verbranding niet mogelijk is streeft men naar een zo goed mogelijke constructie. Aspecten die invloed hebben op een verbeterde ver branding zijn: 

Vormgeving verbrandingskamer



Vormgeving in en uitlaatkanalen



Hoge inspuitdruk (common rail / pompverstuivers)



Hoeveelheid ingespoten brandstof

Afb. 6 Motor interne maatregelen

DIESEL EOBD

13

Motor externe maatregelen: Met motor externe maatregelen kan worden voorkomen dat de roetdeeltjes die vrijkomen bij de verbranding in het milieu terecht komen. Een aantal van deze maatregelen is: 

Roetfilter o Systeem met additief o Systeem zonder additief



DeNOx katalysator

De uitstoot van roetdeeltjes en stikstofoxiden (NOx) is bij een dieselmotor traditioneel veel hoger dan bij een benzinemotor. Door de introductie van roetfilters en DeNOx katalysatoren zal dit verschil over enkele jaren wel danig minder worden. Naast de eerder genoemde stoffen wordt ook nog N2O (lachgas) en CH4 (methaan) geproduceerd. De emissies van de broeikasgassen CO2 (kooldioxide), N2O en CH4 zijn niet gereglementeerd, maar bij dieselmotoren is de emissie van CH4 verwaarloosbaar. De hoeveelheid N2O, die in de katalysator wordt geproduceerd en uitgestoten, is beduidend minder dan bij een benzineauto. De emissie van CO2 wordt bepaald door het brandstofverbruik en de verhouding waterstof (H) en koolstof (C) in de brandstof. Omdat dieselmotoren zuinig zijn, is de CO2 emissie van dieselmotoren lager dan die van benzine motoren. Dieselmotoren zijn traditioneel groter, zwaarder en produceren meer geluid dan benzinemotoren. Maar een dieselmotor is wel zuiniger en duurzamer dan een benzinemotor. Bij nieuwe generatie dieselmotoren wordt directe inspuiting toegepast en wordt de geluidsproductie van de motor serieus verlaagd door onder ander gelaagde inspuiting toe te passen.

14

DIESEL EOBD

3 Emissiereductie technieken De schadelijke uitstoot van dieselmotoren kan op verschillende manieren verlaagd worden. Een overzicht van de technieken die op dit moment gebruikt worden of die een groot potentieel bieden:

Afb. 7 Van Euro III naar Euro IV

In Afb. 7 afbeelding 7 is te zien welke maatregelen genomen zijn om van Euro III naar Euro IV te komen. Tevens blijkt uit de grafiek dat het komen tot minder roet uitstoot vanzelf lijdt tot een hogere productie van NOx of andersom. Om de roet uitstoot te verlagen dient de verbranding warmer te worden. Dit heeft echter weer tot gevolg dat de uitstoot van NOx toeneemt. De uitstoot van NOx kan verlaagd worden door de verbranding minder warm te laten worden door bijvoorbeeld EGR. Hierdoor neemt echter de uitstoot van roetdeeltjes weer toe.

DIESEL EOBD

15

4 Uitlaatgas nabehandeling Uit het voorgaand blijkt dus, doordat in de motor het een wordt aangepakt, je in de uitlaat het ander aan zult moet pakken. De mogelijkheden die door de diverse fabrikanten worden gekozen, volgen hierna:

Oxidatiekatalysator Een oxidatiekatalysator wordt al behoorlijk lang toegepast in de diesel voertuigen (personen auto’s) en kan de emissies van koolwaterstoffen (HC) en koolmonoxide (CO) met meer dan 90% verlagen. Ook de deeltjesemissies worden ongeveer met 30 tot 40% verminderd in een oxidatiekatalysator.

Uitlaatgasrecirculatie Met EGR (Exhaust Gas Recirculation) wordt een deel van het uitlaatgas weer teruggevoerd naar de verbrandingskamer waar het een deel van de verse lucht vervangt. Het verlaagt de piektemperatuur tijdens verbranding en daarmee de hoeveelheid NOx die wordt gevormd. Reducties van 20 tot 80% zijn mogelijk. Nadeel is dat de deeltjes emissie bij hogere motorbelasting toeneemt en dat er vervuiling in het inlaat traject optreed. Met het uitlaatgas wordt een hoeveelheid “dood” gas in de cilinder gebracht en daarmee wordt de verbrandings eindtemperatuur verlaagt. Hierdoor gaat de NOx uitstoot omlaag. Als de verbrandingstemperatuur omlaag moet, is het niet efficiënt om dat dan met warm uitlaatgas te doen. Bovendien wordt de, door de turbocompressor gecomprimeerde inlaatlucht, door een intercooler gekoeld en later wordt er dan weer warm uitlaatgas bijgemengd. Ook niet bepaald efficiënt. Om deze reden worden de teruggevoerde uitlaatgassen door het koelwater gekoeld. Als de motor nog niet op bedrijfstemperatuur is, kan het uitlaatgas helpen om het koelwater op te warmen

16

DIESEL EOBD

DeNOx katalysator of SCR Het overgrote deel van de Europese bedrijfswagens kiest voor de makkelijkste weg en gaat definitief over op selectieve katalytische reductie van stikstofoxiden (SCR). Twee olie maatschappijen, zes ureum producenten en vijf vrachtauto fabrikanten hebben daartoe een pact gesloten. Samen willen ze garanderen dat het (bedrijfs)wagenpark kan voldoen aan de Euro 4 en Euro 5 emissie eisen, die respectievelijk in 2006 en 2009 van kracht worden. De ureumoplossing zal geleverd worden onder de merknaam AdBlue. Bij het SCR systeem wordt ammonia in de vorm van ureum (met water vermengd) met het uitlaatgas gemengd. Vervolgens worden ammoniak en stikstofoxiden in de katalysator omgezet in stikstof (N) en water (H2O). Een elektronische besturing past de geïnjecteerde hoeveelheid voortdurend aan het NOx gehalte van de uitlaatgassen. Een nadeel is dat de auto moet worden voorzien van een ureum tankje dat regelmatig moet worden bijgevuld. Ook aan de opslag van AdBlue moet aandacht worden geschonken omdat AdBlue bevriest bij –11 oC en hydrolyseert (uiteenvalt) boven 50 o

C.

De vloeistof gaat pakweg 60 eurocent per liter kosten en het verbruik zal rond de 1 liter op 160 km worden, maar hangt van de bedrijfs omstandigheden af. Als er geen AdBlue wordt getankt, terwijl dit wel nodig is, zal er nog geen represaille aan hangen omdat AdBlue pas echt nodig is voor Euro V. Omdat Ureum in water wordt opgelost, zou ook water getankt kunnen worden (kosten reductie), echter zowel met lege AdBlue tank, als gevuld met water zal de DeNOx katalysator snel defect raken en het uitlaat systeem verstoppen omdat het NOx en de deeltjes als vaste massa in de DeNOx katalysator achter blijven. Toch geldt SCR als het beste alternatief om aan de Europese emissie eisen te voldoen, in elk geval voorlopig. Voor Euro V kan vaak al worden

DIESEL EOBD

17

volstaan met het verhogen van de hoeveelheid in te spuiten AdBlue. De kosten nemen hierdoor ook toe. Deze systemen kunnen de NOx emissie met meer dan 80% verlagen. De eerste demonstratiesystemen van dit type worden vooral bij zware voertuigen toegepast. Voor lichte bedrijfswagens zullen eerder NOx absorbers worden toegepast. Bij een NOx absorptie katalysator wordt NOx in de katalysator opgeslagen totdat de samenstelling van het uitlaatgas tijdelijk verrijkt wordt (hetgeen op verschillende manieren kan) en NOx gereduceerd wordt tot stikstofgas. Ook aan deze techniek kleven nog nadelen omdat de belangrijkste beperking is dat het zwavelgehalte van de brandstof zeer laag moet zijn (<10ppm).

Afb. 8 SCR systeem

De deelnemende oliemaatschappijen zijn OMV en Total. Zij gaan een distributiesysteem voor AdBlue opzetten bij hun tankstations. De truckfabrikanten zijn DAF, Iveco, Mercedes-Benz, Renault Trucks en Volvo Trucks. Samen hebben ze tachtig procent van de Europese truckmarkt in handen.

18

DIESEL EOBD

Een blik in de toekomst: visie voor 2020. Dankzij de EGR- en SCR technologieën zullen de emissies het komende decennium verder afnemen. Scania doet momenteel ook onderzoek naar andere technologie om het compressie - ontstekingsprincipe nog langer te laten meegaan (zeg 10 tot 15 jaar langer). HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) is bijvoorbeeld een onderzoeksgebied dat voor Scania hoge prioriteit heeft. Bij HCCI worden de lucht en de brandstof eerst gemengd voordat zij naar de verbrandingsruimte gevoerd worden. Wanneer deze techniek eenmaal goed onder de knie is, zullen de deeltjesen NOx- emissies van de HCCI motor praktisch nihil zijn.

DIESEL EOBD

19

Roetfilter Roetdeeltjes zijn vaste deeltjes en kunnen worden opgevangen in een roetfilter. De gasvormige bestanddelen kunnen door de poreuze wand verder het uitlaatsysteem in. Omdat het roetfilter steeds roet opslaat, zal deze ook regelmatig moeten worden schoongemaakt. Het schoonmaken van het roetfilter noemt men regenereren en kan passief of actief gebeuren. Systeem zonder additief Dit systeem wordt in de toekomst toegepast bij auto’s waarbij het roetfilter dicht bij de motor zit. De weg die het uitlaatgas naar het roetfilter moet afleggen is kort. Hierdoor is de temperatuur van het uitlaatgas hoog genoeg voor het verbranden van de roetdeeltjes. De verbrande roetdeeltjes worden gasvormig en zijn hierdoor minder schadelijk voor de gezondheid en het milieu.

Afb. 9 Systeem zonder additief

Er wordt een roetfilter gebruikt waarbij geen additief aan de brandstof wordt toegevoegd, maar in het roetfilter een coating is aangebracht van een mengsel van platina en ceroxide (cerine bekender als vuursteentjes van o.a. aanstekers). Dit wordt een “Catalysed Soot Filter” (CSF of katalytisch gecoat filter) genoemd. De deeltjes roet worden opgevangen in het filter en het gas kan door de poreuze structuur van siliciumcarbide door de wanden verder de uitlaat instromen. De platina coating zorgt ervoor dat roet makkelijk oxideert met zuurstof en daardoor in CO2 omgezet wordt. Dit gebeurt tussen 350 en 500 oC en is mogelijk zonder tussen komst van het motormanagement en is dus

20

DIESEL EOBD

passieve reiniging, maar kost veel tijd en zal hoofdzakelijk bij langere afstanden plaatsvinden. Via

de

verschil

druk

sensor

kan

bepaald

worden

of

het

motormanagement systeem nog extra warmte moet genereren (passieve regeneratie) om het regenereren van het roetfilter sneller te laten verlopen. Het ceroxide bestanddeel in de katalysator coating zorgt ervoor dat het roet sneller een verbinding aangaat met zuurstof (C + O2 vormt CO2).

DIESEL EOBD

21

Systeem met additief Dit systeem wordt toegepast bij auto’s waarbij het roetfilter op enige afstand van de motor verwijderd is. De weg die het uitlaatgas van de motor naar het roetfilter moet afleggen is vrij lang. Hierdoor is de temperatuur van het uitlaatgas niet hoog genoeg om de roetdeeltjes te verbranden.

Afb. 10 Systeem met additief

Hieronder zijn alle componenten van het roetfilter systeem te zien. Dit is een voorbeeld zoals dat bij VW wordt toegepast op de pompverstuiver motor. Bij de PSA groep is het filter al enige tijd leverbaar onder de naam FAP en is samengebouwd met de oxidatie katalysator die in de uitlaatstroom voor het roetfilter geplaatst is.De additief tank is bij de brandstoftank geplaatst en heeft een inhoud van 5 liter en is toereikend voor 80.000 tot 100.000 liter.

22

DIESEL EOBD

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Regelapparaat met display Motor regelapparaat Additief reservoir Sensor van Additief reservoir Pomp voor additieftoevoeging Brandstoftank Dieselmotor Temperatuursensor vóór turbo

9. Turbo 10. Lambda sensor 11. Oxidatiekatalysator 12. Temperatuursensor vóór roetfilter 13. Roetfilter 14. Drukverschilsensor vóór roetfilter 15. Uitlaatgasdemper 16. Luchtmassameter

Het roetfilter is over het algemeen na de oxidatiekatalysator gemonteerd en filtert de roetdeeltjes uit het uitlaatgas van de motor.

Afb. 11 Roetfilter

Het roetfilter bestaat uit een raatvormig keramisch materiaal van siliciumcarbide en is in een metalen behuizing gemonteerd. Het keramisch lichaam bestaat uit talrijke , parallel lopende, microscopisch kleine kanalen die om en om aan één zijde afgesloten zijn.

DIESEL EOBD

23

Om de volgende redenen is siliciumcarbide zeer geschikt:    

Grote mechanische sterke Bestand tegen grote temperatuurswisselingen Goed geleidingsvermogen Hoge slijtvastheid

Afb. 12 Filter structuur

Door de constructie van het filter, wordt uit het langsstromende uitlaatgas de roetdeeltjes opgevangen.

Additief Het additief is een ijzerhoudende stof op basis van cerine die in een koolwaterstofmengsel is opgelost en tijdens elke tankbeurt bij de brandstof wordt gemengd. Hiervoor is bij de tank een apart reservoir en een pompje geplaatst en het additief wordt, met een verhouding van 1 liter additief op 2800 liter brandstof, gemengd. Ook de inhoud van het additief tankje wordt bewaakt en zal na verloop van tijd gevuld moeten worden. De interval bedraagt, afhankelijk van de rijstijl, 100.000 kilometer of 4 jaar en moet in een werkplaats gevuld worden. Het additief bindt zich aan de roetdeeltjes en zorgt ervoor dat de ontbrandingstemperatuur van de roetdeeltjes 100 oC lager komt te liggen en blijft samen met het roet achter in het roetfilter. Het additief zorgt ervoor dat de ontbrandingstemperatuur van het roet op ca. 500 oC ligt, terwijl dit zonder additief ca. 600 – 650 oC is.

24

DIESEL EOBD

Vóór en na het roetfilter komen druk sensoren die de verzadiging van het filter meten. Als het drukverschil te groot wordt, dan gaat het motormanagement over tot het actief regenereren van het roetfilter door meer warmte in het uitlaatsysteem te produceren.

Regenereren Tijdens het regenereren worden de opgevangen roetdeeltjes bij een temperatuur van ca. 500 oC verbrand. Deze temperatuur komt bij een dieselmotor alleen voor bij vollast. Om onder alle omstandigheden te kunnen regenereren wordt de verbrandingstemperatuur van het roet verlaagd door toevoeging van een additief en een gerichte verhoging van de uitlaatgas temperatuur. Dit gebeurt, afhankelijk van de rijstijl, elke 500 – 700 km en duurt ongeveer 5 – 10 minuten. Tijdens het regenereren wordt extra warmte opgewekt in de motor/uitlaat. Denk hierbij aan een na inspuiting op b.v. 35o na het BDP. Deze na inspuiting komt dermate laat dat alleen verdamping van brandstof plaats vindt. Ook het via een bypass klep uitschakelen van de intercooler en/of het stoppen van EGR koeling wordt gebruikt. Hierdoor is het mogelijk om de temperatuur bij het roetfilter op te laten lopen tot 650 oC. Een temperatuur voeler voor het roetfilter bewaakt de temperatuur en bepaald de hoeveelheid brandstof van de na inspuiting. Bij een forse rijstijl zal het regenereren minder vaak nodig zijn dan bij een rustige rijstijl. Hetzelfde geldt voor het rijden in de stad of op de snelweg. Het motor management zal ervoor zorgen dat de bestuurder hier niets van merkt. Als het regenereren te vaak plaats moet vinden (drukverschil), gaat op het dashboard het roetfilter lampje branden en dient het roetfilter vervangen te worden.

Afb. 13 Lampje voor roetfilter

DIESEL EOBD

25

5 EOBD Het EOBD systeem heeft tot doel de bestuurder te informeren over de toestand van de motor en dan met nadruk op emissie gerelateerde onderdelen. De Europese commissie heeft hier regels voor opgesteld en heeft daarbij goed naar het Amerikaanse OBD2 systeem gekeken. De motor wordt op een aantal zaken gemonitord en indien er afwijkingen worden geconstateerd, zal de motor elektronica ingrijpen.

Afb. 14 MIL.

Ten eerste wordt de bestuurder geïnformeerd middels een oranje lamp Mailfunction Indicator Light (MIL) op het dashboard. Er kan op drie manieren een signaal met de MIL gegeven worden: MIL is uit:

Geen storingen

MIL is aan:

Storing herkent

Ook wordt er een fout code opgeslagen (DTC = Diagnostic Trouble Code) die door een EOBD tester kan worden uitgelezen.

26

DIESEL EOBD

Voorbeeld: Code P0105 (Circuit van MAP sensor defect) Plaats 1

2

3

4&5

tekens P B C U 0 1 2 3 1 2 3 4 5 6 7 01 tot 99

Betekenis (Powertrain) de aandrijflijn dus ook de motor (Body) carrosserie electronica (Chassis) Onderstel-electronica (Undefined) Toekomstige netwerksystemen Storingscodes volgens SAE norm Storingscodes van de fabrikant Storingscodes van de fabrikant Gereserveerde storingscodes Brandstof- en luchtmeting Brandstof- en luchtmeting Ontstekingssysteem Extra uitlaatgasregelingen Voertuigsnelheid – stationaire motorregeling Computer en uitgangssignalen Transmissie Kenmerk van de gecontroleerde onderdelen

Momenteel zijn voor een E-OBD systeem alleen de P-codes (powertrain) wettelijk vastgelegd. Daarnaast wordt een “freeze frame” gemaakt. Dit is het best te vergelijken met een foto van een aantal waarden (data) zoals die aanwezig waren op het moment van de storing. Denk daarbij aan actuele voertuig snelheid, kilometerstand, motor toerental en koelvloeistof temperatuur. Door dit freeze frame uit te lezen is, voor een gedegen storings diagnose, te bepalen onder welke condities het probleem zich voordeed. Afhankelijk van de aard van de storing wordt bepaald of er door kan worden gereden met het voertuig. Betreft het een ernstig probleem, dan wordt het motorvermogen zodanig beperkt dat verdere schade aan motor en milieu wordt voorkomen (limp home functie of noodloop).

DIESEL EOBD

27

Om te komen tot een gefundeerde status van de MIL, dient een aantal zaken zorgvuldig gecontroleerd en bewaakt (monitoring) te worden. Er wordt niet zomaar met de MIL gesignaleerd. Vaak moet een storing een aantal rijcycli voorkomen om te tot een brandende MIL.te leiden. Er wordt gesproken over een rij cyclus als het contact aangezet wordt, er een motor toerental gezien wordt en het contact weer wordt uitgezet. Mocht een storing na 40 rijcycli niet meer voorgekomen zijn, dan wordt de DTC en het freeze frame gewist.

28

DIESEL EOBD

Bij een diesel motor moeten de volgende zaken gecontroleerd worden: 

functionaliteit emissie beperkingsystemen (zoals EGR).



functionaliteit doseerinrichtingen (opbrengst).



functionaliteit inspuittijdstip verstel inrichtingen (timing).



effectiviteit uitlaatgas nabehandeling systemen Roetfilter / DPF's / SCR / etc).

Voor Euro 4 (huidig) is uitlaatgas nabehandeling met een roetfilter of een NOx reductie systeem vaak nog niet nodig en zul je dit nog niet veel tegenkomen. De meeste van deze testmethoden zijn al in het motor management systeem aanwezig omdat een diesel motor op voorhand zijn mengsel samenstelling regelt. Ten tijde van Euro III moest het EOBD systeem ten minste 80.000 km controleren of de milieu normen binnen de gestelde waarden lag. Vanaf Euro IV is dat 100.000 km. Om milieu zaken te kunnen monitoren, zal eerst bekeken moeten worden hoe bepaalde zaken werken en hoe deze dan bewaakt kunnen worden. Op de volgende bladzijde is een overzicht afgebeeld van de sensoren en actuatoren die betrekking hebben op het EOBD systeem. Het overzicht is bedoeld voor motoren met een roterende brandstofpomp en voor motoren met pompverstuiver techniek.

DIESEL EOBD

29

30

DIESEL EOBD

Testmethoden Sensoren             

Krukas toerental / positie sensor Koelvloeistof sensor Barometer sensor Laaddruk- of MAP sensor Lucht massa meter Brandstof temperatuur sensor Temperatuur sensor Turbo compressor Lambda sensor Temperatuur sensor roetfilter Verschildruk sensor roetfilter Additief tank inhoud Eventueel een regelschuif sensor Eventueel een naaldlicht sensor

Wat er vooral bewaakt wordt, is of de waarden die naar de actuatoren gaan, binnen de kenveld waarden liggen en logisch zijn.

Afb. 15 Kenveld grafiek

Als voorbeeld de EGR. De

hoeveelheid

uitlaatgas

die

teruggevoerd

wordt

naar

het

inlaatspruitstuk wordt berekent uit de volgende grootheden:

DIESEL EOBD



Motortoerental



Beoogde luchtmassa



Inspuithoeveelheid

31

De beoogde luchthoeveelheid wordt berekent uit het motortoerental en de laaddruk. De luchtmassameter (LMM) bewaakt dit en er zou tussen de beoogde luchtmassa en de gemeten luchtmassa niet te veel verschil mogen zitten. Als er verschil in de, uit het kenveld gelezen beoogde luchthoeveelheid, en de gemeten luchthoeveelheid zit, dan komt dit of van de geopende EGR klep of een lekkage in het inlaattraject. Ook is een afwijking mogelijk als de EGR leiding verstopt geraakt is. In het voorgaande verhaal speelt de LMM een belangrijke rol en die wordt op zijn beurt elektrisch gecontroleerd. De regeleenheid levert een afgeregelde spanning van 5 volt aan de LMM. Er kan dus alleen een spanning terug komen van de LMM die ligt tussen 0 en 5 volt. Door dit bereik te beperken van 0,5V tot 4,5V, kan de regeleenheid herkennen of er een draadbreuk of kortsluiting naar plus of massa is, want hierdoor behoren de waarden 0 en 5 Volt niet meer tot de mogelijkheden en zijn dus een afwijking. Doordat de beoogde luchthoeveelheid en de gemeten luchthoeveelheid zonder EGR niet te ver uit elkaar mogen liggen, kan ook geconcludeerd worden of de LMM wel een aannemelijke waarde produceert en dus gecontroleerd worden. Ook de CAN-bus valt onder het EOBD systeem, want als de EDC regeleenheid een fout heeft geconstateerd en aan het dashboard wil melden dat de MIL aanmoet, dan kan dit via de CAN-bus geschieden, maar die dient dan wel in orde te zijn. Een van de sensoren die veelal niet gemist kan worden door motor management, is de krukassensor. Deze sensor is verantwoordelijk voor ten minste twee signalen : motor toerental en krukas positie. Voor EOBD kan aan deze sensor tevens bepaald worden of er “misfire” heeft plaats gevonden.

32

DIESEL EOBD

Kort na elke verbranding zal de krukas een versnelling ondergaan en deze versnelling is zichtbaar aan de krukas sensor. Mocht de versnelling achterwege blijven, dan is er waarschijnlijk geen ontbranding geweest in de betreffende cilinder en gaat er dus onverbrande brandstof en zuurstof de uitlaat in. Mocht dit incidenteel voorkomen, heeft dit misschien nog weinig consequenties. Als dit vaker voorkomt, wordt het voor de katalysator en het milieu problematisch. Bij een misfire gaan onverbrande koolwaterstoffen de uitlaat in en dat komt overeen met een na inspuiting (ongewenst) en daardoor gaat de temperatuur in de uitlaat omhoog, wat nadelige consequenties voor de werking en de levensduur van de oxidatie katalysator heeft. Bij auto’s met een roetfilter, moet in de motor het NOx laag gehouden worden door EGR. Door een lineaire lambda sensor toe te passen, wordt de hoeveelheid EGR geregeld en de rookemissie gecorrigeerd. Door deze Lambda meting kan de hoeveelheid teruggevoerd uitlaatgas tot aan de rookgrens worden opgevoerd en daardoor kan er meer uitlaatgas worden teruggevoerd. Tevens dient de Lambda sensor voor een aannemelijkheids controle van de luchtmassameter. Uit de gemeten lambda waarde wordt de luchtmassa berekend en vergeleken met de gemeten waarde. Zo kunnen correcties voor het hele motor management worden uitgevoerd (EGR, inspuithoeveelheid, inspuitbegin). Voor een temperatuursensor geldt dat na het starten van de motor na enkele minuten de temperatuur hoger geworden moet zijn. Blijft dit achterwege, dan wordt een DTC gezet. De laaddruk sensor wordt na het aanzetten van het contact met de buitenluchtdruk sensor vergeleken. Na het starten, blijkt uit de combinatie van toerental sensor en LMM, of de laaddruk sensor dient te veranderen ten opzichte van de buitenluchtdruk sensor.

DIESEL EOBD

33

Als de motor is uitgerust met een verdeler pomp (b.v. Bosch VE), dan is er een inspuittijdstip versteller die gecontroleerd word door de naaldlicht sensor. Bij een pompverstuiver motor is in de verstuiver spoel een “Begin of Injecton Period” (BIP) te zien, die een terug koppeling is voor motor management. Het

gloeisysteem

draagt

er

door

nagloeien

toe

bij

dat

de

verbrandingsruimte en de katalysator sneller op temperatuur zijn en maken dus deel uit van de emissie beperking. De stroomsterkte door de gloeispiralen wordt gemeten en met elkaar vergeleken om tot een diagnose te komen. Omdat het niet compenseren van de brandstof temperatuur tot gevolg kan hebben dat de berekening voor de in te spuiten brandstof hoeveelheid afwijkt, wordt de brandstof temperatuur sensor wordt gecontroleerd. Door te kijken of na een aantal rijcycli

34

DIESEL EOBD