Luftnachbehandlung / Sekundärluftsystem: Abgasreinigung durch Nachverbrennung

Luftnachbehandlung (Air Injection / Secondary Air Injection) reduziert Abgasemissionen: Frischluft wird in die Auslasskanäle eingespritzt, oxidiert dort restliche Kohlenwasserstoffe (HC) & Kohlenmonoxid (CO) zu CO₂ & H₂O. Eines der ersten Nachrüst-Systeme zur Emissionsreduktion (Luftpumpensystem).

Artikel: Definition, Komponenten, Funktionsweise, Vor- & Nachteile.

Was ist ein Sekundärluftsystem?

Eine Luftpumpe fördert Frischluft in die Auslasskanäle. Unverbrannter / teilverbrannter Kraftstoff im Abgas verbrennt nach (Nachoxidation) durch Sauerstoffzufuhr. Hauptkomponenten: Luftpumpe, Umleitventil (Diverter Valve), Verteilerrohr (Manifold), Rückschlagventil (Check Valve).

Rudolf Diesel konzipierte die Idee (ursprünglich für Direkteinspritzung mit Lufteinspritzung, ~70 bar). Heute: Nachbehandlung im Abgastrakt. Ziele: Leistung, Verbrauch, Emissionen, Zuverlässigkeit, Kosten.

Komponenten (Primärsystem)

• Luftförderpumpe mit Filter (riemengetrieben, vorne am Motor)
• Luftverteiler & Einblasdüsen (externe Rohre zu jedem Auslasskanal oder interne Kanäle im Zylinderkopf/Abgaskrümmer)
• Rückschlagventil (Check Valve) – verhindert Abgasrückfluss in Pumpe
• Anti-Rückzündventil (Gulp / Diverter Valve) – sperrt Luft bei Schubbetrieb (Verhindert "Backfire" durch Nachzündung im Auspuff)
• Verbindungsleitungen

Luftförderpumpe

Riemengetrieben, saugt gefilterte Frischluft an, drückt sie bei Niederdruck in Auslasskanäle. Oxidation von HC/CO → CO₂ + H₂O + Wärme.

Luftverteiler & Düsen

• Kleine Motoren: Externes Verteilerrohr mit Einblasrohren zu jedem Auslassventil.
• Große Motoren: Interne Kanäle im Zylinderkopf / Abgaskrümmer.

Anti-Rückzündventil (Diverter / Gulp Valve)

Bei Schub (hoher Saugrohrunterdruck) wird Gemisch fett. Eingespritzte Frischluft + unverbrannter Kraftstoff → explosionsartige Nachzündung (Backfire) → Auspuffschaden. Ventil sperrt Luftzufuhr bei Schub.

Rückschlagventil (Check Valve)

Einwegventil zwischen Verteiler & Diverter. Verhindert Heißgasrückfluss in Pumpe (Drucküberhöhung / Pumpenausfall). Reihenvierer: 1 Ventil. V-Motoren: 2 Ventile (pro Zylinderbank) oder 1 gemeinsames.

Sekundärluftsystem (Modern, Katalysator-Schnellaufheizung)

Zusatzkomponenten: Luftfilter, Elektroluftpumpe (Secondary Air Pump), Steuergerät, Relais, Umschaltventil (Change-Over Valve), Kombiventil.

Funktionsweise Sekundärluft

Kaltstart: Katalysator noch kalt (< 300–350 °C) → unwirksam. Bis 80 % Emissionen in Aufwärmphase. Sekundärluft pumpt Sauerstoff in Abgas → HC/CO reagieren exotherm zu CO₂/H₂O → Wärme heizt Katalysator schnell auf. Nach ~100 s (λ-Regelung, 3-Wege-Kat) System abschaltung.

Zwei Bauarten:

• Passiv: Druckpulsationen im Abgas erzeugen Unterdruck → zeitgesteuertes Ventil saugt Luft an. Einfach, wenig Steuerung.
• Aktiv: Elektrische Pumpe bläst Luft ein. Präzise steuerbar (Menge, Dauer, Zeitpunkt). Standard heute.

Video: Sekundärluftsystem Funktionsweise

(Video-Einbettung)

Vor- und Nachteile

Vorteile

• Bessere Kraftstoffzerstäubung & Verteilung (historisch bei Dieseleinspritzung mit Luft)
• Höherer mittlerer Effektivdruck (BMEP) durch vollständigere Verbrennung
• Ermöglicht minderwertigere Kraftstoffe (historisch)
• Schnelle Katalysator-Aufheizung (Kaltstart-Emissionsreduktion)
• Einfaches, robustes mechanisches System (Primärsystem)

Nachteile

• Kompressor/Pumpe erfordert komplexen Antrieb (Riemen, Getriebe)
• Motorgewicht steigt
• Leistungsentzug für Pumpenantrieb → niedrigere effektive Leistung (BHP)
• Zusätzliche Bauteile → Kosten, Wartung, Ausfallquellen

Fazit

Die Sekundärluft-Einspritzung (Air Injection) war Pionier der Abgasnachbehandlung. Heute unverzichtbar für schnelle Katalysator-Aufheizung (Euro 6/7 Kaltstart-Grenzwerte). Aktive Systeme (Elektropumpe + Steuergerät) bieten präzise Kontrolle. Verständnis der Komponenten (Pumpe, Ventile, Steuerung) essenziell für Diagnose & Emissionsprüfung.