Von einem der auszog.....

Fehlersuche zum p0420 und Reinigen von Katalysatoren

[inoculator]

Mit einem P0420 konfrontiert zu sein, kann sehr frustrierend sein.
Vor allem dann, wenn man keinen Leitfaden findet, wie man die Fehleranalyse betreiben kann oder sollte.
Da die Ursachen sehr unterschiedliche sein können, ist es aber sehr wichtig, die exakte Reihenfolge einzuhalten, da es am Ende sehr teuer werden kann, macht man falsche oder überflüssige Schritte.
Ich biete hier einen Workflow und Entscheidungsbaum an, basierend auf eigener Erfahrung und fachlichen Gesprächen.
Der Entscheidungsbaum bezieht sich nicht auf ein spezielles Fahrzeug, sondern gilt abstrakt für alle Fahrzeuge. Bei Fahrzeugen mit mehr als einer KAT Bank, entsprechend adaptieren.
Ich gehe Streckenweise davon aus, daß der Leser Laie ist und die Funktionen der Bauteile nicht zwingend kennt.

Ausgangssituation:
Ihr fahrt da so gemütliche mit euren Fahrzeug durch die Lande, laßt den Wind und die Sonne durchs Haar streichen und plötzlich macht es (je nach FZ Model) "pling" im Amaturenbrett und diese nervige orange Leuchte mit dem Motor geht an.

Erste Regel: "Don't Panik!". Bier und Handtuch nehmen.
Fehler auslesen.
Hier gibt es zwei Möglichkeiten:
A: Der Fehler p0420 steht NICHT alleine im Speicher.
Vor allem wenn Gemischfehler, wie z.Bsp P0170 mit hochkommen, kann man den KAT erst einmal außen vor lassen. Hier zunächst nur die anderen Fehler betrachten und von dort heranarbeiten.
Der Entscheidungsbaum endet in diesem Fall hier.

B: Der Fehler p0420 steht alleine im Speicher. Manchmal auch doppelt.
Der erste Schritt geht zur AU. Fahre die Werkstatt deines Vertrauens an und lasse einen Abgastest machen. Hierbei geht es darum, zu schauen, ob der KAT tatsächlich Probleme hat oder es sich um einen "False Alert" handelt.
Hierzu nun ein wenig Hintergrund:
Was bedeutet so ein p0420 eigentlich?
Die Abgasanlage besteht aus zwei sog. Lambda Sonden und dem Katalysator. Manche Autos haben dabei einen sog. "Vor-KAT" und einen "Haupt-KAT" pro Bank. Mehrreihige Motoren (6 oder mehr Zylinder) können auch mehrere "Bänke" haben, die jeweils eigene Sonden und Katalysatoren haben.
Wir betrachten hier immer eine zusammenhängende "Bank".
Die Lambdasonden teilen sich in die Regelsonde vor dem Kat und der Diagnosesonde nach dem Kat auf.
Die Regelsonde wird vom Motorsteuergerät verwendet, um das Gemisch zu "regeln".
Die Diagnosesonde meldet dem MTSG die Abgase nach dem Katalysator.
Aber was messen diese Sonden eigentlich?
Tatsächlich können diese Sonden gar keine "Abgase" messen, sondern nur die Differenz zwischen zwei Sauerstoffmengen. Explizit die Differenz zwischen dem Sauerstoffanteil der Umgebungsluft und dem Sauerstoffanteil an der Messpitze, also im Auspuff.
Aus dem Wert kann man also nur sagen, wie viel mehr oder weniger Sauerstoff im Abgas ist, als zum gleichen Zeitpunkt in der Umgebungsluft, es sagt aber nicht aus, wie viel Sauerstoff tatsächlich vorhanden ist.
Was macht nun das MSTG mit diesen Differenzen?
Zunächst hat so ein MSTG eine feste Annahme verbaut. Nämlich die Tatsache, daß wir davon ausgehen, daß in der Umgebungsluft einer bestimmten Region immer ein bestimmter Sauerstoffanteil vorhanden ist. Bei uns liegt der so bei 20 bis 21 vol-%.
"Volumen Prozent" ist hier wichtig, da es nicht um die Sauerstoffmoleküle in der Anzahl geht, sondern um den Anteil in einem bestimmten gedachten Raummenge bei bestimmten Druck und Temperaturverhältnissen.
Ausgehend davon, wird dem Programm mitgegeben, wie sich der Sauerstoffanteil bei Temperaturschwankungen verhält.
Das MSTG bekommt nun über verschiedene Sonden VOR dem Motor, die Temperatur und die Menge der angesaugten Luft gemeldet.
Dabei ist es egal, ob wir von einem klassischen "Sauger", einem "Kompressor" oder einem "Turbo" Motor sprechen.
Daraus errechnet das MSTG die Menge an Kraftstoff, welche sie der Luft hinzugeben muss, um eine optimale Verbrennung und somit Leistungsausnutzung zu erreichen. Dieses "Optimum" wird auch als "Lambda 1" betitelt, und sagt nichts anderes aus, daß für jedes Kraftstoffmolekül die exakte Gegenmenge an Sauerstoff zur Verfügung steht.
Nach der Verbrennung streift das Abgas nun die Regelsonde.
Hier wird nun gemessen, wieviel Restsauerstoff im Abgas vorhanden ist.
Und hier beginnt bereits die Problematik.
Wenn wir davon ausgehen, daß für jedes Kraftstoffmolekül die genau benötigte Sauerstoffmenge vorhanden ist, dann wäre es doch logisch, daß nach der Verbrennung der Sauerstoffanteil "null" ist.
Nun wissen wir aber, daß der Motor auch prüfen kann, ob das Gemisch "zu fett" ist -also mehr Kraftstoff als Sauerstoff zugegeben wird. Wie will er das aber wiederum prüfen, wenn er doch bei optimaler Verbrennung schon keinen Sauerstoff mehr im Abgas hat?
Kann er nicht! Also darf ein Motor nicht auf "Lamda 1" laufen, sondern muss immer minimal zu mager sein, oder in Werten: Lamda 1,020.
Schauen sie mal auf ihre Abgasprüfung. Sie werden feststellen, daß der Lambdawert dort mit der Toleranz 0,970 zu 1,020 vorgegeben wird (oder Näherungswerte, je nach Fahrzeugtyp). Das liegt daran, weil die Anlage für die Abgasuntersuchung auch den Restkraftstoff messen kann und damit den "echten" Lamdawert sieht.
Wir stellen also fest: Ein gut eingestellter Motor hat immer etwas Restsauerstoff im Abgas, damit die Lambdasonden funktionieren. Das wird gleich beim KAT wieder zu einem Problem.
Das MSTG bekommt also den ersten Sauerstoffwert von der Regelsonde.
Was passiert nun im KAT?
Die komplexe Reduktionskette kann man sich im Wikipedia antun. Im Grunde ist hier wichtig, daß bestimmte Stoffe so aufgespalten und wieder verbunden werden, daß am Ende zusätzlich Sauerstoff und Wasser aus dem Auspuff kommen. Nebenprodukte sind CO2 und die bösen Stickoxide (Nx).
Bei den Stickoxiden stößt man nun wieder auf etwas, was bestimmte Dinge in Frage stellt:
Wenn das Gemisch über Lamda 1 gefahren wird (mager), dann fehlt dem Kat Kohlenstoff (Benzin) um die Stickoxide zu reduzieren. Und hier sind wir dann mitten in der Debatte angekommen, warum das mit den Abgasen und der Umweltbelastung so kompliziert ist und soll hier nicht unser Thema sein.
Wichtig war hier für unsere Betrachtung, daß nach dem Katalysator zusätzlich Sauerstoff im Abgas vorhanden ist.
Und diese Menge kann man -da der KAT ja baulich dem MSTG bekannt ist, berechnen.
Fassen wir zusammen:
Die Regelsonde gibt uns eine Sauerstoffdifferenz zur Umgebungsluft im Abgas nach der Verbrennung bekannt, wobei der Sauerstoffgehalt im Abgas größer "0" sein muss.
Die Diagnosesonde gibt uns eine Sauerstoffdifferenz zur Umgebungsluft nach der Reduktion durch den Kat bekannt.
Wir kennen die absolute Reinigungsleistung des KAT durch seinen Bautyp.
Also können wir nun durch die Abweichung der Differenz zwischen Regelsonde und Diagnosesonde auf die Funktion des KAT schließen.
Grundsätzlich muss die Differenz einen "NEGATIVEN" Wert haben.
Da nach dem Kat mehr Sauerstoff im Abgas sein muss, muss die Differenz zur Umgebungsluft kleiner sein, als vor dem Kat.
Das MSTG geht nun davon aus, daß eine 100% Funktion vorliegt, wenn die Differenz in einem bestimmten Verhältnis zum vor der Verbrennung berechneten Gemisch steht.
Sinkt nun die Sauerstoffmenge nach dem Kat soweit, daß der vom MSTG berechnete Wert unter 95% sinkt, so wird ein p0420 ausgelöst.

Das war jetzt viel Stoff für eine kleine Fehlermeldung. Es ist aber wichtig, zu verstehen, was da eigentlich angezeigt wird, um die nachfolgenden Schritte zu verstehen.

Wir stehen also in der Werkstatt und schauen auf das Messgerät der Abgasuntersuchung.
In der Grundeinstellung bekommen wir die Werte CO2 Anteil und Lambda.
Merke:
Lambda >1 wenig Kraftstoff, viel Sauerstoff
Lambda <1 viel Kraftstoff, wenig Sauerstoff
Der Lambdawert sollte immer minimal über 1 sein. Der Maximalwert liegt so bei 1,020 je nach Motor.
Wenn die Anzeige für den Restkraftstoff ("HC"😉 auf der Anzeige sichtbar ist, um so besser.

Jetzt kommt die erste "echte" Diagnose. Nochmal wichtig: Wir gehen davon aus, daß nur der P0420 im Speicher ist und kein anderer Fehler.
Ist der Lambdawert dauerhaft unter 1 liegt ein Fehler im Regelkreis vor.
Dem MSTG wird von der Regelsonde ein zu hoher Sauerstoffanteil im Abgas gemeldet. Die Ursache hierfür ist meistens, daß die Zufuhr an Umgebungsluft in der Sonde defekt ist, so daß der Referenzwert zu klein ist und somit die Menge im Abgas höher angenommen wird, als tatsächlich vorliegt. Die noch funktionierende Diagnosesonde meldet dagegen korrekte Werte, die jedoch wegen des zu fetten Gemisch zu wenig Sauerstoff beinhaltet. Der Wirkungsgrad des Kat wird damit zu niedrig berechnet.
Solange jedoch beide Sonden noch innerhalb ihrer Toleranzen laufen, kann die Diagnoseeinheit des MSTG das nicht erkennen, und nimmt an, daß die Sonden korrekt arbeiten.
Neben dem kleinen Lambdawert kann ein erhöhter HC Wert (unverbrannter Kraftstoff) angezeigt werden.
Der CO2 Wert kann dagegen völlig in Ordnung sein, da der KAT noch funktioniert.

Zunächst die Regelsonde auf offensichtliche Verschmutzungen prüfen. An der Pressung sind meistens kleine Löcher, welche für die Zufuhr der Umgebungsluft sind. Wenn diese verdreckt sind, kann die Sonde die Referenzluft nicht ordentlich messen.
Mit Druckluft und einem weichen Reiniger (Spülmittel) die Verschmutzung beseitigen. Sollte Dreck bis in die Kanäle vorgedrungen sein, wird es schwieriger.
Bevor man einen neue Regelsonde nun kauft, empfehle ich, sich mal nach einer gebrauchten Sonde umzuschauen. Die Sonden sind solider als man glaubt und solange da keiner mit dem Hammer drauf rumdengelt können die verdammt viel ab.
Wenn die Abgaswerte mit der Testsonde sich erwartungsgemäß verbessern, kann man immer noch eine neue Sonde kaufen.

Nächste Möglichkeit:
Alle Werte auf dem AU Tester sind in Ordnung.
Lamda >1
HC minimal, bis nicht vorhanden
CO2 in Ordnung (<0,200 je nach Abgasklasse)

Hier kann man sich der Diagnosesonde zuwenden.
Diese meldet offensichtlich weniger Sauerstoff im Abgas, als vorhanden.
Auf dem Diagnosegerät mal schauen, ob der "Restsauerstoff" angezeigt wird.
Ist der auch >0 gilt auch bei der Diagnosesonde: Mal nach einer Gebrauchten umschauen, bevor man eine neue kauft.

vorletzter Fall:
Lamda >1 und im Grenzbereich
HC minimal bis nicht vorhanden
CO2 Werte über den zulässigen Bereichen.
Restsauerstoff unter Minimum

Da schreit der KAT. Hier kann man sagen, daß MSTG meldet korrekt.
Nun aber nicht gleich in den Laden rennen und einen neuen KAT kaufen.
Kat ausbauen und optisch begutachten.
Schaut man auf eine ordentliche Wabenstruktur und kann man keine offensichtlich mechanische Beeinträchtigung sehen, wie beispielsweise "Da ist gar keine Wabe mehr drin!" oder "Wenn ich Brötchen backe, sehen die auch so schwarz und verklumpt aus" könnte der KAT noch zu retten sein.
Der KAT besteht aus recht soliden Materialien und auch die "aktiven" Beschichtungen aus Rhodium oder Platinum sind im kalten Zustand sehr reaktionsstabil.
Auf keinen Fall mit "scharfen" und"säurehaltigen" Mitteln da rangehen (aka Bremsenreiniger)
Was aber geht ist "Lauge" -nein, nicht gleich zum Seifenspender greifen, etwas "härter" darf es schon sein.
Natriumhydroxid oder landläufig Natronlauge. Die Hausfrau kennt es als "Abflussreiniger", der Bayer als Laugenbrezel zum Bier.
Die scharfe Variante bekommt man in der Apotheke oder im einschlägigen Fachhandel.
Aber Achtung:
SICHERHEITSHINWEISE ZUM UMGANG MIT LAUGEN BEACHTEN.
Handschuhe und Augenschutz ist Pflicht.
1200gr Natriumhydroxid in etwa 4 Liter destiliertem Wasser auflösen, und den Katalysator etwa 24 bis 48h darin stehen lassen. Je nach Bauform des Kat-Rohres muss man mit dem Behälter ein wenig tricksen. Im einfachsten Fall kann man den Kat kopfüber in einen Putzeimer stellen.
Danach den Kat mit lauwarmen Wasser gründlich ausspülen.
Zweck dieser Sache ist es, ölige Verschlammungen in der Oberfläche des Kat zu lösen. Die Lauge reduziert die Benzin-Öl-Verschmutzung zu "Seife".
Die Reste der Lauge bitte nicht in den Abfluss entsorgen, sondern zur Sondermüllsammelstelle bringen.
Nach der Behandlung und Reinigung vorsichtig prüfen, ob der Katalysatoreinsatz noch feste im Rohr sitzt. Sollte er bei der Prozedur sich aus der Verpressung, bzw. Verklebung gelöst haben, sollte man ihn so nicht wieder einbauen.
Hier muss man einen hochtemperaturfesten Mehrkomponentenkleber verwenden, der im heißflüssigen Zustand zwischen Rohr und Wabenblock eingeträufelt wird -nicht in die Waben versteht sich.
Er sollte mindestens 1000°C halten (Ofenbau) und im ausgehärteten Zustand flexibel sein. Hier den einschlägigen Fachhandel zu Rate ziehen, da sich die Produkte sehr schnell entwickeln.
Das Lösen des Katalysator durch die Behandlung mit der Lauge ist nicht im zwingenden Zusammenhang. Es kann durch andere Beeinträchtigungen sein, daß der Kat schon vorher lose war und durch die Verschlammung scheinbar feste saß. Nach dem Reinigen fehlen diese Verschlammungen und der Kat erscheint, als hätte er sich gelöst.
Diese Möglichkeit ist allerdings selten, da dann meistens auch mechanisch sichtbare Schäden am Katalyt auftreten (Risse und Abplatzungen).
Wer sich die o.g. Prozedur nicht zutraut, der kann den Kat auch zum Reinigen geben. Einschlägige Suchen im Internet führen zu passenden Ergebnissen.

Hat man den KAT gereinigt kann man ihn wieder an seinen Platz bringen.
Sollten sich die Werte nicht dramatisch verbessert haben, so war der Kat in der Wabe bereits geschädigt. Hier hilft dann wirklich nur ein Neuer.

Bevor man nun aber den Kat einbaut und sorglos den Wind wieder in die Haare läßt, sollte man dringend nach der Ursache für die Verschmutzung suchen.
Da das MSTG keine anderen Fehler gemeldet hat, bleibt als wahrscheinlichste Ursache, daß Motorenöl ins Abgas kommt.
Unbedingt den Ölverbrauch prüfen und am Besten mit dem Endoskop die Brennkammern prüfen. Sind hier starke Verschmutzungen zu sehen oder bläßt der Wagen offensichtlich bläulich aus dem Auspuff, liegt ein tiefer gehender Schaden vor, der separat behandelt werden muss.

Hat man einen niegelnagelneuen Kat gekauft und war die AU danach ohne Beanstandung, kann es sein, daß der Fehler P0420 nach kurzer Zeit dennoch wieder auftritt.
Es ist durchaus möglich, daß die Lambdasonden durch die eigene Alterung nun nicht mehr an dem neuen Kat funktionieren. Das ist ein wenig irritierend aber durchaus möglich.
In diesem Fall empfehle ich -soweit andere Fehler ausgeschlossen wurden, zuerst die Regelsonde und dann die Diagnosesonde zu tauschen.

Letzter Fall:
Abgase in Ordnung, Sonden in Ordnung.
Ausgehend davon, daß alle anderen Fehler ausgeschlossen wurden, ist es möglich, daß das MSTG selber einen Schlag weg hat.
An dieser Stelle beginnt eine komplett andere Arte der Fehlersuche mit ganz anderen Anforderungen. Dieses Thema ist an dieser Stelle jedoch nicht mehr Gegenstand des Beitrags.

Im Fazit: Ja, ein defekter Kat ist teuer im Austausch. Um so wichtiger, den Fehler richtig anzugehen.

Nachsatz:
Das oben Geschrieben besteht nicht auf Perfektion und auch nicht darauf, die einzig richtige Lösung zu sein. Es gibt in erster Linie Erfahrungswerte wieder und bietet Lösungsansätze.
Der Ablauf kann in vielen Fällen durch andere Fehler an dem jeweiligen Fahrzeug gestört und muss immer im Einzelfall betrachtet werden.
Auch zu dem Teil, wo ich versuche die Abgasaufbereitung und die Funktionen der Komponenten aufzuschlüsseln, kratze ich nur an der Oberfläche. Es geht dabei nicht darum, aus dem Leser einen Fachmann zu machen, sondern stellt den Versuch dar, ihm eine Idee zu geben, womit man es dabei zu schaffen hat.
Ich hoffe unter diesen Aspekten eine Hilfestellung zu geben.