Fehler und Fehlersuche in AdBlue-Systemen - Teil 1

Der eine oder andere kennt sie bereits, die Meldung "Kein Motorstart in 1.000 km". Je nach Fahrzeughersteller kann die genaue Restreichweite auch etwas abweichen. In diesem Artikel erkläre ich, was der Gesetzgeber vorschreibt, warum diese Meldung kommt, wann sie kommt, und auch, wann sie nicht kommt.

In Teil 1 geht es zunächst um die gesetzlichen Vorgaben und einige Begriffe, wie "OBD-Schwellwerte", "Warnsystem", oder "Aufforderungssystem". Ich konzentriere mich hier auf PKW, aber vieles gilt sinngemäß auch für Nutzfahrzeuge, wenn auch mit anderen Zahlenwerten.

Gesetzliche Vorgaben in der EU

Zunächst einmal gibt es bereits bei Fahrzeugen ab 2001 ein OBD-System, d.h. eine On-Board-Diagnose. Die ursprüngliche Aufgabe des OBD-System war es, selbstständig Fehler im Abgassystem zu erkennen. Mit der Zeit wurden die Anforderungen verschärft, und insbesondere im Zusammenhang mit AdBlue-Systemen sind Anforderungen dazugekommen, die speziell auf AdBlue-Systeme zugeschnitten sind. Theoretisch sind die Anforderungen immer so formuliert, dass es um "Abgasnachbehandlungssysteme, die ein zusätzliches Reagens benötigen" geht, praktisch geht es um AdBlue.

Grenzwerte und OBD-Schwellwerte

Für Fahrzeuge gibt es zum einen Emissionsgrenzwerte für Kohlenmonoxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Feinstaub und Stickoxide, für LKW ab Euro VI auch noch für Ammoniak. Für PKW mit Euro 7 wurde über die Einführung von Ammoniak-Grenzwerten diskutiert, das wurde jedoch nicht umgesetzt.

Zusätzlich gibt es die OBD-Schwellwerte, die definieren, ab wann ein Abgassystem defekt ist. Stößt zum Beispiel ein Euro 6-Diesel-PKW ab 2016 unter Bedingungen, unter denen er normalerweise den Emissionsgrenzwert von 80 mg/km einhalten müsste, mehr als den OBD-Schwellwert von 140 mg/km aus, ist das Abgassystem defekt im Sinne der OBD-Vorschriften. Dieser Schwellwert wurde erstmals in der Verordnung 459/2012 [3] festgelegt, davor galt ein Schwellwert von 240 mg/km für Euro 6-Diesel. Für die Zeit zwischen 2012 und 2016 konnten Fahrzeughersteller einen Wert von 180 mg/km beantragen. Auch für andere Schadstoffe gibt es OBD-Schwellwerte, z.B. 1.750 mg CO/km bzw. 1.900 mg CO/km für Euro 6-Diesel bzw. Benziner.

Die Verordnung 715/2007 [4], die unter anderem die Emissionsgrenzwerte definiert, legt dabei fest:

Die von dem Hersteller ergriffenen technischen Maßnahmen müssen außerdem sicherstellen, dass die Auspuff- und Verdunstungsemissionen während der gesamten normalen Lebensdauer eines Fahrzeuges bei normalen Nutzungsbedingungen entsprechend dieser Verordnung wirkungsvoll begrenzt werden.

"Während der gesamten normalen Lebensdauer" heißt also nicht "bis zur Außerbetriebsetzung des Fahrzeugs", sondern nur während der normalen Lebensdauer. Fahrzeughersteller geben hier gern Werte von 200.000 km oder noch weniger an, Gerichte haben im Rahmen der Schadensersatzprozesse wegen unzulässiger Abschalteinrichtungen aber im Regelfall mit Werten um die 250.000 km gearbeitet.

Für die OBD-Schwellwerte dagegen gilt laut Verordnung 692/2008 [2] bzw. deren Nachfolger 2017/1151 [5]:

Das OBD-System ist so ausgelegt, gebaut und im Fahrzeug installiert, dass es in der Lage ist, während der gesamten Lebensdauer des Fahrzeugs bestimmte Arten von Verschlechterungen oder Fehlfunktionen zu erkennen.

Hier ist also nicht mehr die Rede von der gesamten normalen Lebensdauer, sondern die OBD-Vorschriften sind bis zur Außerbetriebsetzung des Fahrzeugs einzuhalten. Man kann also sagen: der Grenzwert von 80 mg NO_x/km muss nur während etwa 250.000 km eingehalten werden. Eine Verschlechterung auf mehr als 140 mg NO_x/km muss dagegen auch von Fahrzeugen mit viel höherer Laufleistung erkannt werden. Ähnliches gilt für alle Schadstoffe.

Selbstüberwachung des Abgassystems nötig

Daraus ergeben sich bereits ein paar Konsequenzen. Jede Komponente, bei deren Totalausfall ein OBD-Schwellwert überschritten wird, muss überwacht werden. Bei Benzinern wird zum Beispiel die Funktion des 3-Wege-Katalysators mittels Lambda-Sonden überwacht. Zwar können die nicht direkt Kohlenmonoxid oder Stickoxide messen, sie können aber erkennen, wenn es ein Problem mit der Gemischbildung gibt oder der 3-Wege-Katalysator nicht funktioniert. Für Diesel-Fahrzeuge kann der Oxidationskatalysator mittels einer Lambda-Sonde überwacht werden, und bei Fahrzeugen mit AdBlue gibt es einen Stickoxid-Sensor, der erkennen würden, wenn das AdBlue-System nicht korrekt arbeitet. Da Stickoxid-Sensoren auch den Sauerstoffgehalt im Abgas messen können, dienen sie gleichzeitig als Lambda-Sonde. Neuere Diesel-Fahrzeuge verfügen teils über einen Partikelsensor, der erkennen würde, wenn der Partikelfilter defekt wäre. Ältere Fahrzeuge würden zumindest, wenn der Partikelfilter entfernt oder ausgebohrt wurde, erkennen, dass der Gegendruck, den der Partikelfilter erzeugt, erstaunlich gering ist, weswegen in diesem Fall das OBD-System des Motorsteuergeräts manipuliert wird.

Rein theoretisch beziehen sich alle Grenz- und Schwellwerte nicht auf "Benzin" und "Diesel", sondern auf "Fremdzündungsmotoren" und "Selbstzündungsmotoren". Ein hypothetischer Motor, der mit Ottokraftstoff betrieben wird, aber nur über Selbstzündung zündet, müsste bei den Grenzwerten die für Selbstzündung einhalten, und in Deutschland gilt das gleiche für die Bemessung der KFZ-Steuer. Einfacher gesagt: eigentlich gibt es Grenzwerte und Vorschriften für Motoren mit Zündkerzen und für welche ohne Zündkerzen.

Im Gegensatz zu Journalisten verstehen die Verordnungsgeber der EU, dass die Abgasrückführung keine Abgasnachbehandlung (siehe Abgasrückführung ist keine Abgasreinigung) ist. In der UN/ECE-Regelung 83 findet man Vorschriften, die besagen, dass die Abgasrückführung ebenso wie die Wirksamkeit der NO_x-Nachbehandlung überwacht werden muss.

Das folgende Zitat aus der UN/ECE-Regelung 83 gilt nicht nur für AdBlue-Systeme, sondern für alle Fahrzeuge mit Dieselmotor:

Vorschriften für die Überwachung von Fahrzeugen mit Selbstzündungsmotor

...

Zur Erfüllung der Anforderungen in Absatz 3.3.2 dieses Anhangs muss das OBD-System Folgendes
überwachen:

Andere Bauteile oder Systeme von Emissionsminderungssystemen oder abgasrelevante Bauteile oder Systeme des Antriebsstrangs, die mit einem Rechner verbunden sind, dessen Ausfall zu einer Überschreitung der in Absatz 3.3.2 dieses Anhangs aufgeführten OBD-Schwellenwerte für Abgasemissionen führen kann.

...

Klar ist: fällt der Rechner (=das Steuergerät) aus, der anhand der Messwerte des NOx-Sensors die AdBlue-Dosierung berechnet, dann können die OBD-Schwellwert für Stickoxide überschritten werden. Die Vorschrift sagt nun: Aus dieser Tatsache folgt, dass auch ein Ausfall dieses Sensors erkannt werden muss. Das gilt dann auch für andere Bauteile, die an diesen Rechner angeschlossen sind, zum Beispiel weitere Sensoren. Der Fahrzeughersteller darf aber für jedes Bauteil den Beweis führen, dass die OBD-Schwellwerte auch bei einem Totalausfall nicht überschritten werden, und bräuchte dann den entsprechenden Sensor nicht zu überwachen.

Besondere Anforderungen an AdBlue-Systeme

Besondere Anforderungen finden sich erstmals in der Verordnung 692/2008 [2] im Anhang XVI, später auch in der UN/ECE-Regelung 83 [1]. Für Nutzfahrzeuge finden sich die Anforderungen in der UN/ECE-Regelung 49 [1].

Warnsystem und Aufforderungssystem

Bei AdBlue-Systemen sind ein Warnsystem und ein Aufforderungssystem vorgeschrieben:

Das Warnsystem zeigt Meldungen an und erzeugt ggf. akustische Signale. Bei neueren Fahrzeugen kann sich das Warnsystem auch zunächst in einer zugehörigen App melden.
Das Aufforderungssystem begrenzt die Restreichweite des Fahrzeugs und verhindert ggf. den Start des Motors. Sinnvollerweise wird dem Fahrer mittels des ohnehin vorhandenen Warnsystems signalisiert, dass das Aufforderungssystem aktiv ist

Das Warnsystem muss sich aktivieren:

wenn eine Fehlbetankung des AdBlue-Systems erkannt wurde
wenn die Restreichweite des AdBlue-Tanks voraussichtlich nur noch 2.400 km beträgt

Das Aufforderungssystem muss sich aktivieren:

wenn eine erkannte Fehlbetankung des AdBlue-Systems nicht innerhalb von 50 km behoben wurde
wenn ein Dosierfehler von mehr als 50 % für länger als 30 Minuten plus 50 km vorliegt
wenn die Restreichweite des AdBlue-Tanks voraussichtlich nur noch im Bereich einer Kraftstofftankfüllung liegt, meist also ca. 1.000 km
in neueren Fahrzeugen: wenn die korrekte AdBlue-Dosierung nur mittels eines NOx-Sensors nach SCR geprüft wird, und dieser Sensor eine Überschreitung der OBD-Schwellwerte erkennt. Diese Vorschrift findet sich in neueren Versionen der UN/ECE-Regelung 83, nicht aber in der ursprünglichen 692/2008. Fun fact: wenn die Vorschrift davon ausgeht, dass bei NOx-Emissionen von über 140 mg/km ein Dosierfehler von mehr als 50% vorliegt, dann geht die Vorschrift von Rohemissionen von etwa 300 mg/km aus, und damit von einem AdBlue-Verbrauch von 0,6l/1.000 km bei normaler Fahrweise, was etwa 1 bis 1,5% des Kraftstoffverbrauchs entspricht.

Genauer gesagt muss sich das Aufforderungssystem aktivieren, wenn die genannten Fehler nicht ausgeschlossen werden können. Ist also ein Sensor defekt, der notwendig ist, um diese Fehler erkennen zu können, muss sich das Aufforderungssystem ebenfalls aktivieren. Dazu gibt es weiter unten als Beispiel die Reichweitenbegrenzung wegen eines defekten NOx-Sensors.

Folgende Defekte führen im Allgemeinen nicht zur Aktivierung des Aufforderungssystems:

defekte AdBlue-Heizung: den Großteil des Jahres ist die Heizung gar nicht nötig, um das System zu betreiben. Die Abgase sind also auch bei defekter Heizung meistens in Ordnung. Zwar muss die Motorkontrollleuchte aufleuchten, weil ja etwas kaputt ist, das Aufforderungssystem aktiviert sich jedoch nicht
defekter Füllstandssensor: Solange das Fahrzeug erkennen kann, dass der Füllstandssensor unplausible Werte liefert, kann es anhand des letzten bekannten Füllstandes und des Verbrauchs, seit der Sensor kaputt gegangen ist, ausrechnen, wieviel AdBlue noch im Tank ist. Fahrer bemerken einen defekten Füllstandssensor meist daran, dass nach dem nächsten Tanken keine Betankung erkannt wird, d.h. die Aufforderung zum Tanken verschwindet nicht. Bei manchen Fahrzeugen wird die Motorkontrollleuchte aktiviert, wenn der Füllstandssensor des AdBlue-Tanks defekt ist.

Die OBD-Vorschriften fordern außerdem, dass der Fehler, der das Aufforderungssystem aktiviert hat, für 800 Tage oder 30.000 km gespeichert wird. Zwar deaktiviert sich das Aufforderungssystem von selbst, wenn der Fehler von selbst verschwindet, der entsprechende Fehlerspeichereintrag muss jedoch für lange Zeit erhalten bleiben.

Es gibt einzelne Berichte über Fahrzeuge, die sich spontan, d.h. ohne Vorwarnung von etwa 1.000 km lahmgelegt haben, mit Verweis auf ein defektes AdBlue-System. Mir ist keine gesetzliche Grundlage bekannt, die so etwas fordert. Allerdings muss auch ein Mechanismus wie der 1.000 km - Countdown durch ein Steuergerät sichergestellt werden. Ist also das AdBlue-Steuergerät defekt oder ist keine Kommunikation möglich, dann könnte es schon sein, dass tatsächlich keine Freigabe für den Motorstart erteilt wird, und dass das Motorsteuergerät glaubt, der Countdown sei bereits abgelaufen.

Realisierung des Aufforderungssystems

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die der Fahrzeughersteller hat, um die Begrenzung der Restreichweite umzusetzen:

die häufigste: Countdown der Restreichweite in Kilometern. Dabei darf die Restreichweite höchstens so groß sein wie eine mittlere Kraftstofftankfüllung, also meist im Bereich von 1.000 km. Danach ist kein Motorstart mehr möglich. Per Diagnosesystem können jederzeit weitere 50 km freigeschaltet werden, was dazu dient, dass eine Werkstatt nach einem Reparaturversuch den Motor starten und eine Probefahrt machen kann.
auch möglich: Begrenzung der Anzahl der Motorstarts
theoretisch zulässig: Verriegelung des Tankdeckels oder der Tankklappe des Kraftstofftanks. Bei Fahrzeugen, bei denen AdBlue- und Dieseltank unter der gleichen Tankklappe liegen, wäre es aber ungeschickt, die Tankklappe zu verriegeln
deutliche Reduzierung der Leistung des Fahrzeugs, so stark, dass das Fahrzeug aus praktischen Gründen unbrauchbar wird, eine Fahrt zur Werkstatt aus eigener Kraft im Prinzip aber noch möglich

Bei Rettungsfahrzeugen und ähnlichem darf das Aufforderungssystem vom Fahrzeughersteller deaktiviert werden. Auch dies in den UN/ECE-Regelungen 49 und 83 beschrieben. Das gilt jedoch nur für das Aufforderungssystem, nicht für das Warnsystem. Das heißt: Auch Rettungsfahrzeuge warnen den Fahrer, wenn der AdBlue-Tank zur Neige geht, sie brauchen sich aber nicht selbst lahm zu legen.

Für Nutzfahrzeuge, die die UN/ECE-Regelung 49 erfüllen müssen, funktionieren die Anforderungen im Detail anders, haben aber die gleiche Zielstellung. Zum Beispiel muss ein Nutzfahrzeug das Drehmoment begrenzen, wenn der Füllstand des AdBlue-Tanks auf 2,5% gefallen ist.

Fahrer muss erkennen können, ob eine Meldung auf einen Defekt zurückzuführen ist

Es ist vorgeschrieben, dass für den Fahrer klar ersichtlich ist, ob er nur zum Nachtanken aufgefordert wird, oder ob ein Defekt vorliegt. Zitat aus der 692/2008, Anhang XVI, Punkt 3.3:

Das optische Signal muss mit einem Warnhinweis anzeigen, dass der Reagensfüllstand niedrig ist. Der Warnhinweis muss sich von jenem unterscheiden, der für die On-Board-Diagnose oder als Hinweis auf andere notwendige Wartungsarbeiten am Motor verwendet wird.

In Foren kommt es erstaunlich häufig vor, dass über "Fehler AdBlue!" berichtet wird, mit Foto, und dass der Autor als erstes darauf hinweist, dass er vollgetankt hat, aber der Fehler nicht verschwindet. Er kann nicht verschwinden, denn "Fehler AdBlue!" kann, solange die Software korrekt funktioniert, alles außer einem leeren Tank sein. Umgekehrt kann ein defekter Füllstandssensor dazu führen, dass der Fahrer zum Nachtanken aufgefordert wird, obwohl genug AdBlue vorhanden ist. Das ist jedoch schon der einzige Fehler, bei dem eine normale Aufforderung zum Tanken angezeigt werden kann.

Es gibt wohl einige Fahrzeuge von Audi, die auf Grund eines Software-Fehlers nicht melden, wenn der AdBlue-Tank fast leer ist. Ist er ganz leer, bekommt der Fahrer einen Fehler wegen zu geringen Reduktionsmitteldrucks, und das Aufforderungssystem aktiviert sich. Hierüber hat ein betroffener Fahrer auf Motor-Talk berichtet (siehe hier).

Begrenzung der Restreichweite wegen defektem NOx-Sensor

Viele Fahrzeuge begrenzen die Restreichweite allein schon deswegen, weil ein NOx-Sensor defekt ist. Davon steht oben bei den gesetzlichen Anforderungen jedoch nichts. Das liegt daran, dass viele Fahrzeuge sich darauf verlassen, eine Fehlbetankung des AdBlue-Tanks dadurch zu erkennen, dass dann die NOx-Emissionen stark steigen und der Wirkungsgrad des SCR-Katalysators auf 0 sinkt. Solche Fahrzeuge können also vor allem Wasser im AdBlue-Tank nur anhand der Messwerte des NOx-Sensors erkennen. Ist der einzige NOx-Sensor oder der NOx-Sensor nach SCR defekt, dann wäre das Fahrzeug gar nicht mehr in der Lage, eine solche Fehlbetankung zu erkennen. Würde dann jemand Wasser in den AdBlue-Tank füllen, wäre die gesetzliche Vorgabe nicht mehr erfüllt, dass bei einer solchen Fehlbetankung eine Reichweitenbegrenzung erfolgen muss. Daher muss die Logik der Fehlererkennung umgedreht werden: das Fahrzeug muss die Restreichweite begrenzen, wenn es nicht mehr ausschließen kann, dass der AdBlue-Tank falsch befüllt wurde. Ähnliches gilt, wenn grobe Dosierfehler nur über den NOx-Sensor erkannt werden.

Besonderheit BMW: Bei vielen BMWs scheint ein defekter NOx-Sensor nach SCR keinen Countdown auszulösen, auch bei Fahrzeuggenerationen, die Wasser im AdBlue-Tank nur anhand genau dieses Sensors erkennen. Dabei geht es allerdings um Fahrzeuge, die einen motornahen NOx-Speicherkatalysator mit einem Unterflur-SCR-System kombinieren. Im Prinzip wäre es möglich, dass diese Fahrzeuge, vor allem die mit kombinierter Hochdruck- und Niederdruck-Abgasrückführung, auch ohne das SCR-System in der Lage sind, zumindest den OBD-Schwellwert von 140 mg NOx/km einzuhalten. In diesem Fall würde praktisch der NOx-Sensor vor SCR (=nach NOx-Speicherkatalysator) bereits ausreichend niedrige Werte messen, um die Begrenzung der Restreichweite vermeiden zu können. Ob diese Fahrzeuge diese Werte in dieser Situation tatsächlich einhalten kann ich nicht sagen, ich möchte aber hier darauf hinweisen, dass ein Verstoß gegen die OBD-Vorschriften erst dann als nachgewiesen betrachtet werden könnte, wenn nachgewiesen wurde, dass die Emissionen tatsächlich zu hoch sind. Dieser Beweis wäre wahrscheinlich nur durch entsprechende Abgasmessungen zu erbringen. Bei Fahrzeugen, die keinen NOx-Speicherkatalysator haben, kann man dagegen aus praktischen Gründen einfach annehmen, dass sie mit Wasser im AdBlue-Tank weder den Euro 6-Grenzwert von 80 mg NOx/km noch den OBD-Schwellwert von 140 mg NOx/km einhalten.

Ohne das nachprüfen zu können, würde ich ein ähnliches Verhalten bei Fahrzeugen mit 2 SCR-Katalysatoren und 3 NOx-Sensoren erwarten: Misst der mittlere Sensor bereits ausreichend niedrige NOx-Werte, sollte ein Defekt des dritten Sensors zwar zum Aufleuchten der Motorkontrollleuchte führen, aber nicht zur Begrenzung der Restreichweite.

Bald geht es hier weiter zu Teil 2 (aber noch nicht)...