Benutzerdefinierte Suche
kfztech.de Logo    
Kfz-Technik Abkürzungs-ABC Auto Infos kfztech TV Unterricht und Ausbildung
  Motor Diesel Abgas   

Diesel Abgastechnik 1 - Problematik

zu Diesel Abgas Technik 2    -    zu Diesel Abgastechnik 3

Abgas im Diesel

Ziel der Verbrennung muss es sein, so vollständig wie möglich abzulaufen. Bei der Verbrennung von Dieselkraftstoff bilden sich jedoch Rückstände unterschiedlichster Art. Diese Reaktionsprodukte sind von der Motorauslegung, der Motorleistung und auch von der Arbeitslast abhängig. Die Schadstoffbildung kann bereits durch eine vollständige Verbrennung des Kraftstoffes weitgehend gesenkt werden. Hierfür sorgen z.B. eine exakte Einspritzung und eine sorgfältige Abstimmung des Kraftstoffluftgemisches, aber auch dessen optimale Verwirbelung.

Bei einer optimalen, realen Verbrennung entsteht in erster Linie ganz normales
  • Wasser (H2O) und das 
  • ungiftige Kohlendioxid (CO2).

In zweiter Linie entstehen in vergleichsweise geringen Konzentrationen problematische Abgasbestandteile wie
  • Kohlenmonoxid (CO),
  • unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC),
  • Stickstoffoxide (NOx),
  • Schwefeldioxid (SO2 )
  • und 
  • Schwefelsäure (H2S04)  sowie
  • Rußpartikel.

Als direkt wahrnehmbare Abgaskomponenten sind bei kaltem Motor nicht oder nur teilweise oxidierte Kohlenwasserstoffe in Tröpfchenform als Weiß- oder Blaurauch und geruchsintensive Aldehyde festzustellen.

Abgaszusammensetzung beim Diesel
Abgaszusammensetzung Diesel
Abgaszusammensetzung Diesel (Quelle: NGK)



Ein exakt eingestellter Spritzbeginn, genau gefertigte Düsen und präzise zumessende Einspritzpumpen senken den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen ebenso, wie auch modifizierte Verbrennungsräume, eine präzisere Einspritzstrahlgeometrie und ein immer höherer Einspritzdruck. Dies lässt sich aber nur mit einer elektronisch geregelten Dieseleinspritzung verwirklichen.

Schadstoffe und Problemlösung

Seit 2012 ist es amtlich: Dieselabgas wurde von der WHO als krebserregend eingestuft! mehr im Blog

Die Europäische Union hat in den letzten Jahren mehrfach die Abgasvorgaben geändert:

So zum Beispiel von Euro 2 auf Euro 4

Verringerung von  HC und NOx um 10% und  CO um 50%  erforderlich -
Verminderung von Partikeln um 40% erforderlich - PAH (polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe) im Dieselruß gelten als krebserregend.


Es gilt das Prinzip: verhindern und vermindern.

Diesel Abgas Reduzierung

Verschiedene Techniken helfen dabei:

  • Die elektronisch geregelte, gekühlte Abgasrückführung  senkt die Brennraumtemperaturen und reduziert damit die Bildung von Stickoxiden
  • Die Piloteinspritzung (Voreinspritzung) senkt u.a. auch das NOx und bringt einen ruhigeren Motorlauf (die modernen Piezoinjektoren von Bosch oder Siemens sind hier besonders geeignet)
    Hohe Einspritzdrücke (siehe Tabelle Einspritzdrücke, Moderne Dieseltechnologie) senken Abgase, (Pumpe-Düse umd Common Rail Systeme)
  • die kennfeldgeregelte Dieseleinspritzung senkt zusätzlich die Werte 
  • die Vierventiltechnik mit mittig angeordneter Einspritzdüse und entsprechender Kolbenmuldenform verbessert die Kraftstoff-/Luftvermischung und daraus erfolgt eine bessere Verbrennung und ein geringeres Abgas 
  • Der VTG Lader sorgt für einen bessere Verbrennung über einen großen Drehzahlbereich und senkt die Abgase
  • Vorausetzung schwefelarmer  Kraftstoff (<10 ppm Schwefel seit 2003)  
  • Der Oxi-Kat vermindert CO und HC, nicht aber NOx. 
  • Der NOx-Kat schafft Abhilfe, die Technik ist aber aufwändiger als beim Oxi-Kat.
  • Rußfilter aus Keramik, (SiC Siliziumkarbid z.B. VW) häufig verwendet aus Cordierit, weniger geeignet aus Metall, (Sintermetall) künftig häufiger
  • Für die Gemischbildung spielen die Srömungsverhältnisse im Motorzylinder eine wesentliche Rolle. Durch gute Drallbewegungen der Ansaugluft und hohe Einspritzdrücke wird beim Dieselmotor eine rußarme Verbrennung erzielt. Technikbeispiel: Einlasskanalabschaltung (Mercedes)

Ruß-Partikel entstehen wegen der unvollständigen Verbrennung

Verbrennungsprozess Der Brennraum beim Direkteinspritzer wird auf eine Verbesserung des aerodynamischen und thermodynamischen Wirkungsgrads ausgelegt. Durch die Verwirbelung von Luft und Kraftstoff entsteht ein homogeneres Gemisch, was sich positiv auf die Partikelbildung auswirkt.

Getrennter Drall- und Füllungskanal mit Klappe (ansaugseitig) bei Mercedes

Kraftstoff Die Kraftstoffqualität spielt eine entscheidende Rolle für die Partikelemissionen. Die Erhöhung der Cetanzahl und die Verringerung der polyaromatischen Verbindungen begrenzen die Zahl der sich bildenden Partikel. Eine Senkung des Schwefelgehalts hat die Verringerung des Sulfatanteils zur Folge.
Oxi-Kat Die Nachbehandlung durch Oxidationskatalyse bewirkt eine Absenkung der Kohlenwasserstoff-Fraktion der Partikel.
Partikelfilter Beseitigen lassen sich die Partikel allerdings nur sinnvoll durch einen Filter.

Das Problem ist eigentlich nur die Regeneration. Der Filter setzt sich nämlich mit den Partikeln zu. (Abgasgegendruck steigt, Leistung sinkt, Verbrauch steigt)

Lesen Sie mehr bei  FAP und Technikbeschreibungen bzw. Rußpartikelfilter reinigen

Diesel Abgassystem

Dieselabgassystem mit Oxikat, NO2-Kat und Partikelfilter

Problem Beschleunigungsrauchstoß

Beim Beschleunigungsvorgang aus dem Leerlauf oder niedriger Last und Drehzahl heraus, wird beim Durchtreten des Fahrpedals die Kraftstoffmenge im Brennraum des Motors sofort erhöht. In diesem Moment herrschen im Brennraum aber unzureichende Gemischbildungszustände, d. h. der im Einlasskanal erzeugte Drall, die im Brennraum erzeugte Turbulenz sowie die Zerstäubung und Verteilung des Kraftstoffes sind für eine saubere Verbrennung der erhöhten Kraftstoffmenge zu ungünstig.

Dies gilt sowohl für Saugmotoren, als auch für aufgeladenen Motoren. Bei Turboladermotoren ist dies aber besonders gravierend weil aufgrund des Ladedrucks die Kraftstoffmenge auf die erhöhte Luftmasse bei Volllast  hin optimiert ist und eine Trägheit des Turbosystems vorhanden ist. Im unteren Drehzahlbereich ist der Ladedruck niedriger und dadurch auch die Masse der Luft in den Motorzylindern geringer.

Abhilfe:

Ladermotoren verfügen über eine ladedruckabhängige Kraftstoffmengenbegrenzung (LDA).

Diese LDA-Regelung sorgt

dafür, dass beim Beschleunigungsvorgang die Kraftstoffmenge analog zum Ladedruck  freigegeben wird.

Aber auch VTG-Lader (Abgasturbolader mit variabler Abgasturbinengeometrie) oder mechanischem Zusatzlader und Ladeluftkühlung verringern den Beschleunigungs-Rauchstoß.

VTG-Lader

VTG Lader

 

 

Schwefel



Der Schwefel Gehalt im Diesel liegt mittlerweile bei 10 mg/kg (USA 15 ppm) - der früher weitaus höhere Anteil führte zu  Ablagerungen im NOx-Speicherkat (deshalb Freibrennen erforderlich)
Die Partikelfilter-Regeneration ist mit schwefelarmen Dieselkraftstoff ebenfalls besser, das Startverhalten des Oxi-Kat ist mit aktuellen Dieselkraftstoff doppelt so gut.

 s.a. Direkteinspritzung bei Ottomotoren!




Weiter zu Teil 2 Diesel Abgasproblematik - weiter zu Diesel Abgastechnik 3

Quellen: verschiedene, Internet, Peugeot, VW, Audi, Mercedes, BBZ der Kfz-Innung München-Oberbayern, AU-Schulung (TAK), mot, VW/AUDI SSP, Siemens, BOSCH, Pierburg, ADAC, 

Diese Seite von kfztech.de weiter empfehlen

Autor: Johannes Wiesinger

bearbeitet: 19.02.2015

Folgen Sie kfztech auf Twitter Twitter Logo
Besuchen Sie kfztech auf Facebook
Facebook Logo


Impressum, Copyright Technik Seiten