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Diesel Abgas Technik 2
- zu Diesel
Abgastechnik 3 |
Abgas im Diesel
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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.
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Abgaszusammensetzung beim Diesel
Abgaszusammensetzung Diesel (Quelle: NGK)
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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.
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Schadstoffe und Problemlösung
Die Europäische Union hat
in den letzten Jahren mehrfach die Abgasvorgaben geändert:
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)
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Ruß-Partikel
entstehen wegen der
unvollständigen
Verbrennung
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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
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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. |
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Oxi-Kat |
Die Nachbehandlung
durch Oxidationskatalyse bewirkt eine Absenkung der
Kohlenwasserstoff-Fraktion der Partikel. |
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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
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Dieselabgassystem mit Oxikat, NO2-Kat und
Partikelfilter |
Problem Beschleunigungsrauchstoß
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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.
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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.
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VTG Lader |
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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!
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Teil 2 Diesel Abgasproblematik
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Quellen: verschiedene, Internet, Peugeot, VW, Audi,
Mercedes, BBZ der Kfz-Innung München-Oberbayern, AU-Schulung
(TAK), mot, VW/AUDI SSP, Siemens, BOSCH, Pierburg, ADAC, |
Weitere Infos zur Abgasthematik finden Sie
in den Gelben Heften von BOSCH:
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