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Diesel Abgas 2 - Techniken zur Verringerung von Partikel und NOx

Techniken zur Reduzierung von NOx

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Die Stickoxide haben sich im Laufe der Zeit beeinflusst durch die gesetzlichen Vorgaben stark reduziert.
NOx im Wandel
NOx im Wandel - Bitte Bild zur Vergrößerung anklicken (Quelle Bosch)

Abgasrückführung (AGR, EGR)

AGR-Ventil
AGR-Ventil mit Poti-Lagerückmeldung  in Einmembranausführung 
für Diesel von Pierburg
Mit Hilfe der Abgasrückführung wird die Entstehung von NOx verringert.

Über ein AGR-Ventil  wird aus dem Auslasskrümmer Abgas entnommen und der Ladeluft (Frischgas) beigemischt. Das Abgas nimmt an der Verbrennung nicht teil.

Man muss sich das wie Verpackungsstyropor in einem Pappkarton vorstellen. Es dienst mehr zur Füllung des Raumes. Das Abgas muss mit aufgeheizt werden, wozu mehr Energie nötig ist, als für das Frischgas. Dadurch sinkt die Verbrennungstemperatur.

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Die Senkung der Verbrennungstemperatur reduziert den NOx-Anteil des Abgases
 AGR System
AGR-System
Es fehlt dadurch aber auch etwas Sauerstoff - CO und HC steigen  dabei leicht (bei guter Auslegung) an, und werden mit einem Katalysator reduziert. Wird das Abgas vor der Beimengung gekühlt, kann eine weitere Stickoxidreduktion erreicht werden.  Damit der Sauerstoffmangel nicht zu groß wird, muss mit genau erprobten Abgasrückführraten gearbeitet werden. Die AGR arbeitet deshalb nur im Teillastbereich. Zur Bestimmung der Rückführrate verwendet das Steuergerät als Eingangsinformationen die Drehzahl und die Last sowie die Kühlmitteltemperatur. Im Steuergerät werden die Ist-Daten dann mit einem AGR-Kennfeld verglichen. Man spricht bei diesen Systemen auch von äußerer AGR. 
Neben der äußeren Abgasrückführung, gibt es auch eine innere Abgasrückführung, die durch die Ventilüberschneidung entsteht. Eine verbesserte Füllung erreicht man im oberen Drehzahlbereich. Im unteren Drehzahlbereich bewirkt die Ventilüberschneidung ein Zurückströmen von Restgasen in das Saugrohr. Begünstigt wird dieser Effekt durch den lastabhängigen Saugrohrdruck, der bei Leerlauf und Teillast besonders hoch ist. In der Folge werden die Restgase wieder angesaugt und nehmen einen Teil des Brennraumvolumens ein. Daraus ergibt sich ein Absenken der Brennraumtemperatur, was wiederum eine Verringerung der Stickoxide bewirkt. Als Nachteil ergibt sich  jedoch ein unrunder Leerlauf und  ein Ansteigen der HC-Werte. Eine variable Ventilsteuerung kann hier Wunder bewirken. Unter Umständen kann sogar auf die äußere AGR verzichtet werden.

NOx-Speicher-Kat

Abgasregeneration Diesel NOx
Aufwendige Technik ist erforderlich um NOx und Rußausstoß zu senken
Die Stickoxide werden in einem Stickoxid-Kat wie in einem Schwamm gespeichert.

Der Kat muss allerdings mit fettem Gemisch im Prinzip alle 10 km durch eine Nacheinspritzung "gereinigt" werden, da der Schwefel den NOx Kat sonst vergiftet.

Zur Erkennung des Regenerationsbedarfs und der Regelung sind zahlreiche Sensoren wie z.B. Temperatur- und Drucksensoren erforderlich weitere Einzelheiten des Nox-Kats siehe Beispiele unten oder Speicher-Kat bei FSI Benzindirekteinspritzung

Harnstoff-Kat / bzw. SCR-Kat

Das S.K.-SCR-System

Das SCR-System (selektive katalytische Reduktion) reduziert NOx zu N2 und H2O bei einem Wirkungsgrad von ca. 60%!
Funktion: Harnstoff (Markenname AdBlue) wird getrennt getankt und zerfällt im Abgas zu Ammoniak (NH3), das mit NOx reagiert. 

Beispiel DaimlerChrysler:

Um aus Stickoxiden harmloses Wasser und Luftstickstoff zu machen, setzt DaimlerChrysler auf die SCR-Abgasreinigung bei Nutzfahrzeugen.  Damit konnte die seit Oktober 2004 geltende Abgasnorm Euro 4 für alle Busse und Lkw erreicht werden.

 SCR System
SCR System Bosch
Das DeNOx-System besteht aus einem Keramik-SCR-Katalysator und einem vorgeschalteten Oxi-Kat.

Während der Fahrt wird als Reduktionsmittel in den SCR-Kat per Dosierventil eine Harnstoff-Wasserlösung injiziert. Der Harnstoff ist in gelöster Form ungiftig und geruchlos. In der Agrar- und Textilbranche ist er seit langem bekannt.

In den heißen Abgasen wandelt sich der Harnstoff in  Ammoniak (NH3) um. Im SCR-Kat werden Stickoxide (NO und NO2) in die unschädlichen Komponenten Wasser und Luftstickstoff umgewandelt.

Das benötigte Reduktionsmittel (AdBlue) wird in einem Zusatztank im Lkw mitgeführt. Die Dosiermenge liegt in etwa bei 6% des Kraftstoffverbrauchs und wird von der Elektronik genau berechnet.
Lesen Sie auch VW-Abgasproblematik und Abgasproblematik NOx

Rußfilterung und Filterregeneration für Ruß und Schwefel

Rußfilter von Siemens
Rußfilter von Siemens

Allgemeines Prinzip:
  1. Rußpartikel werden in einem Keramikfilter gesammelt und anschließend verbrannt.

  2. dazu muss die Temperatur angehoben werden:

  • mit einem Additiv oder 
  • katalytisch (passiv) oder 
  • durch eine Nacheinspritzung

 

Das Freibrennen findet in Intervallen von 500 bis 1000 km mit O2 aus dem Abgas bei Temperaturen über 500°C zu CO2 statt. Zum Erreichen dieser Temperaturen sind technische Tricks erforderlich. Eine Möglichkeit ist das Erhöhen der Abgastemperatur oder das Senken der Abbrenntemperatur. Dies bedeutet aber eine kurzfristige Erhöhung der Abgasemission (Stickoxiden) und des Verbrauchs. Etwas Asche vom Öl, Kraftstoff und Additiv bleibt übrig.

Es gibt Systeme mit und ohne Additiv. Es gibt auch sehr gute  Nachrüstlösungen (HJS, Oberland und Twin-Tec).

mehr hierzu bei Diesel Abgastechnik 3

CRT-System (Continous Regeneration Trap)

Prinzip

Das Freibrennen findet kontinuierlich statt. Der NO2, Filter ist nur zu 30% voll. Bei einer Temperatur von 300°C, arbeitet mit Nacheinspritzung oder elektr. Beheizung und erfordert Druck- und Temperatursonden. Das System ist in Stadtbussen seit Jahren bewährt.

Ein kombiniertes System für Partikel und NOx wurde ursprünglich von HJS entwickelt und die Technik an Bosch verkauft!

Lesen Sie auch Rußpartikelfilter regenerieren und reinigen.

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

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Autor: Johannes Wiesinger
bearbeitet: 31.05.2016

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