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Abgasnorm EU 6 Vom Fenster zum Guckloch

| Redakteur: Wilhelm Mißler

EU 5 ist in den Entwicklungsabteilungen längst durch: In den meisten Fällen reicht ab 2009 der vor wenigen Jahren noch ungeliebte Dieselpartikelfilter, um die Anforderungen (0,003

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EU 5 ist in den Entwicklungsabteilungen längst durch: In den meisten Fällen reicht ab 2009 der vor wenigen Jahren noch ungeliebte Dieselpartikelfilter, um die Anforderungen (0,003 Gramm pro Kilometer) zu erfüllen. Für die EU 6 ab vermutlich 2014 liegt die Latte deutlich höher. Vor allem den Stickoxiden geht es an den Kragen. Die Motoren dürfen dann nur noch 80 Milligramm pro Kilometer – knapp ein Drittel der aktuell erlaubten Menge – ausstoßen. Der Grenzwert für die Partikel bleibt unverändert.

Noch heftiger sind die NOx-Grenzwerte in den USA: Seit 2007 dürfen Diesel-Pkw im Land der unbegrenzten Möglichkeiten nur noch umgerechnet 43 Milligramm Stickoxide pro Kilometer emittieren. Das Fenster, das die zulässigen Grenzwerte absteckt, schrumpft zum Guckloch.

Dennoch sind die Ingenieure zuversichtlich: „Selbst für solch anspruchsvolle Grenzwerte werden wir zum richtigen Zeitpunkt die notwendigen technischen Lösungen parat haben“, gibt sich Dr. Rolf Leonhard, Bereichsvorstand Entwicklung Diesel Systems bei Bosch, gelassen. Dies gelinge über innermotorische Maßnahmen, die das Brennverfahren weiter optimieren. Leonhard meint damit:

n?höhere Ladedrücke des Turboladers kombiniert mit höheren AGR-Raten bei Teillast

n?auch bei Teillast deutlich höhere Einspritzdrücke

n?einen flexibleren Einspritzverlauf mit bis zu acht Einspritzungen pro Arbeitstakt.

Er begründet seine Zuversicht mit der Serienerfahrung bei Nutzfahrzeugen, wo diese Maßnahmen über alle Lastzustände hinweg die NOx- und Partikelemissionen bereits „deutlich absenken“.

Höherer Lade- und Einspritzdruck, eine größere Anzahl an Einspritzvorgängen sowie die AGR bilden den Schlüssel für homogene Brennverfahren (HCCI, homogeneous charge compression ignition). HCCI wird zugetraut, bereits innermotorisch Partikel und NOx- zu einem großen Teil zu vermeiden. Voraussetzung ist aber eine perfekte Gemischbildung und ein im Brennraum nahezu homogen verteiltes Gemisch. Dafür wiederum ist ein vollvariables Einspritzsystem erforderlich, das viele Vor-, Haupt- und Nacheinspritzungen mit einem beliebigen Einspritzverlauf darstellen kann.

Heutige Einspritzsysteme erfüllen diese Anforderungen kaum. Den OEM bleibt nur, den Kennfeldbereich sukzessive auf homogene Verbrennung umzustellen. „2012 bis 2014 könnte sich der Serieneinsatz für den HCCI-Diesel lohnen“, so SiemensVDO-Bereichsvorstand Klaus Egger.

Auf dem Wiener Motorensymposium 2007 berichteten die Regensburger von ihren derzeitigen Forschungen in Bezug auf NOx-, Partikel und EU 6. Sie sehen in niedrigeren Verbrennungstemperaturen einen Weg, die Stickoxidbildung zu beschränken, ohne gleich im engen Toleranzband der HCCI-Verbrennung zu landen. Die notwendigerweise niedrigere Verbrennungstemperatur setzt viele perfekt eingestellte Parameter voraus: eine geringere Verdichtung, weiter geöffnete Kolbenmulden mit weniger Luftdrall, höhere AGR-Rate und (Turbo-)Aufladung sowie eine stärkere AGR-Kühlung. Eine Schlüsselrolle spielen verbesserte Injektoren. Aber nicht nur: Düsen mit kleinen Lochdurchmessern zum Beispiel zerstäuben hervorragend. Dann aber ist bei gleicher Einspritzdauer und Nennleistung ein höherer Raildruck erforderlich. Damit bei höherem Einspritzdruck und beispielsweise niedriger Last das Verbrennungsgeräusch in der Komfortzone bleibt, sind die Voreinspritzmengen auf 0,5 bis 0,8 Milligramm zu verringern. Hier allerdings nähert sich die Kraftstoffwolke der Grenze ihrer Zündfähigkeit.

Solche Minitröpfchen müssen die Injektoren erst einmal präzise und schnell zumessen können.

Die Regensburger haben nach eigenen Angaben die Ansteuerung von zwei nacheinander folgenden Einspritzvorgängen ohne zeitlichen Abstand („hydraulisch Null“) ebenso im Griff wie eine driftstabile Zumessung minimaler Kraftstoffmengen. Letzteres heißt: Die Zumessung bleibt über den Lebenszyklus des Injektors gleich gut. Druckerhöhungen auf später bis zu 2 000 bar seien ebenfalls kein Problem.

Ähnliches spricht auch Bosch seinen Piezoinjektoren zu. BMW wird in Kürze ein solches System vorstellen: 2 000 bar Druck, bis zu acht Einspritzungen, Mengen von nur 0,8 Kubikmillimeter und hydraulischer Spritzabstand Null. Und mit den derzeit schnellsten Injektoren: Bosch lässt im Piezoventil die Düsennadel mit 1 m/s hin und herfliegen, im Magnetventil immerhin noch mit 0,8 m/s. SiemensVDO wollte dazu keine Angaben machen.

Doch damit nicht genug. Um die rigiden NOx-Grenzwerte zu erreichen, brauchen mindestens die Schwergewichte im Fuhrpark eine Abgasnachbehandlung. Klar ist: Ob selektive katalytische Reduktion (SCR) mit Harnstoff oder periodisch regenerierter DeNOx-Speicherkatalysator – die aufwändigere Technik treibt die Kosten.

Der Aufpreis gegenüber dem heutigen Stand der Technik könnte Experten zufolge bis zu 1 500 Euro betragen. Sie rechnen deshalb damit, dass der Otto-Vollhybrid in gut zehn Jahren nur noch rund 1 000 Euro teurer ist als ein EU-6-Diesel.

Gleichzeitig bedeutet die Fokussierung auf den CO2-Ausstoß, dass sich der Verbrauchsvorteil des Diesels in Luft auflösen wird. Denn die nächste Generation des Ottomotors wird wohl nur noch rund 10 Prozent mehr verbrauchen als ein Selbstzünder. Der aber setzt pro Liter etwa 12 Prozent mehr CO2 frei.

Wenn also der Marktanteil der Diesel-Pkw künftig nicht signifikant zurückgehen soll, muss die Dieseltechnik auf der Kostenseite wettbewerbsfähig bleiben. Auch daran arbeiten die Entwickler intensiv. So wird Bosch bis 2009 ein magnetgesteuertes Ventil anbieten, das in wesentlichen Parametern dem Piezoinjektor entspricht. Mit einem Einspritzdruck von 2 000 bar (ab etwa 2010 ) wird dieses Ventil technisch nur wenig hinter den Piezovarianten herhinken; allerdings deutlich beim Preis.

Die Stuttgarter gehen ferner davon aus, dass viele Pkw mit modernen Injektoren ab 2014 die EU-6-Grenzwerte auch ohne NOx-Nachbehandlung erfüllen werden. Bei welchem Fahrzeuggewicht, sei noch dahingestellt (1 800 kg?).

Die Technologieführer in der Dieseltechnik lassen jedenfalls nichts unversucht, um auch durch ein Guckloch rosige Aussichten zu gewähren.

Jürgen Goroncy

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