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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
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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
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)
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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 (DPF) |
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 |
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, |
