Aufwendige Abgas- Nachbehandlungssysteme sind erforderlich, damit Diesel und Benziner die strengen Euro 5- und Euro 6-Normen erfüllen.
Obwohl das Thema CO2-Ausstoß derzeit dominiert, sind auch die Schadstoff-Emissionen von Verbrennungsmotoren angesichts der strengen Grenzwerte der Euro 5- und Euro 6-Abgasnormen - besonders für Partikel und Stickoxide (NOx) - enorm wichtig. So müssen ab Euro 5 erstmals auch Benziner den gleichen Partikelgrenzwert von dann fünf mg/km wie Diesel einhalten. Das gilt allerdings nur für direkteinspritzende Benziner, die zeitweise mit magerem Gemisch betrieben werden.
Untersuchungen des Instituts für Verbrennungskraftmaschinen und Kraftfahrzeugbau (IVK) der TU Wien an Benzin-Direkteinspritzmotoren der ersten Generation hatten nämlich ergeben, dass solche Aggregate unter bestimmten Betriebsbedingungen ähnliche Partikel-Emissionen aufweisen wie Dieselmotoren. Der Grund: die unvollständige Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffes aufgrund schlechter Gemischaufbereitung.
Kommt damit auch der Partikelfilter für Benziner? Das ist nach Ansicht des Vorstands des IVK, Bernhard Geringer, eher nicht zu erwarten. Denn die mit Piezo-Injektoren ausgerüsteten Benzin-DI-Motoren der zweiten Generation wie im Mercedes CLS 350 CGI oder die neuen Vier- und Sechszylinder von BMW stoßen praktisch keine Partikel mehr aus.
Trotzdem benötigen diese Triebwerke bereits für die Einhaltung der Euro 4-Norm eine besondere Abgas-Nachbehandlung. Denn durch Luftüberschuss und hohe Verbrennungstemperaturen während des Magerbetriebs reagieren Sauerstoff (O2) und Stickstoff (N2) im Brennraum zu den schädlichen Stickoxiden. Da die herkömmlichen Dreiwege-Katalysatoren die Stickoxide im Magerbetrieb aber nicht wie im homogenen Betrieb zu unschädlichem CO2 und Stickstoff reduzieren können, kommt ein so genannter NOx-Speicher-Katalysator (NSK) zum Einsatz. Hier werden die Stickoxide während des Magerbetriebs chemisch gebunden und gesammelt. Nach etwa 30 bis 60 Sekunden schaltet die Motorsteuerung kurzzeitig auf ein fettes Gemisch um, wodurch die eingelagerten Stickoxide wieder zu CO2 und Stickstoff reduziert werden.
Kostenschere geht auseinander
Auch die Euro 6-Grenzwerte dürften Benziner mit strahlgeführter Direkteinspritzung lediglich mit einem NOx-Speicher-Kat einhalten. Motoren mit Saugrohr-Einspritzung und solche mit homogener Direkteinspritzung - etwa die FSI-Aggregate von Audi und VW - benötigen dafür sogar nur den bewährten Dreiwege-Kat. Dadurch wird die Kostenschere zwischen Benziner und Diesel noch weiter auseinandergehen. Denn während Dreiwege-Katalysatoren für herkömmliche Benziner eher billiger werden, steigen die Kosten für die Abgasnachbehandlung von Dieselmotoren mit jeder neuen Abgasnorm immer weiter. Deshalb wird verstärkt an der Reduzierung der Rohemissionen gearbeitet. Mit verbesserten Brennverfahren und immer höheren Einspritzdrücken sowie Abgasrückführraten sollen Modelle bis hin zur oberen Mittelklasse die Euro 5-Norm (180 mg NOx/ km) auch ohne NOx-Nachbehandlung schaffen. Größere Modelle wie SUV werden allerdings nicht um eine Denoxierung der Abgase herumkommen.
Das kann auch beim Diesel per NOx-Speicher-Kat geschehen oder mit der so genannten SCR-Technik. Hierbei wird eine 32,5-prozentige, wässrige Harnstofflösung - AdBlue genannt - vor dem speziellen SCR-Katalysator in den Abgasstrom eindosiert. Aus dem AdBlue entsteht im heißen Abgas unter anderem Ammoniak (NH3), mit dessen Hilfe die Stickoxide im SCR-Kat zu Stickstoff und Wasser reduziert werden. Da diese Denoxierung sehr effizient ist, kann der Motor dank SCR-Kat im Hinblick auf niedrigen Verbrauch optimiert werden, denn die so entstehenden höheren NOx-Emissionen werden von der Abgasnachbehandlung ohnehin wieder neutralisiert.
Weitere Vorteile gegenüber dem NSK sind neben den höheren NOx-Konvertierungsraten auch das breitere Temperaturfenster, in dem die Umsetzung stattfindet, sowie die Unempfindlichkeit gegenüber Schwefel im Kraftstoff.
SCR-Kat kommt Ende des Jahres
Audi setzt grundsätzlich auf die SCR-Technik - nicht nur beim Q7 3.0 TDI, sondern auch beim A4 3.0 TDI, welcher die Norm vermutlich auch mit einem NOx-Speicher-Kat erfüllen würde. Beide Modelle starten Mitte nächsten Jahres zunächst in den USA und wenig später auch in Europa. Der Dreiliter-V6 leistet jeweils 240 PS, entwickelt im Q7 mit 550 Nm aber 50 Nm mehr als im neuen Audi A4.
Auch der BMW X5 sowie Mercedes ML-, GL- und R-Klasse kommen 2008 in den USA mit SCR-Kat auf den Markt. Bereits seit Herbst 2006 bietet Mercedes dort den E 320 Bluetec an, der jedoch über einen abgespeckten SCR-Kat in Verbindung mit einem NOx-Speicher-Kat verfügt. Dieses Bluetec 1 genannte und weniger effektive System verzichtet auf eine Harnstoff-Eindüsung - spart so Tank und Dosiereinrichtung - und erzeugt das zur NOx-Reduktion im SCR-Kat benötigte Ammoniak stattdessen während der fetten Regenerationsphase im NOx-Speicher-Kat.
In Europa kommt das System noch Ende dieses Jahres. Zur Abgrenzung gegenüber dem weiterhin erhältlichen E 320 CDI wird diese Version mit reduzierter Motorleistung (211 PS) jedoch E 300 Bluetec heißen. SCR mit Harnstoffeinspritzung kommt in Europa bei Mercedes jedoch nicht vor 2009.
Zur Fotoshow
Quelle: AMS
