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Florian Pillau 1603

Bosch verbessert Diesel-Abgaswerte dramatisch

Wärmelehre

Dieselmotoren benötigen eine wirksamere Abgastechnik. Damit Selbstzünder trotz weiter verschärfter Emissionsregularien noch eine Chance haben, muss sie nicht nur um Größenordnungen leistungsfähiger werden, sie darf auch den im Vergleich zum Ottomotor ohnehin kostspieligen Antrieb nicht weiter verteuern. Was liegt also näher, als die bereits fertig entwickelten, bewährten Konstruktionselemente zu nutzen und so weit zu ertüchtigen? Was so logisch wie utopisch klingt, scheint Bosch nun gelungen zu sein: Ein Sprung in den Abgaswerten um eine Größenordnung – einzig durch eine bodenständig-vernünftige Weiterentwicklung der bereits bewährten Technik-Komponenten.

„Utopisch“, weil man bei Volkswagen und möglicherweise auch anderen Herstellern bereits vor mehr als drei Jahren keinen Ausweg mehr zu sehen glaubte als eine Abschalteinrichtung, um bei der Abgasnachbehandlung billiger wegzukommen. „Utopisch“ aber auch, weil heute viele Kunden verunsichert sind. Schlimmer noch: Die meisten von ihnen haben nach einer größtenteils unsachlichen Berichterstattung in den Medien das Gefühl, das Dieselmotoren an sich ein im Grunde nicht lösbares Umweltproblem darstellen.

Auf Basis der bewährten Technik

Sogar in einer für ihre Korrektheit renommierten, überregionalen Tageszeitung aus dem Süden Deutschlands konnte man in einem Leitartikel lesen, die „Verbrennung von Dieselkraftstoff“ erzeuge das Stickstoffdioxid. Das ist so missverständlich, dass man davon ausgehen darf, dass dem Autor weder der chemische Vorgang noch die Eigenheiten eines Dieselmotors geläufig gewesen sein können. Kein Leser wird das aus purem Wohlwollen richtig verstehen, viel eher führt diese Aussage in die Irre: Die meisten lesen es, als wäre es ein Problem des eingesetzten Kraftstoffs – um nur ein Beispiel für eine populistisch-fahrlässige Verwirrung allerorten zu nennen.

Bosch vermeldet einen „Durchschnittswert von 13 Milligramm Stickoxid pro Kilometer auf der gesetzlich vorgeschriebenen RDE-Runde, gemischt aus Stadt, Landstraße und Autobahn – das ist rund ein Zehntel des in Europa ab 2020 geltenden Grenzwerts“. Ein Rekordwert für die Jubelmeldung zwar, doch solide untermauert von einem Durchschnittswert von 40 mg/km. Wer da noch von „dreckigem Diesel“ oder „veralteter Technologie“ redet, wie es viele emotional Aufgehetzte die letzten drei Jahre taten, macht sich umgehend zutiefst unglaubwürdig. Das erstaunliche Ergebnis gelang Bosch vor allem, weil man das Wärmemanagement von Motor und Abgasentgiftung ins Zentrum rückte.

Bosch baute einzig auf die über Jahre bewährten bekannten Systeme Common-Rail-Einspritzung, Abgasturboaufladung, Ladeluftkühlung, Abgasrückführung sowie Speicher- und SCR-Katalysator. Dazu soll laut Bosch später Künstliche Intelligenz kommen. Bosch nutzt diese Systeme, um Brennraum- und Abgastemperatur in einem deutlich engeren Korridor halten zu können als das bisher möglich war. Dabei geht es gleichermaßen um die Vermeidung von Stickoxiden bei der Verbrennung und deren Aufspaltung in harmlose Bestandteile danach.

Enger Temperaturkorridor

Stickstoffoxide entstehen bei hohen Verbrennungstemperaturen durch Reaktionen von atmosphärischem Sauerstoff und Stickstoff sowie Wasserstoff aus dem jeweiligen Brennmaterial. Das gilt für Holz, Kohle, Gase, Benzin und Dieselkraftstoff, um nur die gebräuchlichsten Stoffe der menschlichen Energiegewinnung zu nennen. Im Selbstzünder allerdings begünstigen ein fast durchweg hoher Luftüberschuss in der Flamme und höhere Verbrennungstemperaturen die chemischen Reaktionen, die zur Oxidation des Luftstickstoffs führen.

Ein Thema ist die Temperaturführung spätestens seit Einführung von Abgasregularien für Dieselmotoren. Bisher schon senkt man im Dieselmotor die Temperatur durch eine Auslegung auf ein möglichst geringes konstruktionsseitiges Verdichtungsverhältnis und erhöht die Kompression im Betrieb bedarfsweise durch eine relativ kräftige Aufladung. Zusätzlich steuert man sie durch die kontrollierte Zugabe von Auspuffgas, die sogenannte Abgasrückführung. Beide Maßnahmen senken zwar die Effizienz der Verbrennung, führen aber wegen der verringerten Temperatur zu einem NOx-ärmeren Rohabgas.


Je geringer der NOx-Anteil im Rohabgas, desto weniger Aufand muss betrieben werden, um es in der Abgasanlage unschädlich zu machen. Der positive Effekt der künstlich ineffizienten Verbrennung ist so groß, dass man generell für NOx-armes Abgas sogar einen höheren Rußausstoß inkauf nimmt, inklusive den für Dieselmotoren seit der Abgasnorm Euro4 praktisch unvermeidlichen Partikelfiltern.

Auf der anderen Seite darf allerdings das Abgas nicht zu kühl werden, denn das zur Abgasentstickung im SCR-Katalysator eingesetzte Reaktionsmittel wässriger Harnstoff ist nur wirkungsvoll einsetzbar, solange die Temperatur bei 200, mindestens jedoch 180 Grad C bleibt. Nun lassen aber gerade Betriebsphasen in niedriger Teillast wie etwa das Szenario „Stadtverkehr“ den gesamten Motor so stark auskühlen, dass die Eindüsung des Harnstoffs irgendwann eingestellt werden muss. Der Entstickungsprozess kommt schlimmstenfalls zum Erliegen.

Neue Herausforderung Realbetrieb

Das ist eins der Probleme, die ab September 2017 zusätzlich ins Spiel kamen. Die Typprüfung für Neuzulassungen verlangt seither die Abgasnorm Euro6d-TEMP, deren neuer Abgasmesszyklus einen Teil für die Emissionsmessung im Realbetrieb vorsieht, den sogenannten RDE (Real Driving Emissions). Da kommen auch sehr ungünstige Betriebsbedingungen ins Spiel, für die Bosch nun Lösungen vorgesehen hat.

Stellen Sie sich etwa eine längere Strecke bergab vor, auf der man den Motor mitbremsen lässt. Statt frisch angesaugter Luft, die der Motor im Schubbetrieb ohne Verbrennung laufend durch seine Zylinder in den Auspuff pumpt und dabei Zylinderkopf und Katalysatoren unnötig auskühlt, lässt Bosch ihn nun bei geschlossener Auspuffanlage heißes Abgas umwälzen. Dazu wird die ohnehin vorhandene Abgasrückführung gewissermaßen kurzgeschlossen und so die Abkühlung stark verlangsamt.

Ein weiteres Themenfeld mit verschärfter Auswirkung der Realbetriebs-Werte ist der Warmlauf des Motors nach dem sogenannten Kaltstart (gemeint ist damit: unterhalb der Betriebstemperatur). Bei hoher Last entsteht dann trotz vergleichsweise kühl verlaufender Verbrennung eine Menge NOx, das im SCR-Katalysator noch nicht aufgespalten werden kann. Bosch verkürzt daher diese Phase und bringt durch eine verfeinerte Steuerung der Einzeleinspritzungen möglichst viel zusätzliche Wärme in Brennraum und Auspuff. Das allein funktioniert so gut, dass auf eine energiefressende zusätzliche elektrische Heizung der Katalysatoren in fast allen Fahrzeugtypen verzichtet werden kann. Das begeistert die Hersteller, weil sie ja zusätzlich unter dem wachsenden Druck der Flottenverbrauchswerte stehen.

Aber auch bei der Verbrennung bei Betriebstemperatur konnten noch Potenziale gehoben werden. Hier ist ebenfalls viel wichtiger geworden, dass nun das normale Verhalten des Fahrers im Realbetrieb mit in die Messungen eingeht und nicht mehr nur mit vollkommen unrealistisch langsamen Gaspedalbewegungen gemessen wird wie auf dem Prüfstand. Aufladung und Abgasrückführung mussten daher viel reaktionsschneller werden, um in den Übergängen die Emission nicht vollkommen entgleisen zu lassen. Im Sinne eines NOx-armen Rohgases galt es zudem, einen höheren Ladedruck auch bei Teillast zu fahren, was wiederum eine höhere Abgasrückführrate verlangte.

Reaktionsschnelle Aufladung, hellwache Abgasrückführung

Daher schafft nun ein einfacher, optimierter Turbolader mit variabler Geometrie nur durch verringerte Massenträgheit und Reibungsverluste ein schnelleres Ansprechen und damit eine bessere Ladeeffizienz in wechselnden Betriebszuständen. Der Lader aus dem Lieferprogramm von BMTS (Bosch Mahle Turbo Systems) bekam dazu lediglich ein leichteres Turbinenrad, das Verdichterrad blieb unverändert, eine verbesserte Aerodynamik und wurde an der Lagerung der Turbinenwelle überarbeitet. Auf eine teurere Wälzlagerung, exotische Materialien für die Turbinenräder oder eine Luftspaltabdichtung der Welle konnte verzichtet werden. Allein auf dieser Basis konnte Bosch die Abgasrückführrate erhöhen, was in Verbindung mit einem bei wechselnder und Teillast erhöhten Einspritzdruck eine NOx-ärmere, aber hoch effiziente Verbrennung ermöglicht.


Den teuren Hightech-Overkill einer Registeraufladung (mit zwei oder gar mehr verschieden großen Ladern) oder eines zweiflutigen Laders konnte Bosch sich sparen. Diese Aufladungsarten können jedoch selbstverständlich weiterhin eingesetzt werden, wenn Hersteller das wünschen.

Nicht zuletzt spielen bei den hohen Einspritzdrücken auch die Injektoren eine Rolle. Bosch nennt ihre Entwicklung aus guten Gründen „Kernkompetenz im Unternehmen“ ist stolz auf ein weiter verfeinertes Design und bessere Materialien, welche die höheren Belastungen zuverlässig wegstecken sollen. Fast überflüsssig zu sagen, dass bei gleich gebliebenen Spitzendrücken von bis zu 2200 bar die Effizienz der Zerstäubung weiter gesteigert werden konnte. Interessanter, dass es sich weiter um Magnetspulen-Injektoren handelt. Die teurere und in der Praxis bisweilen problematische piezoelektrische Bauart-Variante ist also auch hier nicht nötig.

Möglichst nah an der Großserie

Über Jahre entwickelt, ausprobiert und am Mittwoch (25. April 2018) öffentlich präsentiert wurde die neue Technologie an einem Brot-und-Butter-Auto, einem VW Golf. Besonders wichtig daran ist, dass Bosch sie großseriennah an einem existierenden Motor ohne in der Produktion teurer Features wie etwa aufwendiger Turbo-Technik entwickelte. Das zeigt, wohin der neue Ansatz zunächst zielt: Auf den möglichst breiten Einsatz bei einem der größten Kunden für geringe Zusatzkosten, Bosch spricht von einem „niedrigen dreistelligen Betrag“. Man kann davon ausgehen, dass die neue Entstickung in Autos von Volkswagen eingeführt werden wird.

Diesel-Fahrzeuge dürfen derzeit laut Euro 6d-TEMP im RDE noch 168 Milligramm Stickoxid pro Kilometer ausstoßen, ab 2020 werden es 120 sein. Boschs Demonstrations-Golf erreicht nun zwischen minimal 13 Milligramm, maximal – also bei bewusst NOx-provozierender Fahrweise sind es nicht mehr als 50 Milligramm. Der Kraftstoffverbrauch konnte gehalten werden, ebenso der AdBlue-Konsum, der bei rund einem Liter auf „etwas unter 1000“ Kilometern liegen soll.

Da drängt sich eine weitere Perspektive auf: Wird der Gesetzgeber nachziehen und die Emissionsvorschriften den neuen technischen Möglichkeiten anpassen? Oder wird die wie immer laut jammernde Lobby der Autoindustrie in ihrer unstillbar scheinenden Profitgier es erneut schaffen, die Regeln aufzuweichen, Fristen hinauszuschieben? Eine Chance für Volkswagen, mal nicht im Rudel zu heulen, sondern vielmehr seinen zurecht schwer beschädigten Ruf als Abgasbetrüger – die Software lief auf übrigens Bosch-Steuergeräten – zu reparieren. Wenn die Technologie so viel kann, wie Bosch verspricht, täte es nicht nur nicht weh, wirklich saubere Motoren anzubieten, man könnte für eine – hoffentlich nur kurze – Weile sogar den Wettbewerb vor sich hertreiben.

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