Dieselmotoren

Maßnahmen zur Verbrauchs- und Emissionsminderung

Das Erreichen der anspruchsvollen Ziele der Verminderung des CO2-Ausstoßes bei gleichzeitiger Absenkung der Abgasemissionen erfordert bei der Dieselmotorenentwicklung, insbesondere der Brennverfahrensentwicklung aber auch bei den Abgasnachbehandlungssystemen, weitere signifikante technologische Verbesserungen.

Moderne Dieselmotoren verfügen mit der Direkteinspritzung, der Turboaufladung und der überstöchiometrischen Arbeitsweise bereits über wesentliche Technologien zur Darstellung attraktiver Fahrleistungen bei gleichzeitig hoher Effizienz. Zukünftige Verbrauchseinsparungen können durch weiteres Downsizing und Lastpunktverschiebung mit einer damit verbundenen Steigerung der Leistungsdichte erreicht werden. Wesentliche Bedeutung kommt dabei der Einspritzung und der Aufladung zu.

Bei einer gesteigerten Leistungsdichte nimmt auch die erforderliche Mengenspreizung des Einspritzsystems zu. Um eine gesteigerte Gemischbildungsqualität, bei gleichzeitiger Gewährleistung von kleinen Einspritzmengen wie aber auch von Volllastmengen zu erreichen, werden zukünftig verstärkt Dieselmotorenkonzepte mit angepassten Spritzlochgeometrien, variablen Düsengeometrien und Einspritzsystemdrücke weit über 2000 bar Anwendung finden. Zudem sind beim Dieselmotor beispielsweise Variabilitäten der Aufladeaggregate oder auch Stufenaufladung zu nennen, die zu einem beschleunigten Ladedruckaufbau führen.

Abgasnachbehandlungssysteme zur Emissionsminderung

Um ein weiteres Hauptaugenmerk bei der Dieselmotorenentwicklung, nämlich die Reduzierung der Abgasemissionen zu unterstützen, kommen eine Vielzahl von Abgasnachbehandlungssystemen im Bereich der Partikel- als auch der Stickoxidemissionen zum Einsatz. Im Hinblick auf eine Reduktion der Stickoxide stellt der NOx-Speicherkatalysator und die Selektive Katalytische Reduktion (SCR) eine effiziente Technologie dar.

Die NOx-Adsorbertechnologie basiert darauf, dass im Katalysatormaterial enthaltene Speicherkomponenten, wie z.B. Alkali- und Erdalkalioxide, Stickoxide im überstöchiometrischen, mageren Motorabgas (d.h. Abgas, das bei der Verbrennung eines Kraftstoff/Luftgemisches mit λ > 1 gebildet wird) in Form von Nitraten speichern und diese dann in reduzierten Bedingungen wieder abgeben können. Die Desorption und Zersetzung der Nitrate erfolgt in kurzen Phasen mit fettem Motorabgas (λ < 1) und damit reduzierender Atmosphäre im Abgas.


Sauerstoffmangel und gleichzeitige Anwesenheit von unverbrannten Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid und Wasserstoff ermöglichen die Reduktion der desorbierten Stickoxide unter Bildung von Stickstoff, Kohlendioxid und Wasser. Bei der Selektiven Katalytischen Reduktion (SCR) reagieren die Stickoxide an geeigneten Katalysatoren mit Ammoniak, der aus „AdBlue“ generiert wird, nahezu selektiv zu Stickstoff.

Partikelemissionen

Aus heutiger Sicht stellt der Dieselpartikelfilter eine sichere Technologie dar, mit der eine Minderung der Partikelemission von über 95% erzielt werden kann. Die unterschiedlichen Regenerationsmaßnahmen können in kontinuierlich und diskontinuierlich arbeitende Systeme bzw. in aktive und passive unterteilt werden. Hierbei sind unter aktiven Systemen diejenigen zu verstehen, die eine zusätzliche Wärmezufuhr zur Regeneration benötigen, während die passiven Systeme in der Regel katalytische Effekte nutzen.

Da die Beladungsmenge an Partikeln im Filter begrenzt ist, müssen diese in bestimmten Abständen regeneriert werden. Bei einer rein thermischen Regenerationsmaßnahme werden die im Filter angesammelten Partikel bei einer Temperatur von über 600°C durch den Sauerstoff im Abgas oxidiert.