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Antworten zu Diesel-Gate, NOx, Schummelsoftware, KBA

Was Sie zum Abgasskandal wissen müssen

VW Diesel-Update, Abgastest, Reportage Foto: Stephan Lindloff 36 Bilder

VW steuert nach Dieselgate auf einen teuren Vergleich mit der US-Justiz zu, aber der Abgasskandal weitet sich auf andere Hersteller aus. Das KBA hat lange gemessen und auch bei anderen Herstellern erhöhte NOx-Werte beanstandet. Wir erklären, wie das möglich ist, warum VW betrogen hat, warum NOx schädlich ist und wie man Dieselabgas davon befreien kann.

22.04.2016 Gerd Stegmaier, Uli Baumann, Kai Klauder

Was ist ein defeat device?

Der VW-Abgasskandal dreht sich vor allem um erhöhte NOx-Werte. Besonders viel NOx entsteht beim Betrieb von Dieselmotoren. Weltweit rund 11 Millionen VW-Dieselmodelle haben eine betrügerische Software (defeat device) im Motormanagementsystem versteckt, die Prüfstandszyklen erkennt. Abseits dieser Zyklen deaktiviert sie die Abgasreinigungsysteme dieser Motoren teilweise oder ganz. Ein solches System ist sowohl in den USA als auch in Europa* verboten.

Wieso haben auch Diesel anderer Hersteller überhöhte NOx-Werte?

Zwei wichtige Ausnahmen vom Verbot der Abschalteinrichtungen für Abgasreinigungssystem enthält der Artikel 5, Absatz 2 der EU-Verordnung (Nr. 715/2007) über die Typgenehmigung von Kraftfahrzeugen hinsichtlich der Emissionen von leichten Personenkraftwagen und Nutzfahrzeugen (Euro 5 und Euro 6). Dort heißt es: …

(2) Die Verwendung von Abschalteinrichtungen, die die Wirkung von Emissionskontrollsystemen verringern, ist unzulässig*. Dies ist nicht der Fall, wenn:

a) die Einrichtung notwendig ist, um den Motor vor Beschädigung oder Unfall zu schützen und um den sicheren Betrieb des Fahrzeugs zu gewährleisten;

b) die Einrichtung nicht länger arbeitet, als zum Anlassen des Motors erforderlich ist;

Speziell Absatz 2a ist so allgemein formuliert, dass er dem (legalen) Missbrauch Tür und Tor öffnet. Denn natürlich gibt es eine Vielzahl von Faktoren, die zu einer Beschädigung der komplizierten Abgasreinigungssysteme führen können. Für Nicht-Experten ist es unmöglich zu beurteilen, ob beispielsweise eine zeitweilige Deaktivierung der Abgasrückführung (AGR) bei niedrigen Temperaturen erforderlich ist, um den AGR-Kühler vor „Versottung und Verlackung“ durch Kondenswasser zu schützen.

Offenbar nützen etliche Hersteller diesen EU-Gummiparagrafen so aus, dass sich das Abgasverhalten ihrer Dieselmodelle kaum mehr von den VW-Fahrzeugen mit Schummelsoftware unterscheidet.

Den Schaden hat die Umwelt und die Luft vor allem in den Städten.

Opel Zafira Abgastest DUHFoto: DUH
Zafira beim Abgastest: Angeblich schaltet Opel die Abgasreinigung bereits bei Temperaturen unter 17 Grad ab.

Warum nehmen die Hersteller den erhöhten Abgasausstoß in Kauf?

Dieselfahrzeuge gibt es in erster Linie, weil sie sparsam sind und den CO2-Ausstoß der Herstellerflotten verringern – durchaus auch ein Ziel des Umweltschutzes. Abgasreinigungsmaßnahmen erhöhen nicht nur die Herstellungskosten, sondern auch den Verbrauch und somit den CO2-Ausstoß, den auch der Kunde im Alltag als Verbrauch wahrnimmt. Je weniger Abgasnachbereitung, desto weniger Verbrauch. Der beeinflusst über die CO2-Komponente der Kfz-Steuer auch die Fixkosten. Das ist ein Grund, warum sich die Überprüfung der umrüstungsmaßnahmen von VW durch das Kraftfahrtbundesamt (KBA) so lange hinziehen: Ein höherer Verbrauch würde unter Umständen eine andere Einstufung bei der Kfz-Steuer notwendig machen. Siehe dazu auch den Test von auto motor und sport mit VW Amarok vor und nach der Umrüstung.

Was sind Stickoxide (NOx)?

NOx oder Stickstoffoxid ist die Sammelbezeichnung für Gase, die aus den Atomen Stickstoff (N) und Sauerstoff (O) aufgebaut sind. Die beiden wichtigsten Verbindungen sind Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2).

Stickstoffoxide gehören zu den so genannten reaktiven Stickstoffverbindungen, die zu einer Vielzahl von negativen Umweltwirkungen führen können. Zusammen mit flüchtigen Kohlenwasserstoffen sind Stickstoffoxide für die sommerliche Ozonbildung verantwortlich und tragen zur Feinstaubbelastung bei, so das Umweltbundesamt.

In der Umwelt sind sie vor allem für Asthmatiker ein Problem, da eine höhere Konzentration Bronchienverengungen bewirken kann. Besonders Stickstoffdioxid kann Pflanzen schädigen und ein Gelbwerden der Blätter (sog. Nekrosen), vorzeitiges Altern und Kümmerwuchs bewirken. Gelöst trägt Stickstoffdioxid zur Überdüngung und Versauerung von Böden und in geringem Maße auch von Gewässern bei.

Wie kann der NOx-Ausstoß technisch reduziert werden?

Es gibt drei Methoden, den NOx-Ausstoß bei Dieselmotoren unter die Grenzwerte zu drücken: Innermotorische Maßnahmen inklusive Abgasrückführung, NOx-Speicherkatalysatoren und SCR (selektive katalytische Reduktion).

Innermotorische Maßnahmen sind die Optimierung der Aufladung, Abgasrückführung und Strategien für die Einspritzung, die die Emissionen reduzieren.

Beim NOx-Speicherkatalysator lagern sich die Stickoxide kontinuierlich auf einer Speicheroberfläche ab, die überwiegend aus einer Bariumverbindung besteht. Ist der Kat voll, werden die Stickoxide in harmlosen Stickstoff (N2) und ungiftiges Kohlendioxid (CO2) verwandelt. Als Reduktionsstoffe dienen Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwassersstoffe (HC) aus dem Abgas.

Bei SCR wird Ammoniak (NH3) benötigt, das als wässrige Lösung (AdBlue) aus einem Zusatztank in den Verbrennungsprozess eingespritzt wird. Das löst eine Reaktion aus, deren Produkte ungiftig sind (Wasser (H2O) und Luftbestandteil Stickstoff (N2)).

Wie werden Auto-Abgasemissionen ermittelt?

Vorgeschrieben ist hierzulande der Abgastest nach ECE-Norm R83 auf dem Prüfstand. Das aktuelle Regelwerk zur Durchführung von NEFZ-Normverbrauchsprüfungen umfasst immerhin 56 eng beschriebene Seiten. Doch so detailliert die Beschreibung - es bleiben den Herstellern viele Möglichkeiten, die Messwerte in ihrem Sinne zu beeinflussen - völlig legal, wohlgemerkt.

Wie weit der Einfluss des rechnergesteuerten Motormanagements heute ist, kann jeder Autofahrer bei der vorgeschriebenen Abgasuntersuchung erleben. Während früher der Rüssel in den Auspuff gesteckt wurde und live die ausgestoßene Luft untersucht wurde - nach CO und CO2-Gehalt - reicht heute das Anstöpseln des OBD-2-Steckers (On-Board-Diagnose), und die Software gibt das abgasrelevante Diagnoseprotokoll aus - mit Daten für die Funktion der Lambda-Sonde, des Katalysator-Wirkungsgrades und eventueller Verbrennungsaussetzer sowie Daten von Sekundärluftsystem, Turbolader-Zustand und weiterer Parameter. Die Abgasuntersuchung ist also eher eine Datenprüfung; die Motorsteuerungs-Software, die diese Daten zusammenträgt, ist codiert. Der Prüfer kann Sie nicht prüfen.

WLTP, RDE, PEMS - Hier erklären wir, welche Tests und strengere Normen es gibt und wie künftig realistisch getestet werden soll.

Welche "legalen" Manipulationsmöglichkeiten bei Abgas- und Verbrauchstests gibt es?

Der aktuelle Prüfstandszyklus - und das ist seit Jahren bekannt - gibt den Herstellern Schlupflöcher, um die Effizienz und den Schadstoffausstoß auf dem Prüfstand zu optimieren. Etwa durch die Abschaltung von Verbrauchern wie der Klimaanlage, Ladezyklen der Lichtmaschine, Temperaturunterschiede, Kaltluftzufuhr, Ausschluss bestimmter Lastzustände etc.

Betroffen ist dabei die Ermittlung von Abgasverhalten sowie Verbräuchen. Bei letzteren ist die Konsequenz der gesetzlichen Regelungen am anschaulichsten: So ist zum Beispiel ein - zumindest in Deutschland unrealistisches – Tempolimit von 120 km/h in den Prüfstandsfahrten festgeschrieben (wir berichteten schon 2007 darüber).

Aussage unseres Redakteurs damals: " Sieht man sich das Fahrprofil genau an, wird schnell klar, wie weit der NEFZ von der Realität entfernt ist. [...]. Insgesamt legt das Auto dabei eine Strecke von 11,007 Kilometern zurück und ist im Mittel nur 33,6 km/h schnell. [..]. Daher ermittelt auto motor und sport für jeden Testwagen eigene Verbrauchswerte über eine Gesamtstrecke von rund 2.500 Kilometern."

Weitere Tests von auto motor und sport ergaben Unterschiede zwischen Norm- und Realverbrauch von durchschnittlich 25 %. Bei 71 Prozent aller getesteten Fahrzeuge liegt der Realverbrauch über dem NEFZ.

Wie hat der VW-Abgasskandal angefangen?

Bereits im Mai 2014 hatte die Umweltbehörde Kaliforniens (Environmental Protection Agency and the state of California, EPA) offenbar Tests eines VW Jetta und eines VW Passat mit 2,0-Liter-Dieselmotor vorliegen, in denen die Fahrzeuge zu hohe Emissionswerte aufwiesen. Vor allem die Stickoxidwerte (NOx) lagen teils um das 40-fache über den Grenzwerten.

VW, konfrontiert mit den Ergebnissen, nannte diese Einzelfälle und gab verschiedene technische Zusammenhänge und Gebrauchsbedingungen als mögliche Gründe an. Nach einem einen freiwilligen Rückruf seitens VW führte die EPA im Dezember 2014 erneut Messungen durch und stellte extreme Abweichungen bei den Abgaswerten zwischen Prüfstands- und Praxiswerten fest. Als die EPA androhte, dass diese Typen für 2016 keine Zulassungsberechtigung bekommen sollten, gab VW zu, dass eine spezielle Software die Prüfstandssituation erkenne und die Abgasreinigung im Fahrbetrieb weitgehend deaktiviere.

Die EPA wirft dem deutschen Hersteller daher vor, gegen das Klimaschutzgesetz verstoßen zu haben, forderte den Rückruf von inzwischen rund 600.000 Diesel-Fahrzeugen in Kalifornien und drohte Strafzahlungen in Höhe von 37.500 Dollar pro Auto (In Summe 18 Milliarden US-Dollar) an.

Wie funktioniert die technische Manipulation von VW?

Als wären die Einflussmöglichkeiten noch nicht groß genug, haben die beanstandeten VW-Modelle auch noch eine Manipulationssoftware (defeat device) an Bord. Die elektronische Motorsteuerung erkennt den Prüfstandslauf an Anforderungsmustern via Gaspedalstellung und vermutlich auch am sich nicht verändernden Lenkwinkel und reduziert in der Folge die Menge des eingespritzten Diesels, erhöht die Luftmenge pro Verbrennungstakt und ändert ggf. den Zeitpunkt der Einspritzung so, dass möglichst gute Abgaswerte entstehen. Da die Last- und Komfortanforderungen auf dem Prüfstand gering sind, muss der Hersteller auf die Leistungswerte keine Rücksicht nehmen.

Prüfstandserkennung, erlaubt oder verboten?

Ein hitzig diskutierter Aspekt bei dem VW-Manipulationsskandal ist die Prüfstandserkennung. Ist sie erlaubt, ist sie verboten? Eine klare Aussage dazu kommt von Vincenco Lucá vom TÜV-Süd: "Das Fahrzeug muss sogar in einen Rollenprüfstandmodus kommen können - das ist erwünscht und auch erforderlich, um z.B. Abstandsregelung, ESP, ABS die Zuschaltung von Antriebsachsen bei Allradmodellen zu deaktivieren." Hierbei geht es in erster Linie um Sicherheitsaspekte bei der Prüfung.

Allerdings, und das ist bei der aktuellen Diskussion zentrales Thema: Die Assistenzsysteme dürfen zwar abgeschaltet, doch in die Motorsteuerung darf nicht eingegriffen werden - es darf also keine Veränderung im Motormapping geben. In einfachen Worten: Es darf nur ein Motormapping geben. Und genau darum geht es nun bei den betroffenen VW-Motoren, denn bei ihnen gibt es ein "Sonderprogramm", das die Prüfstandsumgebung erkennt und ein anderes Motormapping aktiviert.

Wie wurde die Manipulation von VW entlarvt?

Das International Council on Clean Transportation (ICCT) hatte bereits 2014 Ergebnisse umfangreicher Tests auf der Straße unter realen Fahrbedingungen vorgelegt. Die Tests sollten die Diskrepanz zwischen Ergebnissen auf Prüfständen und der realen Abgasbelastung beziffern – und die Abweichungen waren enorm. Dabei gab es Fahrzeuge, die schlechter abschnitten als VW.

Ausgerechnet ein Deutscher brachte daraufhin den Stein ins Rollen, der sich für den deutschen Hersteller Volkswagen zur Lawine entwickelte: Peter Mock von ICCT regte bei der EPA an, deutsche Diesel-Fahrzeuge in der US-Version zu testen: „Ziel war es zu zeigen, dass die deutschen Autos in den USA sauberer sind als in Europa, weil die Normen in den Vereinigten Staaten strenger sind", wird Mock auf Manager-Magazin Online zitiert.

Als die VW-Modelle in wiederholten Tests in den USA große Diskrepanzen bei den gemessenen Emissionen zwischen den Prüfstandsläufen und den On-Road-Messungen aufwiesen, wurden die Experten misstrauisch. Sie wandelten den Zyklus auf dem Prüfstand stark ab und kombinierten zwei Teilzyklen zu einem. In diesem zeigten die VW-Dieselmodelle enorm erhöhte Abgaswerte, vor allem der Stickoxidausstoß (NOx) stieg extrem an. Schlussfolgerung: Die Software erkannte die veränderte Prüfsituation nicht und schaltete auf On-Road-Betrieb, in dem die Motorsteuerung leistungs- und verbrauchsoptimiert arbeitet und kaum Rücksicht auf die Emissionswerte nimmt.

Foto: Peugeot 308 RDE Abgasmessung
Statt auf Prüfständen sollen Abgase künftig im Fahrbetrieb mit so genannten PEMS (Portable Emission Measurement System) gemessen werden.

Welche VW-Modelle sind von der Abgasmanipulation betroffen?

Die in den USA beanstandeten Modelle (Golf, Jetta, Passat, Beetle, Audi A3) haben alle den im gesamten VW-Konzern weitverbreiteten 2,0 TDI Motorvom Typ EA 189. Zur Abgasreinigung hat er einen NOx-Speicherkatalysator, im Passat arbeitet sogar mit Harnstoffeinspritzung (SCR). Er zeigte zwar bessere Werte als die übrigen Modelle, lag aber auch um ein Vielfaches über den Grenzwerten.

Das defeat device sitzt weltweit in 11 Millionen Fahrzeugen des VW-Konzerns. Die entsprechenden europäischen Modellreihen finden Sie in unserer Bildergalerie.

Warum sind die Tests Teil des Problems?

Prüfstandstests machen Vorgaben nachvollziehbar und Messergebnisse reproduzierbar. Laborbedingungen sind für alle Hersteller gleich und machen die Ergebnisse vergleichbar. Die Autobauer können sich gut nach den klaren Vorgaben richten. Aber wie bei allen Tests und Prüfungen, erfüllen gut vorbereitete Probanden ausschließlich das, was getestet wird. D.h., die gesamte Entwicklung der Abgastechnik wird nicht daraufhin optimiert, dass möglichst wenig Schadstoffe entstehen, sondern darauf, dass die Autos die Tests bestehen. Davon abgesehen verfolgt die Entwicklung andere Zeile (Verbrauch, Leistung, Komfort). Das ist den Herstellern nicht anzukreiden, sie bewegen sich dabei innerhalb gesetzlicher Vorgaben.

Im Falle von VW war das anders: Der 2,0 TDI erfüllt die gesetzlichen Standards nicht, nur die spezielle Software schafft das. Volkswagen hat den schmalen Grat überschritten zwischen der Optimierung der gesamten Motorsteuerung auf den Test und dem Betrug mittels einer speziellen Software ausschließlich für den Testzyklus, d.h. die Autos, die auf der Straße fahren sind andere, als die, die den Test fahren.

Problem: Alle Fahrzeuge zeigen auf der Straße erheblich schlechtere Werte, wie die Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg (LBUW) schon im April 2014 festgestellt. Bei mobilen Messungen im Fahrbetrieb zeigten moderne EU6-Diesel mittlere NOx-werte, die bis zu achtfach über den Grenzwerten lagen. Zum Vergleich: Die VW-diesel überschritten die US-Grenzwerte ums bis zu 40-fache.

Umweltbehörden fordern daher seit längerem solche praxisnahen mobilen Tests, denn die Luftbelastung entsteht in den Städten und nicht im Labor.

Gibt es die Manipulationen auch bei anderen Fabrikaten?

Christof Gaus, Leiter Fahrzeug Test im ADAC-Testzentrum Landsberg sagt ganz klar: „Man kann solche Manipulationen auch in Deutschland nicht ausschließen“. Alle bisherigen Praxis-Tests des ADAC zeigten allerdings die klassischen Abweichungen im Bereich des 3 bis 7-fachen über den gesetzlichen Grenzwerten. Sogar ein VW CC, der sich gerade in einem Langzeit-Abgastest befinde, aktiviere selbst bei Autobahnfahrten noch die Harnstoffeinspritzung zur Reduktion des NOx-Ausstoßes, aber eben nicht ausreichend stark.

Auch Gauss spricht sich daher für Portable Emissions-Mess-Systeme (PEMS) zur Schadstoffüberprüfung während Real-Fahrten aus.

VW EA189 Nachrüstung Strömungsgleichrichter 1.6 TDIFoto: VW
So will VW 1,6-Liter-TDI-Motoren nachrüsten, um legale Abgasemissionen zu erreichen.

Was bedeutet Diesel-Gate für VW?

Volkswagen gerät durch den Abgasskandal in einer schwere Krise, deren Ausmaß derzeit noch immer zunimmt. Die angedrohten Strafzahlungen von bis zu 18 Milliarden Dollar sind da noch das kleinste Problem. Allein über den abstürzenden Aktienkurs verlor das Unternehmen zwischenzeitlich 27 Milliarden an Wert. Auch der Aktienkurs der Konzerntochter Porsche sank um mehr als 30 Prozent. Schadensersatzklagen von Aktionären könnten weiteres Geld verschlingen.

Inzwischen hat außerdem die US-Justizbehörde Ermittlungen wegen krimineller Machenschaften eingeleitet, die sich ausdrücklich auch gegen Manager des Konzerns persönlich richten und in den USA wurde bereits am 18. September von VW-Kunden eine Sammelklage eingereicht, weil die betroffenen Fahrzeuge einem erhöhten Wertverlust ausgesetzt sind. Diese dürfte mit dem angestrebten Vergleich vom 21.4. 2016 erledigt sein.

Ein weiterhin ungelöstets Problem sind die Umrüstungen. In Deutschland hat das KBA nicht alle von VW vorgeschalgenen Maßnahmen abgesegnet, in den USA könnte für bestimmte Fahrzeuge ein Rückkauf durch VW erforderlich werden.

Was bedeutet der VW-Abgasskandal für den Diesel?

Nach Einschätzung von Christof Gauss, Leiter Fahrzeug Test im ADAC-Testzentrum Landsberg, hat der Diesel trotz der aktuellen Probleme mit den Grenzwerten durchaus Zukunft. Bei Lkw etwa seien die NOx-Werte ebenfalls streng, aber auch im Straßenbetrieb würden Sie dank Harnstoffeinspritzung die gesetzlichen Limits der Prüfstandstests maximal um den Faktor 1,5 übertreffen.

Auch Florian Flaig, Presseprecher bei Bosch, ist sich sicher: „Der Diesel wird aufgrund seiner Effizienz zentraler Baustein bei der CO2-Reduzierung bleiben“. Die Technik, mit der sich Abgasgrenzwerte auch im Fahrbetrieb einhalten lässt, sei vorhanden. Dass sie grundsätzlich funktioniere, bewiesen ja gerade die Tests des ICCT (International Council on Clean Transportation), die Ausgangsbasis für die US-Tests waren, bei denen die VW-Modelle versagt haben. Bei der ICCT schnitt nämlich ein BMW X5 im realen Fahrbetrieb gut ab.

Für Diesel-Pkw könnten die Grenzwerte dennoch ein Problem sein, vor allem in den USA. EU6 erlaubt hierzulande maximal 80 mg NOx pro Kilometer, in Kalifornien sind es lediglich gut halb so viel. Dort sind hochverdichtete Motoren wie Diesel, die besonders viele Stickoxide produzieren, eher selten. Mancher interpretiert daher die strengen Grenzwerte auch als Politik für die heimischen Hersteller, die den Markt mit Modellen fluten, deren großvolumige Benziner für europäische Verhältnisse Unmengen von Sprit verbrauchen und damit besonders viel CO2 emittieren, was wiederum in Europa immer strenger reglementiert wird. Dort ist der sparsame Diesel daher sehr beliebt. Die Autoindustrie ist aber gut beraten, die NOx-Emissionen stark zu reduzieren, denn sie verstärken die Feinstaubbelastung in den Städten.

Genau das könnte lokal emissionsfreien Antriebskonzepten wie Plug-in-Hybriden und Elektroautos mittelfristig zum Durchbruch verhelfen – die Investitionen zu deren Entwicklung könnten erheblich größer ausfallen als die zur Abgasnachbehandlung bei Dieselmotoren. Letztlich sind sie aber für die Zukunft zielführender. Denn bei der Verbrennung fossiler Energieträger fällt neben giftigen Abgasen auch CO2 an, das man bei Stromerzeugung mit regenerativen Energien einsparen kann.

Womöglich wird man sich daher in 20 Jahren an den Abgasskandal als Anfang vom Ende nicht nur für den Diesel, sondern auch für den Verbrennungsmotor insgesamt erinnern.

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