Historie der Diesel-Reinigung

Der Weg zum Saubermann

Wenn auch richtige Wolken inzwischen selten sind, die Rußbildung begleitet den Diesel bis heute. Außerdem ist sein Abgas wegen der hohen Verdichtung besonders reich an Stickoxiden - beides gesundheitsschädliche Produkte der Dieselverbrennung. Folgen der Einwirkung und Erhöhung der Stickoxidbelastung auf den menschlichen Organismus können etwa Atemwegserkrankungen, Herzinfakte und Schlaganfälle sein.

Die Feinstaubbelastung durch Dieselrußpartikel wirkt auf den Menschen karzinogen - also krebserregend. Problem: Je feiner die Partikel sind, desto gefährlicher sind sie auch für den Menschen, denn sobald sie eine Größe von 10 Mikrometer unterschreiten, gelten sie als lungengängig, können also über die Lungenoberfläche in den Körper gelangen. Zudem können kleinere Partikel auch über die Haut aufgenommen werden.

Die Stufen der Dieselreinigung, Teil 1: innermotorische Maßnahmen

Durch die schrittweise Entwicklung der Einspritzsysteme, von Vorkammer- über Wirbelkammer hin zu Direkteinspritzung und Common-Rail-Technologie mit Mehrfacheinspritzungen wurde die Sauberkeit des Selbstzünders allerdings im Laufe seiner Entwicklung erheblich gesteigert. Außerdem nahmen Wirkungsgrad und Leistung dank Turbo-Aufladung enorm zu.

Während der (Saug-)Diesel bis in die 80er hinein als Vernunftlösung für Hörgeschädigte und Sparfüchse galt, wendete sich das Blatt durch die Einführung der direkteinspritzenden Turbodieselmotoren. Fiat war der erste Hersteller, doch zum Durchbruch verhalf dem Direkteinspritzer-Turbodiesel der VW-Konzern mit dem 1,9- und 2,5-Liter-TDI.

Die Triebwerke - zumal die späteren Pumpe-Düse-Motoren von VW - liefen zwar rau, doch der Verbrauchs- und Drehmoment-Vorteil gegenüber Benzinern war eklatant. Meilenstein für die Effizienz war die Steigerung der Drücke in der Direkteinspritzung bis aktuell auf rund 3.000 bar, die Sauberkeit der Verbrennung ließ sich dank der nur mit Common-Rail möglichen Mehrfacheinspritzungen steigern - was die Pumpe-Düse-Diesel schließlich vom Markt drängte.

Abgasrückführung und Dieselpartikelfilter

Die nächste Herausforderung ließ allerdings nicht lange auf sich warten, denn ab 1993 ging es durch die Einführung der EU-Abgasgrenzwerte darum, den verbrauchsgünstigen Dieselmotor zu einem Saubermann zu machen.

Als nächster Schritt kam die Abgasrückführung (AGR), bei der Teile des Abgases der Verbrennung zugeführt werden. Beim Dieselmotor stellt sich hier eine besondere Herausforderung, denn wenn die Abgasmenge erhöht wird, reduziert das zwar die NOx-Emmission (Stickoxide), erhöht zugleich allerdings die Bildung von Rußpartikeln. Hier muss also ein Mittelweg gefunden werden - oder eine technische Lösung. Sie kam in Form des Partikelfilters, der den Dieselruß eliminieren sollte. Gegen die Stickoxide wurde der NOx-Speicherkatalysator bzw. DeNOx-Kat eingesetzt, der die Stickoxide sammelt, damit sie von Zeit zu Zeit abgebrannt werden können.

Die Stufen der Dieselreinigung, Teil 2: Rußfilter

Der einfachste Weg, den Dieselruß zu vermindern, ist der Einbau eines Partikelfilters, der besonders im Zuge der Einführung der Umweltzonen und Feinstaubplaketten bekannt wurde. An diesem Wandstromfilter lagert sich der Ruß an und wird bei Erreichen von Temperaturen um 600 ° C und höher im Wesentlichen zu Kohlendioxid umgewandelt.

Problem Verstopfung - Regeneration nötig

Das größte Problem des Dieselpartikelfilters: Er setzt sich relativ schnell zu, was sich zunächst in Leistungsmangel bemerkbar macht. Kurzstreckenbetrieb beschleunigt die Verstopfung, da die notwendigen Temperaturen von rund 600 ° C zum "Freibrennen" nicht erreicht werden.

In den 80er-Jahren erlebte Mercedes mit seiner S-Klasse in den USA ein erstes Debakel mit dieser Technik. Die Baureihe W126 wurde 1985 in den USA erstmals mit einem Dieselpartikelfilter angeboten, um die strengen Umweltauflagen zu erreichen - doch wegen der mangelnden Haltbarkeit des Filters wurde das Modell 300 SD schon 1987 wieder vom Markt genommen.

Was fehlte war eine Reinigungsmöglichkeit des Filterelementes, denn der Tausch war und ist sehr teuer. Für diese Reinigung oder Regeneration gibt es mehrere Möglichkeiten. Ganz einfach - aber wenig realistisch - ist es, durch Hochdrehzahletappen mit großer Leistungsanforderung die Abgastemperaturen in Bereiche zu bringen, die zum Abbrennen der Ablagerungen führen. Unter idealen Bedingungen können Abscheide-Leistungen von 99,9 % des Dieselrußes erreicht werden

Auch eine Heizspirale kann den Partikelfilter auf die optimale Temperatur bringen, bei der die Rußablagerungen verbrannt werden. Oder es werden zusätzliche Mengen Kraftstoff nach dem 4. Takt eingespritzt - entweder in den Motor oder in den Abgaskanal. So wird der Kraftstoff kurz vor dem Filter entzündet und sorgt für die erforderliche "Abflammtemperatur".

Französisches FAP-System setzt auf Eolys

Es dauerte in Europa noch bis ins Jahr 2000 mit der serienmäßigen Einführung eines Rußpartikelfilters, als der PSA-Konzern seine Dieselmodellen Citroën C5 sowie Peugeot 406 und 607 serienmäßig mit der FAP-genannten Technologie ausrüstete (FAP = Filtre á particules) und damit den deutschen Herstellern zuvorkam. Allerdings setzten die französischen Ingenieure auf ein additivbasiertes System.

Neben dem Kraftstofftank wird ein Tank für das Additiv "Eolys" benötigt, das dem Kraftsoff bei jedem Tankvorgang hinzugefügt wird. Dabei geht das System sehr knauserig mit dem Additiv um - eine 5-Liter-Füllung reicht für bis zu 120.000 km. Das Nachfüllen konnte also so im Rahmen einer Inspektion vorgenommen werden.

Die deutschen Hersteller benötigten noch ein paar Jahre, bis auch sie den Diesel mit Filtern ohne additiv auf das geforderte Abgasverhalten bringen konnten. Die Rußfilter kommen auch heute noch ohne Additiv aus. Aber bei der Reduktion der Stickoxide holte das Thema Kraftstoffzusatz auch die deutschen Hersteller ein: Das SCR-System arbeitet mit Harnstoffeinspritzung ins Abgas. Die meist Adlue genannte Flüssigkeit kommt wie Eolys aus einem Zusatztank. Und der Verbrauch an Harnstoff ist deutlich höher als der an Eolys. Allerdings kann Adblue einfach nachgetankt werden.

Übersicht: Diesel-Abgastechnik erklärt
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