Technik: Zukunft des Dieselmotors

Das Damoklesschwert eines Fahrverbots schwebt über den Diesel-Motoren. Stuttgart plant ab 1. Januar 2018 an Tagen mit Feinstaubalarm alle Autos, die von einem Dieselmotor angetrieben werden, der nicht die neueste Norm Euro 6 erfüllt, nicht mehr alle Straßen in der Stadt befahren zu lassen. Die Konsequenz: Autofahrer sind verunsichert und die Zulassungszahlen für Diesel rauschen in den Keller. Waren im März 2016 noch 45,9 Prozent der neu zugelassenen Autos noch mit einem selbstzündenden Motor ausgestattet, so sind es ein Jahr später nur noch 40,6 Prozent.

In den Entwicklungsabteilungen der Automobilindustrie sieht man das anders: Der Dieselmotor soll weiterhin gesellschaftsfähig bleiben. Schließlich stecken schon etliche Millionen in der Entwicklung der neuen Aggregate. "Ich gehe davon aus, dass die Erfolgsgeschichte Diesel weitergehen wird", gibt sich Helge Schmidt vom TÜV Nord optimistisch: "Man kann sehr saubere Diesel bauen, die auch im RDE (Real Driving Emissions/Realfahremissionen) bestehen."

Die Experten sehen das Konzept des Selbstzünders zur Reduktion der Emissionen noch lange nicht ausgereizt. "Der Dieselmotor wird einen Beitrag durch weitere Reibungsabsenkung im Grundmotor und beim Antrieb der Nebenaggregate leisten können", sagt Michael Krüger, Entwicklungsdirektor der Diesel-Systementwicklung bei Bosch. Weitere Potentiale sehen die Techniker durch Verbesserung des Turbos, der Einspritzung, des Thermomanagements sowie der Abgasnachbehandlung durch einen beheizten Katalysator mit wenig Strömungswiderstand, damit die Abgase möglichst ungehindert durch den Auspuff nach außen gelangen.

Viele dieser Maßnahmen setzt Mercedes-Benz bereits bei seinem neuen OM 656 Sechszylinder Motor um, der in der modellgepflegten S-Klasse ab dem Sommer als 350d und 400d zum Einsatz kommen wird. Das Triebwerk hat 2.925 Kubikzentimeter Hubraum und gegenüber dem Vorgänger OM 642 eine um rund 20 Prozent reduzierte innere Reibung der Laufbahnen. Auch die Abgasnachbehandlung und eine durchdachte Kühlung und Steuerung der Mehrwege-Abgasrückführung, die einen erweiterten Betriebsbereich hat, tragen zur Emissionsreduzierung bei. So wird eine variable Auslassventilsteuerung verwendet, die die heißen Abgase während der Warmlaufphase in den Brennraum zurückleitet.

Von diesem Prinzip profitiert auch der Katalysator, der dank der heißen Abgase seine optimale Betriebstemperatur. Auch das Einspritzen der AdBlue-Harnstofflösung haben die Techniker optimiert und so die Emission von Stickoxiden verringert. Unterm Strich führt das zu einer Leistung von 250 kW/340 PS und einem maximalen Drehmoment von 700 Newtonmetern, das bereits bei 1.200 U/min bereitsteht.

Gerade das Kaltstart-Verhalten beziehungsweise die Reduktion der Stickoxide-Emissionen bei niedrigen Temperaturen ist im Visier der Diesel-Tüftler, um auch bei RDE-Fahrzyklen mit anspruchsvollen Vorgaben die Normen zu erfüllen. Neue Ansätze zielen darauf ab, den SCR-Kat schneller auf Betriebstemperatur zu bringen, als das bisher der Fall ist. Die traditionelle Anordnung, bei der das SCR-Element hinter dem Dieselpartikelfilter (DPF) platziert ist, hat unter anderem den Vorteil, dass der DPF leichter zu handhaben ist und sich zum Beispiel selbst regeneriert. Schiebt man den SCR-Kat jetzt weiter nach vorne, muss der DPF eventuell öfter aktiv gereinigt werden und somit könnte auch der Benzinverbrauch ansteigen, wie eine Untersuchung des "Southwest Research Institute" in San Antonio zeigt.

Vor allem die Einführung des 48 Volt Bordnetzes gibt dem Diesel bessere Zukunftschancen

Ein möglicher Weg, diesen Zielkonflikt zu lösen, beinhaltet einen passiven NOx-Absorber (der auch bei niedrigen Temperaturen funktioniert und zudem als Dieseloxidationskatalysator fungiert), ein externes Temperaturmanagement, das zum Beispiel durch einen Mini-Burner ausgeübt wird (um die Komponenten schneller zu erhitzen) einen SCR-Kat, der aus mehreren Elementen besteht und einen doppelschichtigen Ammoniak-Schlupfkatalysator (ASC), um eventuell überschüssiges Ammoniak wieder in Stickstoff und Wasser umzuwandeln.

Der japanische Zulieferer Denso arbeitet derzeit an einem Ozon-Generator, der die Speicherung von Stickoxiden im NOx-Speicherkat schon bei Raumtemperatur ermöglicht. So werden aufwendige Heizmaßnahmen deutlich reduziert, die die CO2-Bilanz nach oben treiben - oder sie können sogar ganz entfallen.

Dazu kommen noch Detaillösungen der innermotorischen Verbrennung: Der neue G4P Injektor erlaubt verschiedene Drücke, extrem exaktere Einspritzmengen und vor allem sehr schnell aufeinanderfolgende Injektionen. Damit haben die Ingenieure die Möglichkeit, je nach Fahrsituation und Anforderung die Einspritzmuster und damit die innermotorische Verbrennung anzupassen und daher mit einer bisher ungekannten Flexibilität zu agieren. Das reduziert den Verbrauch und die Emissionen weiter. General Motors verwendet bei seinem aktuellen 1.6-Liter-Dieselmotor eine Kombination aus Dieseloxidationskatalysator, DPF und SCR-Kat. Ganz wichtig bei dieser Kombination war für die Entwickler, möglichst wenig Abgasgegendruck zu generieren.

Eine effiziente Abgasnachbehandlung, die vor allem die NOx-Emissionen reduziert, wird die Dieselmotoren noch sauberer und eben wieder gesellschaftsfähig machen. Allerdings führt der Technik-Einsatz zu höheren Kosten. Christoph Menne vom Entwicklungsdienstleister FEV GmbH in Aachen fasst zusammen: "Die neueste Generation moderner Dieselmotoren mit leistungsfähigem Abgasminderungskonzept hat das Potenzial, eine individuelle Mobilität mit vernachlässigbaren Schadstoffemissionen zu ermöglichen. Unter Berücksichtigung von Kraftstoffen aus erneuerbaren Ressourcen kann dies auch quasi CO2-neutral realisiert werden."

Auch den Dieselhybrid, zumindest als Mildhybrid, wollen die Techniker noch nicht ganz abschreiben - wobei diese Technik nach wie vor sehr teuer ist. Das könnte sich aber mit einem Sinken der Kosten für die Akkus ändern. Vor allem die Einführung des 48 Volt Bordnetzes mit einem entsprechenden Starter-Generator gibt dem Diesel bessere Zukunftschancen. Mit der Elektrifizierung, Boost-Unterstützung und Rekuperation sollen auch die scharfen CO2-Grenzen jenseits des Jahres 2020 erreicht werden.

Stand: 04.05.2017	Artikel bookmarken
Text: Wolfgang Gomoll	Auf Artikel linken
Fotos: Hersteller
Ort: Wien