Unsere Autos sollen sauberer werden. Ab Ende 2014 gelten schärfere Abgasgrenzwerte für neue Modelle, vor allem Ruß- und Stickoxid-Ausstoß müssen dann bei Benziner und Diesel sinken. Fahrzeughersteller und Zulieferer greifen dazu tief in die Trickkiste. Teilweise bekommt der Autofahrer davon kaum etwas mit – in anderen Fällen muss er mit höheren Kosten rechnen.
„Der technische Sprung von Euro 5 auf Euro 6 ist deutlich größer und technisch aufwendiger als der von Euro 4 zu 5“, sagt Sebastian Schilling, Ottomotoren-Experte beim Zulieferer Delphi. Die neuen Grenzwerte treten im September 2014 zunächst für die Typzulassung neuer Pkw in Kraft; ab 2015 müssen sie alle Neuwagen bei der Erstzulassung erfüllen. Für Diesel und Benziner gelten jeweils unterschiedliche Werte – allerdings nähern sie sich immer weiter an.
So wird nun auch ein geringerer Partikelausstoß für Benziner immer wichtiger. Inklusive Übergangszeit dürfen auch Ottomotoren ab 2017 nur noch so viel Feinstaub ausstoßen wie ein Diesel. „Ein Rußfilter wie beim Selbstzünder sollte aber die letzte Option sein, vielmehr muss es das Ziel sein die Ursachen der Partikelentstehung zu eliminieren, beziehungsweise zu reduzieren“, so Schilling. Die Technik für einen Partikelfilter wäre teuer und würde Platz benötigen, der vor allem in Kleinwagen kaum zu finden ist. Zudem sind die Partikel beim Benziner wesentlich kleiner als beim Diesel, wodurch man Filter mit sehr geringem Porendurchmesser bräuchte, was den Abgasgegendruck negativ beeinflussen würde.
Schilling und Delphi setzen daher gezielt auf innermotorische Maßnahmen. Wie schwierig die Aufgabe ist, zeigt sich am Emissions-Verbrauchs-Dilemma. Der Feinstaub ist bei Benzinern lediglich ein Problem von Direkteinspritzern – mittlerweile bei zahlreichen Herstellern unter Kürzeln wie TSI (VW), SiDi (Opel) oder CGI (Mercedes) im Programm. Wird der Kraftstoff beim Einspritzen nicht ausreichend zerstäubt, verbrennt er teilweise nicht vollständig, so dass sich Ruß bildet. Verzichten kann man auf die Direkteinspritzung aber auch nicht, da sonst der Benzinverbrauch ansteigen würde. Das wiederum würde automatisch zu Mehr-Emissionen führen. Denn die Schadstoffemissionen werden im selben Labor-Zyklus wie der Kraftstoffverbrauch gemessen; ein Plus beim Kraftstoffkonsum führt daher gleichzeitig zu einem Ansteigen der Emissionswerte.
Die Herausforderung ist vielfältig, die Lösung ist zum Teil in optimierten und angepassten Einspritzsystemen zu finden. „Da wir durch umfangreiche Simulationen, Motormessungen und Fahrzeugversuche mittlerweile wissen, in welchen Bereichen des Brennraums, an welchen Komponenten und bei welchen Fahrzuständen sich Partikel bilden, können wir nun zielstrebig mit Änderungen beginnen und diese in Serie bringen“, so Schilling. So sollen beispielsweise innovative Injektor-Konzepte und Spritzlochgeometrien etwa den Kontakt des Kraftstoffs mit der Zylinderwand, Kolben und Injektorspitze verhindern. Eine Druckerhöhung über 200 bar hinaus in Kombination mit Softwarefunktionen, die eine exakte Kleinstmengeneinspritzung zulassen, führt schließlich zu einer feineren Zerstäubung und einer besseren Verteilung des Kraftstoffs.
Die besonders sparsame Schichtlade-Direkteinspritzung – bei der der Kraftstoff nicht homogen im Zylinder verteilt wird, sondern lediglich in der Nähe der Zündkerze ein zündfähiges Gemisch bildet – sieht Schilling zumindest aktuell noch nicht in der Breite als Lösung an; entsprechende Autos verbrauchen zwar weniger, müssen aber den Stickoxidausstoß mit teuren aufwendigen Abgasreinigungssystemen auffangen. Auch die Partikelsituation gilt es noch zu optimieren. Aktuell setzen etwa BMW und Mercedes die Schichtladung ein. „Einen breiten Einsatz von Schichtladung bei Direkteinspritzern sehe ich erst, wenn die Abgasnachbehandlung günstiger wird und die benötigten schwefelfreien Kraftstoffe weltweit zur Verfügung stehen“, prognostiziert Schilling.
Zu dem Aufpreis für Direkteinspritzung gegenüber Saugrohreinspritzung möchte Schilling sich nicht äußern. Vergleicht man aber die Preise von Autos mit und ohne Direkteinspritzung (etwa beim Opel Astra 1.6 Turbo und 1.6 SiDi Turbo) kommt man auf rund 600 Euro Aufschlag. Im Vergleich mit dem Diesel ist das recht günstig – denn der Selbstzünder braucht in den meisten Fällen eine zusätzliche Abgasreinigung, um die neuen Grenzwerte zu erreichen.
Feinstaub ist seit der Einführung des Rußfilters beim Selbstzünder kein Thema mehr. „Die Schwierigkeit beim Übergang zu Euro 6 liegt beim Diesel in den Stickoxiden“, so Dan Putar, Diesel-Experte beim Zulieferer Delphi. Vor allem große und schwere Pkw kommen künftig kaum mehr ohne zusätzliche Katalysatoren aus, oberhalb der Kompaktklasse dürften die sogenannten SCR-Katalysatoren Standard werden. Sie reduzieren mit Hilfe einer Harnstofflösung Stickoxide zu harmlosem Stickstoff. Allerdings sind sie teuer – der Aufpreis pro Fahrzeug dürfte bei rund 1.000 bis 2.000 Euro liegen. Zudem muss regelmäßig Harnstoff – aus Marketinggründen von der Industrie lieber mit dem Kunstbegriff Ad Blue bezeichnet – getankt werden. Nicht besonders teuer, aber dafür unpraktisch.
Als Alternative arbeitet Delphi an der Erhöhung des Einspritzdrucks, wodurch Verbrauch und Emissionen sinken sollen. Die besten Common-Rail-Systeme liefern aktuell bis 2.200 bar, die große Masse arbeitet aber mit 1.800 bis 2.000 bar. „Künftig können wir bis zu 2.500 bar erreichen“, so Putar. Gleichzeitig sollen hydraulische Effizienz und die Genauigkeit der Einspritzmenge erhöht beziehungsweise verbessert werden. Insgesamt sieht Putar beim Diesel großes Potenzial in Sachen Emissionsreduzierung.
Zunächst aber muss bei Diesel und Benziner kräftig aufgerüstet werden. Neben der Optimierung der konventionellen Technik kommt auch dem Hybridantrieb dabei eine wichtige Rolle zu. Denn die dadurch mögliche Verbrauchssenkung vergrößert den Spielraum für die Konstrukteure der Verbrenner. Denn Abgasreinigung kostet in vielen Fällen Kraftstoff, was wiederum für mehr Schadstoffemissionen sorgt.
Bekanntestes Beispiel für Mehrverbrauch durch Abgasreinigung ist der Rußpartikelfilter, der unter anderem durch den höheren Abgasgegendruck für einen zusätzlichen Spritbedarf von drei bis acht Prozent sorgt. Sauberer heißt also nicht automatisch auch sparsamer.
