https://www.faz.net/-gy9-8h207

Neue Triebwerke : Der Diesel-Motor ist längst nicht am Ende

  • -Aktualisiert am

Mehr Katalysatorvolumen als Brennraum: Mercedes-Benz treibt großen Aufwand, damit der neue Vierzylinder-Dieselmotor OM654 sauber bleibt Bild: Überarbeitung F.A.Z.-Grafik heu.

Der Dieselmotor ist in Verruf geraten. Die tatsächlichen Emissionen müssen sinken. Die gute Nachricht: Neue Triebwerke können das. Und noch einiges mehr.

          4 Min.

          Auch in der Motorentechnik gibt es Moden. Als Laufsteg für die kommende Saison dient das Internationale Wiener Motorensymposion, für das sich die Ingenieure der Branche herausputzen. Schon auf der Anfahrt hatte sich dieses Jahr der eine oder andere gefragt, ob heuer nicht alles anders wäre. Nach außen hin wurde die strenge Etikette in der Wiener Hofburg gewahrt, doch in den Vorträgen zeichnete sich ein Paradigmenwechsel in der Motorenentwicklung ab. In den vergangenen Jahren konnte besondere Aufmerksamkeit erlangen, wer besonders kleine Motoren mit hoher spezifischer Leistung vorstellte, optimiert auf geringen Verbrauch im Normzyklus.

          Die immer weitere Verringerung des Hubraums scheint nun endgültig ans Ende gekommen. Denn egal ob Kohlendioxid oder Abgas-Schadstoffe: Die Erkenntnis, dass der gesetzlich vorgeschriebene Zyklus nicht dem realen Fahrverhalten entspricht und man Motoren deshalb nicht nur auf den Zyklus hin optimieren sollte, hat nahezu alle Entwickler erreicht.

          Wie schon bei der Downsizing-Mode setzen auch hier politische Vorgaben den Trend. Denn die Europäische Union drückt bei der Verabschiedung der Richtlinie für die Realemissionen (RDE) mächtig aufs Gas. Theodoros Vlachos vom Joint Research Centre der EU stellte den Fahrplan vor, nach dem weitere Details festgelegt werden sollen. Schon im Herbst wird es einen Entwurf dazu geben, wie die bislang ausgenommenen Partikelemissionen auf der Straße zu messen sind. Demnach wird mittelfristig vermutlich eine Überschreitung der Prüfstandswerte maximal um den Faktor 1,8 erlaubt sein. Bis Jahresende sollen dann auch Vorgaben für zufällige Messungen gebrauchter Fahrzeuge erarbeitet sein.

          Dafür griffen Entwickler zu drei Tricks

          Rückt der vielbeschworene Tod des Diesels damit näher? Definitiv nicht, wie drei neue Motoren von Audi, BMW und Mercedes-Benz zeigen. Der kleinste dieser neuen Stars auf dem Laufsteg ist der Dieselmotor mit der Bezeichnung OM654, der in der Mercedes-Benz E-Klasse startet. Aus 1950 Kubikzentimetern Hubraum holt er 195 PS Leistung und liegt damit weit unter dem technisch grundsätzlich Möglichen, ist dafür jedoch auf geringe Realemissionen getrimmt. Dafür griffen seine Entwickler zu drei Tricks: Erstens verwendet Mercedes-Benz ein neues, dem Lastwagen-Motorenbau abgegucktes Brennverfahren. Der Kolben verfügt über eine Stufe, auf deren Kante der Kraftstoff gespritzt wird. Dadurch teilt sich der Einspritzstrahl und kann sich gleichmäßiger im Brennraum verteilen.

          Zweitens setzt Mercedes-Benz auf eine zweistufige Abgasrückführung. Je nach Betriebszustand wird ein Teil des Abgases vor oder hinter dem Turbolader abgezweigt, gekühlt und in den Brennraum zurückgeführt. Damit kann die Abgasrückführung, die für eine Absenkung der Verbrennungstemperatur sorgt und damit der Stickoxidbildung entgegen wirkt, in nahezu allen Betriebspunkten eingesetzt werden. Und drittens ist der komplette Katalysator direkt an den Motor angebaut, so dass er nach einem Kaltstart schnell seine Betriebstemperatur erreicht. Der für die Stickoxidreinigung verantwortliche SCR-Kat (Abgasreinigung mit Harnstoff, Adblue genannt) ist mit einem Volumen von 2,8 Liter größer als der gesamte Brennraum.

          Für Sauberkeit sorgt ein komplexes Abgasreinigungssystem

          Deutlich mehr Leistung, nämlich 400 PS, holt BMW aus seinem neuen Sechszylinder-Dieselmotor mit 3,0 Liter Hubraum. Markant an diesem Motor ist die Verwendung von vier Turboladern: Je Zylinderbank arbeiten ein kleiner Lader mit geringer Massenträgheit und eine auf großen Durchsatz optimierte Turbomaschine zusammen. Der Einspritzdruck liegt bei 2500 bar und mehr. Für Sauberkeit sorgt ein komplexes Abgasreinigungssystem: Direkt hinter dem Motor fängt ein NOx-Speicherkat schon bei geringer Abgastemperatur die Stickoxide ab. Im Fahrzeug-Unterboden befindet sich zusätzlich ein SCR-Katalysator, der erst bei höheren Temperaturen arbeitet - dafür aber auch weit genug vom Motor entfernt ist, dass er nicht bei schneller Autobahnhatz die Arbeit einstellen muss. Wenig bekannt ist, dass der SCR-Kat auch eine obere Temperaturgrenze von zirka 600 Grad hat, die vor allem bei leistungsstarken Dieselmotoren im realen Autobahnverkehr erreicht werden kann.

          Noch zwei Zylinder und einen Liter Hubraum mehr hat der neue V8-TDI-Motor von Audi, dessen Leistung mit bis zu 435 PS angegeben wird. Gegenüber dem alten V8-TDI wurde der neue Motor komplett umgebaut. Der zweistufige Turbolader, die Abgasrückführung und die Abgaskrümmer wandern ins Innere des V-Motors und bilden dort eine Art „Hot Spot“, hinter dem direkt die Abgasreinigung sitzt. Die besteht aus einem NOx-Speicherkat sowie einem kombinierten SCR-Partikelfiltersystem. Besonderer Höhepunkt ist ein zusätzlicher elektrischer Verdichter, der bei niedrigen Drehzahlen Luft in den Motor schaufelt. Dessen Antriebsleistung von bis zu 7 kW stammt aus einem 48-Volt-Bordnetz. Lohn der Mühen: Bei einer Volllastbeschleunigung liegt das maximale Drehmoment von 900 Newtonmetern schon bei einer Motordrehzahl von 1500 je Minute an.

          Insgesamt wurde in Wien deutlich, dass der Aufwand für die Abgasreinigung beim Dieselmotor weiter steigt. Die Ingenieure sind Opfer des eigenen Erfolgs: Sinkender Kraftstoffverbrauch führt dazu, dass das Abgas bei Teillast niedrigere Temperaturen aufweist und die Gefahr von Ablagerungen und Korrosion vor allem in den Systemen zur Abgasrückführung steigt. Der Einsatz von Thermofenstern (siehe Kasten) wird künftig stark limitiert werden. Technische Auswege existieren, kosten allerdings viel Geld - das spielt dem konkurrierenden Benzinmotor in die Hände.

          „Die Probleme des Dieselmotors sind gelöst“

          Während sich die Diesel-Entwickler für die RDE-Gesetzgebung gut gerüstet sehen, kommt auf die Ingenieure, die an Benzinmotoren arbeiten, noch eine Menge Arbeit zu. Denn in naher Zukunft droht nicht nur die Überprüfung der realen Emission im Straßenbetrieb, sondern von 2017 an definitiv auch ein schon beschlossener, neuer Grenzwert für die erlaubte Partikelanzahl. So sagte denn Volkmar Denner, Chef des Automobilzulieferers Bosch, in Wien auch: „Die Probleme des Dieselmotors sind gelöst. Wir müssen uns jetzt mit dem Benzinmotor beschäftigen, denn da stehen wir vor einer ähnlichen Situation wie mit dem Diesel vor einigen Jahren.“ Er rief die Branche dazu auf, nicht darauf zu warten, bis Umweltverbände sich dieses Themas annähmen. Technisch lösbar ist freilich auch das: Moderne Benzin-Direkteinspritzer müssten wie ihre selbstzündenden Brüder mit einem Partikelfilter ausgestattet werden.

          Aller Technik zum Trotz ist der Europäische Normzyklus vorerst weiter die Grundlage für die Typenzulassung. Fährt man auf der Straße nicht äußerst vorausschauend und verzichtet nicht auf jegliches Spiel mit dem Gaspedal, wird man den Katalogwert in der Regel verfehlen. Wie man als Hersteller damit offensiv umgehen kann, zeigte Gilles le Borge, Entwicklungschef von Peugeot-Citroën. Der französische Hersteller hat die Fahrprofile seiner eigenen Kunden untersucht und eine Strecke im Umland von Paris definiert, die genau dem Durchschnitt aller Fahrer entspricht. Jedes neue Modell wird nun von zufällig ausgesuchten Personen auf dieser Strecke gefahren. Der dabei gemessene Verbrauch soll künftig auf der Website und in den Autohäusern ergänzend zum vorgeschriebenen Normwert ausgewiesen werden.

          Um jede Trickserei auszuschließen, arbeitet Peugeot-Citroën mit der Nichtregierungsorganisation „Transport and Environment“ zusammen. So viel Ehrlichkeit schmerzt dann: Der Peugeot 308 mit 1,6-Liter-Dieselmotor, offiziell mit 3,2 Liter auf 100 Kilometer ausgewiesen, verbraucht unter den neuen Bedingungen 5,0 Liter. Diese Form der Transparenz wird die Motorenentwicklung verändern - und dem Dieselmotor nicht schaden, denn dessen Verbrauchsvorteil wird so noch offensichtlicher werden.

          Alles, nur kein Fenster zum Durchschauen

          Auch eifrige Leser dieses Ressorts hätten vor einigen Monaten beim Begriff „Thermofenster“ eher an wärmedämmende Scheiben gedacht. Jetzt aber geistert dieser Begriff im Zusammenhang mit den Manipulationen bei den Testergebnissen für das Abgasverhalten von Dieselmotoren durch die Landschaft.

          Nachdem die Ergebnisse einer Sonderuntersuchung des Kraftfahrtbundesamtes bekanntgeworden sind, wissen wir es genau: Unter „Thermofenster“ ist eine Detailbestimmung der EU-Verordnung 715/2007 zu verstehen. Sie besagt wörtlich: „Die Verwendung von Abschalteinrichtungen, die die Wirkung von Emissionskontrollsystemen verringern, ist unzulässig. Dies ist nicht der Fall, wenn die Einrichtung notwendig ist, um den Motor vor Beschädigungen oder Unfall zu schützen und um den sicheren Betrieb des Fahrzeugs zu gewährleisten.“ Der Hintergrund für die Ausnahme ist technischer Natur: Moderne Diesel-, aber auch Benzinmotoren verfügen über eine externe Abgasrückführung (AGR). Dabei wird ein Teil des Abgases direkt vor oder hinter dem Turbolader, aber vor der Abgasanlage entnommen, zwischengekühlt und wieder in den Zylinder geführt.

          Das führt dazu, dass die Verbrennungstemperatur sinkt und weniger neue Schadstoffe gebildet werden. Bei niedrigen Temperaturen kondensieren allerdings die im noch nicht gereinigten Abgas enthaltenen Schadstoffe vor allem an den AGR-Kühlern, die sich damit allmählich zusetzen (man spricht auch von „Versottung“). Zudem kann das ebenfalls kondensierende Wasser bei einer Niederdruck-AGR zu Korrosion führen. Nahezu alle Hersteller nutzen für die Regelung der AGR-Abschaltung die Außentemperatur und nicht die eigentlich maßgebliche Abgastemperatur. Einige Hersteller haben sich dabei großzügige Sicherheitsreserven eingebaut, um sich vor Garantieverpflichtungen zu schützen. Auch wenn das den Kunden freut, der Umwelt schadet es. Dazu verfälscht es bekanntermaßen die Testergebnisse, und das in nicht unerheblichem Umfang. Je öfter die Abgasrückführung abgeschaltet wird, desto mehr Schadstoffe entstehen im Motor. Dass die Rückführraten zum Teil schon bei Außentemperaturen von zehn Grad deutlich verringert werden, obwohl der Motor warmgefahren ist, kann man technisch aber nicht rechtfertigen. Mit Hilfe eines Sensors im Kat kann nämlich die Abgastemperatur auch direkt bestimmt werden - so macht es zum Beispiel Mercedes-Benz bei den Vierzylinder-Dieselmotoren.

          Weitere Themen

          Topmeldungen

          Robert Habeck und Annalena Baerbock sprechen die Sprache der grünen Neumitglieder.

          Eintrittswelle : Die neuen Grünen

          Anderen Parteien laufen die Mitglieder weg. Aber die Grünen, die gerade in Bielefeld auf ihrem Bundesparteitag zusammenkommen, können sich vor Aufnahmeanträgen kaum retten. Das schafft Probleme.

          Newsletter

          Immer auf dem Laufenden Sie haben Post! Abonnieren Sie unsere FAZ.NET-Newsletter und wir liefern die wichtigsten Nachrichten direkt in Ihre Mailbox. Es ist ein Fehler aufgetreten. Bitte versuchen Sie es erneut.
          Vielen Dank für Ihr Interesse an den F.A.Z.-Newslettern. Sie erhalten in wenigen Minuten eine E-Mail, um Ihre Newsletterbestellung zu bestätigen.