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Abgase

- Teil 3 -

Diesel

Kein geregelter Kat

Ein Diesel fährt ständig mit großem Luftüberschuss, eine Lambda-Regelung ist also prinzipbedingt nicht möglich. Ausgerechnet der problematischste Schadstoff, die Stickoxide, werden so im Katalysator nicht abgebaut. Man spricht daher auch vom Oxi-Kat, da er nur die beiden Oxidationsreaktionen durchführt. Ausschließlich damit ausgerüstet kann der Diesel die NOx-Werte eines Benziners mit G-Kat niemals erreichen. Das war natürlich schon 1985 jedem klar. Es gab drei Möglichkeiten, von denen zwei zu einer verbesserten Luftqualität beigetragen hätten:

  1. Die Diesel verschwinden vom Markt.
  2. Die Diesel bekommen eine aufwendige Abgasnachbehandlung wie die SCR.
  3. Die Diesel bekommen ganz einfach höhere Grenzwerte.

Natürlich kam es zur dritten Variante, wie könnte es auch anders sein. Erst ab der EURO 6 (2015) sind die Vorgaben ähnlich streng wie die der Benziner.

Beim Studium der Tabellenwerte wird man zunächst einmal protestieren: Stimmt ja alles gar nicht, bei der EURO 1 sind die Grenzwerte für Diesel und Benziner doch identisch, und bei der EURO 2 hält sich der Aufschlag für die Diesel in Grenzen. Des Rätsels Lösung ist die Formel (HC + NOx), die von 1982 bis 2000 in den Regelungen verwendet wurde. Man begrenzt einfach die Summe aus zwei Schadstoffen, die nicht miteinander verwandt sind. Und »zufällig« produziert der Diesel wenig HC, erst recht nicht mit Oxi-Kat, er darf damit besonders viel NOx ausstoßen. Die Normen EURO 1 und 2 sind in dieser Hinsicht wie ein gemeinsames Tempolimit von 150 km/h für Stadt und Landstraße. Fahre ich mit 60 km/h über Land, so darf ich nachher 90 km/h in der Stadt fahren.

Der andere versteckte Rabatt besteht bei der EURO 1 wie schon angedeutet darin, dass der Grenzwert derart hoch gewählt wurde, dass die Benziner ohne besondere Maßnahmen weit darunter bleiben. Insgesamt ist die hier durch die nackten Zahlenwerte nahegelegte Gleichbehandlung von Dieseln und Benzinern also nur ein (sicher auch so gewollter) Fehlschluss.

Zusätzliche Vergünstigungen für Direkteinspritzer

Aber damit nicht genug. Ergänzend zu den Tabellenwerten finden sich noch einige »Bonbons« schön versteckt in den Fußnoten der Verordnungen: Den besonders schmutzigen Dieseln mit Direkteinspritzung erleichterte man seinerzeit den Markteintritt dadurch, dass sie noch mehr Schadstoffe als konventionelle Diesel ausstoßen durften. Auf die Werte der EURO 1 gab es bei der Summe (HC + NOx) und bei den Partikeln einen Aufschlag von satten 40 Prozent. Während der Ära der EURO 2 lauteten bis 9/1999 die Grenzwerte auf 900 mg (HC + NOx) und 100 mg Partikel. Zu letzterem Zeitpunkt hatten sich die Direkteinspritzer bereits auf breiter Front durchgesetzt, was bedeutet, dass die eigentlichen Grenzwerte aus der Tabelle nur noch für eine Minderheit der Diesel gültig waren. Erst ab 10/1999 mussten dann auch TDI & Co. diese »echten« Werte der EURO 2 einhalten.

Neuere Normen

Seit der EURO 3 wird der NOx-Wert einzeln begrenzt, von da an kann man die Anforderungen an Benziner und Diesel endlich direkt miteinander vergleichen. 500 mg beim Diesel stehen hier 150 mg beim Benziner gegenüber. Den Dieseln gestattet man also mehr als die dreifache Emission. EURO 4 und 5 verhalten sich hierin ähnlich.

Die ganze Wahrheit sagen diese Zahlen jedoch immer noch nicht. Bekannt ist, dass die Diesel bei der Typprüfung Mühe haben, ihre Werte zu erfüllen. Die Benziner bleiben dagegen weit unter dem Grenzwert. Ein nicht repräsentativer Griff ins Archiv fördert bei neuen Benzinern des Jahrgangs 2001 Typprüfungswerte von 20 mg bis 30 mg zutage. Bei den Dieseln hingegen sind es 300 bis 400 mg. Selbst bei großzügiger Auslegung liegt hier also eher der Faktor zehn vor.

Einhalten der NOx-Grenzwerte bis EURO 5

Bis zur Euro 5 benötigen die Diesel in Sachen Stickoxide gewöhnlich keine Abgasnachbehandlung. Zum Einhalten der Papierwerte genügt vielmehr das im Folgenden aufgeführte Bündel an Maßnahmen und glücklichen Umständen.

Zunächst hat der Hersteller natürlich die Möglichkeit, mit einem handverlesenen, also bei den Schadstoffen nach unten streuenden Fahrzeug zur Typprüfung anzutreten. Verbreitet sind die Klagen der Chiptuner, die oft Schwierigkeiten haben, später für ihre eigenen Typprüfungen ein ebenso gutes Exemplar aus der Serienproduktion zu fischen. Anderenfalls würde der Chip durchfallen, auch wenn er das Motorkennfeld im Prüfzyklus gar nicht verändert.

Am meisten profitieren die Diesel jedoch vom Prüfzyklus selbst. Denn der NEFZ gibt bei weitem nicht die Realität wieder. Beim Test wird der Wagen nur ganz sachte beschleunigt. Und es wird nicht schneller als mit 120 km/h gefahren. Die ganze Prüfung findet also mit niedrigen und bestenfalls mittleren Lasten statt und damit in Bereichen, in denen ein Diesel von Natur aus wenig Stickoxide produziert. Am Steuer sitzen auch keine Fahrer des TÜV oder gar staatliche Kontrolleure, sondern spezielle Fachleute der Autofirmen. Die schaukeln die Wagen gerne auch einmal barfuß durch den Test, damit sie das Gaspedal keinen Millimeter zu weit durchtreten. Denn sonst wird die Verbrennung heißer, die NOx-Werte steigen an und für die Diesel wird es dann richtig eng. In der Praxis hingegen werden gerade die modernen Diesel von den Außendienstler-Heeren unter Zeitdruck über die Autobahn gejagt. Und schon ein normaler, privater Fahrstil ist viel schärfer als die gemächlichen Bewegungen im Normzyklus.

Sollte das bisher Gesagte bei höheren Normen nicht ausreichen, dann lässt sich der Motor noch im prüfungsrelevanten unteren Lastbereich auf besonders geringe Schadstoffmengen auslegen. Je besser die Elektronik wird, desto selektiver kann dabei vorgegangen werden. Im Idealfall erkennt die Motorsteuerung also, wenn sich der Wagen im NEFZ befindet und stellt das Kennfeld auf günstige Abgaswerte um. Der Motor kann sich dabei regelrecht bockig und schlecht fahrbar gebärden. Im realen Fahrbetrieb werden dann Sparsamkeit und Leistung die Priorität eingeräumt. Man bezeichnet diese Art der Auslegung auch als »Cycle-Beating«. Aktenkundig ist beispielsweise, dass hierdurch bei den Lkw viele Modelle mit EURO 2 auf der Straße mehr NOx erzeugten als die zuvor gebauten Fahrzeuge. Ganz einfach weil die Motoren unter Prüfbedingungen in einem besonderen, sauberen Modus laufen konnten. In der Praxis hingegen erfreuten sie den Spediteur mit einem günstigen Verbrauch, erkauft durch hohen NOx-Ausstoß.

Die eigentlichen Maßnahmen, die zumindest im Prüfzyklus zu abgesenktem NOx-Ausstoß führen, sind schnell aufgezählt. Allen ist gemein, dass sie zu niedrigeren Spitzentemperaturen bei der Verbrennung beitragen. Zur Anwendung kommen:

  • Ladeluftkühlung bei Turboaufladung,
  • Abgasrückführung AGR,
  • spätes und mehrfaches Einspritzen.

Zwischen den NOx-Emissionen, Leistung/Verbrauch und den Emissionen anderer Schadstoffe bestehen dabei Zielkonflikte. Der wichtigste betrifft die NOx-Emissionen und den Verbrauch, beide werden speziell durch die Wahl des Einspritzzeitpunktes immer in entgegengesetzter Richtung beeinflusst. Das heißt: viel NOx = günstiger Verbrauch und umgekehrt.

Entstickung ab EURO 6

Diese neuen Grenzwerte sollten nicht mehr alleine mit den erwähnten motorischen Maßnahmen einzuhalten sein. Für die EURO 6 sind vielmehr Stickoxid-mindernde Einrichtungen im Abgasstrang notwendig. 30 Jahre nach den ersten Benzinern mit G-Kat müssen die Diesel dann doch endlich nachziehen.

Auch wenn sich die NOx beim vorherrschenden Luftüberschuss nicht im Oxi-Kat abbauen lassen, so gibt es doch zwei Möglichkeiten, ihrer Herr zu werden:

Als Variante eins bietet sich auch hier der schon bei den mageren Benzinern erwähnte Speicherkat an. Das zur taktweisen Regeneration erforderliche fette Gemisch bedarf bei einem Diesel natürlich einiger Verrenkungen. Hier muss dann extrem spät in den Expansionstakt eingespritzt werden. Eine Technik sieht gar ergänzend vor, den teuren Treibstoff direkt ins Abgas zu düsen. Insgesamt spricht für die Entstickung mittels Speicherkat der relativ einfache technische Aufbau ohne zusätzlichen Betriebsstoff. In Kauf genommen werden muss dafür der durch die Regeneration bedingte leichte Mehrverbrauch.

Als zweite Variante kommt bei den Dieseln die aufwendigere und bekanntere SCR zum Einsatz. Sie nutzt aus, dass die Stickoxide zusammen mit Ammoniak an einem geeigneten Katalysator zu Stickstoff und Wasser reagieren. Diese Reaktion bezeichnet man als selektive katalytische Reduktion, englisch SCR abgekürzt. Auch sie benötigt einen zweiten Katalysator, der aus einem anderen Material als der Oxi-Kat besteht.

Literweise Ammoniak in Privathände auszuschenken ist natürlich eher nicht zu empfehlen. Als gut handhabbare Quelle dient daher eine wässrige Harnstofflösung, die vor dem SCR-Kat in das heiße Abgas gedüst wird. Dabei zersetzt sich der Harnstoff, wobei u. a. Ammoniak entsteht. Das Schlimmste am Harnstoff ist sein anrüchiger Name. Die genormte Lösung wird daher als AdBlue bezeichnet, eine eingetragene Marke des VDA.

Die SCR-Technik ist in anderen Bereichen der Technik seit Jahrzehnten Standard. Bei den Lkw hat sie auch schon Fuß gefasst. Sie wirft natürlich die Frage nach der Kontrolle auf. Millionen Fahrer müssen künftig immer genügend AdBlue vorrätig halten, und dafür auch noch bezahlen. Fahren ohne AdBlue führt in etwa zur fünf- bis zehnfachen NOx-Emission. Normalerweise geht der Motor dann in ein Notprogramm und zwingt so dazu, rasch die Bestände aufzufüllen. Diese Schaltung zu umgehen, ist nach einschlägigen Auskünften von Lkw-Fahrern aber kein großes Problem. Es gibt sogar schon fertige Geräte dafür zu kaufen. Die Pkw-Fahrer möchte man gar nicht erst in diese Versuchung führen, hier wird das AdBlue normalerweise im Rahmen der Inspektionen diskret aufgefüllt. Der Bedarf liegt im Mittel bei etwa fünf Prozent der Kraftstoffmenge.

Auch für die EURO 6-Diesel bleiben der Oxi-Kat und der Partikelfilter weiterhin obligatorisch. Hinzu kommen nun der Speicher- oder SCR-Kat, manchmal sogar beide. Und damit bei der SCR von dem stechend riechenden Ammoniak im Falle einer kurzzeitigen Überdosierung nichts aus dem Auspuff dringt, kann ganz am Ende noch ein sogenannter Schlupfkatalysator vorgesehen werden. Zusammen mit der reichlich vorhandenen Messtechnik zur Regelung trägt ein sauberer Diesel also schon eine kleine verfahrenstechnische Anlage unter dem Wagenboden. Ganz billig wird das in keinem Fall, für die Diesel des unteren Preissegments bedeutet die EURO 6 dann wohl auch das Aus.

Ob nun die SCR oder der Speicherkat bei den Dieseln das Rennen macht, wird sich noch zeigen. Die Messungen an den ersten EURO 6-Modellen lassen unabhängig von der Technik einen deutlichen Fortschritt erkennen: Je nach Disziplin wird im Mittel nur noch die Hälfte oder gar nur ein Viertel der bisherigen Stickoxide emittiert. Treu bleiben sich die Diesel aber auch darin, dass der Grenzwert (nun 80 mg) im realen Fahrbetrieb meistens bei weitem überschritten wird und dass es wieder eine große Bandbreite vom ehrlichen Saubermann bis hin zum extremen Cycle-Beater gibt. Bisher (11/2014) schaffte erst ein Wagen die eigentlich zu erwartenden vollen 50 Punkte im ADAC-Ecotest, der Mercedes E 350 CDI BlueTEC. Er nutzt die SCR.

Seit Ende 2012 sind die ersten Diesel lieferbar, die die EURO 6 ganz ohne abgasseitige Entstickung einhalten. Alles andere als hohe NOx-Emissionen jenseits des NEFZ wäre hier natürlich eine große Überraschung, echte 80 mg unter allen Bedingungen geradezu eine technische Sensation. Die ersten Resultate beim ADAC-Ecotest waren dann auch entsprechend durchwachsen.

Feinstaubplakette Diesel

Hier gilt zur Zeit vereinfacht gesagt:

  1. Bis einschließlich EURO 1 gibt es keine Plakette.
  2. EURO 2 erhält die Rote Plakette,
  3. EURO 3 die Gelbe und
  4. ab EURO 4 gibt es die Grüne Plakette.

Durch nachgerüstete Partikelminderungssysteme (Rußfilter) kann man sich verbessern. In den allermeisten Fällen werden dabei Diesel mit EURO 3 auf den Partikelausstoß der EURO 4 (25 mg/km) gebracht und erhalten damit auch die Grüne Plakette. Das betrifft also nur jüngere Fahrzeuge als die in unserem Buch behandelten.

Diesel aus unserer Zeit hingegen erfüllen heute fast alle die EURO 2 und tragen damit die Rote Plakette, die leider zunehmend weniger wert wird. Erreicht wird diese Norm durch einen serienmäßigen oder nachgerüsteten Oxi-Kat.

Wenn man die Richtlinien ganz genau liest, stellt man fest, dass auch die EURO 2 in Verbindung mit dem Partikelausstoß der EURO 4 zur Grünen Plakette führt. Ob dies beabsichtigt war oder schlicht falsch formuliert wurde, sei dahingestellt. Auf jeden Fall sind darauf basierend für die Mercedes-Saugdiesel aus unserer Zeit entsprechende Umrüstsätze erhältlich (Fa. Deissler / Stumpf Vertriebs-GmbH). Kosten von knapp 2.000 Euro bis zur freien Fahrt in die Umweltzonen machen die Sache aber nur für extreme Diesel-Liebhaber interessant.

Mittlerweile ist die Grüne Plakette auch für viele andere Diesel aus unserer Zeit erreichbar, insbesondere für fast alle Busse (S. K. Handels AG). Abweichend handelt es sich dabei meist um Systeme, die eine Aufrüstung auf die EURO 3 enthalten bzw. erst noch voraussetzen.

 Aktualisiert: 16. Dezember 2014

Teil 1 : Schadstoffe

Teil 2 : Benziner

Teil 3 : Diesel

Teil 4 : NOx - Emissionen auf der Straße