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Stufe NOx [g/kWh] Partikel [g/kWh]
Euro 3 5,0 0,10 (0,16)
Euro 4 3,5 0,02 (0,03)
Euro 5 2,0 0,02 (0,03)
Euro 6* 0,4 – 0,7 0,01
*Euro 6 noch nicht endgültig festgelegt.
Drastisch: Die Grenzwerte von Euro 3 nach
Euro 6 haben sich stark verringert. Das fordert
die Motorenentwickler immer wieder heraus,
denn die Grenzwerte sollen sich erreichen lassen,
ohne dass der Kraftstoffverbrauch steigt.
Quelle: Behr
zu reduzieren, benötigen jedoch alle Systeme
einen Dieselpartikelfilter (DPF).
Die praktikabelste Lösung sieht Edwards
in der Verknüpfung einer zweistufig
gekühlten Abgasrückführung sowie
einer zweistufigen Aufladung. Bei diesem
System verringert das rückgeführte
Abgas die Sauerstoffkonzentration der
Zylinderladung, wodurch sich die Geschwindigkeit
und die Temperatur des
Verbrennungsvorgangs reduzieren, was
wiederum die NOx-Emissionen senkt.
Um dies zu bewerkstelligen, zweigt das
AGR-System einen Teil des Abgases vor
dem Turbolader ab und leitet es über ein
AGR-Ventil dem Abgaskühler zu.
Bei der zweistufigen Kühlung durchströmt
Kühlmittel des Hauptkühlkreislaufs
die erste Kühlstufe der Hochtemperatur-
Kühlung, die zweite Kühlstufe (= Niedertemperatur-Stufe)
kühlt das Kühlmittel
eines Niedertemperatur-Kreislaufs. Um ein
Sieden des Kühlmittels zu vermeiden, werden
in der ersten Kühlungsstufe Abgas und
Kühlmittel im Gleichstrom geführt, in der
zweiten Stufe dagegen im Gegenstrom.
Laut Edwards erhöht sich so die Kühlleistung.
Das derart abgekühlte Abgas wird
anschließend der Ansaugluft zugeführt.
Kühlendes Kondensat
Ein weiteres Merkmal der zweistufigen
Abgaskühlung ist die Kondensatbildung
im Abgaskühler, welche eine erhöhte
Wärmeabfuhr bewirkt. Das Kondensat
entsteht als Wasserdampf bei der Verbrennung:
Je 1000 Gramm Dieselkraftstoff
fallen laut Edwards 1260 Gramm
Wasser an, das zum Teil im Abgaskühler
kondensiert. Die dabei entstehende Verdunstungskälte
kühlt einerseits das Ladeluft-Abgasgemisch
(= Ansaugluft) und
senkt durch die Verdampfungskühlung
überdies die Temperatur der Ansaugluft
im Zylinder. Das Abgaskondensat
verdunstet allerdings nicht vollständig:
das verbleibende Wasser gelangt über
die Ansaugluft in die Zylinder, wo es
schließlich in der Kompressionsphase
Cooles Zwischending: Der Niederdruck-Ladeluftkühler
(ND-LLK) kühlt die Ladeluft
zwischen den beiden Ladern herunter, wodurch
der Wirkungsgrad des zweiten Laders steigt.
Die Ladeluft durchströmt den thermostatisch
geregelten Stapelkühler im Gegenstrom, die
Temperatur nimmt das Kühlmittel aus dem
Niedertemperatur-Kreislauf auf. Foto: Behr
verdampft. Der dadurch entstehende,
zweite Kühleffekt reduziert die Erwärmung
der Ansaugluft während der
Kompression; damit sinken die Verbrennungstemperaturen
und folglich auch
die NOx-Emissionen. Darüber hinaus
bewirkt das Kondensat einen Selbstreinigungseffekt:
Der im Abgas enthaltene
Wasserdampf wäscht Ablagerungen aus
den Abgasrohren des Kühlers, so dass
dessen Leistungsfähigkeit über lange
Zeit erhalten bleibt.
Kühle Luft zwischen den Ladern
Bei einem konstant gehaltenen Zylinderhöchstdruck
führt das Abkühlen der Ladeluft
zu einer größeren Energiedichte und
zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch,
überdies sinken wegen der geringeren
Verbrennungstemperatur auch die NOx-
Emissionen. Sowohl im Niederdruck- als
auch im Hochdruck-Ladeluftkühler verliert
die zuvor in den beiden Verdichterstufen
stark erwärmte Ladeluft wieder an Temperatur,
wobei sich ein Teil der aufgenommenen
Wärme auf das flüssige Kühlmittel
überträgt. Der zum System gehörende
Niedertemperatur-Kühlmittelkühler gibt
diese Wärme an die Umgebungsluft ab.
Das Abkühlen der Ladeluft zwischen den
Ladern – deswegen Zwischenkühlung
genannt – wirkt sich günstig auf den Wirkungsgrad
des zweiten Laders aus: Während
der Ladedruck bei einer einstufigen
Aufladung zwischen drei und vier bar liegt,
erreicht dieser bei einer zweistufigen Aufladung
mit Zwischenkühlung Werte von
vier bis fünf bar absolut.
Für den Behr-Fachmann ist die „zweiund-zweistufige“
Lösung das beste Mittel,
um die ab 2010 (US ’10) geltenden
und für 2013 (Euro 6) erwarteten Abgasbestimmungen
zu erfüllen. „Dieses System
hat das Potenzial, sowohl die Euro
6- als auch die US ’10-Grenzwerte allein
und ohne die Hilfe anderer Technologien
zu erfüllen“, ist Edwards sicher.
Klaus Kuss