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31.10.2013 | Motorentechnik | Im Fokus | Onlineartikel

Ottomotoren mit Direkteinspritzung sind schmutziger als gedacht

Autor:
Christiane Brünglinghaus

Ottomotoren mit Direkteinspritzung sind gefährlicher für Umwelt und Gesundheit als bislang angenommen. Eine aktuelle Untersuchung zeigt, dass der Ausstoß gefährlicher Partikel im realen Straßenverkehr deutlich höher ist als im Testlabor.

Ottomotoren mit Direkteinspritzung stoßen besonders viele gefährliche Partikel aus. Unter realen Fahrbedingungen soll der Ausstoß von Nanopartikeln und anderen Schadstoffen, im Vergleich zu den Ergebnissen auf dem Rollenprüfstand, auf der Straße massiv ansteigen. Das zeigten Tests, die die Deutsche Umwelthilfe e.V. (DUH) bei der Abgasprüfstelle der Fachhochschule Bern (AFHB) in Auftrag gegeben hat. Deutlich höhere Emissionen gäbe es jedoch auch im Labor, sobald die Testbedingungen einem realistischeren Fahrverhalten angepasst werden. Aus diesem Grund fordert die DUH eine rasche und umfassende Markteinführung entsprechender Abgasreinigungstechnologie, wie sie bei Dieselmotoren bereits im Einsatz ist.

Die Abgasprüfstelle der Fachhochschule Bern hatte die Emissionen eines Hyundai 30 GDI mit 1,6 Litern und eines VW Golf VII TSI mit 1,4 Litern in verschiedenen Messzyklen sowie in jeweils fünf gleichen Straßenfahrten pro Fahrzeug ermittelt. Zur Messung von Nanopartikeln verwendete die AFHB ein "on board"-Gerät (NanoMet 3). Anschließend vermaß die Abgasprüfstelle beide Autos auf dem Prüfstand nach dem „Neuen Europäischen Fahrzyklus“ (NEFZ) und dem sogenannten Autobahnzyklus, der im Vergleich zum NEFZ einen realitätsnäheren Fahrbetrieb simuliere, wie die Forscher erklären. Der Autobahnzyklus sei beim Golf einmal ohne und einmal mit eingebautem Partikelfilter durchgeführt worden. Während der VW Golf im NEFZ-Zyklus sowohl die ab 2014 als auch ab 2017 geltenden Grenzwerte für Partikelanzahl einhielt, blieb der Hyundai nur unter den schwächeren Grenzwerten für 2014, erläutern die Forscher. Auf der Straße zeige sich dagegen ein vollkommen anderes Bild: Die Emissionen des Golf stiegen stark an und waren höher als die des Hyundai. Der im Golf für einen zweiten Durchlauf eingebaute Partikelfilter verringerte den Ausstoß fast vollständig.

Seit Januar 2013 gilt in der Europäischen Union für Diesel-Pkw ein Grenzwert für die Partikelanzahl von 6 x 1011 Partikel pro Kilometer. Ottomotoren mit Direkteinspritzung müssen diesen Wert jedoch erst ab 2017 einhalten. Gleichzeitig wächst der Anteil an Motoren mit Direkteinspritzung innerhalb des Segments der Fahrzeuge mit Ottomotor stetig. Es wird erwartet, dass gegen Ende dieses Jahrzehnts ein Großteil der in Europa verkauften Ottomotoren mit GDI-Technologie (Gasoline Direct Injection) ausgerüstet sein werden, erläutert das Unternehmen Corning. Umso wichtiger scheint es, Filter wie bei Dieselmotoren einzubauen. Bei Fahrzeugen mit Dieselmotoren sind Partikelfilter bereits erfolgreich zur robusten Einhaltung von Partikelemissionen eingeführt worden.

Partikelemissionen werden zunehmend erforscht

Die Anforderungen an einen Filter für einen Ottomotor sind jedoch andere als für einen Dieselmotor. Ein Filter aus einem Dieselfahrzeug kann nicht direkt übernommen, sondern muss an die Bedingungen von Ottomotoren angepasst werden. Daher hat Eberspächer mit der Unterstützung von NGK Europe anhand von Fahrzeuguntersuchungen Lösungsansätze zur Erfüllung der zukünftigen Emissionsrichtlinie mithilfe eines Partikelfilters untersucht. Anhand von zwei Beispielen konnte gezeigt werden, dass der Gasoline Particulate Filter (GPF) als partikelreduzierende Maßnahme sehr wirksam ist und durch die Integration in die Abgasanlage ein hoher Sicherheitsfaktor zum Euro-6-Grenzwert erreicht werden kann. Auch wenn das GPF zu einer deutlichen Erhöhung des Gegendrucks führe, zeigte dies keinen Einfluss auf die Leistung des Fahrzeugs. Durch Systemoptimierung (Querschnitts- oder Volumenänderung) könne der zusätzliche Gegendruck durch das Bauteil weiter reduziert werden. Denn die Optimierung des Abgasgegendrucks und die Verbesserung der damit verbundenen Nachteile wie erhöhter Kraftstoffverbrauch beziehungsweise CO2-Emissionen sind wesentliche Herausforderungen im Zusammenhang mit der Einführung von Partikelfiltern in Ottomotoranwendungen.

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