Umwelt und Straßenverkehr - Deutscher Fluglärmdienst eV

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Bei der weiteren Reduktion der Schadstoffemissionen aus dem Straßenverkehr
müssen daher hauptsächlich die technischen Potenziale zur Minderung der NOx- und
Feinstaubemissionen aus PKW und Nutzfahrzeugen weiter ausgeschöpft werden.
7.2.2 Technische Reduktionspotenziale
274. Die Verbrennungsbedingungen in Otto- und Dieselmotoren lassen aufgrund des
Funktionsprinzips und unabdingbarer, konstruktiver Merkmale keine schadstofffreie
Verbrennung der Kraftstoffe zu. Die ungereinigten Abgase enthalten Produkte der
unvollständigen Verbrennung (CO, HC und Partikel sowie NOx) in Folge hoher
Verbrennungstemperaturen. Schadstoffarme Abgase sind nur in Kombination
innermotorischer Maßnahmen mit Nachbehandlungssystemen zu erreichen.
Die ungereinigten Abgase von Ottomotoren, die homogene Gemische verbrennen
(Motoren mit konventioneller Saugrohreinspritzung bzw. Direkteinspritzer im
Homogenbetrieb), enthalten vor allem CO, HC und NOx als Schadstoffe. Die Bildung
dieser Schadstoffe hängt vom Luft-Kraftstoffverhältnis λ und der
Verbrennungstemperatur ab. Bei Kraftstoffüberschuss, d. h. Luftmangel (fettes
Gemisch mit λ < 1) entstehen vor allem CO und HC, bei hoher Temperatur mit
ausreichendem Sauerstoffangebot (λ ≈ 1,1) vorrangig NOx-Emissionen. Bei mageren
Gemischen (λ > 1,2) sinken die NOx-Emissionen wieder, während der HC-Ausstoß
ansteigt. Partikelemissionen entstehen bei unvollständiger Verbrennung vor allem für
λ < 0,6 (MERKER und STIESCH, 1999). Für die Funktion eines 3-Wege-Katalysators
nach heutigem technischen Standard ist die Einhaltung von λ = 1 erforderlich. Motoren,
die mit diesem System ausgerüstet sind, verfügen über eine λ-Regelung, welche die
Kraftstoffmenge entsprechend bemisst.
275. Dieselmotoren arbeiten prinzipiell mit Luftüberschuss λ > 1 und hohen
Verbrennungstemperaturen, die ungereinigten Abgase enthalten daher große NOx-
Mengen. Der Luftüberschuss nimmt mit steigender Last ab. Die Einspritzung des
flüssigen, in Vergleich zu Benzin schlecht verdampfbaren Dieselkraftstoffes führt
zudem zu inhomogenen Verbrennungsbedingungen. In der Flamme tritt lokal
Luftmangel auf, es kommt zur Rußpartikelbildung. Die Tendenz zur Partikelbildung ist
umso höher, je niedriger Luftüberschuss und Verbrennungstemperatur sind, das heißt
je höher die Last oder aber die Abgasrückführungsrate ist. Die Abgasrückführung ist
eine Technik, um innermotorisch die NOx-Bildung zu reduzieren, da mit steigendem
Abgasanteil in der Zuluft die Verbrennungstemperatur sinkt. Durch die
entgegengesetzte Wirkung von Luftüberschuss und Verbrennungstemperatur auf
Partikel- bzw. NOx-Bildung besteht bei der innermotorischen Optimierung ein
Zielkonflikt zwischen Partikel- und NOx-Reduktion.