Umweltbelastung durch Kraftfahrzeugemissionen

Umweltverschmutzung durch Kraftfahrzeuge

Die Anreicherung der Luft mit Giftstoffen kann zu schwerwiegenden Gesundheitsschäden führen. Der Motor stößt Verbindungen in die Atmosphäre aus, wie unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid. Maßnahmen zur Verringerung der Schadstoffemissionen haben das Ziel, den Benzinverbrauch zu minimieren, eine hohe Leistung zu erzielen und ein gutes Motorverhalten zu gewährleisten.

Quellen der Schadstoffemissionen

Motor-Kurbelgehäuse: Hier wird durch eine Umluftschaltung verhindert, dass Gase nach außen gelangen. Abgase und Benzindämpfe werden in einem Recycling-System wieder dem Betrieb zugeführt.

Die Abgaszusammensetzung hängt von verschiedenen Faktoren ab:

• Verbrennungsqualität (fettes oder mageres Gemisch)
• Außentemperatur und Druck
• Homogenität der Mischung
• Turbulenzen und Brennraumgestaltung

Schädliche Abgase

• Kohlenmonoxid (CO): Entsteht durch unvollständige Verbrennung bei zu fettem Gemisch. Es verbindet sich im Blut mit Sauerstoff anstelle der roten Blutkörperchen und kann zum Tode führen.
• Stickoxide (NO_x): Entstehen bei hohen Temperaturen durch die Verbindung von Stickstoff mit Sauerstoff und führen zu starken Reizungen.
• Kohlenwasserstoffe (HC): Entstehen durch eine zu langsame Flammfront bei fettem Gemisch oder Sauerstoffmangel.
• Blei (Pb): Stammt aus der Benzinzusammensetzung.
• Schwefeldioxid (SO₂): Entsteht durch Verunreinigungen im Kraftstoff bei unvollständiger Verbrennung.

Technische Maßnahmen zur Emissionsminderung

Änderungen am Brennraum, Heizung der Ansaugkrümmer, variable Ventilsteuerung, variable Saugrohre, Zündungsoptimierung und Retarder-Ventile.

Behandlung der Abgase

1. Sekundärlufteinblasung

Einblasen von Luft in den Auspuffkrümmer, um eine vollständige Verbrennung der Abgase zu erreichen. Dies reduziert HC und CO. Bei mageren Motoren ist genug Sauerstoff vorhanden; bei fetten Gemischen wird zusätzliche Luft benötigt, um die hohen Temperaturen zu nutzen.

2. Systeme zur Luftzufuhr

• Luftpumpe: Eine Flügelzellenpumpe, die vom Motor angetrieben wird, nimmt Luft aus dem Filter und leitet sie in den Auspuffkrümmer.
• Membranventil: Ein Ventil, das durch Pulsationen der Abgase schwingt und den Luftstrom steuert, ohne eine mechanische Pumpe zu benötigen.

Abgasrückführung (AGR)

Zur Verringerung von NO_x werden Abgase in den Brennraum zurückgeführt. Dies verarmt das Gemisch und reduziert Temperatur sowie Druck, wodurch die Bildung von NO_x gehemmt wird.

Katalysatoren

Der Katalysator dient der Nachbehandlung der Abgase. Edelmetalle wie Platin und Rhodium in einem Metallgehäuse wandeln Schadstoffe um.

• Aufbau: Edelstahlgehäuse mit einem wabenförmigen Keramik-Substrat, das mit einer "Washcoat"-Schicht (Aluminiumoxid) zur besseren Haftung beschichtet ist. Eine erweiterbare Matte verhindert die thermische Ausdehnung des Substrats.
• Effektivität: Optimal zwischen 400-800 °C.

Katalysatortypen

• Zwei-Wege-Katalysator: Oxidiert CO und HC, jedoch nicht NO_x.
• Drei-Wege-Katalysator: Reduziert NO_x, CO und HC.
• Drei-Wege-Katalysator mit Lambda-Sonde: Ein Closed-Loop-System, das das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Lambda) konstant bei ca. 1 hält.

Kraftstoffdämpfe

Zur Vermeidung von Emissionen durch verdampfenden Kraftstoff wird ein Aktivkohlebehälter verwendet, der die Dämpfe absorbiert und dem Motor zur Verbrennung zuführt. Ein Membranventil steuert diesen Prozess sicher.