Comeback eines (fast) Vergessenen

Der Autor Jürgen Goroncy ist freier Mitarbeiter der AutomobilKONSTRUKTION

Die Vorteile von Sekundärluft-Einblasung sind nicht von der Hand zu weisen: raschere Oxidation von HC und CO im Abgasstrang, verbessertes Leerlaufverhalten des kalten Motors, Verringerung des Kraftstoffverbrauchs. Die Technik geriet nur etwas in Vergessenheit, da die Abgaswerte in letzter Zeit vorwiegend durch „große Lösungen“ innermotorischer oder katalytischer Art erreicht wurden. Mit den Abgasnormen SULEV (USA) und EU6 (Europa) am Horizont müssen sich die OEM aber technisch nach der Decke strecken und mit möglichst vielen Lösungen die Emissionswerte drücken. Eine davon ist die Sekundärluft-Einblasung, bei der Frischluft in den Abgasstrang – zwecks guter Durchmischung möglichst nah an den Auslassventilen – eingebracht wird. Die sauerstoffreiche Frischluft oxidiert dann die im Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxide.

Bei diesen Prozessen wird aber auch Wärme frei, die die Abgastemperaturen um bis zu 80 °C anheben kann. Dadurch springt der nachfolgende Katalysator beim Kaltstart schneller an und beginnt schon einige Sekunden früher mit der Reinigung der Abgase. Laut Dr. Holger Paffrath, dem Leiter Produktentwicklung Sekundärluftsysteme in der Business Unit Automotive Emission Systems bei der Pierburg GmbH, wurden in Versuchen so in den ersten 45 s des Motorlaufs die HC-Emissionen um bis zu 60 % reduziert. Dieser Effekt sei insbesondere bei aufgeladenen Downsizing-Motoren interessant, wo der Turbolader das Abgas etwas abkühlt und so das Anspringen des Katalysators verzögert.

Eine weitere Folge des höheren Wärmeangebots: Der Katalysator muss nicht mehr motornah eingebaut sein, um früh anzuspringen. Bei hohen Motorlasten ist dann kein Anfetten des Gemisches mehr erforderlich, um den Katalysator mit Kraftstoff zu kühlen. Dies bringt wiederum bei Downsizing-Ottomotoren mit hohen Anteilen von Volllastbetrieb erheblich Kraftstoffeinsparungen, die Schätzungen gehen in den hohen Lastpunkten von bis zu 10 % aus.

Die motorfernere Platzierung des Katalysators verzögert außerdem seine Alterung und wirkt sich auf die Langzeitstabilität der Abgaswerte positiv aus. Selbst Komfort- und Kostenverbesserungen sind laut Paffrath möglich. Beim Kaltstart ermögliche die Sekundärluft-Einblasung eine stabile und deutlich niedrigere Leerlauf-Drehzahl als üblich und die Menge der im Katalysator aufgebrachten Edelmetalle könne reduziert werden.

Angesichts dieser Zukunftsaussichten investiert das Unternehmen Pierburg, welches nach eigenen Angaben etwa 60 % Anteil bei Sekundärluftsystemen hat, in diese Technik. Eine neue Version der elektrisch angetriebenen Luftpumpe soll ab 2011 mit verbessertem Anspring- und Geräuschverhalten die ersten 20 bis 90 s nach dem Start optimieren. Zunehmend soll auch ein elektromagnetisch betätigtes Ventil mit Drucksensor die bisherigen pneumatischen Lösungen ersetzen. Es garantiert laut Paffrath höhere Öffnungskräfte und ein spontaneres Ansprechverhalten als Wettbewerbsprodukte, der Drucksensor biete die geforderte Diagnoseschnittstelle. Das Ventil verschließt den Abgastrakt bei inaktivem Sekundärluftsystem, um Rückströme des Abgases zu verhindern.

Paffrath erwartet in einigen Jahren vor allem bei größeren Fahrzeugen eine hohe Ausrüstungsquote mit Sekundärluftsystemen, „denn großvolumige Motoren sind vor allem im Leerlauf geringeren spezifischen Lasten ausgesetzt und erreichen deshalb nicht so leicht die erforderlichen Abgastemperaturen. Kleinere Fahrzeuge werden aus Kostengründen eher seltener ein Sekundärluftsystem aufweisen, da es dort nicht zwingend zur Erfüllung der EU6- Grenzwerte sein dürfte.“ Selbst beim Dieselmotor könnte das Sekundärluftsystem nach seinen Angaben die mittlere Abgastemperatur um 20° bis 30 °C erhöhen und so die CO-Konvertierungsrate im Gesamtzyklus um bis zu 70 % verbessern.

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