D-CAT
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D-CAT ist eine Abgasreinigungstechnologie von Toyota, die Anwendung in Toyota- und Lexus-Dieselmotoren findet.
Toyota bietet mit den D-CAT-Modellen (Avensis, Corolla Verso, Auris, RAV-4 und Lexus IS) Fahrzeuge an, die die Euro 4-Abgasgrenzwerte erheblich unterschreiten, um 80 % beim Partikelausstoß und um 50 % bei den Stickoxiden NOx. Der D-CAT 2.2 gilt als sauberster Dieselmotor der Welt, wird aber auch wegen seines komplizierten Aufbaus mit Skepsis betrachtet.
Der Unterschied zu bereits im Markt befindlichen Rußpartikelfiltern: D-CAT reduziert sowohl Rußpartikel als auch Stickoxide. D-CAT arbeitet wartungsfrei und kommt ohne den Zusatz von Additiven aus. Die Wirkung wird durch innermotorische Maßnahmen und die Nachschaltung eines DPNR-Speicherkatalysators erreicht.
Herzstück des D-CAT-Systems sind das Reinigungssystem für Dieselabgase DPNR (Diesel Particulate NOx Reduction) und die zweite Generation des Hochdruck-Common-Rail-Dieseleinspritzsystems. Hinzu kommen noch weitere Steuersysteme und Technologien:
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[Bearbeiten] DPNR-Katalysator
DPNR (Diesel Particulate NOx Reduction) reduziert gleichzeitig den Gehalt an Rußpartikeln und Stickoxiden (NOx) in Dieselabgasen, und senkt so den Schadstoffausstoß von Dieselmotoren. Im Gegensatz zu anderen Partikelfiltern ist der DPNR-Katalysator wartungsfrei dafür aber auch doppelt so teuer in der Herstellung.
[Bearbeiten] Common-Rail-System der zweiten Generation
Mit dem D-4D-Hochdruck-Common-Rail-Dieselmotor zählte Toyota neben einigen anderen Herstellern 1995 zu den Pionieren auf diesem Gebiet. Das D-4D System gehört zur neuesten Generationen. Das Einspritzsystem arbeitet mit Piezo-Technologie. Das System gleicht dem von Bosch, wird aber von Denso gefertigt und kann unabhängig von der Motordrehzahl einen Einspritzdruck von 1.800 bar erzeugen. Dieses System bietet mit 0,4 Millisekunden einen kurzen Zeitabstand zwischen dem Ende der Voreinspritzung und dem Beginn der Haupteinspritzung.
[Bearbeiten] Mehrfacheinspritzung
Beim D-CAT-System sind zur Steuerung der Verbrennungsgeschwindigkeit bis zu fünf Einspritzungen pro Verbrennungstakt möglich. Eine Einspritzung kurz vor der Haupteinspritzung reduziert sowohl den Stickstoffgehalt als auch den Geräuschpegel und mögliche Vibrationen. Durch eine Einspritzung kurz nach der Haupteinspritzung werden Partikelrückstände verbrannt.
[Bearbeiten] Einspritzung in den Auslasskanal
Der DPNR-Katalysator wirkt, indem das Kraftstoff-Luft-Verhältnis in den Abgasen durch das Motorsteuersystem variiert wird. Zu diesem Zweck sitzt eine fünfte Einspritzdüse im Auslasskanal, um die Betriebsbedingungen für den DPNR-Katalysator zu verbessern. Dieses kurzzeitige Anfetten des Kraftstoff-Luft-Gemisches ermöglicht dem DPNR-Katalysator, die gespeicherten Stickoxide auszulösen und zu reduzieren. Gleichzeitig verhindert die Einspritzung in den Auslasskanal eine Verunreinigung des Katalysators mit Schwefel, der sich sonst in seinem Inneren mit Schwefeloxiden (SOx) anreichern kann. Erreichen die gespeicherten SOx einen bestimmten Wert, wird durch die Einspritzung in den Auslasskanal die Temperatur des Katalysatorbetts auf über 600°C erhöht, um die Schwefeloxide zu entfernen.
[Bearbeiten] Abgasrückführung
Das D-CAT-System arbeitet mit einem Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) und einem Abgasrückführungskühler. Dieser kühlt die erneut in die Brennkammer eingespritzten Abgase ab. Je kälter die Abgase sind, umso höher ist ihre Dichte. So können mit jeder Einspritzung mehr Abgase in die Verbrennungskammer zurückgeführt werden.
[Bearbeiten] Niedrige Verbrennungstemperatur
Eine niedrige Verbrennungstemperatur verhindert die Rauchbildung und reduziert das Kraftstoff-Luft-Verhältnis sowie den NOx-Ausstoß. Die niedrige Verbrennungstemperatur leistet einen Beitrag zur optimalen Katalysatorbetttemperatur, so dass der DPNR-Katalysator mit maximalem Wirkungsgrad arbeiten kann.
[Bearbeiten] Uniform Bulky Combustion System
Diese Technologie ermöglicht die schnelle Verbrennung bei niedrigen Temperaturen. Dies geschieht durch die Aufteilung der Kraftstoffeinspritzung in Stufen. So entsteht zunächst ein vorläufiges Kraftstoff-Luft-Gemisch, während der Einspritzzeitpunkt zur Verbrennung des restlichen Kraftstoffs verzögert wird.
[Bearbeiten] Sensoren
Das D-CAT-System von Toyota basiert auf der kontinuierlichen Versorgung des Motorsteuersystems mit Daten. Die Daten werden von Sensoren geliefert, die Veränderungen bezüglich des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses, der Abgastemperatur und des Drucks erkennen.
[Bearbeiten] Nachteile
Obwohl das System als sehr zuverlässig gilt, kann es passieren, dass ein Defekt auftritt und dieser dann wegen des komplizierten Aufbaus schwer zu lokalisieren ist. Ein weiterer Nachteil ist der höhere Kraftstoffverbrauch (0,2-0,45 Liter pro 100 km).
