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Alternative Antriebe

Unter die Haube geschaut : Der Volkswagen Eco-Up mit Erdgasantrieb

Donnerstag, 13.12.2012 10:25
Volkswagen hat seinen Cityflitzer ‚Up’ um eine Variante mit Erdgasantrieb erweitert. Nach außen hin manifestieren die Wolfsburger dies durch den an der Heckklappe angebrachten Schriftzug 'Eco-Up'. In welchen Details sich der Wagen gegenüber seinem rein benzinbetrieben Bruder unterscheidet, erläuterten Experten von Volkswagen gegenüber Krafthand-Online.

Modifiziertes 999 ccm-Triebwerk: Neben Anpassungen am Katalysator wurden auch Änderungen am Dreizylinder-MPI-Motor vorgenommen. Der Vierventiler wartet mit einer Leistung von 50 kW und einem Drehmoment von 90 Nm auf. Bilder: Volkswagen AG

Zu den technischen Merkmalen des Eco-Up gehören eine Start-Stopp-Automatik, die Bremsenergierückgewinnung, rollwiderstandsoptimierte Reifen sowie speziellen Modifikationen am Triebwerk. Damit soll der Erdgas-Up 79g/km CO2-Ausstoß schaffen.

Energiereservoir: Die am hinteren Unterboden des Eco-Up angebrachten Erdgastanks fassen insgesamt 72 l ( = 11 kg) CNG. Neben dem vor der Hinterachse angebrachten Erdgastank mit einem Volumen von 35 Litern sitzt der Bezintank mit einem Fassungsvermögen von 10 l.

Bis 600 km Reichweite: Herstellerangaben zufolge sind im CNG-Modus bis zu 380 km und im Benzinbetrieb maximal 220 km drin.

Wie bei den anderen Fahrzeugen der erdgasgetriebenen ‚Eco-Fuel’-Flotte, dem Passat und dem Touran, mussten die Ingeniere auch beim 'Eco-Up' zahlreiche technische Modifikationen vornehmen, um einen zuverlässigen Betrieb mit dem alternativen Kraftstoff sicher zu stellen. Nach Ansicht von Volkswagen reicht es nicht aus – so wie im Nachrüst-Bereich üblich – nur zusätzlich eine Gasanlage mit entsprechenden Tanks einzubauen.

Speziell  abgestimmt
“Wir mussten mehrere Komponenten des Motors und der Abgasnachbehandlung für den CNG-Betrieb optimieren“, so ein Volkswagen-Insider. Am Abgasstrang betrifft dies konkret die Lambdasonde und den Katalysator. Beispielsweise unterscheidet sich der Kat durch eine geänderte Zusammensetzung der Edelmetallbeschichtung vom Katalysator des reinen Benziners. Hintergrund: Bei der Verbrennung von Erdgas entstehen laut Volkswagen generell etwa 25 Prozent weniger CO2-Emissionen. Der Ausstoß von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoff fällt im Vergleich zum Benzinbetrieb ebenfalls erheblich geringer aus. Ruß oder Feinstaub werden gar nicht emittiert; jedoch muss der Kat unverbrannte Methan-Reste konvertieren.
Die bestmögliche Umwandlung der Schadstoffe im Katalysator setzt eine optimale Gemischbildung voraus. Um diese zu gewährleisten ist es notwendig, die Einblaszeiten der Gasanlage auf die unterschiedlichen Erdgasqualitäten abzustimmen. Dazu muss man wissen: Je nach Lieferant und Region bieten Tankstellen entweder High-Gas mit einem Methananteil zwischen 95 bis 98 Prozent oder Low-Gas an. Letzteres weist aufgrund des deutlich geringeren Methananteils (zum Teil unter 80 Prozent) einen niedrigeren Brennwert auf – was eben das erwähnte Anpassen der Einblaszeiten erfordert. Aber wie erkennt das Motorsteuergerät die unterschiedlichen Gasqualitäten überhaupt? Ganz einfach: über das Signal der ebenfalls für den Gasbetrieb modifizierten Lambdasonde.

Angepasstes Triebwerk
Wie im konventionell angetrieben Up kommt auch in der Erdgasversion ein aus Aluminium gefertigter Ottomotor zum Einsatz, der zur neu entwickelten Motorgeneration EA 211 gehört. Die 999 ccm-Maschine wartet mit drei Zylindern und einer verstellbaren Nockenwelle auf. Um die Kaltlaufphase zu verkürzen, verfügt der Vierventiler neben einer Zweikreiskühlung auch über einen wassergekühlten Krümmer.
Damit der Motor, der maximal 50 kW (bei 6.200/min) leistet, den speziellen Anforderungen im CNG-Betrieb dauerhaft gerecht wird, mussten die Wolfsburger hier einige Änderungen im Vergleich zum rein mit Ottokraftstoff betriebenem Pendant vornehmen. Um die aus dem Erdgasbetrieb resultierende etwas schlechtere Füllung der Brennräume im Lambda-1-Betrieb zu kompensieren, haben die Motorkonstrukteure durch geränderte Kolben die Verdichtung von 10,5:1 auf 11,5:1 angehoben. Den höheren Drücken und Brennraumtemperaturen entsprechend (bedingt durch die früheren Zündzeitpunkte) liefern die geänderten Zündkerzen zudem eine höhere Zündspannung.
Weitere Anpasungen betreffen die Materialien für Ventile, Ventilführungen und Sitzringe, um vorzeitigem Verschleiß entgegenzuwirken - Maßnahmen, die der geringeren Schmierfähigkeit gasförmiger Kraftstoffe geschuldet sind.
Eine geänderte, auf den CNG-Betrieb abgestimmte Nockenkontur ist ebenfalls ein Unterscheidungsmerkmal. Die Einlassnockenwellen-Verstellung und damit die Ventilöffnungs- und Schließzeiten mussten laut VW ebenfalls modifiziert werden. Der Grund: Im Erdgasbetrieb ist die Restgasverträglichkeit im Zylinder geringer. 
Zusätzlich eine Herausforderung war die Gestaltung der Einspritzventile für das Benzineinspritzsystem. Da diese bei Direkteinspritzern bekanntlich in den Brennraum ragen und während des Gasbetriebs nicht durch den Ottokraftstoff gekühlt werden, sind die Injektoren mit Kühlelementen versehen. Wäre dies nicht der Fall, würden die Einspritzventile überhitzen und über kurz oder lang ihren Dienst versagen.
Des weiteren wirkt sich der CNG-Betrieb auf die Inspektionsintervalle aus. Die entsprechenden Modelle von Volkswagen sind nämlich nicht für  einen Long-Life-Service ausgelegt. Dafür muss bei dem alle 15.000 km fälligen Wartungsdienst aber auch kein Long-Life-Öl eingefüllt werden. 

Das CNG-System
Der Eco-Up verfügt über einen elektronischen Gasdruckregler, der durch sein Volumen von etwa 0,2 l kompakt baut. Außerdem wiegt das hinter dem rechten Scheinwerfer am Motorträger platzierte Bauteil nur etwa 600 g Die Verringerung des Drucks im Gasdruckregler erfolgt in zwei Stufen: In der ersten Stufe senkt er die von den Tanks her anliegenden 200 bar auf 20 bis 25 bar, um dann in der zweiten Stufe den Zieldruck von 4 bis 9 bar (je nach Betriebssituation) einzustellen.
Die variable Regelung des Erdgasdrucks auf 4 bis 9 bar bringt nach Aussagen der Entwickler große Vorteile mit sich: Im oberen Last-/Drehzahlbereich erfolgt das Einströmen des Gases mit maximalem Druck, um das höchste Drehmoment respektive die volle Leistung zu erzielen. Im unteren und mittleren Bereich genügen indes 4 bis 5 bar. Im Kontext mit der Druckreduzierung ist zu erwähnen, dass diese zur Abkühlung des Gasdruckreglers führt. Um daraus resultierende mögliche Vereisung zu verhindern, ist er in den Kühlmittelkreislauf eingebunden, was eine entsprechende Temperierung gewährleistet.

Kaltstart
Im Gegensatz vielen gasförmig einblasenden LPG- und CNG-Nachrüstsystemen, die nach einem Kaltstart zunächst grundsätzlich keinen Gasbetrieb erlauben bis der Verdampfer/Druckregler entsprechend erwärmt ist, startet der Eco-Up sofort im CNG-Modus. Es sei denn, die Kühlmitteltemperatur liegt unter -10 °C. Ebenfalls für einige Zeit mit Benzin läuft der Motor nach jeder Betankung mit CNG. Das Umschalten auf Gas erfolgt erst, wenn die Lambdaregelung aktiviert worden ist und die Gasqualität (L oder H) analysiert wurde, sodass die Öffnungszeiten der Einblasventile vom Steuergerät wieder korrekt berechnet werden können. Sobald die Adaption abgeschlossen ist, startet der Motor wieder bei jedem weiteren Start sofort im Gasbetrieb.

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Von: Torsten Schmidt

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