Lade Inhalt...

Der Abgasmanipulationsskandal bei Volkswagen. Zusammenfassung der Fakten, technischen Hintergründe, Folgen und Auswirkungen

Studienarbeit 2015 54 Seiten

Ingenieurwissenschaften - Maschinenbau

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

ABBILDUNGSVERZEICHNIS ... 3

1. DER VW ABGASSKANDAL - VORHERSEHBAR? ... 4

2. DER ABGASSKANDAL BEI VOLKSWAGEN ... 5
2.1 Die Geschichte und Hintergründe des Skandals ... 5
2.2. Die Manipulation des Motors vor dem Hintergrund der Messzyklen und Grenzwerte in der EU sowie den USA ... 14
2.2.1. Die automatische Einstellung des Prüfstandsbetrieb im EA189 ... 14
2.2.2. Die Entstehung von Stickstoffoxiden in Dieselmotoren ... 16
2.2.3. Die Verringerung des Ausstores von Stickoxiden beim Dieselmotor ... 20
2.2.4. Die Messzyklen und Normen in USA und EU - vor dem Hintergrund des Skandals ... 37
2.3 Die Tragweite und Auswirkungen des Abgasskandals ... 44
2.3.1 Auswirkungen und Folgen für Volkswagen ... 44
2.3.2 Auswirkungen auf indirekt Betroffene ... 47

3. DER ABGASSKANDAL - SYMBOL EINER GESCHEITERTEN NORMUNG ... 49

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Die Volkswagenaktie ISIN DE0007664005 im Jahrestrend vom Stand 04.11.2015 Quelle: http://kurse.boerse.ard.de/ard ... 0
Abbildung 2: Das zylinderunabhängige Commonrailsystem Quelle: [DM1], S. 99 ... 6
Abbildung 3: Nockengesteuerte Einzelzylindereinspritzung Quelle: [DM1], S. 69 ... 6
Abbildung 4: Entwicklung der NOx-Grenzwerte in der EU, Japan und den USA von 2000-2012 Quelle: [UB1] S.12 ... 8
Abbildung 5: Road-Map der Flotten verbrauchsvorgaben verschiedener CO2 Verursacher weltweit Quelle: [CP1], S.1 ... 9
Abbildung 6: Allgemeine Verbrennungsgleichung von Kohlenwasserstoffen Quelle: [HD1], S.463 ... 17
Abbildung 7: Selbstentzündung eines Dieselkraftstoffs und die unterschiedlichen Schadstoffzonen Quelle: [HD1], S.69 ... 19
Abbildung 8: Bildungszonen von Ruß/Rauch und NOx in Abhängigkeit der Temperatur und von A bzw 0 Quelle: [HD1], S.77 ... 20
Abbildung 9: Bildung von NOx und Ruß und in Abhängigkeit von der Zeit nach Einspritzbeginn, Quelle: [HD1], S.78 ... 20
Abbildung 10: Einspritzkennfeld und vom Einspritzbeginn abhängige Entstehung von Schadstoffen eines NKW Diesels Quelle: [DM1], S.350 ... 22
Abbildung 11: Emissions- und Wirkungsgradabhängigkeit von der Einspritzstrategie Quelle: [DM1], S.353 ... 23
Abbildung 12: Emissionen und spezifischer Verbrauch in Abhängigkeit von Einspritzbeginn und -druck bei einem PKW mit 14001/min im Teillastbetrieb (50%) Quelle: [HD1], S. 498 ... 24
Abbildung 13: Druckverlauf und Geräuschniveau einer Common Rail Einspritzung Quelle: links [DM1], S.354; rechts [HD1], S.76 ... 26
Abbildung 14: Schema einer HochdruckAGR Quelle: [DM1], S.167 ... 26
Abbildung 15: Veränderung verschiedener Motorkennwerte bei steigenderAGR-Rate unter Berücksichtigung zweier Einspritzdrücke; PKW Diesel 50% Last 2000 1/min Quelle: [HD1], S.499 ... 27
Abbildung 16: Mögliche Schadstoffreduzierungsstrategien zum Stand 2003 Quelle: [UB1], S. 42 ... 29
Abbildung 17: Strategien zur NOx Reduzierung und deren Einfluss aufden Spritverbrauch anhand eines Nkw- Motors, Quelle: [UB1], S.48 ... 30
Abbildung 18: Aufbau des Oxidationskats und des Dieselpartikelfilter im EA189 Quelle: [VW1], S.51 ... 31
Abbildung 19: VW Vorstellung des BLUE TDI mit SCR Technologie Quelle: [VW2], S.1 ... 35
Abbildung 20: ADAC NOx Messungen im EcoTest (modifiziert mit US Grenzwerten), Quelle: [AD2] ... 41
Abbildung 21: Abbildung 2: Die vier Fahrzeugmesszyklen der USA, Quelle: [DM1], S.190 ... 44

1. Der VW Abgasskandal - vorhersehbar?

Als die Volkswagenspitze Mitte September 2015 die Manipulation von Dieselfahr­zeugen der Motorenbaureihe EA189 in den USA eingesteht, bricht die Aktie des Konzerns drastisch ein, wie in Abbildung 1 auf dem Titelbild zu erkennen ist. Die Ak­tie fällt von ihrem Jahres-Hoch von 247,55€ am 16.03.2015 auf den tiefsten Stand seit Jahren von 101,15€ zum 02.10.2015. Seit dem Rücktritt von Konzernlenker und Aufsichtsrat Chef Ferdinand Piëch Ende April 2015 verlieren die Anleger kontinuier­lich das Vertrauen. Im ersten Halbjahr konnte VW sich noch an die Spitze des Absat­zes aller Autobauer weltweit setzen und überholt damit Toyota. Doch das USA Ge­schäft läuft schleppend. VW hat dort nur einen Marktanteil von 2%. So kann das Un­ternehmen kaum vom Wachstum in den Staaten profitieren. Das war auch der größte Kritikpunkt Ferdinand Piëchs am ehemaligen Vorstandsvorsitzenden Martin Winter- korn:„Winterkorn habe für den US-Markt nicht die richtige Strategie“1. Fast eine Milli­arde Euro investiert VW vor fünf Jahren in den Bau eines Werkes in Tennessee. Kurzfristig steigert das den Absatz um das Vierfache im Jahr 2012. Doch dieser fällt schnell wieder zurück. Marktexperten sind der Meinung, dass VW schlichtweg den SUV-Boom verschlafen hat.2 Entsprechende Modelle kommen erst ab 2017 mit dem Polo-SUV, dem Tiguan Coupé und XL sowie dem Golf T-Roc und dem Beetle Dune.3 Die aktuellen Modelle Tiguan und Touareg reichen mit kleineren Facelifts einfach nicht mehr aus, um die Kunden anzusprechen. „Der Wurm muss dem Fisch schme­cken, nicht dem Angler. ...“4, kommentierte Betriebsratschef Bernd Osterloh Anfang 2014 gegenüber der Konzernspitze und schoss damit auf die zu stark auf Europa ausgerichtete Modellpolitik. Zusätzlich zu diesem Unsicherheitsfaktor, kommt der Abgasskandal für VW zu einem denkbar ungünstigen Zeitpunkt. Im Motorenwerk Salzgitter fährt der Konzern vorsorglich die Motorenproduktion zurück. Eine Sonder­schicht wird gestrichen. Der Skandal ist ein schwerer Schlag für VW und für die Die­seltechnologie an sich, die gerade versuchte sich im vom Ottomotor dominierten Markt der USA durchzusetzen. Seit Anfang des Jahrzehnts stieg das Interesse der Konsumenten in den USA nach Dieselfahrzeugen wie verschiedene Quellen berich­ten. 5 Dieser Trend wird voraussichtlich jetzt vorerst beendet sein. Wie und warum VW seine Fahrzeuge manipulierte, welche Folgen das für den Konzern hat und wel­che rechtlichen Rahmenbedingungen eigentlich herrschen, soll in den folgenden Ausführungen im Detail erläutert werden.

An dieser Stelle soll auch darauf hingewiesen werden, dass sich alle Ausführungen dieser Arbeit auf die Emissionsstandards der Fahrzeugklasse, der PKW und der leichten Nutzfahrzeuge beziehen. Während in der EU diese Klasse bis zu einem zu­lässigen Gesamtgewicht von 3500kg gilt6, erweitert die USA mit ihrem Tier 2 Emissi­ons-Standard diese Klasse auf Fahrzeuge mit einem zulässigen Fahrzeuggesamt­gewicht von bis zu 10000lb (= 4536kg).7 Diese Betrachtung ist ausreichend, da kei­ner der betroffenen VW Motoren in einer größeren Fahrzeugklasse verbaut wurde.

2. Der Abgasskandal bei Volkswagen

2.1 Die Geschichte und Hintergründe des Skandals

Um den Skandal zu verstehen, muss sich zu Beginn mit der Historie und Entwicklung des „Skandal-Motors“ EA189 auseinandergesetzt werden.

Im Frühjahr 2006 wird den VW Verantwortlichen klar, dass die alten ursprünglichen Pumpe-Düse-Dieselmotoren die seit 1992 in der EU aber auch in den USA strenger werdenden Abgasnormen nicht mehr erfüllen werden. Denn die Verbrennungsvor­gänge und damit auch die Abgasentwicklung im Dieselmotor werden entscheidend von der Aufbereitung des Luft-Kraftstoffgemisch beeinflusst, das vom Einspritzsys­tem dosiert wird.8 Die emissionsärmere Common-Rail-Technologie soll nun sukzes­siv in die Serie Einzug finden. Diese bietet den Vorteil, dass die Druckerzeugung und das Speichereinspritzsystem entkoppelt voneinander sind. Das sogenannte „Rail“ speichert den Druck für die elektrisch angesteuerten Kraftstoffinjektoren, was im Ver­gleich zu den alten Pumpe-Düse-Systemen größere Flexibilität beim Einspritzvor­gang liefert. Dies ist unter anderem auch dadurch garantiert, dass die Hochdruck­pumpe beim Common Rail unabhängig von der Motorendrehzahl den Druck im Rail aufrecht erhalten kann, was die mechanisch, meist über Nockenwellen, angesteuer­ten Einzelzylindersysteme der Reiheneinspritzung nicht ermöglichen. Über das Mo­torsteuergerät wird dann die Schaltzeit der im Injektor integrierten Schaltventile ein-

gestellt. Durch Variation des Drucks im Rail über das ebenfalls elektronische gesteu­erte Druckregelventil, kann bei gleicher Schaltzeit (=Einspritzzeit) proportional zum Druck die Einspritzmenge variiert werden. Dadurch können Vor- und Mehrfachein­spritzungen für eine weichere Verbrennung und damit eine Absenkung des Schad­stoffausstoßes sorgen. Dies soll in der Gegenüberstellung der beiden Systeme in Abbildung 2 und 3 noch einmal deutlich gemacht werden.

[Abbildungen werden in dieser Leseprobe nicht angezeigt]
Abbildung 2: Das zylinderunabhängige Commonrailsystem Quelle: [DM1], S. 99

[Abbildungen werden in dieser Leseprobe nicht angezeigt]
Abbildung 3: Nockengesteuerte Einzelzylindereinspritzung Quelle: [DM1], S. 69

Bei Testfahrten in Südafrika unter Aufsicht von Ferdinand Piech ist der EA189 Vier­zylinder einer der Motoren, der die Volllastfahrten übersteht. Doch bei der Katalysa­tortechnik zur Reinigung des Abgases sind sich die Verantwortlichen nicht einig. Der damalige VW-Motorenchef Rudolf Krebs sowie sein Kollege und VW-Markenchef Wolfgang Bernhard sprechen sich für die effiziente Selective Catalytic Reduction (Abk.:SCR) Anlage aus, die in Aussicht auf die strenger werdenden Grenzwerte als die einzig sinnvolle Lösung erscheint. Bei Betrachtung der damaligen NOx Grenzwer­te wird der Ernst der Lage klar. Abbildung 4 zeigt im Vergleich zu den Vorgaben An­fang des Jahrtausends, die drastischen Einschnitte, die die Environmental Protection Agency (Abk.:EPA), den Herstellern auferlegt. Mit der Einführung der EURO 4 Norm in Europa halbiert sich der NOx-Grenzwert für eine in Europa zugelassene Neufahr­zeugflotte. In den USA jedoch sinkt der Wert von fast 800mg/km auf 70mg/km. Um die Übergangsphasen zu gestalten, gestattet die EPA den Hersteller ein sogenann­tes „Phase-In“. Im konkreten Fall bedeutet dies für „Light duty vehicles“ und „Light light-duty trucks“, dass 2004 in diesem Fahrzeugsegment der Fahrzeugflotte eines OEMs nur ein Viertel der Fahrzeug die Vorgaben von 70mg/km erreichen müssen. Dieser Prozentsatz wird dann jedes Jahr um weitere 25% gestaffelt bis letztendlich 2007 die Grenzwerte zu 100% eingehalten werden müssen.9

[Abbildungen werden in dieser Leseprobe nicht angezeigt]
Abbildung 4: Entwicklung der NOx-Grenzwerte in der EU, Japan und den USA von 2000-2012 Quelle: [UB1] S.12

Das radikale Eingreifen der USA in die Emissionswerte könnte laut Umweltbundesamt auf einem früheren Betrugsfall aus den 90ger Jahren fundieren. Namenhafte Hersteller wie die Volvo Truck Corporation sollen Nfz-Diesel-Motoren ausgeliefert haben, deren Motorsteuer­gerät auch eine wie bei VW implementierte „cycle-beating“10 Funktion besitzen soll. Als festgestellt wird, dass 95% aller Nutzfahrzeuge in den USA mit Dieselmotoren im Highway Betrieb dreimal so viel Stickoxide ausstoßen wie die Grenzwerte vorgeben, sieht sich die amerikanische Regierung zum Handeln gezwungen. Es werden für damalige Verhältnisse hohe Strafzahlungen von mehr als 1 Mrd. US Dollar fällig. Gleichzeitig verpflichten sich die Hersteller zur Erforschung und Entwicklung von umweltfreundlicheren Aggregaten.11 Aufgrund guter Erfahrungen in Europa mit ei­nem Diesel-Anteil von 36% Anfang des Jahrtausends12, soll natürlich auch im Zuge des Wachstumsstrebens von VW Amerika vom Diesel überzeugt werden. Mit Werbe­kampagnen soll der Diesel sein „Stinker“ Image verlieren. 2006 am Vorabend der Los Angeles Motor Show präsentieren sich VW, Audi und Daimler als Vorreiter einer „Clean-Diesel-Offensive“13.

[Abbildungen werden in dieser Leseprobe nicht angezeigt]
Abbildung 5: Road-Map der Flotten verbrauchsvorgaben verschiedener CO2 Verursacher weltweit Quelle: [CP1],S.1

Unter den Repräsentanten ist auch Wolfgang Bernhard. Mit Hilfe von Bluetec, also jener Bezeichnung, die heute noch für Mercedes Modelle mit SCR-Katalysator und AdBlue Flüssigkeit steht, soll den Amerikanern die Angst vor dem „schmutzigen“ Diesel genommen werden. Dennoch schwächt der niedrige Öl- und damit Benzinpreis das Kaufargument vom Minderverbrauch des Diesel ge­genüber dem Benziner. Unter Betrachtung der Statistiken der U.S. Energy Informati­on Administration ist zu erkennen, dass sowohl Diesel als auch Benzin 2006 unge­fähr denselben Jahresdurchschnittspreis von 2,5 Dollar pro Gallone aufweisen. 14 Das bedeutet im Gegensatz zum Markt in Deutschland, dass sich der erhöhte Kaufpreis des Diesels sowohl über Verbrauchswerte als auch über Kraftstoffkosten nicht relati­viert, da hier entsprechend nur über den Minderverbrauch argumentiert werden kann. Dies wird bei zum damaligen durchschnittlichen Euro-Dollar-Kurs von 1,25€/$ und damit umgerechnet 53 (Euro) Cent pro Liter - eine Gallone entspricht 3,79 Liter - kaum überzeugend genug sein. Dennoch benötigen auch die Amerikaner die Diesel­technologie, um ihren CO2 Ausstoß zu reduzieren. Als eines der größten Industrie­länder der Welt wird auch die USA einen Beitrag zum Klimaschutzziel der Vereinten Nationen beitragen müssen. Auch wenn das zu Beginn des Jahrtausends zumindest im Verkehrssektor noch nicht der Fall ist wie die Abbildung 5 zeigt. Dort ersichtlich sind die Flottenverbrauchsvorgaben der wichtigsten Industrieländer zum Stand von 2004. Diese sind zwecks der Vergleichbarkeit auf die Corporate Fuel Economy Stan­dards (Abk.:CAFE) der USA angepasst. Dies trägt der Problematik Rechnung, dass Grenzwerte verschiedener Staaten nicht direkt miteinander verglichen werden kön­nen, da sie in unterschiedlichen Messzyklen ermittelt werden. Da der Kraftstoffver­brauch eines Fahrzeugs direkt proportional mit den CO2 Emissionen zusammen­hängt, wird in den USA der Flottenausstoß einfach in einer abgewandelten Einheit, der sogenannten Kraftstoffeffizienz in „miles per gallon“, begrenzt. Wie in der Grafik ersichtlich ist, haben einige US-Bundesstaaten, die sich den Standards des Californi­an Air Resources Board (Abk.:CARB) anschließen, zu diesem Zeitpunkt schon schär­fere Standards geplant. Da die EPA, die für die restlichen US-Bundesstaaten zu­ständig ist, damit unter Zugzwang steht, wird sie den seit 1990 konstant vorherrschenden Tiefstand im Vergleich zu den anderen Industrieländern aus politischen Gründen nicht mehr halten können.

Deshalb ist es fragwürdig, warum Mitte 2007 die Entscheidung fällt, die Motorenbau­reihe EA189 vorerst nur mit NOx-Speicherkat auch in den USA anzubieten. Denn eigentlich könnte man den Vorstoß von VW als einen ersten Schritt in Richtung Wachstumsmarkt bezeichnen. Es ist nur eine Frage der Zeit bis die Amerikaner die CO2-Grenzwerte verschärfen und der private Transportsektor nicht mehr ohne Diesel auskommt. Das Sichern einer Vorreiterposition ist dabei sicherlich von Vorteil. Einer­seits könnte vermutet werden, dass VW der ohnehin kritischen Einstellung gegen­über Dieseln nicht noch ein Argument in Form einer Preiserhöhung durch die auf­wendigere Abgastechnik hinzufügen will. Andererseits könnte auch der Komfortas­pekt eine Rolle spielen. Denn in späteren Modellen z.B. dem Passat, der 2011 dann mit SCR-Technologie ausgestattet ist, wird nur im Prüfstandsbetrieb ausreichend AdBlue eingespritzt um die Grenzwerte einzuhalten. Im Alltag jedoch soll der Ameri­kaner den Aufwand des Nachfüllens von AdBlue Flüssigkeit nicht bemerken, da er mit den regelmäßigen Service- und Garantiearbeiten abgedeckt werden soll.

Bernhard und Krebs sind schon 2007 nicht mehr an der Entscheidung für das einfa­che Abgassystem beteiligt. Bernhard verlässt den Konzern während Krebs seinen Platz für den Audi Mann Hatz räumen muss. VW selbst spricht von einem der sau­bersten Diesel, den es jemals gab. Die Tatsache, dass in allen Medien davon berich­tet wird, dass erst Modelle ab Baujahr 2009 betroffen sind15, wird im Folgenden ge­nauer untersucht. Denn der Tiguan mit dem betroffenen Motor EA189 kommt als Eu­ro 5 Diesel schon 2007 auf den europäischen Markt. Auf dem US-Markt feiert er sein Debüt aber erst 2009.16 Gefertigt wird der Kompakt SUV hingegen nur in Deutsch­land sowie in Russland und China.17 Im VW Navigator im Internet ist es möglich sich die Produktionsstandorte der verschiedenen Modelle anzeigen zu lassen. Zum Zeit­punkt des Verfassens dieser Arbeit ist beim Tiguan nur Wolfsburg und Kaluga (Russ­land) angegeben (möglicherweise wird China hier nicht angezeigt, da VW dort als eigenständiges Joint Venture produziert). Beim russischen Werk ist explizit beschrie­ben, dass dessen Modelle für den russischen Markt gedacht sind. Das heißt die be­nötigten Modelle für den amerikanischen Markt werden aus Wolfsburg exportiert. Das Zusammenfallen der Daten, von Markteinführung des Tiguan in den USA und den Angaben des Herstellers zu den in Europa betroffenen Modellen, sollte kritisch hin­terfragt werden. Denn schon kurz nach dem Verkaufsstart des „EU-Tiguan“ wird VW bewusst, dass das Fahrzeug in diesem Aufbau bei gleicher Soll-Leistung die Grenz­werte der EPA und CARB nicht mehr einhalten kann. Die kostengünstigste Lösung ist ein Eingriff in die Motorsteuerung des EA189, die nur im Prüfstandsbetrieb ver­schiedene Stellgrößen des Antriebs so beeinflusst, dass dessen Leistung herunter und die Abgasqualität nach oben geregelt wird. Durch diese Beeinflussung verschie­dener Parameter, die im folgenden Kapitel der Arbeit erläutert werden, ist es möglich die Typengenehmigung auch in den USA zu erhalten. Es wäre möglich, dass Volks­wagen aus verschiedenen Gründen zu diesem Zeitpunkt die Fertigung in Wolfsburg „glättet“. Das würde bedeuten, dass zum Produktionsstart des US Tiguan alle Motor­steuergeräte bzw. deren Software auf die amerikanischen Bedingungen abgestimmt werden. Technisch sollte das auch keine Probleme, da Rollenprüfstände in den USA auch Rollenprüfstände in der EU sind und somit gleichwertige für das zu detektieren- de Erkennungsmerkmale. Die unterschiedlichen Messzyklen Muster müssten nur im Steuergerät hinterlegt werden. Das spart Entwicklungskosten und entlastet die Ferti­gung, indem nicht zwischen zwei verschiedenen Steuergeräten bzw. Software unter­schieden werden muss. Bei einem Konzern wie Volkswagen bei dem die Baukasten Strategie sehr wichtig ist, hat das umso größere Auswirkungen. Den Aufwand, den sich VW spart, könnten sich auch die betroffenen Töchter Audi, Seat und Skoda spa­ren, die bekanntlich auch von der Affäre betroffen sind.

Noch vor dem Tiguan beginnt im August 2008 der Verkauf des neuen Jetta. Auch dieser wird mit dem, nur an drei europäischen Standorten(Salzgitter, Polkowice, Györ)18 gertigten Motor, EA 189 ausgestattet. Dieser besteht sogar die besonders scharfen Vorschriften der CARB in Kalifornien und darf somit dort in den Umlauf ge­bracht werden. Nach dem Tiguan kommt Anfang 2011 auch der neue Passat auf den Markt, diesmal jedoch mit der aufwendigeren SCR-Technologie, die bei dem nicht ganz so preissensiblen Segment des Passats wahrscheinlich keine Wettbewerbs­nachteile nach sich zieht. Die Strategie geht auf und der Passat erhält 2012 die Aus­zeichnung „Motor Trend Car of the Year“.

[…]


1 [DZ1], S. 1
2 Vgl. [DZ1], S. 1
3 Vgl. [AM1], S. 24f
4 [DZ1], S. 2
5 Vgl. [GC1] und [AT1]
6 Vgl. [EU2]
7 Vgl. [DN1]
8 Vgl. [DM1], S. 54
9 Vgl. [DN1]
10 [UB1], S.17
11 Vgl. [UB1], S.17
12 Vgl. [AB1], S.31
13 [AM1], S.35
14 Vgl. [EI1]; [EI2]
15 Vgl. [FA1]
16 Vgl. [US1]
17 Vgl. [US2]
18 Vgl. [HB1]

Details

Seiten
54
Jahr
2015
ISBN (eBook)
9783668118591
ISBN (Buch)
9783668118607
Dateigröße
2.5 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v313038
Institution / Hochschule
Duale Hochschule Baden Württemberg Mosbach
Note
Schlagworte
Abgasskandal Volkswagen Dieseltechnologie USA Prüfstandsverfahren Dieselgate Schadstoffbegrenzung

Autor

Zurück

Titel: Der Abgasmanipulationsskandal bei Volkswagen. Zusammenfassung der Fakten, technischen Hintergründe, Folgen und Auswirkungen