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Der Benzinmotor lernt dieseln

Motortechnik. - Seit 1936 die ersten Dieselautos präsentiert wurden, liefern sich Otto- und Dieselmotor einen Wettkampf um die Ehre, wer die meisten Autos antreibt. Derzeit stehen die Zeichen für den Diesel günstig. Doch die Wolken am Dieselhimmel verdunkeln sich in dem Maße, wie die EU die Abgasgesetze verschärft. Die Hersteller wollen deshalb die Vorteile der beiden Motorenkonzepte vereinen.

Von Sönke Gäthke | 05.03.2008

Die Kunst der Vereinigung liegt nicht in der Mechanik oder in der Chemie. Die Kunst liegt in der Verbindung völlig unterschiedlicher Brennverfahren. Denn Diesel- und Ottomotor verteilen ihren Kraftstoff vollkommen unterschiedlich in ihrem Inneren.

" Fangen wir mit dem Diesel an. "

Wolfgang Steiger, Motorenentwickler bei VW, erklärt, was aus der Sicht der Ingenieure die Motoren unterscheidet: der Dieselmotor lässt sich keine Zeit. Er treibt seinen Brennstoff in den Zylinder, wenn die Luft ganz zusammengestaucht ist.

" Der Diesel hat eine inhomogene Gemischverteilung, dass heißt, es wird Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt, mit einer Düse, die mehrere Löcher hat, und damit sehr ungleichmäßig auf die Luft verteilt. Es gibt Zonen, in denen sehr viel Kraftstoff auf ein Luftgemisch trifft, und es gibt andere Zonen, in denen freie Luft ist, die quasi überhaupt nicht mit Kraftstoff in Berührung kommt. "

Irgendwo, da wo besonders viel Kraftstoff konzentriert ist, zündet das Gemisch. Dabei reicht schon wenig Treibstoff, ein mageres Gemisch, um eine kräftiges Feuer zu entfachen - was den Diesel zur Maschine mit dem höchsten thermischen Wirkungsgrad macht. Nachteil ist jedoch: Die hohen Temperaturen lassen viel Stickoxide entstehen; und die unregelmäßige Verteilung von Luft und Brennstoff führt zu einer unregelmäßigen Verbrennung - letztlich zu Ruß.

" Der Ottomotor macht genau das umgekehrte, eigentlich, der Vergasermotor früher, oder der Einspritzer heute, spritzen im Saugrohr schon den Kraftstoff ein und damit hat er unendlich viel Zeit, sich völlig gleichmäßig auf die Luft zu verteilen, dann spricht man von einem homogenen Gemisch. "

Sein Gemisch können die Techniker nicht sich selbst überlassen wie beim Diesel - es könnte viel zu früh zünden, Motorenschäden wären vorprogrammiert. Das übernimmt daher eine Zündkerze, die das Gemisch an einem Punkt zündet. Der Vorteil dieses Motors: bei gleicher Größe ist er leichter, liefert mehr Leistung, und die Abgase lassen sich besser reinigen - vor allem, weil deutlich weniger Stickoxide entstehen. Von einer Vereinigung der Verfahren versprechen sich die Techniker große Vorteile, so Steiger.

" Die Selbstentflammung hat einen extrem großen Vorteil, sie erzeugt, wenn sie auf ein homogenes Gemisch trifft - also bei dem Kraftstoff und Luft gleichmäßig verteilt ist - eine quasi emissionsfreie Verbrennung mit sehr hohem Wirkungsgrad. "

Die Verbrennung beginnt nämlich nicht an einem Punkt - wie beim Otto- oder Dieselmotor sondern schlagartig, überall. Der neue Motor muss dafür das Gemisch so aufbereiten wie der Ottomotor, und dann so zünden wie der Diesel. Und das ist das Problem.

" Das ist zunächst mal schwierig, der Otto-Motor hat ja eine hohe Oktanzahl, und die soll ja gerade sicherstellen, dass er sich nicht selbst entzündet, "

erklärt Stefan Pischinger, Motorenentwickler an der RWTH Aachen. Auch darf der neue Motor nicht so hoch verdichten wie der Diesel - damit es nicht doch zu Fehlzündungen kommt. Nur: dann reichen die Temperaturen im Inneren nicht für eine kontrollierte Selbstentflammung.

" Man kann aber jetzt durch eine spezielle Ventilsteuerung heißes Abgas wieder in den Brennraum zurückführen, und dieses heiße Abgas wird dann so zu sagen als Zündherd für die Verbrennung, das dann sehr homogen ablaufen kann, und wodurch ich auch eine magere Verbrennung wie beim Dieselmotor realisieren kann. "

Die Kunst besteht also darin, das Auslass-Ventil variabel zu steuern damit der Motor verbranntes Abgas in seinem Inneren behält - oder aus dem Auspuff zurück ziehen kann.

" Technisch macht man das so, dass man über die Nockenwelle, die normalerweise starr mit der Kurbelwelle verbunden sind, bewegliche Teile einführt, so dass man die Öffnungs- und Schließzeiten der Ventile verändert. "
Wolfgang Steiger will Abgas aus dem Auspuff zurückziehen lassen. Wann aus dem Ottomotor so ein dieselnder Ottomotor wird, muss eine Elektronik entscheiden. Der VW-Entwickler setzt darauf, den Otto-Motor zeitweise zum Dieseln zu bringen, etwa wenn in der Stadt nur wenig Leistung gefordert wird. Das könnte den Verbrauch spürbar senken. Ähnlich denken auch andere Entwickler bei Daimler, Bosch oder General Motors. Stefan Pischinger will dagegen noch weiter gehen: Er will den Ottomotor immer dieseln lassen - und dann gleich mit neuen Treibstoffen befeuern.