Von Sönke Gäthke
Ein dieselgetriebener LKW. Der Ruß und Stickoxide aus seinem Auspuff belasten die Umwelt erheblich. Erdgas könnte Abhilfe schaffen – es verbrennt deutlich sauberer. Doch Erdgas hat einen entscheidenden Nachteil: Es eignet sich nicht für Dieselmotoren, weil es nicht selbst zündet. Bei einer Umrüstung wird daher aus einem Dieselmotor ein herkömmlicher Ottomotor mit Gasaufbereitung und Zündkerzen. Ein aufwändiges Verfahren, dass zudem nicht vollkommen überzeugt, so Ulrich Hilger, Professor für Thermodynamik an der Fachhochschule Dortmund.
Das Ergebnis einer solchen Umwandlung ist auf der einen Seite sicher ein sehr schadstoffarmer Betrieb, auf der anderen Seite allerdings auch eine deutliche Einbusse im Wirkungsgrad. Wir haben unter den nutzfahrzeugtypischen Betriebsbedingungen bei Erdgas-Ottomotoren, Mehrverbräuche gegenüber dem Dieselmotor, die bis zu vierzig, fünfzig Prozent betragen können, teilweise auch höher sind.
Kein Wunder, dass bisher nur wenige Unternehmen bereit sind, Stadtbusse zum Beispiel umzurüsten. Ulrich Hilger hat daher ein Verfahren entwickelt, das die Vorteile des Dieselmotors und des Gasmotors miteinander verbindet: Das DING-Verfahren. DING steht für Direkt-Einspritzender Gasdiesel; und im Prinzip lässt sich damit jeder handelsübliche direkteinspritzende Dieselmotor auf Gas-Betrieb umrüsten:
Also der Zündungsmechanismus ist ein Fremdzündungsmechanismus, im Gegensatz zum Dieselmotor. Aber alles andere ist identisch wie beim Dieselmotor.
Fast alles andere, denn der Gas-Diesel von Hilger benötigt auch noch eine neue Einspritz-Düse, beziehungsweise Einblase-Düse. Das ist ein Ventil, dessen Spitze in den Zylinder hineinragt und dort mehrere kleine Löcher hat. Diese lenken das Gas so, dass es den Zylinderraum möglichst schnell ausfüllen kann. Der wichtigste Unterschied zu einer Diesel-Einspritzdüse ist: Bei der Einspritzdüse drückt der Diesel das Ventil der Düse auf. Bei der Einblase-Düse geht das nicht, das Gas würde nur zusammengedrückt.
Das heißt also, das Öffnen des Ventils muss durch einen entsprechenden direkten Antrieb, also zum Beispiel einen piezo-elektrischen Antrieb realisiert werden.
Diesen kleinen Antrieb lässt Hilger von einer Elektronik so steuern, dass er genau im richtigen Moment das Ventil öffnet und das Gas einströmen lässt. Jetzt kommt der sogenannte Fremdzünd-Mechanismus ins Spiel. Das ist eine Glühkerze, ein kleiner Keramik-Stift, der permanent auf eine Temperatur von rund 1000 Grad Celsius geheizt wird. Das Gas soll sich allerdings nicht erst dann entzünden, wenn es mehr oder weniger zufällig die Glühkerze erreicht. Und hier spielen noch einmal die Löcher der Einblasedüse eine wichtige Rolle, die das Gas strahlenförmig in den Zylinder lenken.
Einer der Strahlen ist auf die Glühzündeinrichtung gerichtet. Das bedeutet also, der Kraftstoff, der durch diesen Einspritzstrahl auf die Glühzündeinrichtung auftrifft, diese Menge führt zu einer Zündung.
Erst entflammt der Strahl, anschließend die gesamte Gasmenge im Zylinder. Beide Bauteile, die Einblasedüse und die Glühkerze, passen im Prinzip in die vorgefertigten Löcher eines normalen Dieselmotors. Sie ließen sich mit wenig Aufwand einbauen, eine Umrüstung wäre daher sehr einfach und billig. Und das DING-Verfahren hätte gegenüber konventionellen Dieselmotoren eine Reihe von Vorteilen, ist Hilger überzeugt.
Erstens: Der Wirkungsgrad des Dieselmotors wird erreicht, zweitens: Die Schadstoff-Emissionen sind deutlich niedriger, zumindest was den Rußbereich angeht, die Partikel-Emissionen sind sehr niedrig und resultieren im Wesentlichen aus der Schmierölemission. Bei den gasförmigen Emissionen sieht es so aus: Bei den gesetzlich limitierten Schadstoffen erreichen wir Emissionsstufen, zum Beispiel Euro 4 im Nutzfahrzeug, und im PKW-Bereich ist es Euro 3.
Außerdem könnten sich die Stickoxidemission noch erheblich senken lassen, so Hilger. Eine geschickte Einspritzung des Gases ermöglicht eine niedrige Verbrennungstemperatur, und damit entsteht weniger Stickoxid. Der Dortmunder Motorenentwickler testet derzeit einen umgerüsteten Motor auf dem Prüfstand. Im Herbst soll dieser Motor in einen Kleinlaster eingebaut werden. Bis zum Ende des Jahres will Hilger das Verfahren noch weiter vereinfachen, damit die Umrüstung noch günstig ist.
Ein dieselgetriebener LKW. Der Ruß und Stickoxide aus seinem Auspuff belasten die Umwelt erheblich. Erdgas könnte Abhilfe schaffen – es verbrennt deutlich sauberer. Doch Erdgas hat einen entscheidenden Nachteil: Es eignet sich nicht für Dieselmotoren, weil es nicht selbst zündet. Bei einer Umrüstung wird daher aus einem Dieselmotor ein herkömmlicher Ottomotor mit Gasaufbereitung und Zündkerzen. Ein aufwändiges Verfahren, dass zudem nicht vollkommen überzeugt, so Ulrich Hilger, Professor für Thermodynamik an der Fachhochschule Dortmund.
Das Ergebnis einer solchen Umwandlung ist auf der einen Seite sicher ein sehr schadstoffarmer Betrieb, auf der anderen Seite allerdings auch eine deutliche Einbusse im Wirkungsgrad. Wir haben unter den nutzfahrzeugtypischen Betriebsbedingungen bei Erdgas-Ottomotoren, Mehrverbräuche gegenüber dem Dieselmotor, die bis zu vierzig, fünfzig Prozent betragen können, teilweise auch höher sind.
Kein Wunder, dass bisher nur wenige Unternehmen bereit sind, Stadtbusse zum Beispiel umzurüsten. Ulrich Hilger hat daher ein Verfahren entwickelt, das die Vorteile des Dieselmotors und des Gasmotors miteinander verbindet: Das DING-Verfahren. DING steht für Direkt-Einspritzender Gasdiesel; und im Prinzip lässt sich damit jeder handelsübliche direkteinspritzende Dieselmotor auf Gas-Betrieb umrüsten:
Also der Zündungsmechanismus ist ein Fremdzündungsmechanismus, im Gegensatz zum Dieselmotor. Aber alles andere ist identisch wie beim Dieselmotor.
Fast alles andere, denn der Gas-Diesel von Hilger benötigt auch noch eine neue Einspritz-Düse, beziehungsweise Einblase-Düse. Das ist ein Ventil, dessen Spitze in den Zylinder hineinragt und dort mehrere kleine Löcher hat. Diese lenken das Gas so, dass es den Zylinderraum möglichst schnell ausfüllen kann. Der wichtigste Unterschied zu einer Diesel-Einspritzdüse ist: Bei der Einspritzdüse drückt der Diesel das Ventil der Düse auf. Bei der Einblase-Düse geht das nicht, das Gas würde nur zusammengedrückt.
Das heißt also, das Öffnen des Ventils muss durch einen entsprechenden direkten Antrieb, also zum Beispiel einen piezo-elektrischen Antrieb realisiert werden.
Diesen kleinen Antrieb lässt Hilger von einer Elektronik so steuern, dass er genau im richtigen Moment das Ventil öffnet und das Gas einströmen lässt. Jetzt kommt der sogenannte Fremdzünd-Mechanismus ins Spiel. Das ist eine Glühkerze, ein kleiner Keramik-Stift, der permanent auf eine Temperatur von rund 1000 Grad Celsius geheizt wird. Das Gas soll sich allerdings nicht erst dann entzünden, wenn es mehr oder weniger zufällig die Glühkerze erreicht. Und hier spielen noch einmal die Löcher der Einblasedüse eine wichtige Rolle, die das Gas strahlenförmig in den Zylinder lenken.
Einer der Strahlen ist auf die Glühzündeinrichtung gerichtet. Das bedeutet also, der Kraftstoff, der durch diesen Einspritzstrahl auf die Glühzündeinrichtung auftrifft, diese Menge führt zu einer Zündung.
Erst entflammt der Strahl, anschließend die gesamte Gasmenge im Zylinder. Beide Bauteile, die Einblasedüse und die Glühkerze, passen im Prinzip in die vorgefertigten Löcher eines normalen Dieselmotors. Sie ließen sich mit wenig Aufwand einbauen, eine Umrüstung wäre daher sehr einfach und billig. Und das DING-Verfahren hätte gegenüber konventionellen Dieselmotoren eine Reihe von Vorteilen, ist Hilger überzeugt.
Erstens: Der Wirkungsgrad des Dieselmotors wird erreicht, zweitens: Die Schadstoff-Emissionen sind deutlich niedriger, zumindest was den Rußbereich angeht, die Partikel-Emissionen sind sehr niedrig und resultieren im Wesentlichen aus der Schmierölemission. Bei den gasförmigen Emissionen sieht es so aus: Bei den gesetzlich limitierten Schadstoffen erreichen wir Emissionsstufen, zum Beispiel Euro 4 im Nutzfahrzeug, und im PKW-Bereich ist es Euro 3.
Außerdem könnten sich die Stickoxidemission noch erheblich senken lassen, so Hilger. Eine geschickte Einspritzung des Gases ermöglicht eine niedrige Verbrennungstemperatur, und damit entsteht weniger Stickoxid. Der Dortmunder Motorenentwickler testet derzeit einen umgerüsteten Motor auf dem Prüfstand. Im Herbst soll dieser Motor in einen Kleinlaster eingebaut werden. Bis zum Ende des Jahres will Hilger das Verfahren noch weiter vereinfachen, damit die Umrüstung noch günstig ist.