Benzinmotoren könnten weitaus effektiver arbeiten und 30 Prozent weniger Sprit verbrauchen. Dazu müsste der so genannte Ladedruck erhöht werden, also der Druck der Luft, die in den Zylinder gepresst wird. Das wissen alle Motorenbauer, doch sie ziehen daraus keine Konsequenzen. Mit gutem Grund. Denn bei höherem Druck explodiert das Gemisch manchmal zu früh, bevor also die Zündkerze Funken versprüht. Dabei werden Kräfte frei, die den Motor vorzeitig zerstören können. Deshalb liegt der Ladedruck immer deutlich unter dem Optimum.
Das will die in Frankfurt am Main ansässige Forschungsvereinigung für Verbrennungskraftmaschinen nicht länger hinnehmen. Deshalb sollen in deren Auftrag Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) herauszufinden, wo und warum derart fatale „Vorentflammungen“ auftreten, wie sie von Motorenbauern genannt werden.
Dazu durchbohrten die Forscher eine Zündkerze und steckten einen Lichtwellenleiter hindurch. Am anderen Ende befand sich eine Hochgeschwindigkeitskamera, die die Ereignisse im Zylinder aufzeichnete.
Weniger Fehlzündungen durch höheren Druck
Die Forscher brauchten viel Geduld. Jeweils nach ein paar Millionen korrekten Zündungen gab es am Kolben oder an den Zylinderwänden Vorentflammungen. In zahlreichen Tests ermittelten sie Gegenmaßnahmen. Wenn sie beispielsweise die Geschwindigkeit der in den Zylinder strömenden Luft erhöhten, reduzierte sich die Zahl der Fehlzündungen, weil Luft und Treibstoff sich besser vermischten.
Den gleichen Effekt hatten Einspritzdüsen mit mehreren Löchern, die den Kraftstoff feiner und gleichmäßiger verteilten. Noch besser wurde es, als die Forscher nicht den für eine Zündung nötigen Spritbedarf auf einmal einspritzten, sondern zeitversetzt, wobei es um winzige Bruchteile von Sekunden ging. Außerdem fanden sie heraus, dass die Zusammensetzung des Kraftstoffs und des Motoröls einen Einfluss haben.
All diese Erkenntnisse sollen Motorenbauern die Möglichkeit geben, den „effektiven Mitteldruck“ im Zylinder von heute maximal 24 bar auf 30 bar anzuheben. „Künftige Motoren können mehr Drehmoment und damit bessere Beschleunigung bieten – und trotzdem weniger verbrauchen“, verspricht KIT-Professor Ulrich Spicher, der das Projekt verantwortete.
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