Antriebstechnik 15.12.2006, 19:25 Uhr

Benziner kommt auch in Zukunft nicht ins Stottern  

VDI nachrichten, Aachen, 15. 12. 06, wop – Leistungsstarke Benziner mit kleinem Hubraum, Direkteinspritzung und Aufladung stehlen großen Saugmotoren die Schau. Klein(er), aber oho, heißt ein Motto bei neuen Ottomotoren. Ihr gutes Kosten/Nutzen-Verhältnis lässt sie auch in 20 Jahren noch eine attraktive Alternative zum Diesel sein.

Sparsamer Kraftstoffverbrauch ist im stetig wachsenden Wettbewerb der automobilen Antriebssysteme gefragt. Der in die Tage gekommene Ottomotor kann auch in dieser Disziplin noch punkten. Die Kombination unterschiedlicher Techniken verspricht in der Zukunft eine weitere deutliche Effizienzsteigerung bei den Benzinern. Bei einer Hybridisierung des Autoantriebs spielt sowohl der Benzin- als auch der Dieselmotor eine Rolle.

Der Ottomotor wird durch sein hohes Weiterentwicklungspotenzial und durch sein günstigeres Kosten/Nutzen-Verhältnis für viele Anwendungen auch in 20 Jahren noch eine attraktive Alternative zum Dieselmotor bleiben. Darüber waren sich die Fachleute einig, die sich kürzlich auf dem Aachener Kolloquium für Fahrzeug- und Motorentechnik austauschten. Eingeladen zum alljährlichen Expertentreff hatten die Lehrstuhlinhaber an der RWTH Aachen Prof. Dr.-Ing. Stefan Pischinger, Verbrennungskraftmaschinen (VKA), und Prof. Dr.-Ing. Henning Wallentowitz, Institut für Kraftfahrwesen (ika).

Pischinger erklärte, dass sich im Vergleich zum Ottomotor mit Saugrohreinspritzung und ohne Variabilitäten (z. B. ohne Phasensteller für die Nockenwellen) durch die schrittweise Einführung unterschiedlichster Techniken der Benzinverbrauch im „Neuen Europäischen Fahrzyklus“ (NEFZ) zwischen 25 % und 30 % vermindern lasse. Weitere 10 % Verbrauchsreduktion könnten durch die Hybridisierung erzielt werden, so der Ordinarius. Damit wäre die Verbrauchsdifferenz im Vergleich zu heutigen Dieselmotoren fast völlig eliminiert.

Zu berücksichtigen sei aber bei diesem „Gleichstand“, dass er zunächst nur für den NEFZ gilt und schließlich auch der Dieselmotor ebenfalls noch weiteres Entwicklungspotenzial besitze, so Pischinger. Selbstverständlich kann auch der Diesel hybridisiert werden, ebenso bei kleineren Hubräumen höhere Leistungen erzielen („Downsizing“). Vor allem werde der Dieselantrieb im realen Fahrbetrieb mit höheren Lasten – also bei schweren Fahrzeugen und höherer Geschwindigkeit – seine deutlichen Verbrauchsvorteile behalten, so die Experten. Deshalb bleibt er auch die dominante Antriebsquelle für Nutzfahrzeuge.

Komplexe Abgasnachbehandlungssysteme werden in den nächsten Jahren die Herstellkosten des Diesels erhöhen. Auch gilt es zu berücksichtigen, dass es auf Grund der Zusammensetzung des Erdöls aus leichtflüchtigen Anteilen (Benzin) und schwerflüchtigen Komponenten (Diesel) sinnvoll ist, sowohl Otto- als auch Dieselmotoren zu betreiben.

Übrigens sehen Fachleute im Hybridantrieb eine mögliche Ergänzung zum monovalenten Otto- und Dieselmotorbetrieb und keinen Konkurrenzantrieb. Prof. Wallentowitz gab in Aachen allerdings zu bedenken, dass die Dieselantriebe durch die neue „Bluetec“-Abgasreinigung mit der wässrigen Harnstofflösung „AdBlue“ eine ernsthafte Alternative zu den Hybridantrieben darstellen würde: „Sollte die großflächige Dieseleinführung in den USA unter diesen neuen Randbedingungen der Abgasreinigung gelingen, ist selbst dort der Hybridantrieb noch nicht auf Dauer gefestigt. Die Hybridtechnologie muss daher konsequent weiterentwickelt werden“, forderte Wallentowitz. – Mercedes-Benz bietet seit Kurzem saubere Dieselautos in den USA unter der Bezeichnung Bluetec an, Audi und VW wollen in Kürze folgen.

Zum Stand der Technik gehört bei Ottomotoren künftig die Direkteinspritzung, so Pischinger: „Dabei werden neben stöchiometrischen Konzepten (l = 1) auch magere Schichtladekonzepte mit strahlgeführten Brennverfahren eine zunehmende Rolle spielen. Das größte Potenzial lässt sich durch die Kombination dieser Technologie mit Abgasturboaufladung und Variabilitäten im Ventiltrieb erreichen.“

Durch die Direkteinspritzung können laut VKA-Chef Pischinger die Ventilsteuerzeiten ohne das Risiko von Spülverlusten für einen optimalen Ladungswechsel (Restgasausspülung), günstiges Turboladerverhalten sowie geringe Klopfneigung eingestellt werden. Dadurch lasse sich das Anfahrdrehmoment steigern, was in Folge eine weitere Hubraumverkleinerung („Downsizing“) des Motors erlaube. Diese Kombinationen zeigten das höchste Potenzial.

Die Verbreitung aufgeladener Ottomotoren ist nach Aussage Pischingers noch gering. Der breitere Einsatz der Aufladung führe zu intensiveren Entwicklungsanstrengungen, um weitere Potenziale auszuschöpfen. Diese bestünden, so der VKA-Chef, zunächst bei den Aufladeaggregaten und deren Anpassung an den Motor, sowie umgekehrt bei der weiteren Optimierung des Motors in Hinblick auf die Aufladung.

Neue Aufladetechniken wie Kombination mehrerer Aufladeaggregate oder Einführung variabler Ladergeometrien bieten Reserven, so Pischinger. Für anspruchsvolle Baugruppenrandbedingungen seien maßgeschneiderte Konzepte für die Aufladung zu erarbeiten.

Besonders attraktiv sei laut Pischinger die Einführung einer variablen Verdichtung. Dadurch könne die Kompression bei Teillast (Stadtverkehr), bei der keine Klopfgefahr besteht, bis auf Werte des Dieselmotors angehoben werden, während bei Volllast eine für die Aufladung günstige niedrige Verdichtung gewählt würde.

Für Pischinger müsse es ein Ziel sein, den „Downsizing“-Grad weiter zu erhöhen. Nach Meinung des Aachener Wissenschaftlers gibt es bereits viele Beispiele, in denen hubraumkleinere, aufgeladene Ottomotoren großvolumige Saugmotoren ersetzen. Bemerkenswert sei beispielsweise der Ottomotor 1.4 TSI von VW der Direkteinspritzer mit kombiniertem Kompressor und Turbolader holt aus 1,4 l Hubraum 125 kW bzw. 103 kW und wird von den Wolfsburgern im Golf angeboten.

ROLF MÜLLER-WONDORF/WOP

Von Rolf Müller-Wondorf/Wolfgang Pester

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