Antriebstechnik 07.10.2005, 18:40 Uhr

Benzinmotor folgt in der Entwicklung dem Diesel  

VDI nachrichten, Stuttgart, 7. 10. 05 – Der Ottomotor folgt dem Erfolgsrezept des Diesels. Direkte Einspritzung und Aufladung sind die Schlüssel zum Erfolg. Zu erwarten sind mehr Leistung, Drehmoment und Fahrspaß mit vergleichsweise kleinen Hubräumen und das bei geringeren Schadstoffemissionen sowie sparsamem Benzinverbrauch.

Trendsetter bei den innovativen Dieselmotoren war Audi. Vor rund 15 Jahren führten die Ingolstädter Turbodieselmotoren mit direkter Kraftstoffeinspritzung, die so genannten TDI, ein. Letztes Jahr präsentierten die Ingenieure von Audi den ersten 2,0-l-Ottomotor mit direkter Einspritzung, homogener Gemischbildung und Aufladung, TFSI genannt, und jetzt stellten ihre Kollegen von VW den 1,4-l-Vierzylinder mit mechanischer und Abgasturboaufladung vor, der 125 kW und 240 Nm bereitstellt. Diesem Konzept, das den VW Golf GT antreibt, wird zugetraut, dass es die Entwicklung des Ottomotor ähnlich auf Trab bringt, wie die TDI-Einführung vor mehr als einem Jahrzehnt den Diesel.

Dass die „TFSI“-Methode einen Trend markiert, davon ist Dr. Rolf Leonhard, Entwicklungsvorstand im Geschäftsbereich Benzinsysteme von Bosch, überzeugt. „Die Kombination aus direkter Einspritzung und Aufladung hat im Ottomotor großes Potenzial. Zukünftig sind je Liter Hubraum spezifische Drehmomentwerte von 175 Nm bis 200 Nm und spezifischen Leistungen von 100 kW möglich“, so Leonhard.

Insbesondere im unteren Drehzahlbereich werde das Drehmoment mit bis zu 50 % kräftig zunehmen, im Vergleich zu heutigen Ottomotoren mit Saugrohreinspritzung, so Leonhard. Gleichzeitig würde das höhere Drehmoment schon bei wesentlich niedrigen Drehzahlen anstehen und über ein breites Drehzahlband abrufbar sein, erklärte der Entwickler. Damit dürfte die Direkteinspritzung beim Ottomotor für doppelten Fahrspaß aus Drehmoment und Drehzahl sorgen.

Nach Ansicht der Fachleute wird die spezifische Leistung der optimierten Ottomotoren schon in wenigen Jahren doppelt so hoch sein wie bei Ottomotoren mit herkömmlicher Einspritzung. So wird auch das „Downsizing“ interessant, wo bei ähnlicher Leistungsfähigkeit mit hubraumkleineren Motoren weniger Kraftstoff verbraucht wird und geringere Schadstoffmengen ausgestoßen werden.

Durch die Absenkung des Kraftstoffverbrauchs ist die direkte Einspritzung auch eine Schlüsseltechnik für die europäischen Automobilhersteller. Die wollen 2008 die freiwillige Selbstverpflichtung einlösen und im Flottenverbrauch durchschnittlich nur noch 140 g CO2/km je Pkw ausstoßen.

Kein Wunder, dass Mazda noch für dieses Jahr ebenfalls einen aufgeladenen Direkteinspritzer ankündigt hat. Die Kooperation von BMW und PSA (Peugeot/Citroën) will ab 2006 derartige Aggregate auf den Markt bringen. Bosch wird nach eigenen Angaben 2006 schon 1 Mio. Ottomotoren mit Direkteinspritztechnik (DI) ausgerüstet haben. Schon 2008, so Leonhard, werde in Europa jeder fünfte Ottomotor mit direkter Benzineinspritzung verkauft, die Hälfte davon verfügten zusätzlich über Turbolader. 2010 würde der DI-Anteil bei Ottomotoren in Europa schon 30 % betragen.

Der Wechsel von der Direkteinspritzung mit Lambda (l) 1 zu einer strahlgeführten, geschichteten Ladung (magerbetrieb), wird nach Expertenmeinung den Benzinverbrauch um etwa 15 % bis 20 % vermindern. Die Generation der strahlgeführten Einspritzsysteme wird sich zunächst auf hoch motorisierte Fahrzeuge beschränken. BMW und Mercedes-Benz haben für 2006 entsprechende Aggregate angekündigt, voraussichtlich werden es Sechs- und Achtzylindermotoren sein.

Neben den Fortschritten bei Leistung, Drehmoment und Verbrauchsminderung ermöglicht die direkte Einspritzung des Benzins in den Brennraum auch eine abgasärmere Verbrennung. Beispielsweise entstehen beim Startvorgang weniger Kohlenwasserstoffe (HC) als bei einem Ottomotor, bei dem der Kraftstoff in das Saugrohr eingespritzt wird. Außerdem entweicht HC meistens unmittelbar nach dem Kaltstart in die Umwelt, wenn der Katalysator seine Betriebstemperatur noch nicht erreicht hat. Hier lässt sich das direkte Einspritzverfahren so einstellen, dass es den Katalysator schneller aufheizt.

Mit dieser effektiven Katalysator-Aufheizung kann die direkte Einspritzung selbst die sehr strengen Abgasgrenzwerte der US-amerikanischen Norm für Super Ultra Low Emission Vehicle (SULEV) erfüllen. Auch die diskutierten Werte der künftigen EU5-Abgasstandards dürften mit diesem Konzept erreicht werden.

Trotz des erhöhten Aufwands durch das direkte Einspritzsystem und die Aufladung sollten die Kosten der neuen Ottomotoren im Rahmen bleiben. Ein Sparpotenzial hat Bosch-Ingenieur Leonhard bei der Abgasnachbehandlung ausgemacht. Da die direkte Einspritzung eine sauberere Verbrennung fördert, ginge der Aufwand für die Abgasreinigung zurück. Ein kleinerer Katalysator mit weniger Edelmetall oder der Wegfall einer Sekundärluftpumpe könnte die Kosten der aufwändigeren Einspritztechnik annähernd wieder kompensieren. J. GORONCY/WOP

Von J. Goroncy/Wolfgang Pester

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