Ottomotoren

Das Comeback des Ottomotors

Gegenüber dem Ottomotor ist die Popularität des Dieselmotors seit Mitte der 90er Jahre überproportional angestiegen. Das Comeback des Ottomotors begründet sich unter anderem durch die immer kostenaufwändigeren Abgasnachbehandlungssysteme (z.B. AGR, DPF, SCR, Oxi-Kat) bei Dieselmotoren, die auch einen erhöhten Kraftstoffmehrverbrauch verursachen. Eindeutigen Entwicklungsbedarf besitzt der Ottomotor im Bereich Kraftstoffverbrauch, der durch neue Technologien für eine nachhaltigere Kraftstoffverbrauchseinsparung den Dieselmotor als bisherigen Vorreiter in punkto Verbrauchssparsamkeit überholen könnte.

Auf der ottomotorischen Seite gibt es mehrere technologische Ansätze zur Reduktion des Kraftstoffverbrauchs und der CO2-Emissionen sowie zur Verbesserung des Leistungs- und Fahrverhaltens. Hierzu zählt u.a. die verstärkte Nutzung der Abgasturboaufladung in Kombination mit motorischem Downsizing. Wichtig für eine hohe Kundenakzeptanz ist die Optimierung des Ansprechverhaltens des Turboaggregats, um die gefürchteten „Turbolöcher“ bei geringen Drehzahlen zu vermeiden.

Wesentlich zunehmen wird der Einsatz der Abgasturboaufladung mit erhöhter Marktpräsenz der neuesten Generationen der Benzin-Direkteinspritzung. In Kombination ermöglichen optimierte Effekte beim Ladungswechsel und der Gemischbildung erhebliche Verbesserungen im Leistungs- und Verbrauchsverhalten. Zudem können mehrere Aufladeaggregate (z.B. Kompressor + Turbo) bzw. eine mehrstufige Aufladung eingesetzt werden, um den Ladedruckaufbau zu beschleunigen.

Vorteile der Direkt-Einspritzung

Die Direkteinspritzung ermöglicht im Teillastbereich eine Wirkungsgradverbesserung aufgrund der, durch den direkt eingespritzten, kalten Kraftstoffstrahl bedingten, Innenkühlung des Zylinders. Infolgedessen kann die für Turbomotoren bisher notwendige Absenkung des Verdichtungsverhältnisses, um das temperaturabhängige schädliche Klopfen zu vermeiden, geringer ausfallen. Der direkteinspritzende Otto-Turbomotor kann somit höher verdichten als die Variante mit Saugrohreinspritzung, was eine höhere Leistungsentfaltung zur Folge hat. Im Volllastbetrieb sinkt der Anfettungsbedarf, bedingt durch die durch Innenkühlung niedrigeren Bauteiltemperaturen.

Das strahlgeführte Brennverfahren

Neben der heutzutage serienmäßig verbauten Direkteinspritzung sind auf Piezo-Technologie basierende strahlgeführte und geschichtete Verfahren in Entwicklung. Dabei wird, im Gegensatz zu heutigen wand- und luftgeführten Brennverfahren der Kraftstoff nicht über die Zylinderwand und den Kolbenboden zur Zündkerze geführt, sondern direkt vor der Kerze eingespritzt. Die Einspritzung direkt vor der Zündkerze war durch die von strahlgeführten Direkteinspritzungssystemen gestellten Anforderungen an die Bauteil- und Lagetoleranzen, Einspritzdruck und Strahlaufbereitung mit bisher verfügbaren Technologien nicht möglich.

Da diese Systeme einen Magerbetrieb (= drosselarm) erlauben, ist ein weiteres Einsparungspotenzial möglich. Vollvariable elektromechanische Ventiltriebe (ohne Nockenwelle, ohne Drosselklappe) erschließen ein weiteres Feld der Verbrauchseinsparung. Im NEDC (New European Driving Cycle) sind mit diesen Technologien bis zu 10% Reduktion erreichbar. Die Zylinderabschaltung, auch ’Displacement On Demand’ genannt, bietet ebenfalls Potential. Hierbei wird die Kraftstoffeinsparung über eine Lastpunktverschiebung nach der Abschaltung ermöglicht.

Weitere Optimierung des Verbrauchs- und des Fahrverhaltens lässt sich durch Einsatz einer elektromotorischen Komponente (Hybridantrieb) ermöglichen.