INTERVIEW

"Wir setzen auf den Piezo"

Still ist es um die Piezo-Einspritzung geworden. Doch wer glaubt, die noch vor wenigen Jahren mit dem Deutschen Zukunftspreis ausgezeichnete Technik sei auf dem Abstellgleis, der irrt. Meint jedenfalls Professor Peter Gutzmer, der neben seinem Hauptberuf als Technikgeschäftsführer bei Schaeffler im letzten Jahr auch den Bereich Engine Systems der Continental-Division Powertrain führte.

Was ist künftig wichtiger: Maximaler Einspritzdruck oder hohe Flexibilität?
Wie üblich in der Technik bei solchen Fragen, ist hier das "oder" falsch. Das heißt, Sie müssen beides machen.

Das wird teuer.
Das soll es möglichst nicht werden. Aber je mehr Downsizing, desto wichtiger wird die Verbrennungsqualität und damit die Gemischbildung. Beim Diesel haben Sie durch höheren Druck Vorteile in der Feinzerstäubung. Aber das ist nur ein Aspekt. Geräusch ist ein anderer. Daher wird auch die flexible Verteilung der Einspritzmenge zunehmen. Was man im Zusammenhang mit dem Downsizing auch im Auge behalten muss, ist das Verhältnis von Maximal- zu Minimalmenge. Die Leistungsspanne zwischen niedriger und maximaler Last steigt bei diesen kleinen Motoren immer weiter. Und damit die Varianz bei der Einspritzmenge. Da kommen wir von einem Faktor 16 bis 18 fast auf eine Verdopplung.

Wie wollen Sie diesen Spagat schaffen?
Wir setzen auf den Piezo. Wir sind sicher, dass die Anforderungen, die an eine Dieseleinspritzung künftig gestellt werden, robust und reproduzierbar nur mit einer Piezo-Lösung erfüllt werden kann. Dabei verfolgen wir zwei Ansätze: den direktgetriebenen Aktor und eine neue Generation hydraulisch verstärkter Piezos, die in etwa drei Jahren in Produktion gehen wird.

Zwei Pfade zu verfolgen, bei einer ohnehin komplexen Technologie - ist das nicht sehr riskant?
Für Volumenanwendungen ist die hydraulische Verstärkung einfach kostengünstiger: Man kann mit einem kleineren Stack arbeiten. Für leistungsstärkere Motoren wollen wir dann die Maximallösung. Unsere Wettbewerber stellen doch auch zwei Lösungen dar, in dem Sie für die einfacheren Systeme Solenoide anbieten.

Was kann denn der Piezo im unteren Marktsegment so viel besser als das Magnetventil?
Wir haben uns zunächst entschieden, die Piezo-Kompetenz, die wir haben, weiter zu nutzen und mit dem Servo-Aktor eine Version zu entwickeln, die gegenüber dem Solenoid kosten- und funktionsmäßig wettbewerbsfähig ist. Zukünftig wird dieser Aktor aber trotzdem mehr technisches Potenzial haben.

Das heißt konkret?
Er ist schneller und kann dadurch kleinere Mengen darstellen als auch die Zeit zwischen den Einspritzungen verkürzen.

Ein Sorgenthema war beim Piezo in der Vergangenheit die Qualität.
Da hat man natürlich viel gelernt, in der gesamten Lieferkette, die wir natürlich weiter optimieren. Wir haben dieses Jahr unseren 40-millionsten Piezo-Injektor gefertigt. Auf der Dieselseite haben wir aus dem Feld keinerlei Anzeichen, die uns befürchten ließen, der Piezo habe keine Zukunft. Der ppm-Level ist nahe Null und nicht schlechter als beim Solenoid.

Was Sie von den Piezo-Einspritzungen für Benzinmotoren nicht behaupten können.
Mit dem Piezo-Aktor hatte das gar nichts zu tun. Der Grund für erhöhte Ausfallraten lag in der nach außen öffnenden Nadel, mit der wir Neuland betreten haben. Die gewählte mechanische Lösung war offensichtlich in der ersten Generation nicht robust genug.

Geben Sie uns bitte Ihre Prognose, wie sich die Einspritzdrücke entwickeln werden.
Bei Pkw-Dieselmotoren sehen wir eine Grenze zwischen 2000 und 2500 bar. Irgendwann kommen wir dann in einen Grenzbereich, wo die Antriebsleistung für die Hochdruckpumpe so groß wird, dass die CO2-Bilanz bei noch höheren Drücken negativ wird. Beim direkteinspritzenden Ottomotor gehen wir von einem Bereich von 200 bis 350 bar aus.

Versuche mit Ottodirekteinspritzungen von 1000 bar, wie sie einzelne Hochschulen fahren, halten Sie demnach für unrealistisch?
Wir haben auch Ottomotoren auf dem Prüfstand, die wir mit 500 bar Einspritzdruck fahren. Das Ziel ist aber, mit möglichst geringem Einspritzdruck - also geringer Verlustleistung - die gesetzlichen Vorgaben zur Partikelanzahl zu erreichen. Nicht vergessen: 100 bar mehr Druck bezahlen wir mit ungefähr einem Prozent mehr CO2. Hier könnte es Potenzial für einen optimierten Piezo geben, das untersuchen wir derzeit.

Glauben Sie noch daran, dass sich die Schichtladung auf breiter Front durchsetzt?
Eine magere Verbrennung erfordert ein bestimmtes Gesamtkonzept, zu dem auch Abgasnachbehandlung und Kraftstoff gehören. Um weltweit die Abgasgesetzgebung einzuhalten, haben wir den richtigen Sprit nicht überall. Außerdem hat man in der Praxis nicht die Verbrauchspotenziale realisieren können, die man sich gewünscht hat. Und letztlich werden die neuen Downsizing-Motoren alle mit Aufladung ausgestattet, was ja auch Aufwand bedeutet. Insofern sehe ich den stöchiometrischen Ottomotor mit Direkteinspritzung und Aufladung als den Trend. Der nächste Schritt wird dann eher sein, dass man auch bei solchen Motoren eine Closed-loop-Regelung einführt, um Kleinstmengen und Brennverlauf noch exakter zu beeinflussen.

Neben diesen Systemen wird der Weltmarkt für kostengünstige Motoren in Schwellenländern immer größer. Die werden doch aber auch künftig nicht mit Piezo-Injektoren unterwegs sein, oder?
Richtig. Wir haben ja genauso unseren Deka VII und arbeiten auch hier an einer weiteren Optimierung. Wenn in einigen Jahren mehr als 40 Millionen Motoren in Asien gebaut werden, dann werden das MPI sein, einfach aufgrund der Kosten.

Aber einer Low-cost-Dieselstrategie geben Sie keine Chance?
Das werden wir versuchen - und zwar mit dem Piezo. Wir haben schon eine Low-cost-Pumpe. Aber solche Produkte müssen in der Region, zum Beispiel in Indien, entstehen.

An welcher Stelle ist denn ein Euro besonders gut ausgegeben, wenn ich CO2 minimieren will? Ist das überhaupt die Einspritzung?
Das hängt ganz stark vom Portfolio des Kunden ab. Bei den sehr kleinen Motoren, zwei oder drei Zylinder, sehe ich durchaus das Potenzial, dass sie Euro 6 mit variabler Ventilsteuerung und Aufladung schaffen. Erst wenn nach Euro 6 noch etwas käme, würde man hier über die Umstellung auf Direkteinspritzung sprechen. Für uns ist klar, dass wir die gesamte Palette brauchen: Aufladung, Einspritzung, Ventiltrieb, Motorsteuerung und Abgastechnik. Das ist dann übrigens auch die Geschichte Conti - Schaeffler - Emitec.

Welches Potenzial steckt noch in den Einspritzpumpen?
Der Wirkungsgrad heutiger Hochdruckpumpen liegt schon bei mehr als 90 Prozent. Aber wir kämpfen weiterhin um jedes Gramm CO2. Unsere nächste Generation wird die leichteste Pumpe am Markt sein. Die mechanische Antriebsleistung wird noch einmal um ein bis drei Prozent verbessert. Auch hier merken wir übrigens, dass beim Thema Reibung die Mechanikkompetenz von Schaeffler eine gute Ergänzung zu Conti ist. Wir werden die Wertschöpfungstiefe hier noch einmal erhöhen.

Sie waren ja bis zum heutigen Tag hier in Regensburg tätig. Was haben Sie über das
Schwesterunternehmen gelernt, was davon könnten oder sollten andere auch lernen?
Wir müssen alle mehr in übergreifenden Systemen, in Funktion denken. Das geht nur mit den Kompetenzen, die beide Unternehmen entwickelt haben: Software, Sensorik, Elektronik, aber eben auch ein stark ausgeprägter Mechanikbereich. Ich habe jetzt wieder gelernt, dass sich der Gedanke auch tatsächlich realisieren lässt.

Professor Gutzmer, herzlichen Dank für das Gespräch.

(Bild: Matthias Haslauer)

Autor(en): Johannes Winterhagen