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Autogas-Prototyp emittiert 90,9 Gramm Kohlendioxid pro Kilometer

Den CO2-Ausstoß eines Ottomotors von 100 Gramm pro Kilometer zu unterschreiten, war das Ziel des Projekts CO2-100minus. Arbeitsergebnis der Forschungsgruppe Automotive Powertrain der Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) des Saarlands ist das Erreichen eines CO2-Wertes von 90,9 Gramm pro Kilometer. Damit wurde der ab dem Jahr 2020 geltende EU-Grenzwert von 95 Gramm pro Kilometer unterschritten. Erreicht hat dies die Forschergruppe um die Professoren Dr. Thomas Heinze und Dr. Harald Altjohann durch die Umrüstung eines Peugeot 107 auf Autogas, einen monovalenten Fahrbetrieb, die Entwicklung eines eigenen Motorsteuergerätes, die Erhöhung der Motorverdichtung sowie flankierende Maßnahmen wie Schaltanzeige, Leichtlauföle und Leichtlaufreifen.

Altjohann und Heinze hatten vor rund eineinhalb Jahren, mit Unterstützung von Industriepartnern sowie zweier Ministerien das Projekt CO2-100minus in die Wege geleitet. In einem ersten Schritt wurden die Versuchsfahrzeuge beim niederländischen Projektpartner Vialle auf Autogas umgerüstet. Mithilfe moderner Saugrohr-Flüssigeinspritzung konnten die Fahrzeuge auf monovalenten Betrieb ausgelegt werden. Der vollständige Verzicht auf Benzin selbst in der kraftstoffintensiven Start- und Warmlaufphase ermögliche eine alleinige Optimierung auf Liquified Petroleum Gas (LPG), erläutern die Forscher nun. Gleichzeitig würden auch Schadstoffe, wie Polyzyklische Aromatische Kohlenwasserstoffe um bis zu 80 Prozent reduziert. Ein weiterer Nebeneffekt sei, dass der ausgebaute Benzintank nicht nur Gewicht spare, sondern auch Kraftstoff.

Durch die Entwicklung eines eigenen Zündsteuergerätes ist das Projekt noch weiter vorangebracht worden. Das Steuergerät der HTW arbeitet mit einem Master-Slave-Prinzip. Das bedeutet, erläutert Professor Heinze, dass der OEM-Zündzeitpunkt des OE-Steuergerätes erfasst und durch das Steuergerät der Hochschule kennfeldabhängig auf LPG-optimale Zündzeitpunkte verstellt wird. Diese Verstellung sei insbesondere abhängig von Drehzahl und Saugrohrunterdruck. Dabei würden die hohe Klopffestigkeit (ROZ 107) sowie die höhere Brenngeschwindigkeit des Autogases berücksichtigt. Die Verstellung erfolgt durch Manipulation von Signalen an das OEM-Steuergerät oder durch Erzeugung eigener Zündsignale über eingebaute Zündendstufen. Das Gerät sei artverwandt mit einem Konzept von IAV erklärt Heinze und ergänzt: "Wobei anzumerken ist, dass unsere ersten Prototypen, ohne dass wir von den IAV-Arbeiten wussten, bereits Mitte 2008 in Betrieb waren. Ich denke, die konsequente Lösung der Aufgabenstellung führt einfach zu diesem Ansatz."

Aufgrund der höheren Brenngeschwindigkeit von Autogas wird eine schnellere Energiefreisetzung am oberen Totpunkt des Kolbens erreicht. Dadurch werden Energieausbeute und Wirkungsgrad des Motors erhöht. In Testreihen auf einem Leistungsprüfstand wurde für jeden Betriebspunkt ein optimaler Zündwinkel ermittelt, wird erläutert, und in das Steuergerät einprogrammiert. Zudem wurde die Verdichtung erhöht; was den letzten Schritt auf dem Weg zu weniger CO2 darstellte. Hierfür wurden in den USA neue Kolben geschmiedet, bei einem Spezialisten in England CNC-bearbeitet und dann im Saarland eingepasst. Auf diese Weise ließ sich der motorische Wirkunsgrad weiter erhöhen, was wiederum einen geringeren Verbrauch bei gleicher Leistung und somit auch reduzierte CO2-Emissionen mit sich bringt. Das Potenzial zur Verdichtungserhöhung resultiere aus der deutlich höheren Klopffestigkeit von LPG im Vergleich zu Benzin, erläutert das Forscherteam. Während der herkömmliche Ottokraftstoff üblicherweise 95 Oktan habe, seien es bei Autogas durchschnittlich 107 Oktan. Professor Heinze betont ergänzend, dass wichtig sei, dass das Steuergerät nur wesentliche Vorteile in dem Bereich bringe, in dem der OEM auch klopfbegrenzt fahre. Im NEFZ hielten sich die Vorteile mit maximal 0,5 Prozent C02-Vorteil in Grenzen. Bei realen Fahrten in höheren Lastbereichen, reale Beschleunigungen und auf der Autobahn könnten bis zu sechs Prozent erreicht werden.

Die Ermittlung der CO2-Werte erfolgte mithilfe der Fachhochschule Südwestfalen. Am Standort Iserlohn verfügt sie über einen Abgasrollenprüfstand. Im Labor für Kolbenmaschinen/ Verbrennungskraftmaschinen können mit dem dortigen Abgasanalysesystem unter anderem die CO2-Werte ermittelt werden.

Heinze erläutert: "Wir haben in unserem Projekt im NEFZ das Meiste über direkten LPG-Start, erhöhte Verdichtung (1:12), Schaltanzeige, Leichtlauföl und Leichtlaufreifen erreicht." Die erzielten Ergebnisse fasst er folgendermaßen zusammen: "Wir haben die Fahrzeuge mit Ottomotor mit den besten Abgaswerten genommen und ihren CO2-Ausstoß noch mal um 20 Prozent reduziert." Das zeige, welches Potenzial Autogas habe.
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