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IFP: "Otto- und Dieselmotoren nähern sich einander an"

Das französische Forschungsinstitut IFP (Institut Français du Pétrol) hat im November vergangenen Jahres einen internationalen Kongress über neue interne Brennverfahren veranstaltet. Auf dieser Tagung beschrieben Vertreter von Motorforschungszentren und Automobilherstellern Perspektiven für Otto- und Dieselmotoren. So hoffen die Experten, die von Motoren verursachten Schadstoffemissionen mit den heute verfügbaren Technologien in fünf Jahren auf ein "Null"-Niveau zu bringen. Die Motorenforschung arbeite zurzeit in erster Linie an zwei Verbrennungstechniken, dem CAI- und dem HCCI-Verfahren, die wesentlich schadstoffärmer sein sollen als bisherige Verfahren.

Bei dem ersten, für Ottomotoren vorgesehenen Verfahren handelt es sich um eine kontrollierte Verbrennung durch Selbstentzündung (CAI – Controlled Auto Ignition), bei dem für Dieselmotoren entwickelten HCCI-Verfahren um eine gleichmäßige Verbrennung unter Druck (HCCI – Homogeneous Charge Compression Ignition). Die gleichmäßige und vollständige Verbrennung reduziert zudem den technischen Aufwand und Kosten für Systeme zur Abgasnachbehandlung. (Foto: Blick auf eine CAI-Verbrennung - aufgenommen in einem Einzylinder-Transparent-Motor. Der Treibstoff wurde durch Tomographische Laser induzierte Fluorescence sichtbar gemacht, dabei stellen die dunklen Flächen die Bereiche dar, in denen der Treibstoff schon verbrannt ist, also kein Licht mehr reflektiert.)

Der japaniasche Automobilhersteller Toyota hat bei einem seiner Modelle das für Dieselmotoren entwickelte so genannte Unibus-Verfahren eingeführt. Bei bestimmten Situationen - in bestimmten Drehzahlbereichen, die es erlauben, auf ein homogenes Brennverfahren zu wechseln - werde damit im Vergleich zu konventionellen Dieselmotoren das Ausmaß der Stickoxid-Ausscheidungen (NOx) deutlich verringert. Einen anderen vielversprechenden Weg beschreitet Fiat: Die Ingenieure des italienischen Autobauers fügten dem Multijet-Einspritzsystem ein elektrohydraulisch gesteuertes System zur veränderbaren Verteilung des Kraftstoff-Luft-Gemischs nach dem Uniair-Konzept bei. Das Ergebnis ist ein demnächst auf dem Markt erscheinender Motor, der viel flexibler und wirksamer als konventionelle Motoren arbeitet. Dem Vernehmen nach soll er das Potenzial besitzen, den HCCI-Verbrennungsprinzipien zum Durchbruch zu verhelfen.

Des Weiteren hat das IFP eine Lösung zur gleichmäßigen Dieselverbrennung parat, die den Aufbau der Motoren unverändert lässt. Ausgangsbasis hier seien Multi-Einspritz-Systeme. Mit dieser Entwicklung ist es laut IFP-Angaben möglich, den Stickoxidausstoß um den Faktor 100 und den Partikelausstoß um den Faktor 10 bis 50 zu reduzieren.

Honda hat bei Ottomotoren einen interessanten Weg eingeschlagen: Entwickelt wurde ein Verbrennungssystem mit Selbstentzündung für Zweitaktmotoren von Motorrädern. Mit Blick auf die Anwendung in Auto-Viertaktmotoren zeigte das IFP, dass die Einführung der CAI-Technik mit neuen Verfahren wie variabler Ventilöffnung verknüpft ist. Im Mittelpunkt einer futuristischen Idee aus dem Hause Lotus steht ein komplett elektrifizierter Motor ohne Nockenwelle. Und Johnson Controls präsentiert eine weitere Variante abgasarmer Motoren: Grundlage ist eine elektromagnetische Ventilsteuerung, mit der sich die Selbstentzündung leichter steuern lässt. Ein Ford-Motor, Modell 1,7 L Zetec 16V, arbeitet mit einer veränderbaren Verteilung und der am IFP entwickelten CAI-Technik. Im Vergleich zu konventionellen Motoren schaffe der Motor in bestimmten Funktionssituationen eine Verringerung des Stickoxidausstoßes um 99 und eine Reduzierung des Verbrauchs um bis zu 30 Prozent.

Vertreter von Eucar, dem F&E-Zweig des europäischen Automobilbauerverbandes ACEA, sind der Ansicht, dass Motoren mit interner Verbrennung wohl über das Jahr 2020 hinaus aktuell bleiben werden. Vorausgesetzt, dass die CAI- und HCCI-Verbrennungsverfahren erst um das Jahr 2010 herum ihre Marktreife erreichen werden, könnte die Diskussion über Benzin und Diesel gegenüber den so genannten alternativen Energieträgern Gas und Wasserstoff wieder aufflammen. In diesem Zusammenhang forderten die Fachleute auf dem Kongress höhere Qualitäten der Kraftstoffe ein, die den gestiegenen Anforderungen künftiger Brennverfahren gerecht werden und eine gleichmäßige Verbrennung unterstützen. Im Hinblick auf geometriebezogene Eigenschaften wie das Kompressionsverhältnis und Leistungs- und Emissionsdaten sollen sich dann sogar die CAI-Otto- und die HCCI-Dieselmotoren einander annähern und ihr Unterschied nach und nach immer geringer werden.

Während der Abschlusssitzung beschrieb Dr. Wolfgang Steiger, Forschungsdirektor bei Volkswagen, noch eine Langzeitvision von Volkswagen: eine einzige Kraftstoffformel CCS (Combined Combustion System), die auf einem kombinierten CAI-HCCI-Verfahren beruht.
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