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Verbrennungsmotoren : Das Aufgehende-Sonne-Programm

  • -Aktualisiert am

Am weitesten vorangeschritten auf diesem Weg ist Mazda. Bild: Reuters

Japanische Automobilhersteller entwickeln Verbrennungsmotoren mit einem thermischen Wirkungsgrad von 50 Prozent. Das schaffen heute nur langsam laufende Schiffs-Zweitaktdiesel.

          Die wahren Gallier leben in Japan. Während in der Alten Welt Antriebsinnovationen meist mit Elektrifizierung gleichgesetzt werden, leisten Hersteller aus dem Fernen Osten aktiven Widerstand. Vor vier Jahren schlossen sich acht Hersteller nach dem Vorbild der deutschen Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen (FVV) zusammen. Mittlerweile arbeitet die Vereinigung „Research Association of Automotive Internal Combustion Engines“ (AICE) mit der japanischen Regierung an einem ehrgeizigen Ziel. In einem mit der japanischen Regierung gestarteten Forschungsprogramm, dessen blumiger Name auf Deutsch in etwa „Das Aufgehende-Sonne-Programm zur Rettung der Welt“ heißt, sollen die Grundlagen für Fahrzeugmotoren erarbeitet werden, die einen thermischen Wirkungsgrad von 50 Prozent aufweisen.

          Das schaffen heute nur langsam laufende Schiffs-Zweitaktdiesel, Ottomotoren für das Auto liegen mindestens zehn Prozentpunkte (also 20 Prozent) darunter. Technisch gibt es nur einen Weg, das ehrgeizige Ziel mit einem Benzinmotor zu erreichen: Der Motor muss konsequent mager betrieben werden, also mit deutlich mehr Luft, als eigentlich für die Verbrennung benötigt wird. So, wie das bei einem Dieselmotor schon heute der Fall ist. Am weitesten vorangeschritten auf diesem Weg ist Mazda. Schon bei den Daten der aktuellen Skyactiv-Benzinmotoren rieben sich europäische Ingenieure die Augen, denn deren Verdichtungsverhältnis ist mit 14 zu 1 außergewöhnlich hoch.

          Das funktioniert freilich nur, weil Mazda auf Turbolaufladung verzichtet und stattdessen die Leistung aus einem relativ großen Hubraum holt. In gewisser Weise ist diese Motorengeneration jedoch nur eine Vorstufe des „Skyactiv X“, der 2019 auf den Markt kommen soll. Betrieben mit Superbenzin, kombiniert er die Brennverfahren von Benzin- und Dieselmotoren. Das stark abgemagerte und verdichtete Gemisch zündet im Brennraum wie beim Diesel von selbst. Es handelt sich mithin um eine Kompressionszündung, an der sich auch BMW und Daimler bereits versucht haben. Die hatten jedoch das Problem, dass man sich bei einem solchen Verfahren zwischen Tod und Teufel entscheiden muss, wenn man es in allen Betriebspunkten eines Motors anwenden will: Entweder es zündet nicht rasch genug, daher wurde bei höheren Drehzahlen und Lasten auf einen ottomotorischen Prozess umgeschaltet. Oder es zündet bei entsprechend hoher Verdichtung völlig unkontrolliert, es kommt zum gefürchteten Klopfen.

          Den gordischen Knoten durchschlugen die Mazda-Entwickler, indem sie zusätzlich in allen Betriebsbereichen die Fremdzündung einsetzten: Zunächst entzündet eine Zündkerze ein lokal relativ fettes Gemisch. Die davon ausgehende Druckwelle trägt dann dazu bei, im gesamten Brennraum die Kompressionszündung in Gang zu setzen. Drucksensoren an jedem Zylinder überwachen das Ganze kontinuierlich. Wer jetzt denkt: Was für ein Aufwand, der denke daran, was man im Gegenzug alles nicht braucht, eine variable Ventilverstellung etwa oder ein 48-Volt-Hybridsystem. Die Kraftstoffeinsparung soll in unteren Geschwindigkeitsbereichen bis zu 30 Prozent betragen, das maximale Drehmoment um mindestens zehn Prozent steigen. Das einzige Problem, das ein derart auf Diät gesetzter Motor haben dürfte: Die Stickoxidemissionen steigen an – das die negative Seite der Verwandtschaft zum Diesel. Das sei aber durch eine entsprechende Abgasnachbehandlung im Griff, versichert Mazda.

          Geleitet wird das Aufgehende-Sonne-Programm allerdings von Masanori Sugiyama, der die Motorenvorentwicklung von Toyota leitet. Auf dem Stuttgarter Symposion im März 2018 erläuterte er die Strategie seines Arbeitgebers. Neben Elektroantrieben und Brennstoffzellen liege ein Schwerpunkt auf der Weiterentwicklung von Verbrennungsmotoren. Besondere Chancen lägen in der Entwicklung synthetischer Kraftstoffe. Deren chemische Eigenschaften könnten gezielt so beeinflusst werden, dass die Verbrennung deutlich effizienter und schadstoffärmer erfolge. Von einem Diesel-Aus will Sugiyama nichts wissen, es handele sich um ein Missverständnis. Lediglich für kleinere und mittlere Autos setze Toyota auf Hybridantriebe mit Benzinmotor. Aber der wird dem Diesel ja zumindest nach japanischer Lesart immer ähnlicher.

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