„Sorgen, dass uns hier in der Dieselentwicklung die Arbeit ausgehen könnte, habe ich nicht“, erklärt Carsten von Essen, der sich als Assistent der Bereichsleitung Dieselmotoren bei der Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr (IAV) viel mit Antrieben der Zukunft beschäftigt. Im Gegenteil: Gerade jetzt komme jede Menge Arbeit auf Motorentwickler zu. Denn Otto- und Dieselmotoren müssen auf strenge Klimaschutz- und Abgasvorgaben getrimmt werden. Die Entwickler werden Erfindergeist brauchen, um die ambitionierten Ziele aus Brüssel und aus Washington zu erfüllen.

Welche Rolle spielt ein Entwicklungsdienstleister wie die IAV dabei? „Kunden können bei uns ganze Motoren, Teilsysteme oder Komponenten entwickeln lassen und alle erdenklichen Systembetrachtungen in Auftrag geben“, erklärt der Maschinenbauingenieur. Häufig kämen die Hersteller mit Motorkonzepten, die sie dann gemeinsam mit der IAV zur Serienreife bringen. Zulieferer zählen ebenfalls zum Kundenstamm. „In Entwicklungsprojekten sind wir oft eine Art Firewall zwischen Hersteller und Zulieferer“, berichtet er. Die IAV habe Einblick in die Entwicklungen beider Seiten und sorge dafür, dass nur notwendige Informationen in Projekte einfließen.

Ein Feld mit hoher Geheimhaltung sind neuartige Brennverfahren. Autohersteller arbeiten mit Hochdruck daran, Benzin- und Dieselantrieb zu vereinen. „Diesotto“ oder CCS (Combined Combustion System) nennen sie Verfahren, die mal mit Zündkerze und mal als Selbstzünder arbeiten. Ob IAV-Entwickler an den Projekten beteiligt sind, lässt von Essen offen. „Erst wenn ein Projekt beendet ist und der Kunde einverstanden ist, können wir darüber reden“, stellt er klar. Das Wandeln in den heiligen Hallen der Automobilforschung verlangt eben Diskretion. Mehrsilbiger wird der Ingenieur bei der IAV-eigenen Forschung. Unter anderem stehen hier homogene Dieselverfahren und Dieselhybride auf der Agenda. Ob simple Dieselaggregate mit Elektrounterstützung das Rennen machen oder komplexe Diesottos, ist heute unklar. „Letztlich entscheiden das die Autokäufer“, so von Essen.

Die Autobranche ist in einer Findungsphase und verfolgt verschiedenste Konzepte: kleinere hoch aufgeladene Motoren, Erdgas- und Flexible-Fuel-Fahrzeuge, milde Hybride oder auch reine Elektroautos. Langfristig wird das die Branche verändern. Die Hersteller bauen eigene Kompetenz auf, um das Gros elektrischer Antriebe künftig selbst fertigen zu können. Wenn Elektroautos den Massenmarkt erobern und dem Verbrennungsmotor Marktanteile abjagen, wollen sie schließlich weiter verdienen.

Durch solche Langfristszenarien sollten sich Absolventen aber nicht von einem Einstieg in die Motorentwicklung abbringen lassen. Auch VW sieht Elektroantriebe vorerst als Nische für kurze Distanzen. „Heutige Batterietechnik erlaubt weder von der Reichweite noch von den Kosten her den massenhaften Einsatz von Elektrofahrzeugen“, sagt Hanno Jelden, Leiter Antriebselektronik in der Volkswagen-Entwicklung. Für Langstreckenmobilität gebe es auf lange Sicht keine Alternative zu flüssigen Kraftstoffen.

Der Fokus liegt also vorerst auf der Effizienzsteigerung von Otto- und Dieselmotoren. Für die Zukunft arbeitet Volkswagen am CCS, für das zusammen mit der Mineralölbranche ein neuer synthetischer Kraftstoff entwickelt wird. Kraftstoff und Brennverfahren sollen von vornherein optimal aufeinander abgestimmt sein. Doch es wird Jahre dauern, bis erste CCS-Motoren in Serie gehen. „Eine so grundlegende Neuentwicklung nimmt über ein Jahrzehnt Forschung in Anspruch“, stellt Jelden klar. Schon ein herkömmlicher Motor dauere mindestens vier Jahre.

Doch was dauert da eigentlich so lange? „Wir bemühen uns etwa bei Dieselmotoren, die Abgasentwicklung schon innermotorisch so gering wie möglich zu halten“, erklärt er. Denn Nachbehandlung mit Katalysatoren und Filtern kostet Geld und schlägt auf den Verbrauch. Eines der Mittel sind verbesserte Einspritzverfahren mit höherem Druck als bisher. Laut Jelden leichter gesagt als getan. Denn nicht nur Injektoren und Hochdruckpumpen wollen neu konstruiert und ausgelegt sein. Die Systeme brauchen minutiöse Steuerung, um den Kraftstoff bei höchstem Druck und trotz massiver Druckwellen bis auf ein Milligramm genau zu portionieren. Und das in einem Stakkato von bis zu sieben Einspritzungen pro Arbeitstakt und Zylinder, was sich auf weit über 10.000 Injektionen pro Minute summieren kann. „Nur ein kleiner Ausschnitt der Motorentwicklung“, sagt er. Turbolader und Kompressoren wollen eingebunden, Brennräume und Kolben angepasst, Aktoren und Sensoren integriert werden. Noch komplexer wird das Ganze durch gesetzlich geforderte On-Board-Diagnostik (OBD). Fahrzeuge überwachen während der Fahrt, ob sie die Abgasnormen tatsächlich erfüllen.

„Absolventen, die bei uns einsteigen, werden sich mit solchen Fragen beschäftigen“, erklärt der leitende Antriebselektroniker. Motorentwicklung sei eine multidisziplinäre Angelegenheit, bei der Maschinenbauer, Verfahrenstechniker, Werkstoffspezialisten, Thermodynamiker und Elektroniker mit Software-Entwicklern, Steuerungs- und Regelungstechnikern oder Physikern und Chemikern zusammenwirken. Dabei steht ihnen modernstes Gerät zur Verfügung. So ist es heute Standard, dass die Entwickler die Verbrennung im Brennraum optisch überwachen. Sei es in gläsernen Motoren oder endoskopisch. „Der optische Abgleich mit Berechnungen und Simulation ist unabdingbar“, stellt Jelden klar.

Optische Abgleiche, sensorische Messverfahren und Prüfstandsversuche sind auch Alltag für Frank Schürg. Der 31-Jährige stieß 2004 als Doktorand zu Bosch, wo er heute im Bereich Gasoline Systems Brennverfahren entwickelt. „Wir arbeiten in engem Austausch mit unseren Komponentenentwicklern und den Kunden in aller Welt“, berichtet er. Vernetzt durch Telefonkonferenzen und Arbeitstreffen treiben die Entwickler gemeinsam effiziente Verfahren voran. Der kommunikative Part seiner Arbeit, das Ziehen am gleichen Strang über Grenzen hinweg, liegt dem Ingenieur. Zumal er sich mit dem Ziel einer umweltfreundlicheren Mobilität voll identifiziert.

Fortschritt bei einem so hochentwickelten Produkt wie dem Ottomotor setzt systematisches, abgestimmtes Vorgehen voraus. Schürg plant Versuche an Motoren, führt sie durch und analysiert die Ergebnisse. Weil Motortechnik, Messverfahren und Analyse immer komplexer werden, überlassen die Entwickler dabei nichts dem Zufall. Zusammen mit Wissenschaftlern arbeitet er die Versuchsdesigns minutiös aus und entwickelt Methoden, die immer detaillierte Informationen aus dem Brennraum liefern. Die Materie hat es in sich: Auch bei modernen Ottomotoren schicken die Einspritzventile einige Tausend Kraftstoffladungen pro Minute in den Brennraum. Für eine saubere Verbrennung beim „strahlgeführten Brennverfahren“ ist es wichtig, dass sich der Kraftstoffnebel direkt um die Zündkerze legt. „Eine Einspritzung dauert weniger als eine Tausendstelsekunde, und die Kraftstofftröpfchen messen zehn Mikrometer, damit sie im Brennraum schnell verdampfen“, sagt Schürg. Die menschliche Wahrnehmung kommt hier natürlich nicht mehr mit. Umso wichtiger sind präzise Messverfahren.

In der Brennverfahren-Entwicklung arbeitet Schürg an der zentralen Schnittstelle zwischen Autoherstellern und den Komponentenentwicklern bei Bosch, die Einspritzsysteme, Lambda-Sonden, Steuerungen und viele weitere Teilsysteme zum Gesamtmotor beisteuern. „Wir erleben in der Motorentwicklung derzeit einen Wandel“, sagt Bosch-Sprecher Thomas Knoll. Hersteller lassen immer häufiger komplette Motorkonzepte bei Zulieferern entwickeln. Nicht nur die neuen Player aus Indien und China gehen diesen Weg. Für den Zulieferer hat die Entwicklung von Brennverfahren über solche Aufträge hinaus strategische Bedeutung: denn neue Verfahren setzen neue Teilsysteme voraus - und umgekehrt. Um die Entwickler enger zusammenzubringen, wird Bosch seine zentrale Forschung und Vorausentwicklung an einem neuen Standort bündeln. Geplant ist ein Forschungszentrum für über 150 Millionen Euro in Malmsheim, an dem ab 2011 rund 1.500 Mitarbeiter die Arbeit aufnehmen werden. „Damit setzen wir ein klares Signal“, sagt Knoll, „unsere Forschung und Vorausentwicklung wollen wir hier im Südwesten Deutschlands konzentrieren.“