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Motortechnik : Die Zukunft gehört dem Magerbetrieb

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Kraftstoffdruck bis 200 bar

Ganz generell erfordert der Schichtladebetrieb eine zusätzliche Abgasnachbehandlung, was die Sache ziemlich verteuert. Denn Magerbetrieb bedeutet ja Luftüberschuss, der im üblichen Dreiwegekat die Reduzierung der Stickoxide zu reinem Stickstoff verhindert. Ein nachgeschalteter Denox-Kat muss diese eliminieren, was zudem mit hohem elektronischen Regelaufwand verbunden ist. Außerdem verlangt der Denox-Kat nach schwefelfreiem Kraftstoff (Super Plus), der nicht in allen Ländern verfügbar ist. Volkswagen hat wie Mercedes und PSA schon vergangenes Jahr die wandgeführte Schichtladetechnik aufgegeben und fährt alle aktuellen FSI-Modelle durchgängig mit homogenem Gemisch, also mit Lambda gleich eins.

Diese homogen betriebene Direkteinspritzung kann man als wichtigen Zwischenschritt bezeichnen, der noch eine ganze Weile aktuell bleiben wird, zumal der Denox-Kat entfällt. Bosch hat für diese weiterentwickelte DI-Motronic die Mehrloch-Einspritzventile verbessert, den Kraftstoffdruck erhöht (150 bis 200 bar) und die Hochdruckpumpe optimiert. Aber auch ohne Magerbetrieb trägt die Direkteinspritzung zur Verbrauchsreduzierung bei (etwa drei Prozent). Dank innerer Verdunstung kann ein um 1,5 bis zwei Punkte höheres Verdichtungsverhältnis realisiert werden.

Downsizing in der Premium-Klasse

Außerdem erlaubt die kurze Einspritzdauer einen weitgehend freien Umgang mit den Ventilsteuerzeiten. Die Phasenverschiebung von Einlass- und Auslassnockenwellen wird bei aufgeladenen Motoren zur besseren Brennraumspülung genutzt, was deutliche Drehmomentsteigerungen und niedrigere Abgasemissionen zur Folge hat. Voraussetzung hierfür sind allerdings schnell reagierende Nockenwellensteller mit großem Verdrehwinkel, also das, was BMW als Doppel-Vanos (Variable Nockenwellen-Spreizung) bezeichnet.

Eine größere Effizienz verspricht die homogene Direkteinspritzung in Verbindung mit Aufladung und Downsizing (Motoren mit kleineren Hubräumen). Hier lassen sich bis zu zehn Prozent Kraftstoff einsparen. VW demonstriert an den nur 1,4 Liter großen, doppelt aufgeladenen TSI-Motoren, was hier möglich ist. Aber auch BMW nutzt bei der Gemeinschaftsentwicklung mit PSA dieses Downsizing-Konzept für den Mini Cooper S mit beeindruckenden Leistungs- und Verbrauchswerten. Audi verfolgt eine Hubraumklasse höher (1,8 bis zwei Liter) mit dem neuen, demnächst konzernweit eingesetzten TFSI-Motor (“Weltmotor“ EA 888) das gleiche Muster. Und BMW ist mit der Downsizing-Masche sogar schon in der Oberklasse: Im Dreiliter-Sechszylinder werden hier mit Biturbo-Aufladung die Leistungswerte (225 kW/306 PS, 400 Newtonmeter Drehmoment) eines gut vier Liter großen V8 mit dem Verbrauch eines kleineren Sechszylinders kombiniert.

Zusätzliches Saugrohr für geringe Last

Zu bemerken ist hierzu, dass aufgeladene Motoren derzeit nur mit homogener Direkteinspritzung entwickelt werden. Das hat Gründe: einmal der hohe Preis dieses Konzepts, zum anderen die Temperaturempfindlichkeit bestimmter Bauteile. Um diese zu schützen, müsste im oberen Lastbereich stark angereichert, der Kraftstoffanteil im Gemisch also erhöht werden. Der Verbrauchsvorteil bliebe dabei in der Praxis weitgehend auf der Strecke, ein Phänomen, das ja schon in geringerem Maße bei den homogen betriebenen Turbomotoren zu beobachten ist, wenn sie leistungsmäßig stark ausgenutzt werden. Denn auch diese werden zwecks Innenkühlung bei Volllast mit zusätzlichem Kraftstoff angefettet, um Motorschäden zu vermeiden.

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