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Motortechnik : Die Zukunft gehört dem Magerbetrieb

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Der V6 im Mercedes CLS: 15 kW mehr mit 10 Prozent weniger Sprit Bild: Hersteller

Mit einer Direkteinspritzung des Kraftstoffs kann der Verbrauch von Ottomotoren gesenkt werden. Das reduziert auch die CO2-Emissionen erheblich. Ein Blick auf die Technik verrät: Es sind nur die Kosten, die noch nicht gemeistert sind.

          Wenn es darum geht, den Kraftstoffverbrauch und damit den CO2-Ausstoß bei Ottomotoren deutlich zu senken, ist die Direkteinspritzung (DI) eine Schlüsseltechnik. Davon ist man natürlich auch bei Bosch überzeugt, einer der größten Zulieferer in Sachen Kraftstoffversorgung, Gemischaufbereitung und Motormanagement überhaupt. Rund 900.000 DI-Systeme wollen die Schwaben noch im laufenden Jahr verkaufen, die meisten davon an VW. Bis zum Jahr 2010 rechnet Bosch-Geschäftsführer Bernd Bohr sogar mit mehr als zwei Millionen.

          Das zeigt, wie stark der Zug hin zur Direkteinspritzung bei den Benzinern beschleunigt: Denn da sind die Einspritzanlagen des Hauptkonkurrenten Siemens/VDO, der bei BMW im Geschäft ist, noch nicht einmal berücksichtigt.

          Verbrauchsvorteil nur im Magerbetrieb

          Es tut sich also etwas auf dem DI-Gebiet, allerdings nach eher zähem Anlauf. Volkswagen riskierte als erster deutscher Hersteller die DI-Technik (Start im Jahr 2000 im VW Lupo FSI) und führte sie in der Folge bei den Volumenmodellen von VW und Audi ein. Mercedes brachte den C 200 CGI (2002), auch der französische PSA-Konzern versuchte sich an der sogenannten ersten Generation der Kraftstoffdirekteinspritzung, mit mäßigem Erfolg. Nur VW kam auf Stückzahlen, die den Konzern allerdings viel Geld kosteten und den Kunden wenig Nutzen brachten.

          BMWs Vier- und Sechszylinder gibt es fast alle als Direkteinspritzer

          Denn die frühen FSI-Modelle (auch die der anderen Hersteller) hielten vor allem beim Verbrauch in der Praxis nicht, was die Theorie versprach. Außerdem liefen sie rauh und ruckelig. Das hatte prinzipielle Gründe. Denn das Problem der Direkteinspritzung bei Ottomotoren liegt unter anderem darin, dass ein signifikanter Verbrauchsvorteil nur dann gewährleistet ist, wenn (wie beim Diesel) das Gemisch mit Luftüberschuss im Magerbetrieb verbrannt wird. In diesem Betriebsbereich wird der Motor nur von der Kraftstoffmenge geregelt und läuft weitgehend ungedrosselt mit dieselähnlichem Wirkungsgrad.

          Rolle rückwärts im Zylinder

          Doch gerade das fällt den Benzinern schwer, denn zur Entflammung des Gemischs mittels Zündkerze muss im Gegensatz zum selbstzündenden Diesel ein bestimmtes Mischungsverhältnis von Kraftstoff und Luft vorliegen, und das darf nicht zu mager sein. Dieser Zwang führt zur sogenannten Schichtladung. Die „Fettschicht“ um die Kerze herum muss zündfähig sein. Ist diese erst einmal entflammt, brennt im übrigen Zylinder auch der „magere“ Rest durch. Volkswagen nannte das Verfahren Fuel Stratified Injection (FSI), wobei stratified für „geschichtet“ steht.

          Für die Schichtung waren technische Kapriolen nötig. Um zündfähiges Gemisch zur Kerze zu führen, spritzten die VW-FSI-Motoren den Kraftstoff zwischen den beiden Einlasskanälen schräg auf eine Art Nasenkolben, der dem Gemisch eine Rolle rückwärts (Tumble) aufzwingt. Dieses sogenannte wandgeführte Verfahren hatte aber gravierende Nachteile: Der Magerbetrieb lässt sich nur in einem schmalen Teillastbereich realisieren, und der durch die Kolbenstellung erzwungene, ungünstige Verbrennungsschwerpunkt beeinträchtigt die Laufkultur. So drangen nicht nur nach dem Kaltstart dieselähnliche Verbrennungsgeräusche aus dem Motorraum der FSI-Modelle. Außerdem ergaben sich durch die Kolbenform relativ große, vom Gemisch benetzte Oberflächen, die nachteilig für die Abgasqualität sind und (thermodynamisch) zu Wandverlusten führen.

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