Motor ohne Klopfen
Ein neues Motoren-Design, das derzeit am MIT entwickelt wird, soll den Benzinverbrauch deutlich reduzieren. Die Motoren sollen Werte erreichen, wie man sie nur von Hybrid-Fahrzeugen kennt.
- Kevin Bullis
Daniel Cohn, der als leitender Wissenschaftler am Plasma Science and Fusion Center des MIT arbeitet, lässt sich noch immer gerne vom mehr als 100 Jahre alten Verbrennungsmotor inspirieren. Beim Schlendern durch den Maschinen-Park des MIT Sloan Automotive Laboratory erhellt sich sein sonst eher zurückhaltender Blick: "Ein Motor dieser Größe", sagt Cohn und zeigt dabei auf einen ganz normal aussehenden 2,4-Liter-Benziner, "könnte mit unsere Technologie zu einer Rakete werden".
Dabei klingt Cohns Idee für ein Triebwerk der Zukunft von den Bauteilen her keineswegs sonderlich revolutionär: Sowohl der Turbolader als auch die Direkteinspritzung sind bekannte Technologien und für sich genommen wenig beeindruckend. Einzeln verwendet, erklärt Cohn, würden diese Teile auch nur zur marginalen Verbesserungen bei der Leistung eines Verbrennungsmotors führen. Das Geheimnis sei die Kombination mit der Verwendung kleiner Mengen Ethanols. So dürften selbst Mini-Aggregate ihre Leistung verdreifachen, meint Cohen. Die Autobauer könnten dann aus kleinen Motoren, die eigentlich für sparsame Fahrzeuge gedacht sind, derartige Giganten züchten, dass sie sich in Sportautos oder schweren SUVs verwenden ließen.
Mehr Leistung aus kleineren, sparsameren Motoren soll außerdem zu Fahrzeugen führen, die genauso wenig verbrauchen wie Hybriden, in denen Elektro- und Benzinmotor gleichzeitig sitzen. Cohns Motor wäre dabei wesentlich billiger als die Hybrid-Technologie.
Cohn und seine Kollegen Leslie Bromberg (ebenfalls Plasma Science and Fusion Center) und John Heywood (Direktor des Sloan Auto Lab) haben lange darüber nachgedacht, wie man Verbrennungsmotoren effizienter gestalten könnte. "Und dann, nach einer langen Diskussion, fiel es uns plötzlich ein", erinnert sich Cohn. Der zentrale Bestandteil des neuen Motors ist die Lösung des bekannten Klopfproblems, das sowohl Leistung als auch Drehmoment beeinträchtigt.
Bei Verbrennungsmotoren bewegt sich ein Kolben in einem Zylinder, der eine Mischung aus Luft und Treibstoff komprimiert, die von einem Funken entzündet wird. Diese Explosion treibt den Kolben. Um mehr Leistung aus einem Motor zu holen, muss sich der Kolben mit jedem Takt weiterbewegen. Je weiter er sich bewegt, desto mehr Luft-Treibstoff-Gemisch wird komprimiert. Auch die mechanische Energie aus der Explosion wird besser genutzt. Insgesamt führt eine höhere Kompression zu einem effizienteren Motor und mehr Leistung pro Takt. Das Problem: Erhöht man damit den Druck, wird der Treibstoff zu heiß, und die Explosionen laufen willkürlich ab. Das Ergebnis sind Fehlzündungen, die man auch Klopfen nennt. Sie können den Motor auch beschädigen.
Um das Klopfen abzustellen, muss es den Ingenieuren gelingen, die Kompression von Treibstoff und Luft im Zylinder einzuschränken. Auch bei der Verwendung von Turboladern kommt es zum Klopfen, wenn sie zu stark verwendet werden. Die Technik erhöht normalerweise die Menge an Sauerstoff in der Kammer, sodass pro Hub mehr Benzin verbrannt werden kann. Dank Turbolader erhalten Autos bei der Beschleunigung und bei Bergfahrten also einen "Boost".
