Sparsam durch die Stadt

Ottomotoren haben beim Verbrauch bereits stark gegenüber Dieselmaschinen aufgeholt. Doch ihr Problem bleibt die schlechte Effizienz im Teillastbereich. Die variable Verdichtung kann hier helfen.

Auch wenn alle vom Elektroauto reden – ausgedient hat der Verbrennungsmotor noch lange nicht. Vor allem kleine, hoch aufgeladene Maschinen sollen künftig durch ihre niedrigeren Reibungs- und Wärmeverluste helfen, Kraftstoffverbrauch und Emissionen zu senken. Im Windschatten dieses sogenannten Downsizings taucht nun wieder eine Technologie auf, die wegen ihrer Komplexität und den damit verbundenen Kosten bereits totgesagt war: die variable Verdichtung. Sie könnte ein wichtiges entwicklungstechnisches Problem lösen, das mit den hochgepäppelten Minimotoren einhergeht: Durch die zusätzlichen Druckspitzen des Turboladers neigen sie besonders stark zum „Klopfen“ – also zur unkontrollierten Selbstentzündung des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Brennraum.

Um das zu vermeiden, arbeiten heutige Ottomotoren mit einem Verdichtungsverhältnis, das sich an der Klopfgrenze im Volllastbetrieb orientiert – bei Mittelklassewagen sind das Werte um 10:1. Unter Teillast, etwa im Stadtverkehr, arbeitet der Motor aber mit einer niedrigeren Verdichtung, als für die Effizienz gut wäre. „Optimal wären hohe Verdichtungsverhältnisse bei Teillast und niedrige bei Volllast“, sagt Stefan Pischinger, Geschäftsführer der FEV Motorentechnik GmbH. Seit mehr als einem Jahrzehnt schon arbeitet Pischinger, gleichzeitig Professor für Verbrennungskraftmaschinen an der RWTH Aachen, daher an der flexiblen Kompression. Nun sei man einer großserientauglichen Lösung sehr nahe, so der Ingenieur. Er geht davon aus, dass die variable Verdichtung in den nächsten Jahren in die Serienentwicklung einziehen wird.

Tatsächlich steht Pischingers Lieblingsthema gleich bei mehreren Herstellern auf der Agenda. Im Daimler-Forschungsfahrzeug F 700 etwa soll die Verbrennung mit einem „je nach Betriebspunkt angepassten Verdichtungsverhältnis“ ablaufen. Wie das genau geschehen soll, das will Daimler „aus Wettbewerbsgründen“ nicht verraten. Das Grundprinzip der variablen Verdichtung ist einfach. „Doch die große Frage ist: Wie realisiert man das technisch – und zwar so, dass es bezahlbar bleibt?“, gibt Christian Beidl, Leiter des Instituts für Verbrennungskraftmaschinen an der Technischen Universität Darmstadt, zu bedenken. „Mehr bewegte Teile, zusätzliche Lagerungen – das alles kann kaputtgehen. Darf es aber nicht, wenn das Konzept wirklich in die Großserie gehen soll“, mahnt der Ingenieur.

Wie es nicht geht, haben mehrere Automobilbauer bereits gezeigt. So hat Saab Anfang 2000 ein Konzept vorgestellt, bei dem der gesamte Zylinderkopf gegenüber dem Motorblock hydraulisch zur Seite geneigt werden kann. Durch die so ver-änderbaren Brennkammern erreicht man ein Verdichtungsverhältnis zwischen 8:1 und 14:1. Nur: Neben ausufernden Kosten für die Konstruktion hielt die flexible Zylinderkopfdichtung nicht, dazu war der Motor enorm laut und schwierig zu dämpfen. Das Aggregat ging nie in Serie. Noch deutlich früher versuchte sich Volkswagen an der variablen Kompression, und zwar in Form eines zusätzlich in die Brennkammer einführbaren Metallstifts. Dieses Zusatzvolumen ermöglicht es... (kd)