Der Verbrennungsmotor hat noch
viel Potenzial

Viel hat sich getan, seit vor über 100 Jahren die ersten Diesel- und Ottomotoren vorgestellt wurden. Vor allem in den letzten Jahren ist es den Entwicklern gelungen, die Wirkungsgrade der Verbrennungsmotoren nochmals deutlich zu steigern: Verbesserte Einspritzsysteme mit deutlich über 2000 bar Druck sorgten beim Diesel für eine optimierte Gemischbildung im Zylinder, was den mittleren Druck erhöht und zu einem höheren Drehmoment führt. Darum lässt sich der Hubraum des Dieselmotors ohne Leistungseinbußen verkleinern – dieses „Downsizing“ trug entscheidend dazu bei, dass der Verbrauch der Selbstzünder in den letzten 15 Jahren um mehr als zehn Prozent gesunken ist. Mit noch höheren Einspritzdrücken von bis zu 3000 bar plus Doppelaufladung lassen sich nach der Schätzung von Experten nochmals fünf bis sechs Prozent Kraftstoff sparen. Die bessere Gemischbildung sorgt außerdem dafür, dass keine Temperaturspitzen entstehen, was die NOx-Emissionen reduziert.

Beim Ottomotor führte die Direkteinspritzung zu einem Effizienzschub: Das eingespritzte Benzin verdampft und entzieht im Zylinder Wärme – wegen dieser inneren Kühlung kann man das Verdichtungsverhältnis erhöhen, was den thermodynamischen Wirkungsgrad verbessert. Auch beim Ottomotor sorgte das Downsizing dafür, dass die Entwickler mit weniger Hubraum auskommen konnten. Und schließlich entwickelte sich der Ottomotor durch den Magerbetrieb etwas in Richtung Diesel – das magere Gemisch verringert die Drosselverluste und führt zu niedrigeren Verbrennungstemperaturen und somit auch zu weniger NOx-Emissionen. Dadurch stieg der Wirkungsgrad von Ottomotoren um mehr als zehn Prozent. Weiteres Downsizing – eventuell verbunden mit weniger Zylindern – und ein höherer Einspritzdruck von bis zu 300 bar könnten den Verbrauch um weitere fünf Prozent verringern.

Zwischen den konventionellen Otto- und Dieselmotoren sind die neuen homogenen Brennverfahren angesiedelt. Beim Diesel streben die Entwickler ein möglichst homogenes Gemisch an, was durch eine frühe Einspritzung erreicht werden soll. Der Zeitpunkt der Zündung kann dabei durch Abgasrückführung bestimmt werden. Das führt zu weniger NOx-Emissionen bei gleichem Verbrauch. Beim Ottomotor wird eine kontrollierte Selbstzündung eingesetzt, die überall gleichzeitig startet – das ist effizienter als beim herkömmlichen Brennverfahren und kann bis zu fünf Prozent Sprit sparen. Homogene Brennverfahren benötigen allerdings maßgeschneiderte Kraftstoffe, an denen derzeit ebenfalls intensiv gearbeitet wird.

Trotz der zunehmenden Konkurrenz durch alternative Antriebe wird der Verbrennungsmotor noch einige Jahre vorherrschend sein. Darum bleibt er ein attraktives Forschungsfeld und muss auch in Zukunft ständig verbessert werden – etwa durch neue Werkstoffe oder verbesserte Lagerungen, die für weniger Reibung sorgen. Auch der Zielkonflikt zwischen dem Wunsch nach mehr Effizienz und der Forderung nach geringeren Emissionen bleibt eine Herausforderung. Durch den Mix aus Forschungseinrichtungen und Automobilzulieferern hat die Region große Chancen, technologische Akzente zu setzen.