Brennender Punkt

Reine E-Antriebe klingen schön und schön einfach: Dank hoher Drehmomente, die praktisch schon ab der ersten Umdrehung anliegen, kann das Getriebe schlichtweg übersprungen werden, Emissionen kennen Elektromotoren erst recht nicht, und sie sind so leise und vibrationsfrei, dass selbst kleine Ausführungen jeden V12 auslachen. Aber es gab und gibt einen großen Haken, der die Ausbreitung jener kompakten Kraftpakete schon im Keim erstickt. Ein Konkurrenzkampf zwischen E- und Verbrennungsmotoren tobte schließlich schon, als das Auto fahren lernte. Woher den Strom nehmen? Selbst die modernsten Akkus speichern nur einen Bruchteil der Energie, die in einem prall gefüllten Tank steckt. Problematisch sind auch Kraftstoffe mit niedrigen Siedetemperaturen wie zum Beispiel Wasserstoff – weder sind die technischen Möglichkeiten zur unproblematischen Aufbewahrung gegeben noch besteht eine Infrastruktur zur Versorgung des Verbrauchers.

Also bleiben die herkömmlichen Kraftstoffe wohl noch lange erste Wahl, und in der guten, alten Verbrennungsmaschine steckt eine Menge Potenzial, sowohl die Motorleistung als auch Effizienz zu steigern. Beide Klassiker, der Diesel und der Benziner, können und müssen voneinander lernen. Es gilt, die Vorteile beider Verbrennungsprinzipien zu verbinden und die dabei entstehenden Nachteile auszumerzen.

So erzeugt ein moderner Dieselmotor dank hohen Drücken der Einspritzvorrichtungen (etwa 2.000 Bar) und Düsen, deren Durchmesser immer kleiner werden, einen so feinen Kraftstoffnebel, dass nur noch wenig unverbrannter Dieselkraftstoff übrigbleibt. Unter 80 μm Durchmesser der Düsenlöcher werden wohl realistisch; das Rußproblem und die damit zusammenhängende Feinstaubmisere wird damit aber wohl nicht gelöst – um den Sprit komplett zu verbrennen, müsste jedes einzelne Molekül reagieren –, aber die Motoren werden immerhin sparsamer und stärker bei gleichem Hubraum.

Ein weiteres Handicap des Diesels sind seine Stickoxid- Emissionen. Das ureigene Prinzip der Dieselverbrennung begünstigt ihre Entstehung, denn sie arbeitet stets mit Luftüberschuss. Lastveränderungen erfolgen beim Diesel ausschließlich über die Kraftstoffmenge – da immer genügend Sauerstoff vorhanden sein muss, arbeitet der klassische Selbstzünder mit einem sehr mageren Gemisch. Hohe Sauerstoffanteile sorgen für eine äußerst heiße Verbrennung, Hitzezonen von nahezu 2.000 Grad Celsius sind die Folge. Sobald das Gemisch angefettet wird, entweichen dem Abgastrakt statt schädlichen Stickoxiden lediglich Kohlenstoffdioxid und Stickstoff. NOx-Speicherkats lagern eben schädliche Stickoxide bis zu einer Minute lang ein und weisen die Motorelektronik nachfolgend an, kurzzeitig fettes Gemisch zu fahren, bis der Katalysator erneut aufnahmefähig ist. Jene Vorrichtung sorgt zwar für saubere Abgase, erhöht aber den Spritverbrauch, was wiederum die CO2-Emissionen ansteigen lässt – ebenfalls unbeliebt.

Dagegen gibt es jedoch recht effektive Maßnahmen. Harnstoffeinspritzung lautet das Zauberwort. Dazu wird eine 32,5-prozentige Harnstofflösung in den Abgasstrom (noch vor dem speziellen, sogenannten SCR-Katalysator) gespritzt, wodurch Ammoniak entsteht, mit dessen Hilfe nur noch Wasser und Stickstoff übrigbleiben. Eine spritfressende Gemisch-Anfettung entfällt. Wirklich bahnbrechend sind diese Maßnahmen, die zwar extrem günstige Abgaswerte zu erreichen helfen und sogar in Kürze zur Verfügung stehen, aber nicht.

Anders sieht die Lage bei der homogenen Kompressionszündung aus. Sie macht den Benziner quasi so sparsam wie den Diesel – bei gesteigerter Literleistung und zumindest theoretisch leisem Lauf, weil es gar nicht erst zum Druckanstieg im Zylinder kommt, wie beim Diesel der Fall. Daimler- Chrysler beispielsweise hat einen solchen Forschungsmotor bereits auf den Prüfständen, der mit extrem magerem Gemisch läuft und sogar in der NOx-Disziplin derart brilliert, dass ein konventioneller Dreiwegekat mit den Rohemissionen klarkommt.

Dabei ist der Luftüberschuss zunächst so groß, dass Fremdzündung die Benzin-Sauerstoff-Mischung nicht mehr zur Explosion brächte. Homogenität übrigens bezieht sich hier auf die gleichmäßige Entzündung über den gesamten Brennraum. Während bei konventionellen Selbstzündern oder Benzinern eine Flammenfront entsteht – entweder um den Sprühnebelrand herum oder um den Zündfunken der Kerze –, lebt der „Diesotto“ von einer sehr kontrollierten Zündung. Zurückbleibendes, heißes Abgas im Zylinder erhöht die Zündfähigkeit bedingt durch das Temperaturplus einerseits und mildert die Reaktion andererseits; hier liegen die Zerstörung des Motors durch eine zu heftige Explosion und ein reibungsloser Ablauf der Arbeitstakte nah beieinander.

Die Laststeuerung des Motors ist hochproblematisch, weil der Verbrennungsprozess leicht aus den Fugen gerät und ebenso schwierig zu beherrschen ist. Über Drucksensoren beispielsweise lässt sich ermitteln, wie lange und wie viel eingespritzt werden muss.

Allerdings haben es die zu ändernden Parameter in sich: Selbst eine variable Verdichtung kommt in dem Konzept vor. Denkbar wäre eine Anfangslösung, die den Homogenbetrieb auf einen bestimmten Lastbereich beschränkt. In Sachen Sparsamkeit soll es die Diesel- und Otto-Kreuzung locker mit heutigen Selbstzündern aufnehmen können, diese aber in der spezifischen Leistung weit übertreffen. Derzeit läuft ein Aggregat mit 1,8 Litern Hubraum und über 230 PS.

Dagegen sind derzeitige Benzin-Direkteinspritzer eine Lachnummer, die außerdem nur in der Teillast zurückhaltend im Trinken sind. Denn die sogenannte Schichtladung (sehr magerer Betrieb) kommt bei forcierter Fahrweise praktisch nicht mehr zum Tragen. Angesichts solcher Aussichten sieht es rußschwarz aus für den Diesel.

Generell kann man jedenfalls sagen, dass dem Verbrenner noch eine lange und spannende Zukunf t bevorsteht mit vielen Emotionen, hoffentlich auch für den kleinen Geldbeutel.