Homogene Magerkost: GM testet HCCI in zwei Prototypen
Trotz intensiver Forschung ist noch nicht abzusehen, wann die homogene Kompressionszündung (HCCI) in Serie gehen könnte. GM demonstriert das Verfahren nun in zwei fahrbaren Studien, einem Opel Vectra und dem davon abgeleiteten Saturn Aura
- Gernot Goppelt
Rüsselsheim, 25. August 2007 – In Forschungslabors und auf einschlägigen Tagungen ist die homogene Kompressionszündung (HCCI) schon seit längerem ein Thema, doch noch ist nicht abzusehen, wann diese Technik in Serienmotoren Einzug halten könnte. Zu schwierig war es bisher, den HCCI-Betrieb in den Griff zu bekommen. Beim HCCI-Verfahren wird das Gemisch in einem Ottomotor bis zu einer bestimmten Drehzahl selbstgezündet, darüber muss die Zündkerze tätig werden.
Seriennahe Prototypen
GM demonstriert das Verfahren anhand von zwei fahrbaren Studien, einem Opel Vectra und dem davon abgeleiteten Saturn Aura. In Kombination mit anderen modernen Technologien sparen die HCCI-Autos laut GM bis zu 15 Prozent Kraftstoff und erfüllen bereits heute zukünftige Abgasnormen.
Homogene Magerkost: GM testet HCCI in zwei Prototypen (4 Bilder)
GM führt HCCI mit zwei Studien vor, einem Opel Vectra und dem Saturn Aura. (Bild: GM)
Die beiden HCCI-Prototypen Opel Vectra und Saturn Aura basieren auf Serienmodellen mit einem modifiziertem 2,2-Liter-ECOTEC-Vierzylindermotor. Sie fahren sich laut GM genauso wie ihre konventionellen Schwestermodelle, sollen aber einen 15-prozentigen Verbrauchsvorteil gegenüber vergleichbaren Motoren mit Saugrohreinspritzung bieten. Die beiden Autos zählen zu den ersten „erfahrbaren“ HCCI-Technologieträgern außerhalb des Labors.
Geringere Temperatur – weniger Stickoxide
Ein HCCI-Motor bietet nach Angaben von GM bis zu 80 Prozent der Kraftstoffeffizienz eines Dieselmotors, jedoch ohne die Notwendigkeit der teuren Stickoxid-Nachbehandlung. In erster Linie rühre die Effizienzsteigerung daher, dass das Benzin bei niedrigerer Temperatur verbrannt wird und so weniger Energie in Form von Wärme verloren gehe. Ein wichtiger Vorteil des HCCI-Verfahrens ist zudem, dass durch die niedrigeren Verbrennungstemperaturen deutlich weniger Stickoxide entstehen, was wiederum die Abgasnachbehandlung einfacher macht.
Homogene Magerkost: GM testet HCCI in zwei Prototypen
Auch DaimlerChrysler hat unter dem Namen DiesOtto erst vor einigen Wochen ein Verfahren vorgestellt, das zwar anders heißt, aber dasselbe will – in möglichst weiten Bereichen homogen und mit Selbstzündung fahren. Das HCCI-Verfahren ist jedoch nicht auf Ottomotoren begrenzt, sondern auch für Dieselmotoren im Gespräch: Auch bei ihnen besteht die Möglichkeit, durch die homogene Gemischbildung und -verbrennung die Bildung von Stickoxiden deutlich zu reduzieren.
Herausforderung kontrollierte Selbstzündung
Eine entscheidende Schwierigkeit des HCCI-Verfahrens besteht darin, den Zeitpunkt der Verbrennung zu steuern. Die Entwickler versuchen deshalb, die Gemischbildung im Zylinder genauer auszuwerten und zu steuern. Ihnen stehen dazu unter anderem Parameter wie Zylinderdruck, Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder Ladungstemperatur zur Verfügung. Ein Gemisch per Zündkerze zu entzünden, ist im Vergleich dazu einfach – das funktioniert auch bei Kraftstoffunterschieden oder wenn die Bedingungen im Brennraum nicht genau bekannt sind.
Der Zylinderdruck zählt
GM bedient sich deshalb einer Technik, die zwar nicht neu ist, aber in Serienfahrzeugen bisher nicht gängig: Vier Zylinderdrucksensoren und ein ausgeklügelter Kontrollmechanismus ermöglichen es, den HCCI-Verbrennungsprozess sowie den Übergang zwischen homogener und konventioneller Verbrennung mit Funkentzündung zu steuern.
Der Zylinderinnendruck ist zwar auch bei „normalen“ Motorenkonzepten durchaus interessant, der Aufwand, ihn sensorisch zu erfassen, wurde aber bisher nicht betrieben. Für HCCI dagegen ist das Wissen um diesen Druck entscheidend – denn er liefert in Verbindung mit anderen sensorisch erfassbaren Größen eine ganz wesentliche Information darüber, wann die Selbstzündung zu erwarten ist.
Homogene Magerkost: GM testet HCCI in zwei Prototypen
HCCI bis 3000 U/min
Der Wechsel zwischen den Betriebszuständen „selbstgezündet“ und „fremdgezündet“ ist bei den Prototypen noch spürbar, in künftigen Serienfahrzeugen soll er jedoch nicht mehr wahrnehmbar sein. Momentan erreichen die GM-Prototypen im HCCI-Betrieb eine Geschwindigkeit bis zu 96 km/h (60 Meilen pro Stunde); bei höherer Geschwindigkeit oder hoher Last wechseln sie in den konventionellen Modus. Eine Nachfrage bei GM ergab, dass es gelungen sei, bis zu etwa 3000 U/min im HCCI-Betrieb zu fahren, das wäre mehr als man noch vor einigen Jahren für möglich hielt.
Das „Geheimnis“ dieses Forschritts liegt in den Algorithmen und der Rechengeschwindigkeit der Motorsteuerung, Fortschritte in diesem Bereich werden somit möglicherweise eine weitere Steigerung der Grenzdrehzahl ermöglichen. Aber auch Motorverhalten und Verbrauch dürften durch verbesserte Elektronik weiter gewinnen.
Ein Baustein für zukünftige Antriebstechnik
Im Verbund mit HCCI können andere moderne Motortechnologien zum Einsatz kommen, von denen einige bereits in Produktion sind, und das neue Verfahren kann in vorhandene Motorarchitekturen integriert werden. Das Verdichtungsverhältnis ähnelt einem normalen Benziner mit Direkteinspritzung, so dass der Betrieb mit handelsüblichen Ottokraftstoffen und E85-Ethanol möglich ist.
GM hat große Anstrengungen unternommen, um die HCCI-Verbrennungstechnologie vom Labor auf die Teststrecke zu bringen. Bis die Technologie jedoch so ausgereift ist, dass sie allen Fahrsituationen gerecht wird, müsse man noch viel forschen und testen. Die Bemühungen könnten sich lohnen, denn HCCI hat möglicherweise auch in Hybridkonzepten einen großen Vorteil: Die elektromotorische Unterstützung macht es leichter, möglichst viel im homogenen Bereich zu fahren, besonders die Stickoxid-Emissionen würden dadurch nochmals sinken. (ggo)