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Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben demonstriert, wie Ottomotoren in bestimmten Fahrzuständen als Selbstzünder arbeiten können – und dies bei geringerem Verbrauch und ohne erhöhte Emissionen.

Cambridge, MA, 24. Juli 2007 – Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben demonstriert, wie Ottomotoren in bestimmten Fahrzuständen als Selbstzünder arbeiten können – und dies bei geringerem Verbrauch und ohne erhöhte Emissionen.

Das MIT-Team präsentierte seine jüngsten Ergebnisse am 23. Juli auf dem „2007 International Fuel and Lubricants Meeting“ der Japan Society of Automotive Engineers (JSAE) [1] und der amerikanischen Society of Automotive Engineers (SAE) [2].

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MIT-Forscher demonstrieren HCCI-Motor (0 Bilder) [3]

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Laut MIT könnte diese Technik in einigen Jahren serienreif sein und den Verbrauch von Fahrzeugen um einige „miles per gallon“ verbessern. In den USA misst man den Verbrauch in Meilen pro Gallone, eine Gallone sind etwa 3,8 Liter.

Ottomotor wird zum Selbstzünder – zumindest teilweise
Forscher und Entwickler am MIT befassen sich derzeit mit einem neuen Brennverfahren, das als „homogeneous charge compression ignition“ (HCCI [5]) bekannt ist. In einem HCCI-Motor wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Zylinder eingebracht und dort durch die Kompression entzündet. Dies funktioniert jedoch nur in niedrigen Lastbereichen, sodass ein Ottomotor zunächst wie ein Dieselmotor arbeitet und bei höherer Last wieder wie ein „normaler“ fremdgezündeter Ottomotor.

Eine charakteristische und namensgebende Eigenschaft des HCCI-Betriebs besteht darin, dass der Zündvorgang gleichmäßig, also homogen im Brennraum beginnt. Dieses Verhalten hat übrigens sowohl beim Ottomotor als auch beim Dieselmotor Vorteile. Normalerweise sind nach Angaben der MIT-Forscher hohe Verbrennungstemperaturen notwendig, damit die Flammenausbreitung im Brennraum schnell genug erfolgt. Bei HCCI sei das nicht notwendig, weil die Entflammung überall gleichzeitig beginne. Daher könne die Verbrennungstemperatur niedriger gehalten werden, sodass weniger Stickoxide entstehen. Und da der Kraftstoff in geringer Konzentration gleichmäßig im Brennraum verteilt wird, würden auch die dieseltypischen Rußemissionen stark reduziert.

MIT-Forscher demonstrieren HCCI-Motor

Eine große Schwierigkeit des Verfahrens besteht jedoch darin, den genauen Zündzeitpunkt zu kontrollieren. Eine einwandfreie Funktion des HCCI-Verfahrens setzt voraus, dass die Zündung genau dann erfolgt, wenn der Kolben in der richtigen Position ist, um den Arbeitstakt zu beginnen.

Das Timing zählt
Professor William H. Green Jr. von der Fakultät für Chemieingenieurwesen des MIT vergleicht diese Anforderung mit einer Kinderschaukel: „Sie müssen die Schaukel anstoßen, wenn sie gerade zurückgeschwungen ist und bereit für den Schwung nach vorne – wenn Sie denn falschen Moment erwischen, wird sie sich nur drehen und nicht vorwärts bewegen. Genau das passiert auch in einem Motor.“ Laut Green hängt das richtige Timing der Zündung von zwei Faktoren ab: der Temperatur des Gemischs und der genauen Zusammensetzung des Kraftstoffs. Während ein HCCI-Motor unter Laborbedingungen bereits recht gut funktioniere, lasse sich noch nicht genau sagen, wie er sich „in der echten Welt“ verhalten wird.

In den letzten zwei Jahren erforschte das Team um Green, was passiert, wenn man die Einlasstemperatur und die Kraftstoffzusammensetzung variiert. Wenig überraschend habe sich gezeigt, dass die Toleranzen bei HCCI deutlich geringer sind als bei fremdgezündetem Betrieb. Die Variation der Temperatur wirkte sich weniger deutlich aus als Unterschiede beim Kraftstoff, aber selbst dessen Eigenschaften seien weniger kritisch gewesen als erwartet.

Ein simpler Temperatursensor soll HCCI ermöglichen
Auf Grundlage dieser Erkenntnisse entwickelten die Forscher eine kostengünstige Technik, die eine Umschaltung in den HCCI-Betrieb zulässt, wenn es die Bedingungen zulassen – ein simpler Temperatursensor genüge für die Entscheidung, welche Betriebsart gerade möglich ist. In einem simulierten Stadtbetrieb, der zu 40 Prozent im HCCI-Betrieb gefahren wurde, ermittelten die Forscher eine mögliche Verbrauchssenkung von einigen Meilen pro Gallone. Das klingt nicht beeindruckend, könne aber im US-Maßstab einige Millionen Barrel Öl pro Tag bringen. (ggo [6])

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[1] http://www.jsae.or.jp/index_e.php
[2] http://www.sae.org/
[3] https://www.heise.de/bilderstrecke/4716032.html?back=457929;back=457929
[4] https://www.heise.de/bilderstrecke/4716032.html?back=457929;back=457929
[5] http://www.motorlexikon.de/?I=2266&K=hcci
[6] mailto:ggo@heise.de

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