Die Petrolheads schlagen zurück. Weil die Kosten für die Elektroautobatterien nur langsam sinken und die meisten Autokäufer inzwischen anscheinend vergessen haben, dass Hersteller wie Daimler noch vor drei Jahren die völlige Neuerfindung des Autos ankündigten, wittern sie Morgenluft: Da geht noch was. Die Leute kaufen weder Hybrid (zu teuer) noch Elektro (nicht da). Sie kaufen Diesel und Otto.
Wo stehen wir da? Effizienz und Leistungsdichte hängen beim Verbrennungsmotor davon ab, dass man genug Luft in den Hubraum kriegt und das Benzin so eingespritzt bekommt, dass es beim gewollten Zündzeitpunkt sicher in der Funkenstrecke der Zündkerze schwebt.
In der Praxis brauchen wir beim Fahren meist ein mageres Gemisch, d.h. mehr Luft als zur Verbrennung nötig ist. Beim klassischen Sauger mit Vergaser war in der Regel zu wenig Luft im Hubraum, der wurde immer fett und über den Durst betrieben. Das lag daran, dass man hier nichts regeln konnte: Weder Einspritzmenge noch Zündzeitpunkt. Es gab nur: Ventil auf oder zu.
Mehr Luft kam dann mit Kompressoren und Abgasturboladern in den Hubraum. Den Kompressor brauchte man im unteren Drehzahlbereich, weil das Turborad, das vom ausgestoßenen Abgas (also vom letzten Arbeitsakt) angetrieben und beschickt wird, hier noch nichts leistet. Der Kompressor hat den Nachteil, dass er für seinen Betrieb Leistung vom Motor abzieht. Ein Kompressor bringt was, aber man muss den Motor etwas überdimensionieren, was den Verbrauch erhöht.
VW hat in seinem TFSI beides kombiniert und erhöht damit die Leistung auch kleiner Motoren. TFSI steht für Twin Fuel Stratified Injection. Stratified steht für Schichtladung. Geschichtet wird das Luft/Abgas/Benzin-Gemisch und zwar so, dass das Benzin oben schwebt.
Das Risiko des kraftstoffsparenden Magerbetriebes liegt darin, dass sich die Benzinswolke zum berechneten Zündzeitpunkt manchmal nicht innerhalb der Zündkerzenfunkenstrecke befindet. Man kann dieses Problem nicht durch geometrische Veränderungen der Zündkerze lösen, etwa indem man die Gegenelektrode der Kerze weiter unten platziert. Die Kerze muss immer oberhalb des oberen Totpunktes des Kolben liegen, damit sie mit ihm nicht kollidiert.
An diesem Ende der Entwicklung der Zündkerze kommt Albert Einstein ins Spiel: Sozusagen, denn er erforschte die Grundlagen für die den Laser. Man kann mit einem fokussierten Laserlicht ein Gasgemisch so anregen, dass es zu Ionisierungen (elektrische Aufladung) und anschließend zu elektrischen Durchbrüchen kommt, die zur Zündung führen. Eine elegante Vorstellung: Licht zündet den Motor.
Technische Vorteile der Laserzündung:
- Unempfindlichkeit gegen Druck
- Steuerbarkeit des Zündortes auch weit im Hubraum.
- Sehr schnelle Ansteuerbarkeit, Mehrfachzündungen innerhalb eines Arbeitstaktes möglich.
Nutzeneffekte:
- Verbrennung, auch im Magerbetrieb, wird sicher und vollständig.
- In Folge dessen weniger Verbrauch, ruhigerer Lauf, kein Absterben, weniger Schadstoffe im Abgas.
Wesentliche Bauteile werden ersetzt:
- Zündspule durch Lasergenerator.
- Verschleißende Zündkerzen durch Lichtwellenleiter und Fokusoptik.
Damit wird eine neue Tür für weitere Verbrauchssenkungen aufgestoßen. Vielleicht aber eine der letzten für den Verbrennungsmotor.
Quelle: Erfinderaktivitäten 2010, Bericht des DPMA