Benzindirekteinspritzung – Nach TDI kommt PDI

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Langfristig verliert der Diesel gegen die Benzindirekteinspritzung

Vor 15 Jahren begann der Siegeszug des Dieselmotors mit der Einführung der direkteinspritzenden TDI-Motoren bei Audi. Seitdem stehen Diesel für gleichermaßen dynamisches wie sparsames Fahren. Direkteinspritzung verhilft auch dem Otto-Motor zu mehr Leistung und weniger Abgas. Die bislang vorgestellten Modelle konnten die Kunden allerdings noch nicht überzeugen. Das soll in den kommenden Jahren anders werden, verspricht Klaus Egger, Vorstand bei Siemens VDO und als solcher mit der Entwicklung moderner Direkteinspritzsysteme befasst.

Benzindirekteinspritzung hatten schon vor 50 Jahren die legendären Mercedes Silberpfeile. Damals sorgte eine mechanische Einspritzung des Kraftstoffs für mehr Leistung. Den ersten modernen Direkteinspritzer brachte Mitsubishi mit dem Carisma auf den Markt, gefolgt von den FSI-Modellen von VW. Statt mehr Leistung ging es den Entwicklern um weniger Verbrauch und weniger Abgas. Dazu entwickelte man die sogenannte geschichtete Einspritzung für den Magerbetrieb der Motoren. Resultat: in einem engen Drehzahlfenster sank der Verbrauch um fünf bis zehn Prozent, im Gegenzug stieg der Ausstoß an Stickoxyden, die wiederum mit einem speziellen NOx-Kat bekämpft werden mussten. Wer schneller fuhr, verspielte den Sparvorteil durch ein dann besonders fettes Gemisch. Ein signifikanter Vorteil für den Kunden, wie ihn die ersten TDI gegenüber den betagten Wirbelkammer-Dieseln boten, war nicht spürbar, entsprechend gering fiel die Kundennachfrage aus. Trotzdem sieht man bei Siemens den Direkteinspritzer auf dem Vormarsch. Bis 2008 glaubt man, dass etwa dreißig Prozent der Benzinmotoren in Europa Direkteinspritzer sein werden. Ein erster Schritt sind die neuen FSI-Motoren von Audi, die mehr Leistung mit weniger Abgas kombinieren und den möglichen Sparvorteil zu Gunsten besserer Laufeigenschaften vernachlässigen. Sie arbeiten, wie andere ähnliche Systeme im homogenen Bereich von Lambda 1. Das Einspritzventil sitzt seitlich am Zylinderkopf in der Nähe der zentralen Zündkerze. Der Vorteil dieser relativ einfach aufgebauten Systeme liegt nicht zuletzt in ihrer weltweiten Verwendbarkeit. Sie stellen keine besonderen Anforderungen an den Treibstoff und können leicht auf die weltweit unterschiedlichen Kraftstoffqualitäten abgestimmt werden. En Einsparpotential von rund 20 Prozent gegenüber herkömmlichen Otto-Motoren erwartet Siemens von der Einführung piezogesteuerter Einspritzventile. Ähnlich wie beim Diesel sorgt die Piezo-Technik für genauere und schnellere Einspritzungen. Das Ventil sitzt zentral im Zylinderkopf. Dadurch kann direkt neben der Zündkerze ein kleiner Benzinstrahl eingespritzt werden, der auch mit relativ hohem Luftgehalt im Zylinder sauber zündet. Das Piezo-Element selbst besteht aus rund 180 keramischer Schichten und wirkt direkt auf die Düsennadel. Durch einen Stromimpuls reagieren die Keramikschichten und dehnen sich aus. So kann bereits nach 0,2 Millisekunden der komplette mögliche Hub des Einspritzventils betätigt werden. Über die Motorsteuerung können mehrere Vor- und Nacheinspritzungen abgerufen werden. Außerdem lässt sich der Hub und damit die Einspritzmenge variieren. Für eine sauberere Verbrennung ist eine besonders feine Zerstäubung des Kraftstoffs nötig. Bei einem Einspritzdruck von 200 Bar ist das durchschnittliche Sprit-Tröpfchen nur noch 15 Tausendstel Millimeter groß. Dadurch entsteht unter allen Betriebsbedingungen ein sauber zündendes Gemisch. Einziger Nachteil des Systems: es verlangt nach schwefelarmen oder schwefelfreien Kraftstoff. Die Markteinführung der ersten strahlgeführten PDIs wird etwa 2006 erfolgen. Der Erfolg der Benzindirekteinspritzung hängt weltweit auch am Diesel. Für den sieht Prof. Bernhard Geringer von der technischen Universität Wien den Gipfel derzeit erreicht. Ein weiter wachsender Marktanteil der Selbstzünder in Zukunft dürfte an den verschärften Abgasgesetzen und der damit verbundenen teuren Abgasnachbehandlung der Dieselmotoren scheitern, meint Geringer. Diese koste nämlich letztlich wieder Kraftstoff, was den Verbrauchsvorteil der Diesel gegenüber den Ottomotoren schmelzen lasse.

Mit einem Minderverbrauch gegenüber heute von zwanzig Prozent werden für den Vielfahrer Otto-Motoren wieder interessant, zumal sie steuerlich günstiger sind als die Diesel.

(Günter Weigel)

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