Der experimentelle Gasmotor von Hyundai läuft ohne Zündkerzen – Funktion – Auto und Fahrer

Aug 16, 2023

Verbrennungsingenieure, die einen letzten Widerstand gegen Elektroantriebe leisten, hegen bizarre Fantasien. Die Benziner träumen von den kraftvollen Drehmomentkurven und der vorbildlichen thermischen Effizienz des Diesels. Diesel-Anhänger sehnen sich nach günstigerem Kraftstoff und der Befreiung von teuren Einspritzsystemen und aufwändigen Emissionskontrollen.

Aber was wäre, wenn beide Lager an einem Supermotor zusammenarbeiten würden, der das Beste beider Technologien vereint? Sie erhalten das, was Hyundai und Delphi als Benzin-Direkteinspritzungs-Kompressionszündung (GDCI) bezeichnen: einen Benzinmotor, der keine Zündkerzen benötigt.

Ingenieure untersuchen diese Alternative seit mehr als einem Jahrzehnt. GM und Honda stellten beide Autos vor, die von mit Benzin betriebenen Selbstzündungsmotoren mit homogener Ladung angetrieben wurden. In jüngerer Zeit haben Hyundai und Delphi die Sache vorangetrieben, indem sie in einem 180 PS starken 1,8-Liter-Vierzylinder auf Schichtladung (eine fette Mischung in einem Teil des Zylinders) umgestiegen sind und eine Selbstzündung vom Leerlauf bis zu einer Drehzahl von 4500 U/min nutzen. Wenn die Studie später in diesem Jahr aus dem Labor in zwei Testwagen umzieht, dürfte klar sein, ob die Kombination aus Dieseleffizienz und Benzinkomfort in greifbare Nähe rückt.

Der experimentelle Motor von Hyundai – ausgestattet mit Direkteinspritzung, variabler Ventilsteuerung, Turbo, Kompressor und Abgasrückführung – sieht von außen ziemlich normal aus. Seltsam sind Kolben, in deren Kronen Suppenschüsseln eingegossen sind. Da keine Zündkerzen im Weg sind, können die Einspritzdüsen den Kraftstoff genau in die Mitte jedes Behälters spritzen. GDCI erreicht die Selbstzündung durch Erhitzen der Ansaugluft mit sorgfältig kontrollierten Abgasmengen und anschließendes Herauspressen der Teile aus der Mischung mit einem Verdichtungsverhältnis von 14,8:1. Das Einspritzen einer kleinen Gasdosis kurz vor dem oberen Totpunkt und das Einspritzen des Hauptkraftstoffs unmittelbar nach diesem Punkt führt zu einem Zylinderdruck, der weitaus sanfter ansteigt als bei jedem Diesel. Dies verbessert den Wirkungsgrad, da der Verbrennungsdruck einem absteigenden Kolben entgegenwirkt. Magere Kraftstoff-Luft-Gemische, minimaler Wärmeverlust durch die Zylinderwände, keine Drosselung und das große Expansionsverhältnis (die Kehrseite des Verdichtungsverhältnisses) sorgen laut Hyundais GDCI-Experte, dem passend benannten Nayan-Ingenieur, für eine mit einem Diesel vergleichbare Kraftstoffeffizienz. (Mark Sellnau fungierte bei diesem Projekt als technischer Leiter von Delphi.) Die besten Ergebnisse werden durch minimale Verwirbelung in der Kolbenmulde erzielt. Der Kraftstoffeinspritzdruck liegt im Bereich des Benzinmotors oder beträgt nur ein Fünftel dessen, was bei einem Diesel erforderlich ist. Dies führt zu erheblichen Kosteneinsparungen, geringeren parasitären Verlusten und einem leiseren Betrieb im Vergleich zu Dieselmotoren. Der Kompressor liefert Ansaugluft bei niedrigen Drehzahlen und Lasten, wenn nicht genügend Abgasenergie vorhanden ist, um den Turbo anzutreiben.

Die Reinigung der aus den Brennkammern austretenden Stoffe ist kein großer Aufwand. Die typischen Diesel-Schreckgespenster – Partikel und hohe NOx-Emissionen – stellen aufgrund der niedrigen Verbrennungstemperaturen des GDCI kein Problem dar. Die mageren Gemische verringern die Wirksamkeit des Standard-Dreiwegekatalysators. Dieses Problem wird durch den Einbau eines zweiten Oxidationskatalysators zur Verringerung der Kohlenmonoxid- und Kohlenwasserstoffemissionen behoben.

Das alles führt zu einer Effizienzsteigerung von 10 bis 15 Prozent, ohne auf einen problematischen Kraftstoff umsteigen zu müssen. Fortschritte wie diese werden dafür sorgen, dass der Verbrennungsmotor auch in den kommenden Jahrzehnten für den Einsatz als Einzel- oder Hybridantrieb geeignet bleibt.

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Auto und Fahrer, Ausgabe Mai 2023