Wissen: Wie Dieselmotoren noch sauberer werden

Wachsende Verkehrsströme erfordern immer strengere Abgasnormen: Forscher der TU Berlin arbeiten an einem neuen Brennverfahren, um die Dieselmotoren für Pkw noch sauberer zu machen. Ein erster Prototyp des so genannten HCCI-Motors existiert bereits. Um die Forschungen weiter voran zu treiben, bewilligte die Technologiestiftung Berlin dem beteiligten Konsortium vor wenigen Tagen rund 2,2 Millionen Euro. Das Konsortium wird von der Berliner IAV GmbH geführt. Daneben sind weitere Unternehmen beteiligt.

„Beim HCCI verdampft der in den Brennraum eingespritzte Kraftstoff und vermischt sich schon vor der Zündung weitgehend homogen mit der Verbrennungsluft“, erläutert Hans Helmut Pucher, Professor für Verbrennungskraftmaschinen an der TU Berlin. Seine Arbeitsgruppe ist an dem Projekt mit rund einer halben Million Euro beteiligt. „Dieses homogene Gemisch wird dann über die Verdichtung gezündet. Bisher erreicht der Kraftstoff im Brennraum eines normalen Dieselmotors nicht überall die erforderliche Durchmischung, um mit der Luft schadstoffarm zu verbrennen. Dadurch entstehen an manchen Stellen im Brennraum sehr hohe Verbrennungstemperaturen, bei denen sich die schädlichen Stickoxide bilden.“ Im HCCI-Motor liegt die Verbrennungstemperatur deutlich niedriger als im herkömmlichen Dieselmotor, der Spitzen von über 2000 Grad Celsius erreichen kann. „Um den Verbrennungsprozess zu regeln, nutzen wir unter anderem die Abgasrückführung“, fügt Pucher hinzu. „Bei relativ geringer Motorlast, wie sie im Stadtverkehr benötigt wird, werden die Werte für Stickoxide deutlich gedrückt – bei gleichem Verbrauch wie ein normaler Dieselmotor.“ Dazu müssen die Forscher neue Sensoren und Steuerkonzepte entwickeln. Ein zweiter Prototyp des HCCI-Motors soll nun für die Forschungen auf dem Prüfstand an der TU montiert werden. Der Professor denkt schon weiter: „Sicher wird auch eine Rolle spielen, ob man mit veränderten Kraftstoffen weitere Vorteile erzielen kann.“

Die auf neue Motorkonzepte angepasste Weiterentwicklung von Kraftstoffen bezeichnet man als Koevolution. Der Chemiker Frank Behrendt leitet an der TU Berlin eine Arbeitsgruppe, die spezielle, synthetisch hergestellte Beimengungen für den Dieselkraftstoff entwickelt. „Das HCCI-Verfahren stellt an den Kraftstoff hohe Ansprüche“, sagt er. „So muss der Siedebereich eindeutig definiert werden, damit wir genau wissen, wann der Kraftstoff im Brennraum verdampft. Auch sein Zündverhalten müssen wir genau berechnen.“ An die Stelle des herkömmlichen Dieselkraftstoffs tritt ein so genannter Designerkraftstoff. „Unser Ziel ist es, den heutigen Dieselkraftstoff so weit zu entwickeln, dass er sich optimal an den HCCI-Prozess anpasst.“

Normalerweise wird Dieselkraftstoff aus Rohöl gewonnen. Synthetische Bestandteile im Kraftstoff lassen sich beispielsweise aus Biomasse, Kohle oder Erdgas herstellen. „In Zukunft wird der Anteil der synthetischen Komponenten deutlich zunehmen“, prognostiziert Behrendt. Im HCCI-Projekt wollen die Forscher nach den Vorgaben vom Prüfstand eine spezielle Mischung finden und verstehen, wie die Verbrennung abläuft. Dazu bedarf es aufwändiger Laborexperimente.

Eick L