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09.07.2013 | Motorentechnik | Im Fokus | Onlineartikel

Der Ottomotor: altes Prinzip, modernste Technik

Autor:
Andreas Burkert

Auch nach 130 Jahren ist der Ottomotor das dominierende Antriebsaggregat für den Personenkraftwagen - und wird es auch bleiben. Dank Direkteinspritzung, der variablen Ventilsteuerung und der Aufladung mit Downsizing. Und noch bevor das rein elektrische angetriebene Fahrzeug kommt, ist der Ottomotor die beste Lösung für den Hybridantrieb.

Im Rennen um den Antrieb der Zukunft wird der Ottomotor auch in den kommenden Jahren die Nase vorn haben. Seinen großen Erfolg verdankt er dabei auch der steten Verbesserung und Optimierung der Verbrennungsvorgänge. Vor allem die Benzin-Direkteinspritzung gab der Beliebtheit einen Schub. Dabei sah es bis Mitte der 1990er Jahre gar nicht gut aus. Denn bis dahin fristete diese Motortechnik ein Schattendasein. Benzinmotoren mit Saugrohreinspritzung waren zu der Zeit ausgereifter. Wie schnell die Motorenentwickler die Direkteinspritzung beherrschten und wie sie dieses Verfahren optimierten, beschreibt Richard van Basshuysen detailliert in seinem Buch "Ottomotor mit Direkteinspritzung". Und van Basshuysen wagt die Prognose, dass der Ottomotor mit Benzin-Direkteinspritzung bis 2019 einen Ausrüstungsgrad von 32 Prozent erreichen wird. Dann werden voraussichtlich annähernd 30 Millionen Fahrzeuge mit Benzin-Direkteinspritzung weltweit auf den Straßen fahren. Die Gründe für seinen Optimismus liefert er auch gleich mit: "Eine ausgewogene Kombination aus niedrigen Emissionen und Verbrauch, hoher Leistungsdichte sowie günstigen Herstellkosten".

Dennoch wird sich der Ottomotor in den kommenden Jahren gegen starke Konkurrenz behaupten müssen. Denn das Senken des Kraftstoffverbrauchs und das Reduzieren der Schadstoffemissionen stehen auch in den nächsten Jahren im Mittelpunkt der Hubkolben-Motorenentwicklung für mobile Antriebe. Zwar konkurriert der Ottomotor mit dem Dieselmotor mit Direkteinspritzung, doch Experten bescheinigen insbesondere dem Ottomotor bei konsequenter Weiterentwicklung und Umsetzung seiner technischen Möglichkeiten einen Kraftstoffverbrauch, der nahe heutiger und auch zukünftiger Dieselmotoren liegen kann. Der Ansatz: Direkteinspritzung in Kombination mit Aufladung.

Schichtladung und strahlgeführte Gemischbildung

Für den Betrieb im unteren und mittleren Last- und Drehzahlbereich, bei dem eine Schichtladung sinnvoll wird, ist besonders das strahlgeführte Gemischbildungs- und Verbrennungsverfahren geeignet. Allerdings sind dafür noch umfangreiche Forschungen nötig, bis das volle Potenzial im Hinblick auf Wirkungsgradsteigerung bei gleichzeitig niedrigsten Schadstoffemissionen genutzt werden kann. So muss es bei dieser Art der Einspritzung gelingen, die Gemischbildung zuverlässig so umzusetzen, dass eine ideale Schichtung zwischen Frischgemisch und umgebender Luft und/oder umgebendem Abgas durch Abgasschichtung unter allen Randbedingungen, in denen ein Schichtladungsbetrieb wünschenswert ist, möglich ist.

"Bisher ist die Forschung und Entwicklung bei der Direkteinspritzung in Ottomotoren noch am Anfang der Entwicklung und nicht so weit fortgeschritten, dass insbesondere die strahlgeführte Direkteinspritzung mit Magerbetrieb und Schichtladung weltweit zum Einsatz kommen kann", erklärt van Basshuysen.

Alternativen zum Ottomotor

Dennoch glaubt er, dass der Ottomotor auch 130 Jahren noch lange Zeit das dominierende Antriebsaggregat für den Personenkraftwagen bleiben wird. Und die Alternativen zum Ottomotor - neben dem Dieselmotor - haben seiner Ansicht nach begrenzt nur der 4-Takt-Gasmotor, der Hybridantrieb, der Wasserstoffmotor als Hubkolben- oder Wankelmotor und die Brennstoffzelle. Zu vielfältig sind die Anforderungen an den Motor für Personenkraftwagen und zu hoch zum Teil die Kosten im Vergleich zum Ottomotor. Darüber hinaus hinken die versprochenen CO2-Emissionen denen im realen Fahrbetrieb hinterher.

Eine Chance räumt van Basshuysen dem Hybridantrieb, aber für den städtischen Betrieb ein. Bei konsequenter Entwicklung des Ottomotors bis hin zur Direkteinspritzung unterliegt der Hybridantrieb allerdings bei Überland- und Autobahnbetrieb. Darüber hinaus ist der Verbrennungsmotor deutlich günstiger. Im Falle eines Hybridantriebes sieht er dann - unter Berücksichtigung von Energieeffizienz und Abgasemissionen bei angemessenen und noch akzeptablen Kosten - den Ottomotor mit Direkteinspritzung als beste Kombination mit einem Elektromotor mit kleiner Leistung. Im Vergleich zum Verbrennungsmotor ohne Hybridelemente ist es die beste Lösung für den zukünftigen Pkw-Antrieb, so van Basshuysen.

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