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08.04.2014

Mit Direkteinspritzung sollen Benziner auch in Europa wieder kräftig zulegen

Warum sich künftig die Direkteinspritzung auch bei Benzinern durchsetzen soll. Was Wien damit zu tun hat.

Die Verweigerer werden immer weniger, freut sich Rolf Bulander, Geschäftsführer von Bosch, anlässlich eines Roundtables rund um Benzindirekteinspritzung. Noch setzen nicht nur preissensible Hersteller wie Skoda stark auf "klassische" Benziner mit Saugrohreinspritzung, sondern auch so prominente Luxusmarken wie McLaren oder Aston Martin. Doch immer mehr nützen Pkw-Modellwechsel, um auf Direkteinspritzung umzusteigen, zuletzt etwa der Mini mit dem aufgeladenen Dreizylinder. Beim Skoda Fabia können Kunden beim 1,2-l-Motor zwischen Saugrohr- oder Direkteinspritzung wählen.

Bosch arbeitet seit 60 Jahren an dem Thema, 1954 trieb bereits ein Benzindirekteinspritzer den Mercedes 300 SL an. Mit dem Durchbruch des Dieseldirekteinspritzers Ende der 80er-Jahre begann der rasante Abstieg der Benziner in Europa. Mit der Vorstellung moderner Benzindirekteinspritzer (Pionier: Mitsubishi) glaubten Benzin-Fans die Flaute beendet, aber es sollte noch Jahre dauern, bis Benzindirekteinspritzer wirklich Fuß fassten.

Trendumkehr

Mehrere Faktoren waren dafür entscheidend: Zum einen die für Diesel nachteilige Feinstaub-Diskussion. Zum anderen die Erkenntnis der Autohersteller, dass sie nicht mit der Benzindirekteinspritzung in der Maximalvariante, Magerbetrieb à la Mercedes, den Massendurchbruch erzielen können, sondern mit der einfachsten. Das ist eine Direkteinspritzung mit homogener Verbrennung, die, anders als die aufwendige Variante, keine zusätzliche Entstickung braucht und kostengünstig genug ist, dass sie mit einem Turbo kombiniert werden kann, was ideal für den Downsizing-Trend ist (siehe Zusatzartikel). Auch hier sind Spriteinsparungen von bis zu 15 % im EU-Normzyklus möglich und künftig weitere 10 bis 15 % Einsparung, so Bosch, auch dank Innovationen wie der Laserbohrung, für die Bosch 2013 den deutschen Zukunftspreis erhalten hat. Zusammen mit der Uni Jena, die die Physik dafür erledigt hat und der Firma Trumpf als Laser-Entwickler.

Die Laserbohrung schafft, anders als derzeit, bei den Einspritzöffnungen des Injektors eine scharfe Kante, an der die Mini-Benzin-Tröpfchen noch feiner aufgesplittet werden als bisher. Zudem werden dank Laser unterschiedlich große Löcher gebohrt. Groß steht hier für einen Durchmesser von 0,1 bis 0,25 mm. Der Injektor hat bis zu 7 Löcher. Ob alle genutzt werden oder nur ein Teil, wann und mit welchem Druck eingespritzt wird (bis zu 200 bar), kann via Motorsteuerung individuell geregelt werden. Die jeweiligen Einspritzmengen pro Loch werden, so Bosch, mehrere tausend Mal in der Minute vom Steuergerät berechnet, an dem übrigens auch ein Teil der 430 Motorsteuerungs-Entwickler von Bosch in Wien mitarbeitet. Diese Präzision hilft beim Spritsparen, aber auch fürs schnelle Anheizen des Kats, was der Erfüllung immer strengerer Abgasnormen nützt.

Die Trends

Direkteinspritzung Dabei findet das Luft-Kraftstoff-Gemisch direkt im Brennraum (Zylinder) statt. Vorteil: Erlaubt höhere Verdichtung, sprich einen besseren Wirkungsgrad (= weniger Verbrauch), weil durch die Direkteinspritzung des Sprits der Brennraum gekühlt wird und so die Klopfneigung sinkt. Der Verbrauchs- vorteil beträgt damit bis zu 15 %. Noch mehr ist zusammen mit einer Hybridisierung möglich. Nachteil: Fällt das Luft-Benzin-Gemisch in den Magerbetrieb, womit der Sparvorteil steigt, braucht der Motor eine zusätzliche Entstickung (Denox-Kat), was ein paar Prozent mehr Sprit kostet. Künftig dürfte mit der Euro6c- Abgasnorm auch für Benziner ein Rußfilter nötig werden, der ebenso den Verbrauch erhöht (unter 10 %).

Downsizing Trend zu kleineren und kompakteren Motoren (weniger Hubraum, weniger Zylinder) bei zu- mindest gleichbleibender Leistung (PS). Meist mit Benzindirekteinspritzung und Turbo. Vorteil: Fahrspaß (mehr Nm) und weniger Verbrauch (vor allem dank weniger Reibung und höherer Spreizung der Getriebe, was niedertourigeres Fahren erlaubt). Sehr beliebt für Kompakt-Pkw.

Laserbohrung Je feiner die Zerstäubung des Sprits im Brennraum, desto höher sind die Vorteile der Benzindirekteinspritzung. Die Laserbohrung ist dafür ein großes Plus.

Scavenging Gegenmaßnahme zum Turboloch. Dabei werden Ein- und Auslassventeile kurz gleichzeitig geöffnet, es bildet sich ein dynamisches Druckgefälle, der Abgasmassenstrom erhöht das Drehmoment bei niederen Touren um bis zu 50 %.

Saugrohreinspritzung Auch sie hat noch Potenzial zur Verbrauchsminderung (–12 %). Die indirekte Einspritzung bleibt in Europa für kostengünstige Benziner und dominiert in Japan für Hybridautos und Kleinstautos (K-Cars mit 660 - Motor, Marktanteil 40% in Japan).

Kein Selbstzünder

Eines kann den Herstellern niemand vorwerfen: mangelnden Einsatz. Der, nach eigenen Aussagen, Marktführer Bosch ist seit 60 Jahren, seit dem Start im legendären Mercedes Flügeltürer, am Thema dran. Seit der Schockwelle Ende der 90er-Jahre, als Mitsubishi mit dem Start des ersten modernen Benzindirekteinspritzers vor allem die europäische Autoindustrie durchrüttelte, verstärkte diese ihren Einsatz und investierte seitdem Milliarden in die Technologie.

Und dennoch: Anders als beim Diesel, wo Audi Ende der 80er-Jahre mit seinem TDI eine Revolution auf dem Pkw-Markt in Europa auslöste, ist dies beim Benziner ganz anders.

Einerseits gibt es beim Benziner verschiedene Versionen der Direkteinspritzung, die unterschiedlich viel Sprit sparen und teilweise sehr aufwendig sind, auch bei der Abgasreduktion, vor allem bei Magerbetrieb. Anderseits bleibt von den vor allem anfangs versprochenen großen Verbrauchssenkungen im Fahralltag viel weniger übrig als beim Diesel. Zudem ist der Benzinmotor überall dort dominant, wo der Durchschnittskunde deutlich weniger für den Motor zu zahlen bereit ist als in Europa, wo Fahrspaß zählt: Japan, China, USA. Es überrascht nicht, dass gerade dort große Hersteller auf Alternativen zur Benzindirekteinspritzung setzen: Etwa Toyota (Hybridantrieb) oder Mazda ("Skyactive"). Selbst Bosch sieht auch ohne Direkteinspritzung bei Benzinern ein Sparpotenzial von 12 %.

Der Kunde hat die Wahl. Eines scheint aber sicher: Ein "Selbstzünder" für Erfolg ist die Direkteinspritzung beim Benziner nicht.