Wirksame Gegenmaßnahmen: Forscher enträtseln Vorentflammung

Die so genannte "Vorentflammung", bei der sich Kraftstoff bei hoher Motorbelastung schon vor der regulären Fremdzündung durch die Zündkerze unkontrolliert selbst entzündet, ist häufig ein Problem bei Ottomotoren, die dank Aufladung und Direkteinspritzung hohe Leistungen aus kleinen Hubräumen holen. "Zwar treten solche Ereignisse sehr selten auf, um sie aber sicher ausschließen zu können, muss bei Serienmotoren der maximale Ladedruck niedriger gehalten werden, als es für eine optimale Verbrennung notwendig wäre", heißt es in einer Mitteilung Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), das das Phänomen nun näher untersucht hat.

Ergebnis: Moderne Benzinmotoren könnten um bis zu 30 Prozent effizienter arbeiten, wenn man die für Motoren sehr schädliche Vorentflammungen unterbindet. In der Untersuchung habe sich gezeigt, dass Vorentflammungen meist in der Nähe des Kolbenbodens oder der Zylinderwände auftreten und hauptsächlich auf die Interaktion von direkt eingespritzten Kraftstofftropfen mit der Zylinderwand und dem sich darauf befindenden Schmierfilm zurückzuführen sind.

Die KIT-Wissenschaftler fanden nach eigener Aussage eine Reihe wirksamer Gegenmaßnahmen, um die Häufigkeit von Vorentflammungen signifikant zu vermindern. So könne eine gezielte Beschleunigung der in den Motor strömenden Luft, etwa über elektrisch verstellbare Klappen in der Ansauganlage, zu einer besseren Durchmengung des Luft-Kraftstoff-Gemisches im Zylinder führen.

Eine entscheidende Rolle spiele aber das Einspritzsystem selbst. So habe durch die Umstellung von Einloch-Einspritzdüsen auf Einspritzdüsen mit sechs Löchern die Anzahl der Vorentflammungen reduziert werden können, da sich der Kraftstoff im Zylinder so gleichmäßiger verteile und weniger Kraftstoff auf der Zylinderwand lande.

Auch Kraftstoff und Öl spielen eine Rolle
Auch die Eigenschaften des eingesetzten Kraftstoffs und des Motoröls haben laut der KIT-Mitteilung einen Einfluss auf die Häufigkeit von Vorentflammungen. Erfolge die vollständige Verdampfung des Kraftstoffs erst bei höheren Temperaturen, könne der Einspritzstrahl tiefer in den Brennraum eindringen  und benetze dabei mit höherer Wahrscheinlichkeit die Zylinderwand. Auch dem Öl beigemischte Additive schienen aus Sicht der Wissenschaftler einen Einfluss auf die Entzündungswahrscheinlichkeit zu haben.

Mit gewonnenen Erkenntnissen sollen Motorenentwickler künftige Antriebe so auslegen können, dass der effektive Mitteldruck von derzeit maximal 20 bis 24 bar auf bis zu 30 bar angehoben wird. Der effektive Mitteldruck ist ein Maß für die auf den Hubraum des Motors bezogene mechanische Arbeit, die für den Fahrzeugantrieb zur Verfügung steht. "Dies ist besonders interessant, wenn man bei niedrigen Drehzahlen beschleunigt", erklärte der Projektverantwortliche Ulrich Spicher. "Künftige Motoren könnten mehr Drehmoment und damit bessere Beschleunigung bieten – und trotzdem weniger verbrauchen." (asp)