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General Motors HCCI: Experimentelle Verbrennungsmotoren
04.09.2007
Der neue Verbrennungsprozess, den der Detroiter Konzern entwickelt, hört auf den Namen „homogene Kompressionszündung“, kurz HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition). GM führt das Konzept jetzt mit zwei fahrbaren Studien vor, einem Opel Vectra und dessen Schwestermodell Saturn Aura. In Kombination mit anderen Technologien sparen die HCCI-Autos bis zu 15 Prozent Kraftstoff und erfüllen bereits heute zukünftige Abgasnormen. Die beiden Prototypen basieren auf Serienmodellen mit modifiziertem 2.2 Ecotec Vierzylinder-Aluminium-Triebwerk. Sie fahren sich genauso wie ihre konventionellen Schwestermodelle, bieten aber den 15-prozentigen Verbrauchsvorteil gegenüber vergleichbaren Motoren mit Saugrohreinspritzung. Die beiden Autos zählen zu den ersten fahrbaren HCCI-Technologieträgern außerhalb des Labors. Der HCCI-Motor zündet ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, das im Zylinder verdichtet wird. Im Gegensatz zu herkömmlichen Otto- oder Dieselmotoren bewirkt HCCI eine flammenlose Verbrennung bei relativ niedriger Temperatur; dabei wird der gesamte Kraftstoff in der Kammer exakt gleichzeitig verbrannt. Auf diese Weise wird eine ähnliche Leistung wie bei konventionellen Benzinmotoren erreicht, dafür aber weniger Kraftstoff verbraucht. Für den Ablauf des HCCI-Prozesses ist Hitze notwendig. Um diese nach einem Kaltstart rasch in den Zylindern zu erzeugen und den Katalysator schnell zu erwärmen, wird der Motor zunächst mit einem traditionellen Zündmechanismus betrieben. Im HCCI-Modus ist das Luft-Kraftstoff-Gemisch vergleichsweise mager, das heißt der Luftanteil ist besonders hoch. Dadurch bietet die Technologie annähernd die Effizienz eines Diesels, die bis zu 25 Prozent größer als bei einem herkömmlichen Benziner sein kann. Zugleich ist aber nur eine konventionelle Abgasnachbehandlung nötig. Dieselmotoren benötigen eine aufwändigere und teurere Nachbehandlung zur Schadstoff-Reduzierung. Das neue Verfahren kann in vorhandene Motorarchitekturen integriert werden. Das Verdichtungsverhältnis ähnelt einem normalen Benzin-Direkteinspritzer, so dass der Betrieb mit handelsüblichen Ottokraftstoffen sowie E85-Ethanol möglich ist. Der fahrbare Prototyp auf Opel Vectra-Basis mit manueller Schaltung sowie sein amerikanisches Gegenstück Saturn Aura mit Automatik zeigen die Anwendung der HCCI-Technologie in Serienautos. Ein 2,2-Liter-Motor treibt beide Fahrzeuge an. Er weist eine zentrale Direkteinspritzung, einen variablen Ventiltrieb und zwei elektrisch verstellbare Nockenwellen auf. Ein ausgeklügelter Kontrollmechanismus, der von GM entwickelte Algorithmen und die Daten der vier Zylinderdrucksensoren nutzt, steuert den HCCI-Verbrennungsprozess wie auch den Übergang zwischen HCCI und konventioneller Verbrennung mit Funkenzündung. Bei den Prototypen ist dieser Wechsel noch zu spüren, in künftigen Serienfahrzeugen wird er nicht mehr wahrnehmbar sein. Momentan erreichen die GM-Prototypen im HCCI-Betrieb eine Geschwindigkeit von etwa 100 Stundenkilometer; bei höherer Geschwindigkeit oder hoher Last wechseln sie in den konventionellen Modus. Der HCCI-Betriebsbereich soll durch Verbesserungen an Kontrollsystem und Motorkomponenten sukzessive erweitert werden.
(Text: rr/pt)
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