Wettlauf um den schärfsten Strahl

10. April 2007, 20:43
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Die Piezotechnik setzt bei prinzipbedingten Kernproblemen an: Sie soll Dieselmotoren leiser und sauberer, Benzinmotoren sparsamer machen

Die Verbrennung in den Zylindern eines Motors war lange Zeit ein komplettes Rätsel. Man war schon froh, dass sie irgendwie funktionierte, aber was da drinnen wirklich vorgeht, wusste niemand so recht. Auf dem Weg zu mehr Sparsamkeit und sauberen Abgasen wurde es aber immer wichtiger, die Vorgänge in den Brennkammern genauer zu untersuchen. Mittlerweile haben die Kenntnisse über den Verbrennungsverlauf ein hohes Niveau erreicht.

Schnell und exakt

Ganz besonders wichtig ist das bei der Direkteinspritzung, sowohl beim Benzinmotor als auch beim Diesel. Denn hier ist die Zeit, ein gutes Kraftstoff-Luft-Gemisch zu bilden, viel kürzer, als wenn das Benzin in den Ansaugtrakt gesprüht oder der Diesel in eine Vorkammer eingespritzt wird. Die Anforderungen an die Schnelligkeit und Exaktheit der Einspritzung sind also extrem hoch.

Einen bedeutenden Schritt vorwärts brachte dabei die Piezotechnik. Hier wird die Düsennadel nicht magnetisch bewegt, sondern durch ein piezokeramisches Element. Grundfunktion: Es gibt Werkstoffe, die sich ausdehnen, wenn man eine elektrische Spannung anlegt. Damit lässt sich eine Düsennadel um ein Mehrfaches schneller bewegen als magnetisch.

Vielfältige Anwendungen

Piezoelemente werden in vielen Hightech-Bereichen angewendet, in der Medizintechnik, Sensorik, Ultraschall, im Grunde überall dort, wo besonders feine Bewegungen extrem schnell ablaufen müssen (auch der schwingende Quarz, der die Uhr steuert, ist im Prinzip ein Piezokristall).

Die Anwendung für Einspritzanlagen im Automobil ist noch relativ jung. Bosch setzte die Idee erstmals in Serie 2003 im Audi V6 TDI mit Common-Rail-Einspritzung um. Die ursprüngliche Initiative geht aber auf Erzrivalen Siemens zurück. Anders gesagt, die Heimat der Piezotechnik ist Deutschlandsberg in der Steiermark, wo die ehemalige Siemens-Tochter, die jetzt Epcos heißt, die Piezo-Geheimnisse seit 20 Jahren hütet und weiterentwickelt. Natürlich setzt auch Siemens-VDO auf Piezo-Technik. So ist ein Technologie-Wettlauf in Gang gekommen, der dem Verbrauch und den Abgaswerten nur gut tun kann.

Seidiger Lauf

Nachdem sich die Piezotechnik bei Common-Rail-Systemen rasch verbreitet, adaptiert Siemens-VDO dieses Funktionsprinzip auch für Pumpe-Düse-Aggregate. Durch hohe Variabilität des Einspritzdrucks will man den traditionell hart klingenden Pumpe-Düse-Motoren einen seidigen Lauf beibringen. Außerdem sind in der Kombination Pumpe-Düse mit Piezo Einspritzdrücke über 2000 bar möglich, was die Zerstäubung noch einmal verbessern soll.

Bald auch für Benziner

Piezotechnik wird auch bei den Benzinern kommen, und zwar deshalb: Die bis jetzt üblichen wandgeführten Benzin-Direkteinspritzmethoden (Kraftstoff wird auf den Kolbenboden gespritzt und zerstäubt sich dabei) bringen nicht den gewünschten Benzinspareffekt.

Im Herbst 2006 kommt die Technik erstmals auch in einem Ottomotor zur Anwendung, der im Mercedes-Benz CLS 350 CGI arbeitet. Die Einspritztechnologie für den 215 kW/292 PS starken Sechszylinder, der trotz des Leistungszuwachses gegenüber dem 200 kW/272 PS starken Saugmotor zehn Prozent weniger Sprit verbrauchen soll, stammt von Bosch.

Alles strahlt

Einen wirklich deutlichen Fortschritt verspricht man sich bei Mercedes von der strahlgeführten Einspritzung. Das heißt, der Kraftstoff wird mit größter Genauigkeit direkt vor die Zündkerze gesprüht, was ohne Piezotechnik nicht realisierbar erscheint. Damit hofft man, den prinzipbedingten Verbrauchsnachteil des Benziners gegenüber dem Diesel deutlich zu verringern und die Abgassituation weiter zu verbessern. (Rudolf Skarics, AUTOMOBIL)

  • Schnellstrahler im Detail: Piezo-Einspritzung am Beispiel Audi.
    grafik: audi

    Schnellstrahler im Detail: Piezo-Einspritzung am Beispiel Audi.

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