ETH Zürich Verbrennungsmotor auf niedrigsten Verbrauch getrimmt

Wissenschaftler der ETH Zürich haben einen Verbrennungsmotor entwickelt, der bei gleicher Leistung bis zur Hälfte weniger CO2 ausstößt. Sein äquivalenter Benzinverbrauch liegt unter 2,4 Liter pro 100 Kilometer. Der Erdgas-Diesel-Hybridmotor funktioniert dank einer ausgeklügelten Regelungstechnik.

Im Jahr 2012 betrug der durchschnittliche CO2-Ausstoss aller verkauften neuen Personenwagen in der Schweiz 151 g/km. Mit Emissionsvorschriften plant der Bund diesen Wert bis 2025 sukzessive auf rund 70 g zu senken. Wissenschaftler am Institut für Dynamische Systeme und Regelungstechnik der ETH Zürich haben nun einen Erdgas-Diesel-Hybridmotor entwickelt, der pro Kilometer in einem Fahrzeug der Golf-Klasse nur noch 56 g CO2 an die Umwelt abgibt und somit die jetzigen Emissionswerte um das Zwei- bis Dreifache unterschreitet. Dies gelingt, weil Erdgas vergleichsweise emissionsarm ist. Es wird in vielen Ländern, wie beispielsweise den USA, im großen Stil gefördert und gilt für die nächsten Jahrzehnte als wichtigste Alternative für Erdöl.

Die ETH-Wissenschaftler haben einen herkömmlichen Dieselmotor eines Personenwagens der Golfklasse so umgebaut, dass er zu 90 Prozent mit Erdgas betrieben werden kann. Anstatt mit einer Zündkerze, wie sie bei gewöhnlichen Erdgasmotoren üblich ist, zündet der Motor mit einer kleinen Menge Diesel, welche die Forscher direkt in den Zylinder spritzen und so eine hocheffiziente Verbrennung mit einem maximalen Wirkungsgrad von 39,6 Prozent erreichen.

Erdgas-Diesel-Motoren existieren bereits heute. Sie kommen in der Industrie dort zum Einsatz, wo Strom an einem Ort erzeugt und verbraucht wird – beispielsweise für den Betrieb von großen Maschinen. „Bei einem Fahrzeug ändern sich die Drehzahl und die Last jedoch ständig, was den Betrieb des Motors deutlich komplizierter macht“, erklärt Tobias Ott, Doktorand in der Forschungsgruppe von Prof. Lino Guzzella.

Tobias Ott hat die neuartige elektronische Verbrennungssteuerung gemeinsam mit Senior Scientist Christopher Onder und Lino Guzzella im Rahmen seiner Dissertation entwickelt. Kernstück bildet ein Sensor, der den Druck in den Zylindern misst. Mit komplexen Steuer- und Regelungsalgorithmen gelang es den Wissenschaftlern, die Menge des Diesels und den Zeitpunkt für das Einspritzen ständig anzupassen und so den Motor mit größtmöglicher Effizienz zu betreiben. Die Forscher koppelten den neuartigen Erdgas-Diesel-Motor an einen kleinen Elektromotor und senkten so den Verbrauch zusätzlich. Sie könnten den Erdgas-Diesel-Motor jedoch auch in ein Fahrzeug ohne elektrische Hybridisierung einbauen. Für eine industrielle Fertigung ist das entscheidend, weil ein Hersteller so größere Stückzahlen produzieren kann.