17. März 2011

Spezielle Kolbenform beim Ottomotor

Unter dem Stichwort Skyaktiv präsentiert Mazda die Entwicklungsschwerpunkte der nächsten Jahre. Besonders interessant sind neue Motorengenerationen, welche sowohl als Otto- wie auch als Dieselmotor über ein identisches Verdichtungsverhältnis verfügen. Auch Getriebe, leichtere Karosseriestrukturen und auf Leichtbau getrimmte Fahrwerke sollen den Verbrauch senken.

Spezielle Kolbenform beim Ottomotor

Alle Bauteile des Otto- wie auch Dieselmotors wurden reibungsoptimiert und erhöhen so den Wirkungsgrad.

VON ANDREAS SENGER

Mazda ist aktuell einer der wenigen Automobilhersteller, welche konsequent darauf achten, das Fahrzeuggewicht eines neuen Modells gegenüber dem Vorgänger zu reduzieren. Erstmals lässt sich der japanische Hersteller in die Entwicklerkarten schauen. Nebst leichteren Karosseriestrukturen und Fahrwerken soll vor allem am Antrieb der Wirkungsgrad erhöht werden.
Als Weltneuheit wird Mazda nächstes Jahr einen 2.0-Benzin-Direkteinspritzmotor mit einem Verdichtungsverhältnis von 14:1 lancieren. Das extrem hohe Verdichtungsverhältnis begünstigt einen thermodynamisch optimierten Verbrennungsprozess und damit einen besseren Wirkungsgrad. Versuche haben gezeigt, dass die Erhöhung von 10:1 auf 15:1 einer Wirkungsgradverbesserung von 9 Prozent entspricht. Im Gegenzug steigt die Gefahr einer klopfenden Verbrennung.

Zwei Fliegen auf einem Schlag

Um das Klopfen trotz hohem Verdichtungsverhältnis in den Griff zu bekommen, gibt es grundsätzlich zwei Möglichkeiten: den Einsatz von hochoktanigem Treibstoff oder das konsequente Einsetzen der Abgasrückführung zur Reduktion der an der Verbrennung aktiv beteiligten Stoffe. Mazda hat sich für die zweite Massnahme entschieden.
Um die Verbrennung trotzdem effizient zu gestalten, wird eine Benzindirekteinspritzung mit Mehrlochdüsen eingesetzt. Damit die brennbare Gemischwolke rund um die Zündkerze platziert werden kann, weist das neue Triebwerk Kolben mit einer extremen Mulde und Ventiltaschen auf. Der Gaswechsel wird durch eine Kombination von Schwing- und Resonanzsaugrohr auf die jeweilige Last und Drehzahl optimiert.
Um möglichst viel Drehmoment am Kurbeltrieb zu erzeugen, muss viel chemische Energie des Treibstoffes in Wärmeenergie umgewandelt werden. Mazda verpasst seinem neuen Triebwerk eine Tieftemperaturverbrennung. Die Entwickler haben herausgefunden, dass dadurch mehr exotherme Energie aus der Verbrennung resultiert, der Zündzeitpunkt erfolgt bei mittleren und hohen Lastpunkten deshalb nach OT. Konsequenterweise wurden auch alle Motorbauteile gewichtsoptimiert ausgeführt. Das Resultat: 15% geringerer Treibstoffverbrauch.

Modernster Selbstzünder

Beim neuen 2.0-Dieseltriebwerk geht Mazda den konträren Weg: Das Verdichtungsverhältnis wird auf 14:1 (wie beim Ottomotor) reduziert. Dadurch wird die Verdichtungs-Endtemperatur gesenkt und somit fallen die Stickoxid-Emissionen geringer aus.
Der mittels zweistufiger Aufladung (Abgasturbolader) zwangsbeatmete Dieselmotor unterbietet dank diesem Trick die Euro-5- und Euro-6-Grenzwerte ohne Abgasnachbehandlungssysteme. Auf eine teure Stickoxidnachbehandlung wie SCR oder NOx-Speichkatalysator kann verzichtet werden. Die Verbrauchseinsparung gegenüber bisherigen Dieselmotoren soll gemäss Mazda rund 20% betragen.

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