Direkteinblasung: Zukunft des Erdgasantriebs

Erdgasmotoren arbeiten bisher mit der Einblasung des Kraftstoffs in das Saugrohr. Doch genau wie die Direkteinspritzung beim Benziner könnte eine Direkteinblasung die CNG-Motoren sparsamer, umweltfreundlicher und kräftiger machen.

Bei Benzinern und Dieseln sorgt die Direkteinspritzung bereits für mehr Effizienz. Jetzt soll diese Technik auch die Erdgasmotoren verbessern. Nach Angaben des Autozulieferers Bosch könnte die Erdgas-Direkteinblasung die Autos noch sparsamer und umweltfreundlicher machen. Auch der Fahrspaß würde steigen: Bis zu 60 Prozent mehr Drehmoment im unteren Drehzahlbereich sollen gegenüber derzeitigen Systemen mit Gas-Saugrohreinblasung möglich sein. Dadurch ließen sich Erdgasautos in Zukunft noch dynamischer fahren.

Doch bisher fehlt es noch an der richtigen Technik, um Erdgas direkt in den Brennraum zu blasen. Das soll nun das Projekt „Direct-4-Gas“ ändern. Ziel der Forscher ist es, eine Direkteinblasung für monovalente, also ausschließlich mit Erdgas betriebene Fahrzeuge zu entwickeln.

Schon jetzt gibt es für Autofahrer gute Gründe, mit Erdgasantrieb zu fahren: Das bei Pkw verwendete, hochverdichtete Erdgas (CNG – Compressed Natural Gas) ist günstig, die Fahrzeuge sind emissionsarm und die Kfz-Steuer ist deshalb niedrig. Doch das Potenzial des Alternativkraftstoffs ist noch längst nicht ausgeschöpft: Aufgrund der chemischen Zusammensetzung von Methan, dem Hauptbestandteil von CNG, könnten Erdgasautos noch viel weniger CO2 emittieren als derzeit – laut Bosch bis zu 33 Prozent weniger als vergleichbare Benziner. Voraussetzung seien jedoch Brennverfahren, die genau auf Erdgas abgestimmt seien.

In der EU dürfen neu zugelassene Fahrzeuge bis zum Jahr 2020 im Mittel nicht mehr als 95 Gramm CO2 pro Kilometer ausstoßen. Bis 2025 könnte der Grenzwert noch weiter sinken. Effiziente Erdgasfahrzeuge können dazu beitragen, auch anspruchsvolle Emissionsnormen zu erfüllen. Nicht nur, weil sie weniger CO2 emittieren: Sie stoßen im Gegensatz zu Benzin-Direkteinspritzern und Dieselmotoren keine Partikeln aus.

Vorbild Benzindirekteinspritzung

Heutige Erdgasfahrzeuge fahren in der Regel bivalent, also mit Benzin und Erdgas. Ihre Motoren sind für die Benzindirekteinspritzung ausgelegt und werden für den Gasbetrieb um eine Saugrohr-Methaneinblasung ergänzt. „Auf diese Weise lassen sich jedoch weder das Brennverfahren noch die Effizienz- und Emissionswerte optimieren“, erläutert Projektleiter Andreas Birkefeld von Bosch. „Dafür muss das Erdgas, analog zur Benzindirekteinspritzung, direkt in den Brennraum eingebracht werden.“ Weil sich Methan bei der Direkteinblasung anders verhalte als Benzin, sei es wichtig, das Brennverfahren für Methan zu optimieren.

Die Forscher und Entwickler im Projekt Direct-4-Gas wollen deshalb Muster eines direkt in den Brennraum einblasenden Injektors entwerfen. Dieser muss deutlich höheren Anforderungen genügen als die bisher eingesetzten Saugrohr-Einblasventile. So muss er beispielsweise besonders robust, gasdicht und zuverlässig sein und das Erdgas sehr präzise dosieren können.

Den Motor selbst wollen die Forscher so wenig wie möglich verändern, damit die Autohersteller die gleichen Bauteile wie bei Benzinaggregaten verwenden können. Das Projektteam wird Gas-Versuchsmotoren mit dem neu entwickelten Injektor ausrüsten und auf dem Prüfstand und in Fahrzeugen testen. Auch die Gemischbildung, Zündung und Abgasnachbehandlung wollen die Projektpartner erforschen und spezifische Lösungen zu erarbeiten.

Ziel ist die Serienreife

Das Konsortium aus Zulieferern und Fahrzeugherstellern will die nötigen Voraussetzungen schaffen, um die Technik langfristig zur Serienreife zu führen – das Projekt ist aus Sicht der Beteiligten ein wichtiger Zwischenschritt. Bosch leitet das Konsortium, weitere Partner sind Daimler, das Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart (FKFS) und als assoziierter Partner Umicore. Direct-4-Gas wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages mit 3,8 Millionen Euro gefördert – als Teil der Initiative „Effizienzsteigerung Fahrzeugantriebe“. Das Projekt läuft noch bis Ende 2017.

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