Die zündende Alternative zum Dieselmotor

Das ottomotorische Brennverfahren wird zur ernst zu nehmenden Option für kommerzielle Anwendungen

Nur wenige Dinge gehören scheinbar so unzertrennlich zusammen wie Nutzfahrzeuge und Dieselantriebe. Das könnte sich bald ändern, denn das Interesse an Ottomotoren für Nutzfahrzeuge und mobile Arbeitsmaschinen nimmt zu. Weitere drastische Absenkungen der Emissionsgrenzwerte überall auf der Welt führen dazu, dass die Kosten für die Abgasnachbehandlung weiter in die Höhe getrieben werden. Zudem sind sehr stringente Verbrauchsziele zu erfüllen. Abhängig von Einsatzland und/oder -zweck kann der Ottomotor hier zukünftig einen wichtigen Beitrag leisten. Bei IAV arbeiten Experten für Nutzfahrzeuge und ottomotorische Antriebe sehr eng zusammen, um das Beste aus beiden Welten zusammenzubringen.

Ottomotoren können sich für Nutzfahrzeuge aller Größen eignen. Ein sich aufdrängendes Anwendungsbeispiel sind kleine Arbeitsmaschinen wie Gabelstapler oder Kleinbagger: „Bei den hier verwendeten Dieselmotoren mit einer Leistung von weniger als 56 Kilowatt wird die Abgasnachbehandlung in Zukunft deutlich aufwendiger und teurer“, berichtet Jörn Seebode, Fachbereichsleiter Commercial Vehicles bei IAV . „Ein ottomotorischer Antrieb kann seine Vorteile ausspielen. Bei stöchiometrischem Betrieb reicht ein typisches Dreiwege-Abgasnachbehandlungssystem völlig aus.“

Zur Verbesserung der CO2-Bilanz kann auch Erdgas (CNG/LNG) zum Einsatz kommen. Dass die früheren Nachteile von Erdgasmotoren im
Drehmomentverhalten deutlich verbessert werden konnten, zeigen nicht zuletzt die jüngsten Markteinführungen nahezu aller europäischen OEMs. Auch bei den schweren Nutzfahrzeugen sind es die Emissionsgrenzwerte, die den Übergang zum Ottomotor treiben. Vor allem das California Air Resources Board (CARB) gibt sehr ambitionierte Emissionsziele vor, kombiniert mit trotzdem strengen Auflagen beim Kraftstoffverbrauch. „Die Stickoxid-Emissionen sollen demnach um bis zu 90 Prozent gegenüber heutigen Grenzwerten sinken“, sagt Marc Sens, Fachbereichsleiter Vorentwicklung Powertrain Ottomotor bei IAV . „Das bedeutet im Bereich der Abgasnachbehandlung einen enormen Aufwand für die Hersteller.“ Mit Ottomotoren und einer relativ einfachen Abgasnachbehandlung – im Wesentlichen wiederum ein Dreiwege-Katalysator, der maximal um einen Otto-Partikelfilter ergänzt wird –können die zukünftigen „Low-NOx“-Grenzwerte eingehalten werden. Hinzu kommt der CO2-Vorteil von LNG und CNG: Aufgrund ihres günstigen Verhältnisses von Wasserstoff- zu Kohlenstoffatomen setzen sie bei der Verbrennung 20 bis 25 Prozent weniger Kohlendioxid im Vergleich zu Ottokraftstoff frei. Außerdem führt ihre hohe Klopffestigkeit zu einem höheren Wirkungsgrad der erdgasbetriebenen Ottomotoren.

Sparsamer Magerbetrieb in Nutzfahrzeug-Ottomotoren

Der ottomotorische Antrieb wird den Diesel sicher nicht verdrängen, abhängig von Anwendung und Einsatzland kann er jedoch eine spannende Alternative darstellen. Bei IAV arbeiten darum die Fachbereiche für Ottomotoren und Nutzfahrzeuge gemeinsam an neuen Technologien, um diese in Eigenentwicklungs- und Kundenprojekten auf die Straße zu bringen. In einem IAV-eigenen Vorentwicklungsprojekt wurden beispielsweise verschiedene Dual-Fuel-Konzepte untersucht, in dem ein Diesel-Zündstrahl die Erdgas-Verbrennung im Brennraum startet. Erdgas benötigt eine hohe Zündenergie, die von herkömmlichen Zündsystemen nicht unter allen Umständen zur Verfügung gestellt werden kann. Das ebenfalls von IAV vorangetriebene Vorkammer-Brennverfahren sorgt selbst bei hochverdünnten Gemischen für eine sichere und schnelle Verbrennung. Beide Ansätze machen den sparsamen Magerbetrieb für Nutzfahrzeug-Ottomotoren möglich, wobei die Stickoxidemissionen die größte Herausforderung darstellen.

Gemeinsam mit europäischen Konsortialpartnern engagiert sich IAV zudem im Förderprojekt COLHD im Rahmen von Horizon 2020. Hier soll unter anderem ein neuer Erdgas-HighPressure-Direct-Injection(HDPI)-Powertrain mit variablem Ventiltrieb entwickelt werden.

Nutzfahrzeug-Kunden berät und begleitet IAV partnerschaftlich entlang der gesamten Entwicklungskette, vom optimalen Set-up des Antriebs bis hin zur Serienbedatung und Homologation – unabhängig von der Antriebsart. Dabei kommt die Expertise aller einschlägigen IAV-Experten zum Tragen. Damit in Zukunft die Verbindung von Nutzfahrzeugen und Ottomotoren ganz selbstverständlich sein wird.

Mit alternativen Kraftstoffen die Total Cost of Ownership senken

COLHD (Commercial Vehicles using Optimised Liquid Biofuels and HVO Drive trains) ist ein Forschungs- und Innovationsvorhaben im Rahmen der EU-Fördervorhaben Horizon2020. Ziel des COLHD-Projekts ist es, für flüssige Biokraftstoffbeimischungen, Antriebsstrangkonzepte und Kraftstoffspeicher die Machbarkeit neuer Lösungen nachzuweisen, Konzepte zu entwickeln und sie zu optimieren, um so die Nutzung fossiler Kraftstoffe zu verringern. Die zu entwickelnden Motoren werden für den Betrieb mit optimierten Gemischen sowohl fossiler Kraftstoffe, hauptsächlich Autogas (LPG) und LNG (Flüssiggas), als auch nicht fossiler erneuerbarer Biokraftstoffe konstruiert. Zusätzlich sollen Marktentwicklungsszenarien dargestellt werden, welche den Anteil der Biokraftstoffe erhöhen.

Über 96 Prozent des Gütertransports auf der Straße nutzten fossilen Dieselkraft
stoff, der einen großen Teil der gesamten CO2-Emissionen in Europa ausmacht. Trotz teilweise bereits verfügbarer Lösungen für Antriebskonzepte mit alternativen Kraftstoffen, fehlt in Europa die notwendige Infrastruktur. Auch hierfür werden im COLHD-Projekt Szenarien zur Bereitstellung von alternativen Kraftstoffen an den europäischen Hauptverkehrsadern entwickelt.

Das Konsortium von COLHD besteht aus vier Wissenspartnern, drei KMUs und neun Partnern aus der Industrie, die daran arbeiten, einen fundierten und pragmatischen Ansatz zu entwickeln, um im europäischen Güterkraftverkehr alternative Biokraftstofflösungen umzusetzen.