Explodieren, aber richtig!

Was bringt einen Otto-Motor zum Laufen? Eine Mischung aus Benzin und Luft – und ein Zündfunke.  Klingt eigentlich ganz einfach ...

Ein kleines Messingröhrchen taucht auf der einen Seite in eine Benzin-Pfütze. Am anderen Ende ragt es in den Luftstrom eines Ottomotors. Wenn der Durchmesser halbwegs stimmt, läuft der Motor. So ungefähr funk­tionieren Venturi-Vergaser, deren Urenkel noch bis Anfang der 1990er Jahre Verwendung fanden. Das sogenannte stöchiometrische Mischungsverhältnis liegt seit Anbeginn der Zeit bei genau 1:14,7. Ein Kilogramm Benzin auf 14,7 Kilogramm Luft. In Litern betrachtet: ein Liter Benzin auf 9.500 Liter Luft verteilt. Exakt 0,11 Promille Benzin. Trotz außerordentlich komplexen Düsensystemen und thermostatisch geregelten Klappen und Ventilen gelang es mit dem Vergaser nie, den Lambda-Wert konstant zu halten. Das Gemisch war tendenziell zu fett und der Kraftstoffverbrauch pro PS relativ hoch. Steigende Spritpreise und sinkende Schadstoffgrenzwerte führten zunächst zu mechanisch geregelten Einspritzsystemen, bei denen immerhin die Lufttemperatur und der Luftdruck über mechanische Steuernocken für die Gemischbildung ausgewertet wurden. Als nächster Entwicklungsschritt wurde eine Lambda-Regelung angedockt, die den Betrieb eines geregelten Katalysator erlaubte. Denn der kann Stickoxide (NOx) und Kohlenmonoxid (CO) nur dann in unschädlichen Stickstoff (N) und Kohlendioxid (CO2) umwandeln, wenn der Lambdawert ”Eins” beträgt. Einige Jahre später war die Mikroelektronik so weit, dass man die Motoren über Kennfelder steuern konnte. Abhängig von der Umgebungstemperatur, der Motortemperatur und so weiter konnten Zündwinkel, Einspritzmenge und -zeitpunkt nach belieben optimiert werden. Der Kraftstoffverbrauch pro PS, vor allem im Teillastbereich, sank deutlich. Die Leistung stieg gegenüber einem baugleichen Vergasermotor allerdings nur um etwa sechs Prozent.

Magermix?

Magermix hieß eine Zeitlang das Zauberwort, um den Normverbrauch zu senken. Durch die direkte Einspritzung des Benzins mit etwa 200 bar direkt in die Brennkammer sollten im Teillastbetrieb durch Schichtladung magere Mischungsverhältnisse weit über Lambda 1,2 fahrbar werden. Viel zu viele Stickoxide im Abgas, deshalb eine sehr aufwändige Abgasreinigung und andere hartnäckige Probleme verhinderten bisher den Durchbruch. Dennoch realisieren Direkteinspritzer mit homogener Gemischbildung durch die feinere Zerstäubung sowie verminderte Spül- und Kondensationsverlus-te erhebliche Kraftstoffeinsparungen.

Gib mir Sprit!

Doch einen Haken hat das ganze dennoch: sein maximales Drehmoment erreicht ein Otto-Motor auch heute noch bei Lambda = 0,9. Seine maximale Leistung bei Lambda = 0,85. Dabei steigen die Werte für unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenmonoxid (CO) sowie der Kraftstoffver-brauch immer noch stark an. So gesehen – was spricht eigentlich gegen einen schönen Sportvergaser? Gut, man muss ein paar Liter mehr Sprit investieren. Und ja, die Abgase lösen bei Umweltschützern Weinkrämpfe aus. Aber die Drehfreude eines gut abgestimmten Sport-Vergasers, das heisere Röcheln und das hocharomatische Abgas lösen bei Motorenfans Rauschzustände aus – das könnte es einem Wert sein!

Wissen:

• Direkteinspritzung: das Benzin wird mit ca. 200 bar vor der Zündung direkt in den Brennraum gespritzt
  
  Homogene Gemischbildung: überall im Brennraum herrscht das gleiche
  Mischungsverhältnis
  
  Lambda: ist der Quotient aus dem stöchiometrischen Mischungsverhältnis 1:14,7 und dem realen Mischungsverhältnis. Lambda <1 = fett (Benzinüberschuss), Lambda >1 = mager (Luftüberschuß)
  
  Lambda-Regelung: eine Sonde misst den Sauerstoffgehalt im Abgas, dadurch ist es möglich, das stöchiometrische Mischungsverhältnis im Teillastbereich auf Lambda 1 ± 5 % einzuhalten
  
  Saugrohreinspritzung: der Kraftstoff wird mit 4-5 bar zentral oder vor jedem Ventil in das Saugrohr eingespritzt
  
  Schichtladung: im Brennraum wird rund um die Zündkerze ein fetteres, zündfähiges Gemisch, weiter außen ein magereres erzeugt (Magermix)
  
  Teillastbereich: der im Alltag vorherrsch-ende Betriebszustand eines Motors: die Drosselklappe ist nur wenig geöffnet => man fährt mit wenig Gas • die Zylinderfüllung ist schlecht (Ottomotor)
  
  Venturi-Vergaser: die Ansaugluft erzeugt in einer Venturi-Düse in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit Unterdruck, der durch ein Düsensystem die richtige Menge Benzin ansaugt