Mazda plant die Einführung einer neuen Motorengeneration namens Skyactiv-X im Jahr 2019. Es soll der weltweit erste Serien-Benzinmotor mit Kompressionszündung sein. Im Klartext: Ein Benziner, bei dem sich ein Kraftstoff-Luft -Gemisch selbst entzündet. Allerdings: So selbstzündend wie angekündigt ist der Motor dann doch nicht. KRAFTHAND klärt auf.
Ein hohes Verdichtungsverhältnis wirkt sich bekanntlich günstig auf Drehmoment, Leistung und Kraftstoffverbrauch aus. Die dadurch entstehende raschere und stärkere Verbrennung reduziert zudem die Schadstoffanteile. Deshalb liegt es nahe, einen hochverdichtenden Benzinmotor zu entwickeln, der sich kontrolliert selbst entzündet. Die Idee ist natürlich nicht neu. Seit der Erfindung des Ottomotors haben Ingenieure immer wieder versucht, die Selbstentzündung des Benzin-Luft-Gemisches zu kontrollieren. Vor zehn Jahren sorgte beispielsweise Mercedes-Benz mit einem Diesotto-Motor für Aufsehen. Zur Serienreife schaffte es der selbstzündende Benzinmotor der Stuttgarter jedoch nicht.
Die Kompressionszündung findet nur in bestimmten Lastbereichen statt.
In letzter Zeit ist in Verbindung mit selbstzündenden Benzinern immer wieder von homogener Kompressionszündung – kurz HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) – die Rede. Was steckt hinter dieser Technologie? Das HCCI-Verfahren ist eine Form der Verbrennung, bei der das komprimierte Luft-Kraftstoff-Gemisch in einem homogenen Verhältnis zur Selbstzündung kommt. Das bedeutet im Klartext, dass das Gemisch an jedem Punkt in der Brennkammer gleich zusammengesetzt und verteilt ist. Kommt es zur Selbstzündung, entzündet sich der Kraftstoff nicht an einem Punkt – wie es beispielsweise bei der Zündkerze der Fall ist –, sondern verbrennt gleichmäßig im gesamten Brennraum.
Homogene Verbrennung
Die Motorenentwickler bei Mazda betonen, dass ein weiterer Vorteil – neben des schnelleren und gleichmäßigeren Zündvorgangs – vor allem in der niedrigeren Verbrennungstemperatur liegt: Somit sollen die Abgase eines Motors, der nach dem HCCI-Verfahren arbeitet, nur sehr geringe Spuren von Stickstoffoxid und Ruß enthalten. Zudem bewirkt der Prozess den Angaben zufolge einen hohen thermischen Wirkungsgrad des Motors, niedrigere Verbrauchswerte und reduzierte CO2-Emissionen.
Zwei Ingenieure des japanischen Autoherstellers haben aufgrund der zahlreichen Vorteile eines solchen Verbrennungsprozesses schon 2011 in einem Fachbeitrag den Einfluss von Treibstoffen auf die Zündungsleistung eines Hochdruck-Benzinmotors mit Kompressionszündung analysiert. Auf Basis dieser Forschungsergebnisse konnte Mazda bereits ein Jahr später das Verdichtungsverhältnis seiner Ottomotoren auf 14:1 erhöhen. An eine Kompressionszündung für den Serieneinsatz war allerdings noch nicht zu denken.
Die japanischen Entwickler standen nach eigener Aussage dabei vor zwei Problemen. Erstens: der sehr schmale Betriebsbereich, in dem eine Kompressionszündung möglich ist. Zweitens: der zu harte Übergang zwischen Kompressions- und Fremdzündung. Die nun verwendete Verbrennungsmethode namens Spark Controlled Compression Ignition, kurz SPCCI, soll nun die beiden Hauptprobleme lösen. Mazda gibt an, dass eine zusätzliche Zündung durch eine Zündkerze den Druckanstieg im Brennraum nochmals erhöht und somit die Kompressionszündung kontrolliert.
Fremdzündung bleibt
Durch die Aussage des Motorenbauers ist allerdings auch klar, dass es sich hier um keinen reinen Selbstzünder handelt, sondern um einen Kompromiss zwischen Fremd- und Selbstzündung. Das bedeutet, die Kompressionszündung findet nur in bestimmten Lastbereichen statt. Beim Kaltstart und bei hohen Drehzahlen ab 5.000/min setzt laut Mazda die Fremdzündung wieder ein. Das Unternehmen betont aber auch, dass sich durch diese Technologie einige Vorteile erreichen lassen.
So senkt die Kompressionszündung von Mazda mit einer speziellen Motorenaufladung den Kraftstoffverbrauch und ermöglicht die vollständige Verbrennung bei einem relativ mageren Kraftstoff- Luft-Gemisch. Das Drehmoment soll zwischen 10 und 30 Prozent über dem Niveau des aktuellen Mazda-Benzinmotors liegen. Den Angaben zufolge steigt der Wirkungsgrad des Motors um 20 bis 30 Prozent gegenüber der heutigen Motorengeneration mit gleichem Hubraum. Der Kraftstoffverbrauch soll beim neuen Skyactiv-X-Aggregat sogar unter dem Niveau des aktuellen Mazda-Dieselmotors liegen.
