CO2-Einsparpotenzial von Methan ausschöpfen

Direkteinblasung für Erdgasmotoren: mehr Effizienz und Fahrspaß

Konsortium unter Leitung von Bosch entwickelt optimierte Systeme für Erdgas-Autos

Forschungsprojekt Direct4Gas mit Förderung des BMWi

Direkteinblasung: wie Direkteinspritzung bei Diesel und Benziner

Beitrag zur Erreichung der CO2-Flottenziele mit dem Kraftstoff Erdgas

Was beim Benziner oder Diesel die Direkteinspritzung ist, das ist bei Erdgasfahrzeugen die Direkteinblasung: Sie könnte Erdgas-Autos noch sparsamer und umweltfreundlicher machen. Auch der Fahrspaß würde steigen: Durch bis zu 60 Prozent mehr Drehmoment im unteren Drehzahlbereich gegenüber derzeitigen Systemen mit Gas-Saugrohreinblasung lassen sich Erdgasautos in Zukunft noch dynamischer fahren. Noch fehlt jedoch eine Technologie, um Erdgas direkt in den Brennraum zu blasen. Im Projekt Direct4Gas wollen Forscher jetzt eine solche Direkteinblasung für monovalente, also ausschließlich mit Erdgas betriebene Fahrzeuge, entwickeln.

Anspruchsvolle Emissionsnormen erfüllen

Schon jetzt gibt es für Autofahrer gute Gründe, mit Erdgasantrieb zu fahren. Das bei PKW verwendete hochverdichtete Erdgas (CNG) ist günstig, die Fahrzeuge emissionsarm, die Kfz-Steuer deshalb niedrig. Doch das Potenzial des Alternativ-Kraftstoffs ist noch längst nicht ausgeschöpft: Aufgrund der chemischen Zusammensetzung von Methan, dem Hauptbestandteil von CNG, könnten Erdgasautos noch viel weniger CO2 emittieren als derzeit – in Kombination mit innermotorischen Maßnahmen bis zu 33 Prozent weniger als vergleichbare Benziner. Voraussetzung sind jedoch Brennverfahren, die genau auf Erdgas abgestimmt sind. 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: Auch der Ausstoß von Partikeln ist deutlich geringer als bei Benzin- oder Dieselmotoren.

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. Dazu muss das Erdgas, analog zur Benzindirekteinspritzung, direkt in den Brennraum eingebracht werden“, sagt Projektleiter Dr. Andreas Birkefeld von der Robert Bosch GmbH. Weil sich Methan bei der Direkteinblasung anders verhält als Benzin, ist es wichtig, das Brennverfahren für Methan zu optimieren.

Die Forscher und Entwickler im Projekt Direct4Gas werden Muster eines direkt in den Brennraum einblasenden Injektors entwerfen, der deutlich höheren Anforderungen genügt als die bisher eingesetzten Saugrohr-Einblasventile. Er muss besonders robust, gasdicht und zuverlässig sein und das Erdgas sehr präzise dosieren. Der Motor selbst soll so wenig wie möglich verändert werden, damit die Industrie die gleichen Bauteile wie bei Benzinaggregaten verwenden kann. 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 gilt es zu erforschen und spezifische Lösungen zu erarbeiten. Ebenso wird im für das Fahrverhalten wichtigen Niedrigdrehzahl-Bereich die Direkteinblasung gegenüber der Saugrohreinblasung punkten: Die Forscher gehen davon aus, dass sich dank der direkten Einblasung das erreichbare Drehmoment bis zu 60 Prozent erhöhen wird. Damit würden Erdgasmotoren in Zukunft deutlich dynamischer.

Schritt in Richtung Serienreife

Das Konsortium aus Zulieferern und Fahrzeugherstellern will die nötigen Voraussetzungen schaffen, um die Technologie langfristig zur Serienreife zu führen – das Projekt ist dafür ein wichtiger Zwischenschritt. Die Robert Bosch GmbH leitet das Konsortium, weitere Partner sind die Daimler AG, das Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart (FKFS) und als assoziierter Partner die Umicore AG & Co. KG. Direct4Gas 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 hat im Januar 2015 begonnen und wird bis Ende 2017 laufen.

Hintergrund im Internet:

• Förderbekanntmachung „Effizienzsteigerung Fahrzeugantriebe"

Die Beteiligten:

• Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
• Robert Bosch GmbH
• Daimler AG
• Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart FKFS
• Umicore AG & Co. KG (assoziierter Partner)