Mazda HCCI-Motor: Otto – der Diesel

Neuer HCCI-Motor von Mazda: Der Benziner ist leise und dreht, der Diesel ist kräftig und spart. Seit langem möchten Ingenieure die Vorteile beider Motoren zu einem Aggregat verschmelzen. GM und VW haben sich bereits daran versucht. Auch Mercedes setzte vor einigen Jahren viel auf seinen „Diesotto“. Die Entwicklungen allerdings ruhen. Nun preschen die Japaner vor. Mazda will den sogenannten HCCI-Motor weiter voranbringen und in einigen Jahren auf Serienniveau haben.

Dass der Ottomotor ein Ass in Sachen Leistung, Kosten und Sauberkeit ist, sichert ihm schon seit bald 130 Jahren das Überleben. Der Diesel punktet, geht es um Drehmoment und Verbrauch. Doch seine Herstellung ist doppelt so teuer und obendrein benötigt er aufgrund seiner Stickoxide eine aufwändigere Abgasnachbehandlung. Die Motorenbauer wünschen sich seit langem den perfekten Zwitter. Doch wie lässt sich der Otto so sparsam wie ein Diesel machen, ohne sich dabei Nachteile zu erkaufen?

Fremd- und Selbstzünder in Einem

Wie auch Mercedes will Mazda in seinem HCCI-Motor (Homogeneous Charge Compression Ignition) das Luft-Benzin-Gemisch kontrolliert selbst zünden lassen, ganz ohne Kerze. Das funktioniert aber nur in einem bestimmten Zustand, bei niedriger Last und niedriger Drehzahl. So wie viele Autofahrer die meiste Zeit unterwegs sind, besonders im Stadt- und dichten Feierabendverkehr. Wird mehr Gas gegeben, schaltet das System auf den normalen Zündkerzenbetrieb um. Dann läuft der Benziner wie jeder andere Otto auch.

Über Details spricht Mazda derzeit bei seinem Wundermotor noch nicht. „Dafür befinden wir uns in einem zu frühen Entwicklungsstadium“, sagt Tobias Albert vom Mazda-Forschungszentrum in Oberursel. Zudem gilt es, unzählige Herausforderungen zu lösen. Eine davon ist die ausgeklügelte Steuerungstechnik und Software. Besonders der hohen Rechenleistung der Prozessoren ist es zu verdanken, dass diese kontrollierte Selbstzündung des Kraftstoffs heute überhaupt schon funktioniert. Mazdas Zwitter-Motor, der mit einem Verhältnis von 18:1 extrem hoch verdichtet ist, startet konventionell mit Zündkerze, schaltet aber schon kurz danach in den Selbstzünd-Modus um. Auch im Teillastbereich bis etwa 3 000/min arbeitet der Motor nach dem Dieselprinzip.

Flammenlose Verbrennung

Kernelement beim HCCI-Motor, der über eine direkte, zentrale Benzineinspritzung und über variabel steuerbare Ventilöffnungszeiten verfügt, ist eine Art „flammenlose“ Verbrennung. Gewöhnlich breitet sich beim Entzünden des Kraftstoff-Luft-Gemisches, von der Zündkerze ausgehend, eine Flammenfront in den Brennraum aus; ähnlich, als würde man einen Flammenwerfer in ein Zimmer halten. Die Folge: Es entsteht mit bis über 2 000 Grad Celsius zu viel Hitze und dadurch unerwünschte Stickoxide.

Bei HCCI zünden die homogen im Brennraum verteilten Benzin-Luft-Teilchen überall gleichzeitig. Unzählige Mikro-Flammen brennen ab (im Zimmer gehen eine Million Streichhölzer an). Die niedrigere Temperatur von unter 1 800 Grad gibt Stickoxiden keine Chance. So reicht auch dem HCCI-Motor ein normaler Dreiwege-Kat, um die Euro-6-Abgaswerte zu erreichen.

Rund 30 Prozent sparsamer

Mazdas Ingenieure versprechen sich über die HCCI-Verbrennung Verbrauchseinsparungen von rund 30 Prozent gegenüber den heutigen bereits sehr sparsamen SkyActive-Motoren der ersten Generation und möchten in der finalen Entwicklung beim CO2-Ausstoß unter das Niveau von Hybridautos kommen – mit dem entscheidenden Unterschied: Die HCCI-Technik ist deutlich günstiger und damit massentauglich.