Diesotto-Motor und Mild-Hybrid: Erste Fahrerlebnisse mit dem Technologieträger

Kraftstoff ist eigentlich ein seltsames Wort. Kraftstoff: der Stoff, aus dem die Kraft kommt. Das klingt fast wie eine Umschreibung für Obelix` Zaubertrank. Die deutschen Hersteller holen mehr Kraft aus einem Liter dieses Stoffes als irgendwer sonst, sagte unlängst Matthias Wissmann, der Präsident des Automobilhersteller-Verbandes VDA. Da hat er vielleicht nicht ganz unrecht; jedenfalls legen sich die Hersteller ordentlich ins Zeug. So hat Mercedes uns nun mit dem Forschungsfahrzeug F 700 gezeigt, wie man selbst eine Oberklasselimousine sparsam wie einen Cityflitzer macht.

Ingenieure als Gänsemäster
Wie die Gänsemäster haben die Stuttgarter Technologie in den F 700 hineingepresst. So fährt das Forschungsfahrzeug bereits heute mit einem Diesotto-Motor. Er wird unterstützt von einer kleinen Elektromaschine, die das Fahrzeug zu einem Mild-Hybriden macht – der Zwischenstufe in der Mitte von Microhybrid und Vollhybrid. Zusätzlich besitzt das Fahrzeug ein so genanntes Prescan-Fahrwerk. Während der Serieneinsatz der Hybrideinheit bereits geplant ist, sind die weiteren Innovationen noch ferne Zukunftsmusik. Dennoch konnten wir alles zusammen bereits im F 700 und verschiedenen Forschungsfahrzeugen erproben. In diesem Beitrag lesen Sie, wie der Diesotto-Motor funktioniert und wie er sich fährt. Unsere Erfahrungen mit dem Prescan-Fahrwerk folgen demnächst.

Mit Turbo und Hybridmodul
Während in der S-Klasse die kleinste Motorisierung ein Sechszylinder ist, wird der über fünf Meter lange F 700 von einem Vierzylinder angetrieben. Und der ist mit einem Hubraum von 1,8 Liter nicht mal besonders groß. So kommt der F 700 mit 5,3 Liter Ottokraftstoff auf 100 Kilometer aus – ein Wert wie aus einem Kleinwagenprospekt. Dennoch gebietet der Fahrer über 258 PS. Der Hauptteil, nämlich 238 PS, stammt aus dem Verbrennungsmotor mit zweistufiger Turboaufladung. 20 PS trägt ein kleines Hybridmodul bei. Dabei handelt es sich um das gleiche System, das im Jahr 2009 im S 400 BlueHybrid auf den Markt kommen wird. Als Batterien kommen hier weltweit erstmals in einem Serienauto Lithium-Ionen-Akkus zum Einsatz. Diese speisen einen kleinen Elektromotor, der bei dem so genannten Mild-Hybrid-Konzept kein rein elektrisches Fahren ermöglicht, sondern nur unterstützend eingreift. So liefert er schon vom Start weg ein Drehmoment von 160 Newtonmeter. Etwas später greift dann der Turbo ein – so ergänzen sich die Systeme.

Homogene Kompressionszündung
Die Hauptneuheit des F 700 ist jedoch der Diesotto-Motor, der wiederum gleich mehrere Innovationen miteinander verbindet. Das Aggregat folgt dem Prinzip der homogenen Kompressionszündung, das derzeit bei Opel (Homogeneous Charge Compression Ignition, HCCI), bei VW als CCS (Combined Combustion System) sowie als GCI (Gasoline Combustion System) und eben bei Mercedes als Diesotto entwickelt wird. Bei dieser neuen Motorart werden die Eigenschaften von Diesel- und Ottomotor miteinander verschmolzen. Als Kraftstoff können allgemein sowohl Diesel als auch Benzin verwendet werden. VW verfolgte eine Zeit lang bei CCS eine Diesel-Strategie, die jedoch den synthetischen Spezialkraftstoff Sundiesel nötig machte. Inzwischen ist man auf Ottokraftstoff umgeschwenkt und nennt das Verfahren GCI.

Normaler Ottokraftstoff
Denn einfacher zu erreichen ist eine homogene Kompressionszündung mit Ottokraftstoff. So verwendet auch Mercedes normales Benzin. Beim Start und bei Volllast arbeitet das Aggregat wie ein gewöhnlicher Benziner mit Direkteinspritzung. Die Mischung wird per Zündkerze gezündet. Und der so genannte Lambda-Wert liegt bei eins. Dieser Wert gibt an, wie groß die verfügbare Luftmasse im Verhältnis zu der Luftmasse ist, die zur vollständigen Verbrennung benötigt wird. Das Gemisch enthält also genau so viel Luft, wie zur Verbrennung nötig ist. Anders ist es bei Teillast. Dann wird das Gemisch durch Kompression gezündet wie beim Diesel. Voraussetzung dafür ist ein besonders homogenes Gemisch, denn eine ungleichmäßig zusammengesetzte Mischung würde zu einer klopfenden Verbrennung führen.

Raumzündverbrennung
Bei der so genannten Raumzündverbrennung bleibt ein Teil des verbrannten Gemisches im Brennraum: Im Auslasstakt werden die Ventile nur kurz geöffnet, sodass nur die Hälfte der Abgase entweihen kann. Der Rest bleibt im Zylinder und damit auch ein großer Teil der Wärme. Um die Temperatur weiter zu steigern, wird eine kleine Menge Treibstoff eingespritzt, die zwar nicht zündet, aber thermisch mit dem heißen Restgas reagiert. Im nachfolgenden Einlasstakt erfolgt dann die Haupteinspritzung. Anschließend öffnet das Einlassventil und lässt Frischluft einströmen, das sich mit dem Restgas vermischt.

Magerkonzept mit Lambda 1,5
Dabei wird die Luftmenge so großzügig bemessen, dass sich ein mageres Gemisch bildet; der Lambda-Wert liegt im Raumzündungsmodus bei etwa 1,5, was zu einer hoch effektiven Verbrennung und niedrigem Verbrauch führt.

Die Verbrennung steuern
Im Verdichtungstakt steigt die Temperatur des Gemischs dann weiter an. Sobald die Hitze einen bestimmten Punkt erreicht hat, setzt die Selbstzündung ein – der Arbeitstakt hat begonnen. Die Schwierigkeit bei den vier Takten des Raumzündverfahrens besteht darin, den Verbrennungszeitpunkt über die Kraftstoffmengen und Einspritzzeitpunkte zu steuern. Die Daten dafür liefern Drucksensoren in jedem der vier Zylinder. Da die Verdichtung deutlich geringer ist als beim Diesel, läuft das Ganze bei niedriger Temperatur ab. Durch die exakte Steuerung wird das Gemisch sehr homogen, sodass keine Hitzenester entstehen. Aus diesen zwei Gründen entstehen wenig Stickoxide. Eine aufwendige Entstickung wird deshalb ebensowenig erforderlich sein wie ein Partikelfilter beim Diesel, glaubt man bei Mercedes.

Variable Verdichtung
Eine weitere Innovation des Diesotto-Motors im F 700 ist die variable Verdichtung. Diese wird durch einen verstellbaren Kurbeltrieb ermöglicht, der die Verdichtung in jedem Zylinder stufenlos einstellt. Bei Teillast im Raumzündungsmodus liegt die Verdichtung bei etwa 14 zu eins, im normalen Benzinmodus dagegen ungefähr bei sieben zu eins. Zum Vergleich: Ein Diesel liegt typischerweise bei etwa 20, ein nicht besonders sportlicher Benziner bei etwa neun. Schließlich werden durch eine variable Ventilsteuerung auch die Ventilöffnungszeiten sowie der Ventilhub optimal auf den gerade herrschenden Betriebspunkt eingestellt. Dazu besitzen die Nockenwellen für jedes Ventil zwei unterschiedlich große Nocken. Bei hoher Last und hohen Drehzahlen wird damit ein großer Hub eingestellt, bei Teillast ein kleiner.

In der Praxis: Unmerklicher Übergang
In der Praxis merkt man von den beiden Modi nichts. Der Übergang, der je nach Last bei etwa 3.000 Touren erfolgt, bleibt im Verborgenen. Weder im F 700 noch in einem Versuchsfahrzeug auf Basis einer langen S-Klasse ist der Übergang zwischen den beiden Betriebsszuständen zu spüren oder zu hören. Die Versuchsingenieure sagen, sie könnten den Unterschied allenfalls hören, wenn sie mit geöffnetem Fenster nahe an einer Mauer vorbei fahren. Auch von diesem Übergang abgesehen, ist der Diesotto absolut unauffällig – man muss schon gesagt bekommen, dass man mit dieser Motorart unterwegs ist, sonst merkt man es nicht. Die Kraft, die im F 700 zur Verfügung steht, ist jedenfalls mit der eines Sechszylinders durchaus vergleichbar.

Fazit: Spannende Zeiten
Benziner und Diesel sind heute noch die herrschenden Antriebskonzepte. Doch schon ,mittelfristig", also wohl in etwa einem halben Jahrzehnt, könnte eine Mischform dazukommen, die halb Benziner, halb Diesel ist. Wir leben in einer spannenden Zeit des automobilen Übergangs. Oder sollte sich das Ganze etwa eines Tages in Luft auflösen? Es wäre nicht das erste Mal, dass ein neuer Motortyp zuerst von einem Hersteller in den Himmel gelobt wird, um dann sang- und klanglos beerdigt zu werden. Die Direkteinspritzung mit Schichtladung von VW, die inzwischen längst zu einer Direkteinspritzung mit homogenem Gemisch mutiert ist, oder das CCS-Verfahren sind Beispiele. Ob der Diesotto wirklich so kommt, wie er heute erprobt wird, oder ob er ganz anders wird, wissen wir heute noch nicht. Aufregend ist die Technik aber in jedem Fall.

So fährt sich Diesotto