Beim Kauf eines neuen Familienautos geraten Umweltbewußte gelegentlich in die ökologische Zwickmühle: Der Diesel rußt, und der Benziner schluckt. Nun haben sich führende Automobilhersteller Deutschlands mit mehreren Hochschulen und Forschungsinstituten zusammengetan, um die komplexen Vorgänge in Verbrennungsmotoren unter die Lupe zu nehmen. Das vom Bundesforschungsministerium geförderte Projekt soll die Voraussetzungen schaffen, ein serienreifes, schadstoffarmes Auto mit einem Durchschnittsverbrauch von etwa drei Litern zu entwickeln.

Autos fahren allenthalben, sind Alltagstechnik, und doch ist das, was im Motor vor sich geht, nur ansatzweise verstanden. Im Brennraum, wo das explosive Gemisch aus Kraftstoff und Luft zündet und den Kolben nach unten drückt, herrscht Chaos: Mehrere Dutzend Gase oxidieren und reduzieren in vielen hundert chemischen Reaktionen glühende Rußpartikel zischen turbulent durch heiße Luft Druck und Temperatur ändern sich radikal in Bruchteilen von Sekunden. Um die Physik und die Chemie dieses Hexenkessels besser zu verstehen, lassen die Wissenschaftler Motoren laufen, in die sie regelrecht hineinschauen können. Im Zylinder der Forschungsmotoren werden Teile der Gehäusewand und des Kolbens durch dickes Quarzglas ersetzt. Die Scheiben geben den Blick in die Herzkammer des Motors frei, der unter realistischen Betriebsbedingungen ackert.

Forscher bei Volkswagen in Wolfsburg untersuchen den Verbrennungsprozeß an einem gläsernen Golf-Dieselmotor mit direkter Einspritzung (TDI). Diesem Motortyp werden gegenwärtig die besten Chancen eingeräumt, die magische Dreilitergrenze zu erreichen. Der Kolben des Motors drückt die angesaugte Frischluft im Brennraum bei jedem Zyklus so stark zusammen, daß sie sich auf bis zu 700 Grad Celsius erhitzt. Unter Hochdruck wird dann eine wohldosierte Menge Treibstoff nicht wie bisher über eine Vorkammer, sondern unmittelbar in den Brennraum gespritzt. Der flüssige Kraftstoff zerstäubt innerhalb einer Tausendstel Sekunde in Millionen winziger Tröpfchen und entzündet sich von selbst.

Auf diesen Moment richtet sich das Augenmerk der Forscher. Entscheidend ist nämlich, daß sich äußerst schnell ein zündfähiges Gemisch ausbildet.

Andernfalls verbrennt der Kraftstoff nur unvollständig. Eine geringere Leistung und erhöhte Rußproduktion sind die Folgen.

Um die Strömungsverhältnisse im Zylinder sichtbar zu machen, hatten die Wissenschaftler bei Volkswagen der angesaugten Luft feinen Staub zugesetzt und den Motor von außen angetrieben. Mit einem Laser beleuchteten sie den Staub im Brennraum in einer Serie kurz aufeinanderfolgender Lichtblitze und zeichneten die Wege einzelner Körner mit Hilfe einer Kamera auf. So konnten sie die wirbelförmige Luftströmung sichtbar machen und durch Veränderung des Einlaßkanals optimieren.

Im Wirkungsgrad, dem Maß für die Umwandlung von Verbrennungswärme in Bewegungsenergie, übertrifft der direkteinspritzende Dieselmotor den mit Dreiwegekatalysator ausgestatteten Benzinmotor um dreißig Prozent.