Neue Motorengeneration’DURATEC SCI’mit Benzin-Direkteinspritzung

Mit dem neuen 1,8 Liter-„Duratec SCi“ präsentiert Ford erstmals einen Motor mit Benzin-Direkteinspritzung. Benannt nach dem „Smart Charge injection“-System, verbindet der ’Duratec SCi’ Kraftstoffeinsparungen im realen Fahrbetrieb zwischen sechs und acht Prozent, bei gleichzeitig erhöhtem Leistungspotenzial und verbesserter Laufkultur.

Das vollständig aus Aluminium gefertigte Triebwerk basiert auf der „Duratec“- Vierzylinder-Motorenfamilie und kommt in der neuen Generation des Ford Mondeo erstmals zum Einsatz. Die Vorstellung erfolgt anlässlich des 24. Internationalen Wiener Motorensymposiums am 15. und 16. Mai 2003.

Dazu Prof. Dr. Rudolf J. Menne, Direktor Benzinmotoren-Entwicklung bei Ford of Europe: „Für uns stellte sich die Ausgangssituation so dar, dass bereits auf dem Markt befindliche Systeme mit Direkteinspritzung die Erwartungen der Kunden nicht voll erfüllen. Deswegen ist die Strategie des Duratec SCi, das Sparpotenzial der Benzindirekteinspritzung auf einen größeren Arbeitsbereich des Motors auszudehnen.“

Die Tatsache, dass der „Duratec SCi“-Motor vor allem bei niedrigen und mittleren Drehzahlen und Lastzuständen deutlich weniger Kraftstoff verbraucht als konventionelle Benzinmotoren, macht ihn zu einem Alltagstriebwerk mit herausragender Wirtschaftlichkeit. „Das reale und kundenrelevante Potenzial der Benzin-Direkteinspritzung zeigt sich nicht im Test-Labor, sondern vor allem unter den all-täglichen Fahrbedingungen auf unseren Straßen und Autobahnen. Hierauf haben wir uns bei der Entwicklung des neuen Duratec SCi-Triebwerks mit ’Smart Charge injection’- Technologie konzentriert. Es ist ein außerordentlich effizientes Instrument für wirtschaftliches und komfortables Autofahren, und wir sind sehr gespannt auf die Reaktionen unserer Kunden.“erläutert Derrick Kuzak, Vice President – Product Development, Ford of Europe.

Analog zur Technologie der direkteinspritzenden Common-Rail- Dieselmotoren wird der Kraftstoff beim „SCi“-Verfahren nicht in den Einlasskanal, sondern direkt in den Brennraum gespritzt. Die Kombination mit dem neuen Sechsgang-Schaltgetriebe Ford „MMT6“ und einem moderat lang ausgelegten sechsten Gang bewirkt im Ford Mondeo nicht nur eine weitere Verbrauchsreduzierung vor allem bei höheren Ge-schwindigkeiten, sie bietet auch eine agile Leistungscharakteristik und hohen Antriebskomfort.

Vor allem im Magerbetrieb operieren direkteinspritzende Benzinmotoren extrem Kraftstoff sparend – vom Leerlauf bis hin zu mittleren Motor-Drehzahlen und -lasten, wenn der Brennraum im geschichteten Betrieb nur teilweise mit Benzin-Luft-Gemisch gefüllt ist. Die von den Ford-Ingenieuren entwickelte SCi-Technologie lässt diese Prinzipvorteile in einem besonders großen Last- und Drehzahlspektrum wirksam werden.

„Konventionelle Benzinmotoren generieren mehr Leistung, als unter den meisten Alttagsbedingungen benötigt wird,“ erklärt Prof. Dr. Rudolf Menne. „Durch die nur leicht geöffnete Drosselklappe im Teillastbetrieb benötigen die Triebwerke unter diesen Last- und Drehzahlbedingungen einen großen Teil des Kraftstoffs zum Überwinden des Strömungswiderstandes im Ansaugtrakt. Die geringen Saugrohrdrücke verursachen Pumpverluste und erhöhen damit den Kraftstoffverbrauch.“

Das „Duratec SCi“-System umgeht diesen Effekt. Die Bildung einer mageren Schichtladung direkt im Brennraum ermöglicht es, ohne die drosselnde Wirkung einer fast geschlossenen Drosselklappe einen breiten Last- und Drehzahlbereich abzudecken und damit den Kraftstoffverbrauch zu senken.

Dank einer präzisen Steuerung der Ladungsbewegung im Brennraum durch kontinuierlich verstellbare Ladungsbewegungsklappen im Ansaugmodul und die asymmetrisch konturierten Kolbenböden wird eine kleine, zündfähige Gemischmenge in un-mittelbare Nähe der Zündkerze erzeugt, während die Randzonen des Brennraums in dieser Phase mit nicht zündfähigen Restgas oder reiner Luft gefüllt sind.

Die Folge dieser Schichtung ist eine effiziente Verbrennung durch verminderte Wärmeverluste, mit der Folge reduzierter Kraftstoffverbräuche ohne Kompromisse an die Fahrbarkeitseigenschaften: Die Leistung in diesem sehr effizienten Schichtla-demodus reicht für zügiges Gleiten und moderate Beschleunigungen. Durch spezifische Abstimmungsmaßnahmen auf den Alltagsbetrieb gelang es den Ford-Ingenieuren, diese grundsätzlichen Vorteile des Magerbetriebs auf rund 50 Prozent des Last- und 60 Prozent des Drehzahlspektrums auszudehnen. Besonderes Augen-merk wurde auf die Robustheit des Brennverfahrens sowie die Laufkultur gelegt: die erreichte hohe Leerlaufstabilität und ein äußerst geringes Vibrations- und Geräusch-niveau des „Duratec SCi“-Motors setzen auch in dieser Hinsicht neue Komfort-Maßstäbe.

Entwickelt wurde das „Duratec SCi“-Einspritzsystem in enger Zusammenarbeit mit der Robert Bosch GmbH. Das zentrale Element ist eine Einzylinder-Hochdruck-Einspritzpumpe (HDP2) mit Durchsatzregelung, die direkt von der Einlassnockenwelle angetrieben wird.

Im Vergleich zur 1,8 Liter Duratec-Variante mit Saugrohreinspritzung und 92 kW (125 PS) weist der 96 kW (130 PS) starke „Duratec SCi“ eine Reihe von Unterscheidungsmerkmalen auf. Dazu zählen: Kraftstoff-Einspritzung direkt in den Brennraum.

Asymmetrische Kolbenboden-Profile, die das geschichtete Gemisch zur Zündkerze lenken und eine effiziente Verbrennung im Magerbetrieb gewährleisten.

Das mit dem Common Rail-Dieselprinzip vergleichbare Einspritz- System, das Einspritzdrücke von bis zu 120 bar generiert. Spezielle Architektur des Ansaugmoduls: kontinuierlich verstellbare Ladungsbewegungsklappen in den Sekundärkanälen zur Drallerzeugung bewirken eine definierte fein kontrollierbare Luftbewegung im Zylinder und stabile Verbrennungsabläufe.

Abgassystem nach Euro 4-Norm bestehend aus zwei Dreiwege- und einem zusätzlichen NOx-Speicher-Katalysator gewährleisten einwandfreie Emissionswerte auch unter Magerbetrieb-Bedingungen. Hochenergie- Zündanlage mit direkt auf den Zündkerzen angeordneten Einzelzündspulen (coil-on-plug); Gleitfunkenzündkerzen mit Vierfach- Elektrode abgestimmt auf den Schichtladebetrieb.

Das Debüt der Benzin-Direkteinspitzung im 1,8 Liter Duratec SCi ist Teil eines seit dem Jahr 2000 laufenden Programms, mit dem Ford im Rahmen von 45 Produktvorstellungen verschiedene Schlüsseltechnologien auf den Markt bringt. Der Produktionsstart des neuen SCi-Triebwerks ist für die zweite Jahreshälfte 2003 vorgesehen.

„Der Duratec SCi-Motor bietet eine attraktive Alternative zu Common Rail Diesel- und konventionellen Benzinmotoren,“ erklärt Prof. Menne, „weil er die Vorteile beider Konzepte vereint – niedriger Verbrauch und hoher Fahrkomfort kombiniert mit temperamentvoller Leistungsentfaltung und exzellenter Fahrbarkeit.“