Vorkammer, Drehschieber? Alles schon mal gehört, aber nicht im Zusammenhang mit modernen Motoren oder gar der Formel 1. Doch seit Einführung der V6-Motoren mit nur noch 1.600 Kubik Hubraum und den ohnehin fehlenden Tankstopps in der Formel 1 sind die Motorenhersteller zur Effizienz gezwungen – und dazu ist die Vorkammerzündung ein Schlüssel.
Vorkammerzündung? Was ist das?
Der Motor arbeitet weiter in vier Takten. Der Kolben saugt über seine Abwärtsbewegung und die geöffneten Einlassventile Luft an und die Haupteinspritzung gibt Kraftstoff hinzu. Es wird ein zwar zündfähiges, aber eher mageres Gemisch erzeugt. In einem konventionellen Otto-Motor würde ein derartiges Gemisch zur Selbstentzündung neigen, der Motor würde Klopfen oder Klingeln. Weder erwünscht noch ohne Folgeschäden beim Motor.
Hier setzt das Honda-Patent an. Über dem eigentlichen Brennraum im Zylinderkopf befindet sich eine Tasche in der eine weitere Einspritzdüse und die einzige Zündkerze sitzt. Während des Kompressionstaktes wird hier zusätzlich eine geringe Menge sehr fetten Gemischs erzeugt und per Zündkerze entflammt. Diese Verbrennung zündet dann im Brennraum das magere Gemisch. Der Sinn dahinter ist das magere Gemisch rechtzeitig kontrolliert fremd zu zünden und macht sich dabei die deutlich größere Flamme der Vorkammerverbrennung zu Nutze. Etwas, das eine einzelne Zündkerze mit ihrem kleinen Zündfunken nicht bewerkstelligen kann. Ohne Vorkammer: Das magere Gemisch würde nur kontrolliert in der Nähe des Zündfunkens verbrennen, in anderen Bereichen des Brennraum ist die ungewünschte Selbstzündung unvermeidbar. Lösung wären zwar die Nutzung mehrere Zündkerzen (Doppelzündung), aber deren Baugröße würde in konventioneller Bauweise zu viel Platz im Brennraum benötigen, was wiederum die Ventildurchmesser deutlich verkleinern würde.
Was bringt das?
Rein theoretisch würden Motorenbauer gerne einen Motor bauen, der mit so viel Luft und so wenig Benzin wie möglich läuft. Also mit einem sehr mageren Gemisch, da dies zwar ähnlich reich an Energie ist, aber deutlich weniger Benzin benötigt als das stöchiometrische Gemisch im perfekten Verhältnis von 14,7:1. Da solch ein mageres Gemisch aber bei höheren Drehzahlen und steigender Kompression dazu neigt, schon weit vor Erreichen des oberen Totpunktes sich unkontrolliert selbst zu entzünden, ist das in der Praxis schwierig zu handeln. Es braucht also einen Weg, ein mageres Gemisch kurz vor der Selbstentzündung mit einer großen Flamme zu verbrennen, und so bei gleicher Leistung weniger Sprit zu verbrauchen, den Motor aber vor dem gefährlichen Klopfen zu schützen.
Comeback des Drehschiebermotors?
Zweitaktjüngern dürften jetzt die Herzen klopfen. Honda bringt den Drehschieber zurück. Also zumindest eine Spielart davon. Als Vorkammer selbst plant Honda eine rotierende Hülse, die über den Nockenwellenantrieb läuft, also auch mit mindestens halber Motordrehzahl. Optisch wirkt diese Vorkammer mit ihren unterschiedlichen Bohrungen und Auslassöffnungen wie ein Gemischrohr aus einem Vergaser, die Funktion ist sogar ähnlich.
Je nach Arbeitstakt steht die markante Hauptöffnung (#54) in Richtung Brennraum oder in Richtung Zündkerze, um so entweder im Auslasstakt entlüftet zu werden oder im Kompressionstakt das Vorkammergemisch zu zünden. Die kleinen Bohrungen #52 dienen quasi als Überströmkanäle des mageren Hauptgemischs im Kompressionstakt, quasi die Verbrennungsluft des Vorgemischs. Über die Öffnung #65 wird im Kompressionstakt Benzin eingespritzt zur Mischung des fetten Vorgemischs. Die Zündkerze entflammt das Gemisch in der Vorkammer, die Hauptöffnung #64 dreht sich in Richtung Brennraum, die Flammenfront entzündet das magere Hauptgemisch kurz vor dem oberen Totpunkt des Kolbens. Voila.
Konventioneller Aufbau des Motors
Die vorliegenden Patentzeichnungen zeigen einen ansonsten konventionell aufgebauten Hubkolben-Motor mit zwei obenliegenden Nockenwellen mit federgelagerten und per Schlepphebel gesteuerten Ventilen. Der Antrieb erfolgt per Steuerkette, die auch die Vorkammer steuert. Interessant indes der kompakte Zylinderkopf mit der Vorkammeröffnungen direkt zwischen den Ventilsitzen.
