Forschung

Gemeinsam forschen

Seit 25 Jahren arbeitet Takao Fukuma für den japanischen Automobilhersteller Toyota am Dieselmotor – und war damit in einem Land, in dem der Ottomotor den Pkw-Markt dominiert, lange Zeit ein Exot. Jetzt widmet er sich der industriellen Gemeinschaftsforschung. Denn im Land der aufgehenden Sonne haben Forscher und Entwickler erkannt, wie viel Dynamik entstehen kann, wenn sich Experten zusammentun.

Dieselabgase von Stickoxiden befreien

Takao Fukuma hält inne und denkt kurz nach. Dann beugt er sich wieder nach vorne und sagt mit Nachdruck: »Wenn wir die Ziele zur Reduktion der Kohlendioxidemissionen erreichen wollen, dann brauchen wir den Dieselmotor.« Auch wenn in Europa viele Experten Fukumas Einschätzung teilen – bemerkenswert ist sie dennoch. Denn Fukuma arbeitet für den japanischen Automobilhersteller Toyota, und in seinem Heimatland erreicht der Dieselmotor bei den Pkw-Neuzulassungen einen Marktanteil von gerade einmal zwei bis drei Prozent. Ganz anders in Deutschland: Hier ist von sechs verkauften Toyota-Fahrzeugen eines mit Dieselmotor ausgestattet – bei manchem deutschen Hersteller halten sich Otto und Diesel sogar die Waage. »Aber wir brauchen eine schnelle und bezahlbare Lösung, um die Dieselabgase von den Stickoxiden zu befreien«, fordert Fukuma. »Den technischen Durchbruch haben wir noch nicht geschafft.«

Im europäischen Forschungszentrum von Toyota in Brüssel ist Fukuma häufig zu sehen

Mit schwierigen Fragestellungen hat der Japaner Erfahrung. Während seines Studiums am Musashi Institute of Technology, das zur Tokyo City University gehört, beschäftigt er sich im Rahmen seiner Doktorarbeit mit der Direkteinspritzung von Wasserstoff in Verbrennungsmotoren. »Das war die härteste Zeit meines Lebens«, erzählt Fukuma. »An der Uni und in meinem kleinen Appartement in der Nähe arbeitete ich fast jeden Tag 18 Stunden lang, auch am Wochenende. Die restlichen sechs Stunden nutzte ich zum Schlafen.« Das Essen gibt es in der Mensa oder um die Ecke bei einem der zahlreichen Schnellimbisse im Tokyoter Stadtteil Oyamadai. Wobei Fukuma Disziplin und Zielstrebigkeit weitaus früher gelernt hat: Als Zehnjähriger beginnt er mit Kendo, einer abgewandelten Form des japanischen Schwertkampfes, bei der die Kämpfer mit Bambusschwertern und schwerer Schutzausrüstung gegeneinander antreten. »Im Winter liefen wir frühmorgens barfuß über den kalten Hallenboden, und für uns kleine Jungen war vor allem der Kopfschutz mit dem Metallgitter schwer zu tragen«, schildert er. »Aber in diesem Sport lernt man, sich exakt auf ein bestimmtes Ziel hin zu konzentrieren.« Zu diesem Zweck trainieren die Sportler in drei Bereichen: Sie arbeiten an ihrer Geisteshaltung und Mentalität, an ihrer körperlichen Physis und an der Technik des Schwertkampfes.

Im Jahr 1987 meistert Fukuma seine Doktorarbeit und startet bei Toyota, zunächst in der Serienentwicklung von Otto-Magermotoren für den europäischen Markt. Doch bereits nach vier Jahren wendet er sich dem Dieselmotor zu, leitet zunächst die Entwicklung der Motorensteuerung und dann der Abgasnachbehandlung. »In dieser Zeit führten wir die Common-Rail-Motoren ein und machten sie fit für die Anforderungen der Euro-5- und Euro-6-Abgasnormen«, berichtet Fukuma. »Je länger wir die Motoren optimierten, umso klarer wurde uns, dass wir die immer strengeren Anforderungen nicht mit Einzelmaßnahmen erfüllen können, sondern nur, wenn wir das Gesamtsystem betrachten.« Doch während für die Common-Rail-Einspritzung und die Abgasrückführung bereits Berechnungsmethoden zur Verfügung stehen, so sind die Funktionen des Partikelfilters und der Entstickung schwierig zu modellieren, weil dabei komplexe chemische Vorgänge eine Rolle spielen. »Wir sprechen von einem Zielkonflikt. Bestimmte Maßnahmen zur Reduktion der Partikel führen zu erhöhten Stickoxidwerten und andersherum.«

In Japan greifen Forscher und Entwickler angesichts solcher Fragen mittlerweile auf einen Ansatz zurück, den sie in Deutschland kennengelernt haben: die vorwettbewerbliche Gemeinschaftsforschung. »Das ist wirklich neu hierzulande. Zwischen den Universitäten und den Forschungsabteilungen der Unternehmen gab es bisher nur wenig Austausch«, sagt Fukuma, der mittlerweile für Toyota in der Geschäftsstelle der Forschungsvereinigung »Automotive Internal Combustion Engines« (AICE) mitarbeitet, unter anderem als Chairman des Forschungskomitees »Abgasnachbehandlung«. Die AICE gründeten 2014 neun japanische Automobilhersteller und zwei Forschungsinstitute zum Zwecke der Gemeinschaftsforschung nach dem Vorbild der deutschen FVV – seitdem gibt es regelmäßige Treffen von AICE und FVV am Rande von Symposien und Konferenzen in Europa und Japan. »Auch wenn wir erst am Anfang stehen, so merken wir schon, wie viel Kraft und Dynamik sich entwickelt, wenn sich Experten aus verschiedenen Unternehmen und Forschungsstellen zusammentun«, berichtet Fukuma. »Alleine schon aufgrund der hohen Zahl an Experten können wir hier wirkungsvoll neue technische Lösungen erarbeiten. In den Einzelunternehmen kennen sich ja oft nur zwei oder drei Personen mit einem spezifischen Fachthema in der Tiefe aus.«

Japanische Schwester der FVV gegründet

Die AICE entsendet auch Ingenieure aus den Mitgliedsunternehmen an die Universitäten. Deswegen hat Fukuma, der in seiner Freizeit gerne Rad- und Bootstouren entlang der Suruga-Bucht unweit von Shizuoka unternimmt, aktuell noch einen weiteren Job: Für Toyota lehrt er als Gastprofessor an der Waseda-Universität in Tokyo. »Das ist das, was mich antreibt – außer meinem Toyota Landcruiser«, sagt er augenzwinkernd. Fukuma möchte jungen Leuten das Interesse an technologischen Herausforderungen vermitteln. »Es ist nun einmal ein großer Unterschied, ob jemand glaubt, ein Problem lösen zu müssen, weil er es als eine auferlegte Pflicht sieht – oder ob er das Problem lösen möchte, weil er es aus eigenem Antrieb so will.« Er persönlich will noch Deutsch lernen und drückt dafür die Schulbank im Goethe Institut Tokyo. Demnächst stehen wieder Prüfungen an, sagt er – und klingt dabei so, als wolle er sich daran erinnern, dass noch einiges zu tun ist.

Bildquelle: FVV | Rui Camilo

Die Menschen hinter moderner Forschung

Dieser Artikel stammt aus dem Buch »MOTORENMENSCHEN«, das wir anlässlich des 60-jährigen Bestehens der FVV herausgegeben haben. Die Technikjournalisten Johannes Winterhagen und Laurin Paschek ermöglichen auf 200 Seiten technisch interessierten Laien einen Einblick in die Arbeit von Ingenieuren, die an sauberen Motoren und Turbomaschinen forschen. Das Buch kann in Deutsch und Englisch für 39,90 EUR über den VDMA-Verlag bezogen werden.

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Dr. Takao Fukuma

Takao Fukuma ist in der japanischen Hauptstadt Tokyo geboren und aufgewachsen. Bachelor (1982), Master (1984) und Doctor of Science (1987) erlangte er am Musashi Institute of Technology an der Tokyo City University. Seitdem ist Fukuma für die Toyota Motor Corporation tätig. Von 1987 bis 1991 arbeitete er am Hauptsitz in Toyota City an Magerkonzepten für den Ottomotor. Dann wechselte er ins 60 Kilometer entfernte Forschungszentrum nach Higashifuji und verantwortete die Entwicklung von Diesel Motorensteuerungen und der Abgasnachbehandlung. Wichtigste Projekte waren in dieser Zeit die Einführung von Common-Rail-Antrieben und die Erfüllung der Euro 5- und Euro 6-Abgasnormen. Für Toyota arbeitet Fukuma derzeit in der japanischen Forschungsvereinigung AICE und als Gastprofessor an der Waseda-Universität in Tokyo. Fukuma lebt in der Nähe von Shizuoka am Fuße des Mount Fuji und hat zwei erwachsene Kinder.

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