Verbrennungsmotor Neuer Hybridmotor mit Druckluftspeicher

Jürgen Rees 10.11.2008 (4) 3,8 (12) Legende

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Ein Verbrennungsmotor mit Druckluftspeicher könnte den Spritverbrauch von Autos drastisch senken. Tests des neuen Hybridantriebs starten noch 2008.

Bild vergrößern Mercedes Two-Mode Hybridmotor: Neue Hybridantriebe werden schon ab 2008 getestet dpa/dpaweb

Er fährt und fährt und fährt. Seit der Kölner Nicolaus August Otto 1876 den nach ihm benannten Otto-Verbrennungsmotor patentieren ließ, hat sich am Prinzip der vier Takte nichts verändert: ansaugen, verdichten, verbrennen, ausstoßen. Trotz aller Versuche der Ingenieure, den Ottomotor leichter, schneller und sparsamer zu machen, blieb die Arbeitsweise der Motoren in den über 130 Jahren im Wesentlichen gleich. Und auch der Wirkungsgrad der Wärme-Kraftmaschine ist mit 33 Prozent bescheiden geblieben.

Mit der geringen Effektivität mochte sich der Italo-Amerikaner Camillo Scuderi aus West-Springfield im US-Bundesstaat Massachusetts nicht zufriedengeben. Der Spezialist für Kompressortechnik, der unter anderem die technische Grundlage für den FCKW-freien Kühlschrank entwickelte, begann sich deshalb Mitte der Neunziger intensiv mit dem Ottomotor zu beschäftigen. Sein neuer Ansatz: Er teilte die vier Takte in zweimal zwei und ordnete sie jeweils einem Zylinder zu. Damit war die Basis für die „Scuderi Split Cycle Engine“ gefunden.

Mit dieser patentierten Idee gründete der Ingenieur 2001 die Scuderi Group. Inzwischen führen die Söhne das Unternehmen des bald darauf verstorbenen Vaters weiter. Sohn Sal, heute oberster Chef des Unternehmens, hat den Motor um einen Druckluftspeicher erweitert, wodurch er noch leistungsstärker und gewissermaßen zu einem Hybridsystem wird. Rund 50 Millionen Dollar hat er in das Projekt bis zum Ende des Jahres investiert.

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Der erste Prototyp der Wundermaschine, ein Zweizylinder mit einem Liter Hubraum und 100 PS, soll Ende des Jahres fertig sein, die Ziele sind hochgesteckt: Der Doppeltopf soll nur halb so viel Sprit verbrauchen wie ein herkömmlicher Ottomotor, die Emissionen sollen um 80 Prozent geringer sein. Er könnte im Rasenmäher genauso wie im Auto oder in Diesel-Lokomotiven arbeiten. Und das Beste: Der innovative Antrieb würde nur etwa 300 Euro mehr kosten als ein konventioneller Dieselmotor.

Aber wie funktioniert das Verbrauchswunder? Ein Zylinder saugt Luft an, verdichtet sie und presst sie über ein ausgeklügeltes Ventilsystem in den zweiten Zylinder, wo sie mit dem Sprit gezündet wird (siehe Grafik). Beide Aggregate werden für ihre Aufgabe optimal ausgelegt. So baut der Verdichtungszylinder einen Druck von 50 bar auf – ein Ottomotor mit Benzin-Direkteinspritzung schafft gerade mal drei bar. Der Vorteil der hohen Verdichtung: Der Kraftstoff kann im zweiten Zylinder nach dem oberen Totpunkt des Kolbens gezündet werden, der deshalb nicht gegen den Verbrennungsdruck anarbeiten muss.

„Allein das bringt schon eine 20-prozentige Effizienzsteigerung“, sagt Lutz Deyerling, Vize-Präsident bei Scuderi Europa. Zudem verbrennt der Kraftstoff bei niedrigeren Temperaturen, wodurch weniger Schadstoffe entstehen. Ohne großen Aufwand lässt sich der Motor in einen Druckluft-Hybridantrieb verwandeln. Dazu wird ein Druckluftspeicher zwischen die Zylinder geschaltet. Geht der Fahrer vom Gas oder bremst er, schaufelt das System die im Verdichterzylinder erzeugte heiße Luft in den Speicher. Will der Fahrer beschleunigen, nutzt das Auto zuerst die Energie aus dem Druckspeicher. „Das reduziert den Verbrauch um die Hälfte“, behauptet Deyerling.

Der Beweis steht allerdings noch aus. Das US-Verteidigungsministerium immerhin hat sich überzeugen lassen. Es unterstützt den Bau des Prototypen am South West Research Institute in San Antonio (Texas) mit Millionensummen. Gerade für militärische Zwecke und für Nutzfahrzeuge ist die Drucklufterzeugung interessant. Denn sie lässt sich leicht nachrüsten. Die großen deutschen Autobauer und Zulieferer hingegen halten sich mit ihrem Urteil noch zurück. Sie wollen erst einmal den Prototypen in Aktion erleben.

Dass sich überschüssiger Druck prinzipiell durchaus sinnvoll nutzen lässt, beweist auch ein Hybridantrieb, den die Bosch-Tochter Rexroth derzeit in einem Berliner Müllwagen erprobt. Die Ingenieure haben hier eine sogenannte Axialkolbeneinheit mit der Kardanwelle verbunden. Beim Bremsen pumpt sie Öl in einen Hochdruckspeicher. Diese Energie reicht aus, um den Müllwagen aus dem Stand heraus und ohne Starten des Dieselmotors 150 Meter weit rollen zu lassen. Im bisherigen Testverlauf verbrauchte das System etwa ein Viertel weniger Diesel und lief obendrein sehr leise. Der Hydraulik-Hybrid funktioniert so gut, dass Bosch ihn nächstes Jahr auf den Markt bringen will. „Der Preis steht noch nicht fest, aber die Anschaffung wird sich für die Käufer innerhalb von zwei bis drei Jahren rechnen“, verspricht ein Bosch-Manager.