Technik-Durchbrüche bei Benzin, Diesel, Erdgas und Hybrid

In der Motorentechnik tut sich derzeit so einiges. Die steigenden Ölpreise sowie die Selbstverpflichtungen der Industrie zum Flottenverbrauch sitzen den Herstellern im Nacken. Reine Sparautos lassen sich allerdings in Deutschland kaum verkaufen. Sparsamere und trotzdem kräftige Motoren müssen also her.

Benzindirekteinspritzer im Kommen
Bei den Ottomotoren ist die Benzindirekteinspritzung wieder im Kommen. Seit Jahren als die Technik der Zukunft gepriesen, haben die Direkteinspritzer ihren Durchbruch immer noch vor sich: Die meisten Benziner besitzen nach wie vor eine konventionelle Saugrohreinspritzung. Ein Grund dafür liegt in den schlechten Erfahrungen mit dem Magerkonzept. Dabei wird nur in der Umgebung der Zündkerze ein zündfähiges Gemisch erzeugt, ansonsten ist der Zylinder mit Magergemisch gefüllt. So braucht man weniger Sprit für eine Zylinderfüllung und spart Benzin. Die FSI-Motoren des VW-Konzern folgten im Teillastbereich und bei niedrigen Drehzahlen ursprünglich diesem Schichtladungsprinzip. Inzwischen hat der VW-Konzern das Magerkonzept jedoch zu den Akten gelegt. Denn die Käufer fuhren nur selten mit Teillast, sodass kaum Sprit gespart wurde. Neue Entwicklungen in der Einspritztechnik könnten die Einschränkung auf den Teillastbereich jetzt aufheben.

CGI-Motor im Mercedes CLS
Mercedes stellte soeben mit dem CLS 350 CGI einen entsprechenden Sechszylinder vor. Mit 292 PS hat der Motor 20 PS mehr als der gleich große, konventionelle V6 in der E-Klasse. Das Drehmoment stieg um 15 auf 365 Newtonmeter. Den Kraftstoffverbrauch liegt immerhin 0,6 Liter unter dem im E 350.

HPI-Motoren kommen im BMW 3er Coupé
BMW folgte mit zwei Sechszylindern, die im neuen 3er Coupé Premiere feiern sollen. Die Technik nennt BMW HPI (High Precision Injection). Basis für beide Aggregate ist ein 265 PS starker 3,0-Liter-Sechszylinder. Im 330i Coupé wird die Saugvariante mit 272 PS eingesetzt. Bei der Leistung liegt der Neue ein wenig vorn, beim Drehmoment von 315 Newtonmetern liegen beide gleichauf. Der Spritverbrauch soll jedoch um zehn Prozent niedriger sein. In der 335i-Version des 3er Coupés wird der Motor mit Biturbo-Aufladung kombiniert. Gegenüber dem 265-PS-Basismotor sattelt sie über 40 Pferdestärken drauf.

Schichtladung mit Piezoinjektoren
Sowohl Mercedes als auch BMW setzen wie die ursprünglichen FSI-Motoren auf Schichtladung. Möglich machen dies Ventile mit Piezotechnik. Diese Ventilart wird seit einigen Jahren bei Dieselmotoren verwendet, doch bei Ottomotoren ist sie neu. Sie ermöglichen eine besonders präzise und konstante Einspritzung. Die Injektoren werden direkt neben der Zündkerze platziert, was eine mittige Einspritzung gestattet. So wird die Benetzung der Zylinderwände verhindert, die zu erhöhtem Spritverbrauch führt. Durch die Ausformung der Injektoren und ihre optimale Position kann der Magerbetrieb auch bei hohen Drehzahlen und hoher Last aufrechterhalten werden.

Erster VTG-Lader in einem Benziner
Mercedes und BMW übertragen die Piezotechnik vom Diesel auf den Benziner. Beim neuen 911 Turbo tut Porsche Ähnliches: Lader mit variabler Turbinengeometrie, die VTG-Lader, sind bei Dieselmotoren gang und gäbe – beim Benziner sind sie neu. Denn den hohen Abgas­temperaturen beim Benziner hielten die Werkstoffe bisher nicht stand. Durch hochtemperaturfeste Werkstoffe konnte das Problem nun gelöst werden.

Vorteile von kleinen und großen Ladern verbunden
Der VTG-Lader verbindet die Vorteile eines kleinen und eines großen Turboladers. Während kleine Lader schon früh ansprechen und so kein Turboloch entstehen lassen, ermöglichen große Lader eine hohe Maximalleistung. Das Resultat der neuen Technologie sind 480 PS – 60 Pferdestärken mehr als beim hubraumgleichen Vorgänger. Gleichzeitig steigt das Drehmoment von 560 auf 620 Newtonmeter. Und das steht auch noch in einem deutlich breiteren Drehzahlband zur Verfügung. Der 911 Turbo wird wohl kein Einzelstück bleiben. Da der VTG-Lader von dem Zulieferer BorgWarner stammt, könnten auch andere Hersteller Modelle mit dieser Technik bringen.

Doppelte Aufladung bald auch bei Erdgas
Porsche verwendet einen VTG-Lader, um das Turboloch zu stopfen, aber es gibt noch weitere Möglichkeiten. Die so genannte Registeraufladung setzt auf zwei hintereinander geschaltete Turbolader verschiedener Größe. Die Biturbo- oder auch Twinturbo-Aufladung, wie sie BMW im neuen 335i Coupé verwendet, setzt zwei kleinere Lader ein. Eine neue Möglichkeit hat VW in den TSI-Motoren vorgestellt: Man kombiniert einen Kompressor mit einem Turbolader. Nun stellte VW einen Erdgasmotor nach dem TSI-Prinzip vor.

Weniger Kohlendioxid
Der 1,4-Liter-Erdgas-TSI treibt die Studie Concept A an, ein coupéähnlich geformtes SUV. Der Motor basiert auf dem Benziner-TSI mit 140 PS, der im Touran eingesetzt wird. Gegenüber dem Benziner sinken die Kohlendioxid-Emissionen um beachtliche 22 Prozent. Und die Erdgasvariante ist sogar noch um 10 PS stärker: Sie mobilisiert 150 PS. Hochaufgeladene Motoren wie der TSI arbeiten generell mit einem hohen Wirkungsgrad. Dieser verbessert sich mit CNG (Compressed Natural Gas, also komprimiertes Erdgas) nochmals deutlich. Und so soll das allradgetriebene SUV im Schnitt mit 5,0 Kilo Erdgas auf 100 Kilometer auskommen. Das sind ganze drei Kilo weniger als etwa der Volvo V70 mit Erdgasmotor und 140 PS braucht.

Weg mit den Stickoxiden
Neues gibt es auch beim Diesel. Hier schien mit dem Partikelfilter das Nonplusultra in puncto Umweltfreundlichkeit erreicht. Doch es geht noch sauberer. Nach den Partikeln geht es nun den Stickoxid-Emissionen an den Kragen – mit der Bluetec-Methode von Mercedes. Die Technik gibt es bei Lastern schon länger, in Pkw aber ist sie völlig neu. Als erste Modelle werden der E 320 Bluetec und der GL 320 Bluetec in den USA eingeführt. Beide besitzen einen V6-Diesel mit 211 PS. Im E 320 Bluetec wird ein weiterentwickelter DeNOx-Speicher-Kat eingesetzt, während der GL 320 Bluetec mit der so genannten SCR-Technik auf den Markt kommen könnte.

Speicherkat ...
Ein Speicherkat enthält chemische Bestandteile, die im Abgas vorhandene Stickoxide festhalten. Ist die Speicherkapazität erschöpft, wird kurzzeitig das Gemisch angefettet. Dann gibt es im Abgas so viel Kohlenmonoxid und unverbrannte Kohlenwasserstoffe, dass sie den Stickoxiden (NO2 und NO) den Sauerstoff entreißen. Übrig bleibt unschädlicher Stickstoff (N2).

... oder aufwendige SCR-Technik
Die zweite Methode, das SCR-Verfahren, ist wirkungsvoller, aber auch aufwendiger. Das Kürzel steht für Selective Catalytic Reduction. Dabei wird eine Harnstofflösung in das Abgas eingeführt. Beim Einspritzen der von Mercedes ,AdBlue" getauften Chemikalie wird Ammoniak freigesetzt, das dann in einem Katalysator mit den Stickoxiden wiederum zu Stickstoff reagiert. Der AdBlue-Tank muss nur bei der regelmäßigen Wartung nachgefüllt werden.

Sparsam, sparsamer, Diesel
Auch Volkswagen entwickelt den Diesel weiter. Dabei liegt der Fokus jedoch nicht so sehr auf der Abgasqualität, sondern mehr auf dem Verbrauch. Anders als der bis 2005 gebaute und wenig erfolgreich verkaufte Lupo 3L setzt der nun vorgestellte Polo BlueMotion jedoch nicht auf jede Menge teure Technik, sondern auf eher unscheinbare, dafür aber bezahlbare Maßnahmen. Ergebnis: Sein 80-PS-Diesel verbraucht nur 3,9 Liter auf 100 Kilometer. Damit spart das Auto gegenüber den gleich starken, normalen TDI-Versionen immerhin einen halben Liter Kraftstoff.

Kleine Schritte
Zu dieser Ersparnis tragen unter anderem innermotorische Maßnahmen bei. Anders als der bisher eingesetzte 1,4-Liter-Dreizylinder hat die Blue­Motion-Variante einen Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie. Außerdem wurde die Abgasrückführung mit einem verbesserten Kühler und einem elektrisch betätigten Ventil ausgestattet.

Längere Übersetzungen
Eine weitere Maßnahme sind längere Übersetzungen bei der Fünfgang-Schaltung. So arbeitet der Diesel öfter in seinem effizientesten Drehzahlbereich. Unterstützt werden die Modifikationen im Antriebsbereich durch Aluräder mit rollwiderstandsarmen Reifen. Der dritte Baustein zum Spritsparen ist aerodynamischer Feinschliff. Ein optimierter Frontspoiler sowie eine neue, bis auf einen Querspalt nahezu geschlossene Kühlermaske senken den Luftwiderstand. Im Heckbereich kommt ein Dachkantenspoiler zum Einsatz.

Gleiche Sprintdaten
Die Sparmaßnahmen gehen jedoch nicht zulasten der Fahrleistungen. So beschleunigt der Polo BlueMotion wie der gewöhnliche Polo 1.4 TDI in 12,8 Sekunden von null auf 100 km/h. Mit einer Spitze von 176 km/h ist er sogar minimal schneller als der normale 1.4 TDI. Der Polo BlueMotion soll im Sommer auf den Markt kommen; der Preis steht noch nicht fest.

Neuer Hybrid-Ansatz von General Motors
Was dem Deutschen der Diesel, ist dem US-Amerikaner der Hybridmotor. Sprit und damit Erdöl sparen sie beide. Beim Hybridantrieb, also der Kombination von einem Verbrennungsmotor mit einem oder mehreren Elektromotoren, haben bisher die Japaner die Nase vorn – etwa mit dem Toyota Prius. Doch nun haben sich General Motors, BMW und DaimlerChrysler zusammengetan, um gemeinsam ein eigenes System auf die Beine zu stellen.

Zwei Modi für mehr Effizienz
Das System basiert auf einem Otto- und zwei Elektromotoren. Als Besonderheit kommt ein elektrisch gesteuertes, stufenloses Getriebe (EVT, Electric Continuously Variable Transmission) hinzu. Dieses arbeitet in zwei Modi: einem für niedrige und einem für hohe Geschwindigkeiten, weswegen das System als bimodales Hybridsystem bezeichnet wird. Zusätzlich zu den beiden stufenlosen Modi gibt es vier Gänge mit festem Übersetzungsverhältnis. Auch das System des Toyota Prius basiert auf einem stufenlos variablen Getriebe, doch gibt es dort weder zwei Modi noch feste Gänge.

Weniger Verbrauch
Die Einführung eines zweiten Fahrmodus ermöglicht es, auf große und schwere Elektromotoren zu verzichten. Außerdem soll das System besonders variabel bezüglich der eingesetzten Benzinmotoren sein. So können die drei Hersteller das System in einer breiten Palette von Modellen verwenden. Den Anfang machen im Jahr 2007 2007 erst einmal der Chevrolet Tahoe und der GMC Yukon. Beide besitzen jeweils zwei 81-PS-Elektromotoren sowie einen V8-Benziner. Eine Besonderheit des Tahoe ist die Kombination mit der Zylinderabschaltung. Insgesamt spart das Hybridmodell damit ein Viertel Sprit gegenüber dem normalen Tahoe, verspricht GM.
(sl)

Bildergalerie: Technik-Highlights