Druckluftsystem soll herkömmliche Hybridsysteme in den Schatten stellen

50 Prozent weniger Verbrauch und 80 Prozent weniger Abgase: Es klingt wie ein Wunschtraum, was die Druckluft-Hybrid-Technologie schaffen soll. Dazu soll das System auch noch die Leistung verbessern. Und das alles zu einem Aufpreis, der weit unter dem elektrischer Hybridsysteme liegen soll. Diese Wundertechnik stellt nun der in Massachusetts (USA) beheimatete Motorenhersteller Scuderi auf der Messe Engine Expo vom 8. bis 10. Mai 2007 in Stuttgart vor. Wir erklären, was hinter der Innovation steckt.

Rekuperation mit einfachen Mitteln
Die Technik kann laut Scuderi bei jedem Verbrennungsmotor eingesetzt werden, egal ob Benziner, Diesel oder Erdgasmotor. Scuderi baut auf die Rückgewinnung der Bremsenergie, in der Fachsprache Rekuperation genannt. Während bei einem normalen Hybridfahrzeug dafür ein komplexes elektrisches System benötigt wird, braucht der Scuderi-Motor nur einen kleinen Druckluftbehälter und wenige Steuerelemente, die zusammen nur einige hundert Euro kosten.

Vier Takte in zwei Zylindern
Das Scuderi-Aggregat ist ein so genannter Split-Cycle-Motor. Dabei werden die vier Takte eines normalen Motors – Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen – nicht in einem Zylinder abgearbeitet, sondern in zweien: Die ersten beiden Takte werden im Kompressionszylinder absolviert, die anderen beiden im Arbeitszylinder. Die Zylinder hängen an der gleichen Kurbelwelle. Luft wird im ersten Zylinder angesaugt und komprimiert. Sie strömt durch einen Verbindungsgang in den zweiten Zylinder. Dort wird Treibstoff zugegeben und das Gemisch gezündet. Durch die Vorverdichtung der Verbrennungsluft ähnelt das System einem Kompressormotor.

Split-Cycle-Motoren: Schon seit 1914
Split-Cycle-Motoren werden bereits seit 1914 gebaut, litten aber stets an einem schlechten Gaswechsel und an einem geringen thermischen Wirkungsgrad. Diese Nachteile soll der Druckluft-Hybridantrieb ausbügeln. Dabei wird an der Verbindung zwischen den beiden Zylindern noch ein Druckluftbehälter angeschlossen. Dieser Behälter wird gefüllt, indem die Bremsenergie genutzt wird.

Kompressionsarbeit fällt weg
Dies ist auch der Grund, warum der Druckluft-Hybridmotor so effektiv arbeitet. Denn wenn die durch Rekuperation gewonnene Druckluft zur Verbrennung genutzt wird, ist der Kompressionszylinder arbeitslos. Die Kompressionsarbeit, die ins System hineingesteckt werden muss, fällt also weg, während im anderen Zylinder die gesamte Expansionsarbeit frei wird.

Vom Sprinten bis zum Bremsen: Vier Modi
Der Scuderi-Split-Cycle-Motor kennt vier Modi. Beim ersten, dem regenerativen Bremsen, wird der Arbeitszylinder abgeschaltet. Der Schwung des Autos dreht den Motor aber weiter, wodurch der Kompressionszylinder Luft komprimiert und in den Druckluftbehälter presst. Im Hocheffizienzmodus wird der Kompressionszylinder abgeschaltet und der Arbeitszylinder wird von der komprimierten Luft aus dem Druckluftbehälter gespeist. In diesem Modus wird Expansionsarbeit geleistet, ohne dass Kompressionsverluste auftreten.

Druckluft speichern beim Cruisen
Im dritten Modus, dem Cruising-Modus, saugt der Kompressionszylinder Luft an, die zum Teil vom Arbeitszylinder für die Verbrennung genutzt wird. Der Rest der Druckluft speist den Vorratsbehälter. Wenn der Tank voll ist, schaltet das System in den Hocheffizienzmodus. Wenn man noch einen Turbolader dazunimmt, gibt es noch einen Turbo-Modus. Der Lader wird dabei benutzt, um Energie aus dem Abgas wiederzugewinnen. Die vom Turbolader verdichtete Luft wird in den Motor geleitet, was die nötige Kompressionsarbeit verringert. Dieser Turbomotor ist ideal für den stationären Einsatz, so Scuderi. Denn der Antrieb eignet sich nicht nur für Autos.

CO2-Minderung
Der Druckluft-Hybridantrieb scheint Fortschritte zu machen. Ob er eines Tages mithelfen kann, durch geringeren Spritverbrauch den CO2-Ausstoß von Autos zu verringern, muss die Zukunft zeigen. Als Nikolaus Otto im Jahr 1876 den nach ihm benannten Benzinmotor erfand, erhöhte sich der Wirkungsgrad von mageren 17 auf respektable 30 Prozent. Ähnlich revolutionär könnte die Einführung des Druckluft-Hybridantriebs wirken, hofft Scuderi. Noch ist die Entwicklung des Motors nicht abgeschlossen, doch Scuderi führt bereits Gespräche mit europäischen Autoherstellern über den Einsatz in einem Serienauto.

Verbrauch halbiert