37. Wiener Motorensymposium

Eine der Gewissheiten in der jüngeren Entwicklungsgeschichte im Motorenbau lautet „Der Trend zum Downsizing ist unumkehrbar“. Dass die Entwickler auch anders können, zeigten sie mit Verve auf dem diesjährigen Wiener Motorensymposium. Allen voran Wolfgang Dürheimer. Der Bugatti-Chef präsentierte den Antrieb des neuen Chiron. Der W-16-Zylinder leistet 1500 PS und wuchtet 1600 Nm auf die Kurbelwelle. Die vier Abgasturbolader liefern zusammen einen Luftmassendurchsatz von mindestens 4400 kg/h, die Spitzengradienten liegen um die Hälfte höher. Die ebenfalls vier Kraftstoffpumpen versorgen die insgesamt 32 Einspritzventile (!) mit bis zu 880 l/h. Über CO₂– und Schadstoffemissionen schwieg das Unternehmen nobel. Fachkreise spekulieren, dass der 100-Liter-Tank bei Volllast für gerade einmal acht Minuten reicht.

Probefahrten im neuen Chiron (1500 PS und 1600 Nm) mit oder ohne Bugatti-Chef Wolfgang Dürheimer waren leider nicht einmal für die Fachpresse möglich. ÖVK/Doris Kucera

Da nehmen sich die V-12-Zylindermotoren von Aston Martin  und BMW geradezu bescheiden aus. Immerhin sind hier die Emissionen eine diskutable Kategorie. Der neue 5,2-Liter-Twinturbo aus der britischen Sportwagenschmiede bringt es auf 608 PS und 700 Nm „und hält die globalen Schadstoffvorschriften ein“, betonte Dr. Brian Fitzsimons, Chefentwickler von Aston Martin. Bei BMW lag der Entwicklungsschwerpunkt des 12-Zylinders mit 600 PS und 800 Nm immerhin „bei den aktuellen Anforderungen bezüglich Kraftstoffverbrauch und Emissionsreduzierung“, sagte Dr. Christian Landerl, Leiter der Entwicklung Ottomotoren.

Die Liste allein der Vorträge über Ottotriebwerke der oberen Leistungs- und Drehmomentklasse ließe sich mit Entwicklungen von Audi, Honda, Infinity, Mazda und Porsche mit gleich zwei neuen Motorenfamilien noch erheblich erweitern.

Für High-Tech im Volumensegment steht die neue Baureihe EA211 TSI evo, die Friedrich Eichler vorstellte; er leitet die Aggregate-Entwicklung bei Volkswagen. Das besondere Merkmal des 130 PS starken Motors ist der in weiten Kennfeldbereichen außergewöhnlich hohe Wirkungsgrad: Er liegt gegenüber dem bisherigen 1,4-l-TSI um bis zu 10 % höher. „Das bedeutet für Kunden einen Verbrauchsvorteil in der Größenordnung von einem Liter auf 100 km“, erläuterte Eichler. Entscheidend dafür sei die Einführung des Miller-Brennverfahrens mit dem für Turbomotoren ungewöhnlich hohen Verdichtungsverhältnis von 12,5:1 – und die Aufladung durch einen Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie: eine Weltneuheit im Ottomotoren-Volumensegment. Erstmals kommt auch eine Common-Rail-Einspritzanlage der vierten Generation mit einem Einspritzdruck von 350 bar zum Einsatz. Mit an Bord ist die Zylinderabschaltung ACT, die bis in die Bereiche der mittleren Last die Ein- und Auslassventile der Zylinder 2 und 3 schließt und die Einspritzung deaktiviert. Der 1,5-Liter-Ottomotor wird ab dem vierten Quartal 2016 das aktuelle Triebwerk konzernweit stufenweise ablösen.

Dieselmotor bleibt attraktiv

Entgegen der in der Öffentlichkeit lauter gewordenen Skepsis gegenüber dem Dieselmotor wollen die Automobilhersteller an dem Konzept festhalten. „Ohne Diesel geht es nicht“, bekundete Dr. Thomas Weber, im Vorstand von Daimler für Forschung und Entwicklung zuständig.

Das sieht das Unternehmen General Motors selbst mit Blick auf das Kompaktwagensegment so. „Aufgrund seines hohen thermodynamischen Wirkungsgrads wird der Dieselmotor in Europa auch in Zukunft eine elementare Rolle spielen“, begründete Gianmarco Boretto die Investition in eine neue Top-Motorisierung auf der Basis des aktuellen 1,6-Liter-Vierzylinders; Boretto ist bei GM Powertrain weltweit für die Entwicklung der mittleren und großen Dieselmotoren zuständig. Erstmals verwendet der Hersteller eine zweistufige Aufladung mit zwei in einem Gehäuse untergebrachten Turbinen. Trotz konventioneller Einspritzanlage mit 2000 bar und Magnet-Injektoren erzielt der Motor 160 PS und 350 Nm Drehmoment. Ein damit ausgestatteter Opel Astra K ist mit EU 6 und im NEFZ mit 111 g/km CO₂ zertifiziert.

Ein Ausrufezeichen setzte Andreas Fröhlich, Leiter der V-Dieselmotoren-Entwicklung bei Audi, mit dem völlig neuen V8 TDI. Der Motor wartet weltweit zum ersten Mal mit einem elektrisch angetriebenen Verdichter (EAV) auf. Da der E-Motor bis zu 7 kW leistet, bezieht er seine Energie aus einem 48-V-Teilbordnetz – auch dies ist eine Premiere bei Audi. Als Energiespeicher in dieser Umgebung dient ein Li-Ionen-Akku mit 10 Ah. Außerdem verwendet der Hersteller zum ersten Mal ein Einspritzsystem mit 2500 bar Einspritzdruck und Piezo-Injektoren. Das Technikpaket mit zwei zusätzlichen Abgasturboladern in Registerschaltung leistet 435 PS bei 4250 U/min und liefert je nach Konfiguration schon ab 1000 U/min das Drehmomentmaximum von 900 Nm. Den Verbrauch gab Fröhlich mit 7,2 Liter auf 100 km an – das bedeutet in der Spitze 30 % weniger als bisher. Das Aggregat wird zunächst im Audi SQ7 erhältlich sein, später konzernweit. BMW kommt mit der neuen Top-End-Variante auf Basis des bestehenden Sechszylinder-Dieselmotors mit 400 PS und 760 Nm nicht ganz heran.

Der neue Motor EA211 TSI evo von Volkswagen fand viel Beachtung. Das besondere Merkmal des 130 PS starken Motors ist der in weiten Kennfeldbereichen besonders hohe Wirkungsgrad: Er liegt gegenüber dem bisherigen 1,4-l-TSI um bis zu 10 % höher, was den Verbrauch um etwa 1 l/100 km senkt. ÖVK/Doris Kucera

RDE holt Abgasreinigung in den Fokus

Alle Vortragenden, insbesondere die Entwickler von Dieselmotoren, ließen keinen Zweifel daran, dass die Einführung der Messung von Emissionen im praktischen Fahrbetrieb (RDE) ab September 2017 eine neue Qualität der Abgasreinigung erfordert. Den Stand der Vorbereitungen für den RDE-Test erläuterte Helge Schmidt vom TÜV Nord. Nach seinen Ausführungen besteht die RDE-Fahrt aus einem städtischen Anteil (34 %), einem Autobahnanteil (33 %) und einem Überlandanteil (33 %). Die Dauer beträgt 90 bis 120 Minuten. Beeinflusst wird die RDE-Messung unter anderem von der Motorlast und zahlreichen Randbedingungen wie Topographie, Verkehr, Nebenverbraucher und natürlich dem Fahrer.

Im Vordergrund stehen die Stickoxid- und Partikelemissionen; zusätzlich wird CO₂ und damit der Verbrauch gemessen. Während gestaffelter Übergangsfristen sollen sogenannte Konformitätsfaktoren dafür sorgen, dass überhaupt eine Chance besteht, die derzeit gültigen Normen zu erfüllen. Derzeit wird für die Stickoxide (NOx) anfänglich der Faktor 2,1 angepeilt, was im Ergebnis zu etwas mehr als dem Doppelten der bisherigen Normwerte führt. Ab 2020 soll der Faktor 1,5 gelten. Dr. Theodoros Vlachos von der Europäischen Kommission ließ sich auf Nachfrage zu seinem Vortrag entlocken, dass für den Konformitätsfaktor der Partikelemissionen derzeit eine Spanne von 1,8 bis 2,8 angedacht wird.

Trotz der jetzt bekannten Parameter bleiben viele Fragen offen. So ist der Kaltstart bislang aus dem RDE-Test völlig eliminiert. Auch ist nicht definiert, wann ein Motor kalt ist.

Befreiungsschlag durch Designerkraftstoffe?

Die Abgasreinigung für die mit heutigen Kraftstoffen betriebenen Motoren wird immer aufwendiger. Forscher aus der Mineralöl- und Chemieindustrie suchen daher nach Auswegen. Ein solcher könnte in den Designerkraftstoffen bestehen. Dr. Martin Härtl von der Technischen Universität München und Chemiker Dr. Eberhard Jacob berichteten über ihre Versuche mit primär aus Methanol hergestelltem Oxymethylenether (OME2). Die Versuchsergebnisse zeigten, dass das Brennverfahren ohne Erhöhung der Partikelemissionen auf niedrigste Stickoxid-Emissionen eingestellt werden könne. Speziell für OME-Kraftstoffe entwickelte Motoren könnten nach Einschätzung der beiden Vortragenden sogar das Sub-Zero-Emissionen-Niveau erreichen.

BMW forscht am Kyrodruck-Speichersystem für die Brennstoffzelle. Der Wasserstoff lagert bei -240 °C und 300 bar. ÖVK/Doris Kucera

Noch weit weg von der Marktreife

Die Suche nach Alternativen zu fossilen Energieträgern ist seit jeher das Motiv, die Brennstoffzelle im mobilen Einsatz zu erforschen, nun schon 30 Jahre. Matthias Klietz, Hauptabteilungsleiter Forschung Antrieb bei BMW, sieht jetzt neue Chancen für die Technologie, weil die installierten Kapazitäten zur Stromproduktion aus erneuerbaren Energien stark zunähmen. Dem Wasserstoff als Energiespeicher falle hier eine Schlüsselrolle zu. Wenn bei einer für das Jahr 2050 angenommenen Überschusskapazität von 120 Gigawatt nur 15 Prozent für die Mobilität genutzt würden, ließen sich damit drei Millionen Brennstoffzellen-Fahrzeuge ein Jahr lang betreiben, rechnete Klietz vor. Doch die Einschränkungen bleiben. „Wir sind heute nicht in der Lage, ein solches System zu einem vernünftigen Preis anzubieten“, konzedierte Klietz und sieht daher die Marktreife nicht vor 2030.

Bis auch das Elektroauto von den Kosten und der Reichweite her wettbewerbsfähig ist, müssen es die hybridisierten Antriebe richten. „Klar ist: Ohne Elektrifizierung des Verbrennungsmotors geht in Zukunft nichts mehr“, stellte Prof. Hans Peter Lenz, Gründer und Leiter des Wiener Motorensymposiums, schon in seiner Eröffnungsansprache fest.

Continental und Schaeffler haben ihr erstes Konzeptfahrzeug (links) weiterentwickelt. Mit 85 g/km CO2 stößt das Gasoline Technology Car der zweiten Generation 10 g/km weniger CO2 aus als die erste. Continental/Schaeffler

Klare Präferenz für Mild- und Plug-In-Hybride

Auch wenn in Wien nur zwei neue Entwicklungen mit Hybridantrieb vorgestellt wurden und Elektroautos ganz fehlten, scheint klar, dass sich ab der oberen Mittelklasse der Plug-In-Hybridantrieb durchsetzt. In den Segmenten darunter läuft alles auf den elektrifizierten Antrieb mit Teilbordnetz auf 48-V-Basis hinaus. Das Mild-Hybridsystem habe den Vorteil, „zu 30 % der Kosten eines Vollhybrids 70 % von dessen Funktionen bereitzustellen“, sagte John Fuerst, Vice President Engineering bei Delphi Powertrain.

Das „Gasoline Technology Car II“ aus der Kooperation von Continental und Schaeffler ist ein guter Beleg für diesen Befund. Das Fahrzeug mit 48-V-Hybridsystem basiert auf einem Ford Focus mit im Wirkungsgrad gesteigerten 1,0-l-Ecoboost-Dreizylinder-Motor und manuellem Getriebe. Das 48-V-Teilbordnetz dient zur Energieversorgung des P2-Hybridmoduls und des Klimakompressors. Das Hybridmodul erlaubt, den Verbrennungsmotor vom Antriebsstrang abzukoppeln, wenn kein Antriebsmoment benötigt wird. Dadurch entfallen dessen Schleppverluste zum Beispiel beim Rekuperieren und Segeln. Zum Abkoppeln des Motors dient eine integrierte Reibkupplung, die Kopplung an das Getriebe übernimmt eine Einscheibenkupplung. Sie ist in Form eines elektronischen Kupplungsmanagements automatisiert. Das integrierte Konzept senkt den Kraftstoffverbrauch im NEFZ gegenüber dem Basisfahrzeug nach Angaben von Dr. Oliver Maiwald und Uwe Wagner um 25 %. Maiwald verantwortet bei Continental Powertrain das Feld Technologie und Innovation, Wagner ist in der Geschäftsleitung von Schaeffler Automotive für Forschung und Entwicklung zuständig.

Der Zweiliter-Motor mit 258 PS und 400 Nm Drehmoment ist der stärkste jemals in einem Serien-BMW verbaute Vierzylinder. Ein E-Motor mit maximal 113 PS und 250 Nm unterstütz ihn. Systemleistung: 326 PS und 500 Nm. Wilhelm Missler

Eher evolutionäre, aber nicht minder interessante Fortschritte zeigt die Lernkurve in der Plug-In-Technologie: Daimler führt gerade in der neuen E-Klasse die dritte Generation dieser Parallel-Hybrid-Variante. Wie bei der Ausführung in der C-Klasse dient als Hauptantrieb der Zweiliter-Vierzylinder-Direkteinspritzer mit 211 PS, dessen Nebenaggregate alle elektrifiziert sind. Dadurch ist der Motor riemenlos. Der Lithium-Ionen-Akku mit einem Energieinhalt von 6,4 kWh lässt sich an der Steckdose aufladen. Im Elektromodus steht eine Reichweite (NEFZ) von 32 km zur Verfügung. Neu ist die Verbindung mit dem Neungang-Schaltautomaten, an den ein neu entwickelter Triebkopf angeflanscht ist. Letzterer beinhaltet den Wandler mit Überbrückungskupplung, die E-Maschine und eine Trennkupplung zur Abkopplung des Verbrenners bei rein elektrischer Fahrt. Die hydraulische Steuerung der Trennkupplung wurde so optimiert, dass diese jetzt auch den Verbrennungsmotor starten kann. Auch bei der E-Maschine handelt es sich um eine Neuentwicklung.

„Bei gleicher Batterie wie im C 350 e konnten wir in Verbindung mit der neuen Leistungselektronik die Leistung des Elektromotors um 5 kW auf 65 kW steigern“, erklärte Mario Mürwald, Leiter Ottomotoren und Hybrid Powertrain bei Mercedes Benz Cars. Durch die höheren Wechselströme des Inverters sei das Drehmoment um fast 30 % auf 440 Nm gestiegen. Insgesamt führt das neue Hybridsystem gegenüber jenem aus der C-Klasse zu einer Verbrauchseinsparung von 6,5 %.

Das Hybridmodul von Continental/Scheffler beansprucht je nach Basisfahrzeug-Konfiguration nur etwa 55 mm Bauraum. Schaeffler

Zum günstigen Verbrauch trägt auch die „streckenbasierte Betriebsstrategie“ bei. Sie analysiert bei aktiver Zielführung des Navigationssystems den Streckenverlauf und stimmt darauf die Strategie zur Lastpunktverschiebung ab sowie, wann im E-Modus gefahren und wann wie stark rekuperiert wird. Dazu fließen auch aktuelle Verkehrsinformationen ein. Selbst das Thermomanagement ist integriert. Dieses lässt beispielsweise vorübergehend eine höhere Temperatur der Hochvoltkomponenten zu, wenn sie sich im weiteren Routenverlauf energetisch günstig wieder absenken lässt. Dadurch wird eine unnötige Unterbrechung der elektrischen Fahrt vermieden.

Megatrend Vernetzung und autonomes Fahren

Die streckenbasierte Betriebsstrategie markiert freilich erst den Anfang. „Die Vernetzung des Fahrzeugs hat gerade erst begonnen. In der Zukunft werden verschiedene Lebenssituationen miteinander vernetzt sein“, prognostizierte Bosch-Chef Dr. Volkmar Denner. „Dabei wird das Auto zum persönlichen Assistenten.“

Das Auto werde in Zukunft mehr sein als ein Fortbewegungsmittel, glaubt Dr. Stefan Knirsch, im Audi-Vorstand für die technische Entwicklung zuständig. Es werde über künstliche Intelligenz verfügen und mit Sensoren und Kameras Informationen aus seinem Umfeld sammeln, in einer Daten-Cloud abspeichern und online sein Wissen mit anderen Autos in Echtzeit austauschen.

Dr. Eckhard Scholz, Vorsitzender des Vorstands der Volkswagen Nutzfahrzeuge und in Vertretung von VW-Chef Matthias Müller auf dem Podium, verwies auf das große Wertschöpfungspotential, das in der Digitalisierung und den damit verbundenen neuen Geschäftsmodellen liege. Heute betrage der Wertschöpfungsanteil der Elektronik in einem Fahrzeug wie dem VW Golf rund 30 %. „Im Jahr 2020 wird dieser Anteil bereits 50 % erreichen“, sagte Scholz.

Fazit

Ken Washington, Vizepräsident für Forschung und Vorentwicklung bei Ford, fasste die Herausforderungen für die Branche in einem einzigen Satz zusammen: „Vernetzung und autonomes Fahren werden auf die Automobilindustrie so disruptive Auswirkungen haben wie das Auto vor gut 100 Jahren auf die individuelle Mobilität.“

Da müsste die Reduzierung von Verbrauch und Schadstoffemissionen doch machbar sein – auch beim Diesel.

(av)