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mot 22/2000 Seiten 60, 62 und 63

technik

Downsizing - Trend Im Motorenbau

Ein Ende des Wachstums bei Hubräumen und Zylinderzahlen scheint nicht in Sicht. Doch die wahre Herausforderung für den Motorenbau liegt in kleineren und effizienteren Aggregaten.

Von: Klaus-Ulrlch Blumenstock

Ohne Not, so lehrt eine alte Erfahrung, ist der Mensch kaum fürs Sparen zu begeistern. Das wird besonders in diesen Tagen des Benzinpreis-Hochs deutlich Erst jetzt wieder wird landauf, landab darüber diskutiert, wie sich Spritverbrauch und damit Kosten eindämmen lassen.

Dabei ist wegen der Endlichkeit der Ressourcen und aus Gründen des Klimaschutzes der sparsame Umgang mit den Treibstoffen nicht erst ein Gebot der Stunde. Dieser Einsicht hat sich die europäische Autoindustrie ganz bewußt unterworfen, als sie der EU-Kommission die Senkung des durchschnittlichen Flottenverbrauchs um 25 Prozent - ausgehend vom Stand 1995 - zusagte. 2008 soll dies soweit sein, eine Trendumkehr erwarten Prognosen freilich erst ab 2005.

Dort, wo die technischen Voraussetzungen dafür geschaffen wurden, in den Entwicklungsabteilungen der Autohersteller, greift die Trendwende längst. Downsizing heißt eines der wirkungsvollsten Rezepte im Bemühen um verbrauchsgünstigere Motoren. Ist kleiner also feiner?

Nach Überzeugung von Motorenexperten kann das Heil nicht allein im Eindampfen von Größe und Leistung liegen. BMW zum Beispiel stellt beim Vergleich eines 540i-V 8 mit einem 528i-R 6 eine Verbrauchsdifferenz von 20 bis 25 Prozent als realistisches Downsizing-Potenzial fest. Kundenakzeptanz wird man allerdings nur dann finden, wenn es gelingt, den Verbrauch zu senken, die gewohnten Fahrleistungen aber beizubehalten. Intelligentes Einsparen muss also die Devise der Motorenkonstrukteure sein.

Die Grundidee beim Downsizing folgt dem Ziel, die Prozessverluste zu verringern. Reduzierte Zylinderzahlen geben zum Beispiel mit verringerter Reibung einher. Und kleinere Hubvolumen verursachen auch geringere Ladungswechselverluste. Entscheidend dabei ist, dass mit der Verschiebung des Betriebspunktes hin zu höherer Last (Grafik links )

im Kennfeld häufiger Bereiche mit niedrigerem spezifischen Verbrauch angesteuert werden können. Besonders wirkungsvoll ist dies im Stadtverkehr, wo die Motoren üblicherweise häufig im verlustreichen Teillastbetrieb laufen.

Kleinvolumige Motoren haben darüber hinaus weniger Drehmasse zu beschleunigen - auch das ein Vorteil, der vor allein im Stop-and-Go~Verkehr zählt.

Dass sich mit vermindertem Verbrauch gleichzeitig die Emissionen reduzieren, ist offensichtlich. Zusätzlich aber machen den Konstrukteuren auch geringere Schadraumvolumina das Leben leichter. Auch das günstigere Oberflächen/Volumenverhältnis trägt obendrein zu weniger Schadstoffemissionen bei.

Und schließlich sind kleinere Motoren leichter und bauen kompakter. Letzteres eröffnet den Konstrukteuren nicht nur beim Packaging neue Freiräume, es wird auch von Sicherheitsexperten beim Gestalten der Crash-Strukturen sehr geschätzt

Der Katalog der technischen Maßnahmen für ein Downsizing Konzept beginnt mit dem Reduzieren der Zylinderzahl. "Ein Zylinder weniger," gibt Prof. Ulrich Seiffert von der TU Braunschweig die Marschrichtung an "bringt ungefähr einen halben Liter im Verbrauch." Natürlich hängt das jeweils von der Ausgangssituation ab. Verminderte Reibung in Lagern und bei den KoIbenringen wirkt sich aber grundsätzlich positiv auf den Verbrauch aus. Und prinzipiell gilt: Motoren mit kleinerem Hubraum laufen im Stadtverkehr mit weiter geöffneter Drosselklappe als Hubraumriesen, was die Ladungswechselverluste mindert. Gerade bei Kleinwagen zeichnet sich daher ein Trend zu Dreizylindermotoren ab. Opel konnte so mit seinem Ecotec-Dreizylinder für den Corsa gegenüber Vierzylindermotoren 10 bis 15 Prozent Kraftstoff einsparen - bei gleichen Fahrleistungen.

Mangels Vergleichsmöglichkeit erübrigen sich beim Dreizylinder Suprex-Motor für den Smart solche Angaben, doch dürfte sich der Effizienzgewinn bei diesem per Lader erstarkten Dreizylinder-Mini zunächst in ähnlichen Regionen bewegen.

Kunden hubraumstarker Acht- oder Zwölfzylindermotoren werden sich allerdings kaum für die Beschneidung der Zylinderzahl begeistern lassen. Um Luxuslimousien aber dennoch in die Verminderung des Flottenverbrauchs einzubeziehen, bietet sich hier das zeitweilige Abschalten mehrerer Brennräume bei Teillast und gleichzeitiger Lastpunktverschiebung der befeuerten Zylinder an. Dies lässt sich mit einer intelligenten Steuerelektronik heute so blitzschnell umschalten, dass es vom Kunden unbemerkt bleibt- wie es die V8- und V12-Motoren von Mercedes vorexerzieren. Das Verbrauchspotenzial der Zylinderabschaltung macht bis zu sieben Prozent aus. Die Vorteile verminderter Reibarbeit oder geringeren Gewichts lassen sich mit solchem "temporären Downsizing" allerdings nicht nutzen.

Soll es also zu echter geometrischer Verkleinerung mit gleichzeitiger Steigerung der spezifischen Volllast kommen, bietet sich die Aufladung als probates Mittel an. Wird verdichtetes Gemisch in den Brennraum gefördert, lassen sich auch Leistung und Drehmoment entsprechend steigern. Doch hatte der Turbolader einst den Ruf, nicht nur die Leistung, sondern auch den Verbrauch in die Höhe zu treiben. Das muss heute allerdings nicht mehr so sein. Denn nicht nur ihre Wirkungsgrade haben sich inzwischen verbessert, sondern mit der Motorelektronik auch die Algorithmen zur Ladedruckregelung. Musste früher überschüssige Abgasenergie via Wastegate einfach abgeblasen werden, so erlauben heute verstellbare Lader ein genaueres Anpassen der Fördermenge an den momentanen Lastzustand. Bisher funktioniert das allerdings erst beim Dieselmotor, denn im heißeren Abgasstrom von Benzinern erwiesen sich Verstelllader als nicht temperaturfest. Doch Abhilfe ist in Sicht.
#############Zudem setzen Motorenentwickler große Hoffnung auf Elektro-Compound-Lader, die dem Verdichter im Turboloch elektromotorisch auf die Sprünge helfen.########## Das ist der EAT!! #####

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Entschuldigt bitte, das zweite Mal hat sich auch nichts getan, ich dachte, der Text ist zu lang, hab also nochmals einen Teil gepostet.

Gruß
Stephan