Verbrennungsmotor der Zukunft 2

Es ist immer seltsam, wenn man daher kommt und schreit: hier, das ist das Ei des Kolumbus, also eine bestimmte technische Lösung missionarisch in den Himmel hebt.
Nichtsdestotrotz will ich hier auf eine solche Lösung aufmerksam machen: den Gegenkolbenmotor.

Er besteht aus einem Brennraum für zwei Kolben, die darin gegeneinander laufen. Er könnte ein Viertakter, wenn man in der Mitte Ventile unterbringen würde, aber als Zweitakter ist er viel eleganter. Dann nämlich öffnen die Kolben am äußeren Totpunkt den Zuluft und den Abgaskanal. Durch eine leichte Phasenversetzung kann man erreichen, dass sich erst der Abgas- und dann der Zuluftkanal öffnet. So wird ein Gasaustausch erzielt, der ebensogut wie beim Viertakter ist. Der Zweitakter braucht einen Lader, der während des offenen Zylinders die frische Luft hineindrückt.

Der Hauptvorteil ist folgender:

Die Oberfläche des Brennraums ist eine der Hauptverlustquellen beim Verbrennungsmotors. In erster Näherung sind die Wärmeverluste nicht von der Motorleistung, sondern nur von dieser Oberflächengröße und der Ladung abhängig. Man möchte also zwei Ziele erreichen: ein großes Hub-zu-Bohrungsverhältnis (langen Hub), um die Oberfläche des Brennraums gering zu halten, und eine hohe Drehzahl, um bei gegebener Oberfläche, also gegebenen Verlusten, möglichst viel Nutzleistung zu erzielen. Großer Hub bedeutet aber große Beschleunigung von Bauteilen – wegen der begrenzten Materialfestigkeit sind Hub und Drehzahl ungefähr umgekehrt proportional. Wenn der Hub auf zwei Kolben aufgeteilt wird, lässt sich also im Prinzip die doppelte Drehzahl erreichen, d.h. doppelte Leistung bei gleichen Verlusten. Der Wirkungsgrad steigt.

Dieser Effekt trifft besonders auf den Teillastbereich zu, weil hier die Oberflächenverluste relativ größer sind als bei Volllast. Dies ist von Bedeutung, da unsere Autos vielleicht 80 % ihrer Zeit im unteren Teillastbereich gefahren werden.

Die Komplexität das Motors ist etwas geringer als die des Standard-Viertakters. Keine Zylinderköpfe, keine Ventile und Ventiltriebe und Nockenwellen, weniger Masse, da weniger Hubraum umbaut werden muss – dafür zwei Kurbelwellen, die über Zahnräder synchronisiert werden müssen und der Lader.

Nachteile gibt es leider auch. Dadurch dass die Lauffläche für den Ein- und Auslass unterbrochen ist, gerät Öl in den Gasstrom, insbesondere ins Abgas. Ob sich das wegentwickeln lässt  ist die Frage. Es erfordert eben Risiko einzugehen.

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3382 km pro Liter

kann man mit dem Experimentalauto des Lycée la Joliverie in Nantes zurücklegen. Deswegen war es der Sieger des diesjährigen Shell Eco-Marathons Europe. Das entspricht einem Benzinverbrauch von 0,03 l auf 100 km. Damit ist es 34 mal besser als das 1 – l – Auto von VW und 100 mal besser als ein 3-Liter-Auto. Das ist also erreichbar.

Natürlich sind das Extreme: man fährt nicht viel schneller als 30, liegt nahezu in einer 30 kg leichten Zigarre – Knautschzone, was ist das? Die Beschleunigung ist nahezu vernachlässigbar.

Aber in besagtem Wettbewerb gibt es auch die Kategorie „Urban Concept Cars“, was kleine Zweisitzer mit Gepäckraum sind, und diese müssen gelegentlich anhalten und wieder losfahren. Und auch hier werden exorbitante Werte erreicht: 848 km pro Liter, also ein Verbrauch von 0,12 l pro 100 km, was immer noch 8,5 mal besser scheint als das 1-l-Auto von VW. Allerdings fährt dieses 3  mal schneller. Wenn ich das Wettbewerbsauto 3 mal schneller fahren lasse, erhöht sich sein Luftwiderstand und damit sein Verbrauch um den Faktor 9. Das bedeutet, dass das VW- 1 – Liter – Auto ziemlich genau gleich gut ist.

Das Auto der Zukunft – was die Großen von einem Kleinen lernen können

Es gibt ein Beispiel, wie das Auto der Zukunft etwa aussehen könnte – so die Richtung: das Loremo – „Low Resistance Mobile“, das Projekt einer kleinen Gruppe engagierter Ingenieure, die den Gedanken niedrigen Verbrauchs wirklich konsequent in die Konstruktion umgesetzt haben. Sie ist leicht (600 kg), hat einen geringen Luftwiderstandsbeiwert von 0,2, hat eine kleine Stirnfläche und kann deshalb mit lediglich 20 PS (!) eine Spitzengeschwindigkeit von 160 km/h erreichen, jedenfalls theoretisch und wenn es nicht bergauf geht. Der projektierte Spritverbrauch beträgt 2 l / 100 km, was bei den Daten glaubwürdig ist.

Das Projekt gibt es schon seit über 15 Jahren und entwickelt sich trotz ständiger Finanzierungssorgen immer weiter. Es braucht nach eigenen Angaben 40 Mio. € für den Beginn der Serienproduktion – aber woher nehmen in der Bankenhysteriekrise? Dieser Betrag ist ein Witz im Vergleich zu den Summen, die die großen Firmen allein für die Entwicklung pro Jahr ausgeben – 20 mal mehr, pro Firma (Quelle).

Kapitalgeber und Kunden müssen allerdings idealistisch sein. Der Wagen, wenn er denn die Hürden schafft, soll zwar überraschend billig werden, aber es gibt kein Vertriebs- und kein Servicenetz, mit Kinderkrankheiten ist sicher zu rechnen.

Die Konstruktion weist ein interessantes Detail auf: es gibt keine Seitentüren, der Einstieg erfolgt über Front- und Heckklappen. Diese konstruktive Entscheidung macht den Wagen leichter, denn durch die ununterbrochenen Kraftleitung in den Seitenflächen kann die notwendige Steifigkeit der Karosserie mit weniger Masse erreicht werden.

Das können sich die Großen abgucken. Man kann den gleichen Effekt nämlich auch m i t Seitentüren erreichen, wenn diese sich nach dem Schließen kraftschlüssig mit dem Rest der Karosserie verbinden. Eine Möglichkeit, die mir sofort einfällt, ist, dass Keile elektromotorisch in konische Bohrungen hineingepresst werden – dem Erfindungsreichtum der Ingenieure ist da keine Grenze gesetzt. So könnten, auch wenn das Projekt stirbt, einige gute Ideen weiterleben.

Die Macher wollen jedenfalls dem Trend vorangehen und eine Version mit Elektroantrieb anbieten.