Nach Jahren des Wartens steigt nun die Spannung

Auf dem 38. Internationalen Wiener Symposium haben die mehr als 1000 Motorenexperten und Spitzenmanager nicht nur diskutiert, sondern viele Innovationen präsentiert. Grundtenor: "Der Verbrennungsmotor gehört noch lange nicht zum alten Eisen."

Die zunehmende Elektrifizierung allein reiche nicht, um die Klima-, Verbrauchs- und Abgasziele zu erreichen. So ein gigantischer Umstieg gehe nicht von heute auf morgen. Bis dahin würden Verbrenner noch viele Neuerungen erfahren, vom 48-Volt-System als zweite Bordspannung und "Volkshybrid" bis zur Wassereinspritzung (siehe Zusatzartikel).

Volkshybrid

Renault hat es schon, Mercedes stellte seine Variante in Wien vor: Das zusätzliche 48-V-System als Basishybridisierung, was einerseits Energie einsparen, anderseits Großverbraucher wie den Klimakompressor vom 12-V-Bordnetz wegnehmen und so dessen drohende Überlastung verhindern soll.

Einer der Vorreiter ist Continental, von dem auch das 48-V-System für Renault stammt. "Wir haben dieses System als Erste in Serie auf den Markt gebracht und werden damit schnell und profitabel wachsen", so Conti in Wien anlässlich des Motorensymposiums. Jahrelang war es als "Volkshybrid" bereits im Gespräch, doch erst jetzt geht es bei mehreren Modellen in Serie.

Das Zusatzgewicht für das 48-V-System beträgt laut Conti rund 30 kg. Es basiert auf einem riemengetriebenen Startergenerator. Beim E-Motor hat Conti eine neue Maschine entwickelt, die nicht gewickelt wird, sondern mit Stiften arbeitet und so flexibler an die gewünschte Leistung angepasst werden können soll. Bei Conti ist sie flüssigkeitsgekühlt, Bosch setzt auf eine Luftkühlung. Von Bosch stammt auch das System, das bei Mercedes mit dem Reihen-Sechszylinder-Benziner kommt.

Bei der Batterie setzt Conti auf eine Lithium-Batterie mit 12 bzw. 36 V Spannung, die so die Blei-Starter-Batterie ersetzen kann. Andere behalten die Blei-Starterbatterie bei.

Laut Conti kann das 48-V-System praktisch in allen Fahrzeugklassen zum Einsatz kommen, außer in Kleinstautos. Sinnvoll gilt eine E-Motor-Leistung von 10 bis 20 kW. Die Energieeinsparung damit soll bei 13 bis 22 g/km CO₂ liegen, das wäre rund ein Dreiviertelliter Benzin oder rund ein halber Liter Diesel pro 100 km weniger. Im Stadtbereich wird die mögliche Verbrauchseinsparung mit 25 % angegeben.

Sehr helfen könnte es Dieselmotoren, da damit Phasen, wo die Selbstzünder besonders viele Stickoxide erzeugen, etwa beim Gasgeben, abgefangen werden können. Stickoxide gelten derzeit als größtes Problem der Diesel.

Bis 2025 rechnet Conti mit rund 14 Mio. 48-V-Systemen weltweit im Einsatz, bis 2030 mit 25 Mio. Es stellt für die Autohersteller einen relativ einfachen und kostengünstigen Weg auf dem Weg zum vorgeschriebenen 95-g-CO₂-Ziel bis 2020/2021 dar.

Bei Bosch sind die Verantwortlichen auch überzeugt, "dass 48-V-Systeme kommen werden." An eine ähnliche Verbreitung wie sie etwa die Start-Stopp-Systeme in wenigen Jahren erreichten, glaubt man bei Bosch nicht.

Der große Saal beim Motorensymposium in der Wiener Hofburg war bummvoll, als BMW-Motorenentwickler Bodo Durst über für Laien Unmögliches sprach: Wasser als Verbrennungshilfe für Hochleistungsmotoren.

Grundsätzlich probiert BMW bereits seit Jahren, mit Wasser die Effizienz zu verbessern und gleichzeitig die Abgase zu senken. Schließlich wurde diese Idee bereits in den 1930er-Jahren in Flugmotoren umgesetzt.

Bei BMW wurde 2013 in der M GmbH beschlossen, unter dem Kürzel GTS eine Sonderedition auf Basis des M4 für den Serieneinsatz zu entwickeln. Dafür sollte der M4-Motor mit 431 auf 500 PS gebracht, das Drehmoment von 550 auf 600 Nm gesteigert werden. Dafür kamen verschiedene Möglichkeiten in Frage, von einem größeren Abgasturbolader bis zum größeren Hubraum. Umgesetzt wurde schließlich die Wassereinspritzung. Mit ihr konnten Hubraum und Abgasturbolader gleich bleiben und dennoch die nötigen Verbesserungen erzielt werden.

Partikelreduktion

Dank der Wassereinspritzung, beim M4 GTS sind es 15 bis 25 % im Verhältnis zum eingespritzten Kraftstoff, um im Lambda-1-Bereich zu bleiben, kann trotz der Leistungssteigerung das gefürchtete Klopfen des Motors vermieden und gleichzeitig eine Verbesserung bei Verbrauch und Abgasen, vor allem bei den Partikeln, erzielt werden. Dies ist umso wichtiger, als demnächst auch Benziner Partikelgrenzwerte einhalten müssen. Noch nicht so zufrieden sind die BMW-Entwickler bei den Stickoxid-Rohemissionen, die jedoch dank 3-Wege-Kat ohnehin umgewandelt werden.

Konkret wird durch die Wassereinspritzung die Temperatur im Brennraum abgekühlt, womit eine höhere Verdichtung möglich ist, ohne dass etwa Bauteile des Motores beschädigt werden. Durch den besseren Wirkungsgrad sinkt laut BMW auch die Diskrepanz zwischen Norm- und Realverbrauch. Das Kundenecho sei sehr positiv. Die alternative Gemischanreicherung dagegen ist schlechter für Verbrauch und Abgase. Das Wasser für die Einspritzung kann wie im M4 GTS z.B. in einem Zusatztank mitgeführt werden. Beim GTS reicht eine Wassertankfüllung für rund fünf Tankfüllungen Benzin bei Autobahnbetrieb.

Laut BMW bietet die Wassereinspritzung großes Potenzial zur Verbrauchs- und Abgasminderung vor allem bei Hochleistungsmotoren, wo die Alternative, der Miller-Zyklus, nicht so viel bringt.