Fahrzeugindustrie auf Sparkurs

Der Verbrennungsmotor birgt noch ein enormes Einsparpotenzial – mehr als 30 %, als Hybrid sollen selbst 40 % möglich sein. Eine Vielzahl von technischen Neuerungen senkt den Verbrauch konventioneller Antriebe durch reduzierte Reibungsverluste, optimiertem Verbrennungsprozess und leichteren Motoren.

Dass „der optimierte Verbrennungsmotor weit über das Jahr 2020 hinaus die Basis der motorisierten Mobilität bleiben“ wird, steht für Prof. Dr. Willi Diez außer Frage. Erst in der längerfristigen Zukunft werde der konventionelle Antrieb sicher an Bedeutung verlieren, meint der Direktor des Instituts für Automobilwirtschaft (IFA) an der Hochschule Nürtingen-Geislingen.

Derweil schießt die Nachfrage nach verbrauchsarmen Autos in die Höhe. Die Unternehmensberatung Frost & Sullivan erwartet, dass ungefähr 80 % der Fahrzeugverkäufe in Europa bis 2015 mit Emissionswerten von weniger als 150 g/km aufwarten. Bis dahin werde das Durchschnittsauto in Europa um 5 % leichter sein, mit 30 % geringerem CO2-Ausstoß, erklärt Vigneshwaran Chandran, der für die Studie zuständige Programme Manager bei Frost & Sullivan.

„Downsizing, Benzin-Direkteinspritzung (GDI) und Start-Stopp-System werden dabei die Schlüsseltechnologien sein, die den Erstausrüstern helfen, die von der EU festgelegten Emissionswerte bis 2015 zu erreichen“, zählt Chandran die Meilensteine auf. In den Effizienztechnologien bei Otto- und Dieselmotoren sowie im Hybridantrieb, der Verbrennungs- und Elektromotor kombiniert, sieht die Branche die größten Wertschöpfungspotenziale im Bereich der Antriebstechnologie. Sowohl Vollhybride als auch Plug-in-Hybride sind auf die herkömmlichen Antriebsaggregate angewiesen, stellen an diese aber neue Anforderungen.

Der damit verbundene Trend zum Downsizing bei den Motoren geht einher mit weiterentwickelten Einspritzsystemen in Kombination mit weniger Hubraum bei gleicher Leistung dank Turboaufladung. Verbrauchs- und CO2-senkend wirken hier beispielsweise Entwicklungen wie die jüngste Kugellagereinheit von SKF, die den Wirkungsgrad des Motors steigert – und so den Leistungsunterschied kleinerer Motoren kompensiert. Im Vergleich zu herkömmlichen Gleitlagersystemen spart die für Turbolader entwickelte Kugellagereinheit bis zu 2 % Kraftstoff ein und reduziert den CO2-Ausstoß um bis zu 3 %, rechnet SKF-Enwicklungsdirektor Edward Holweg hoch. Die Optimierung ist den schwedischen Antriebstechnikern gelungen, indem sie die herkömmlichen Gleitlager durch Kugellager ersetzt und die Einheit mit Hilfe der Six-Sigma-Methode entwickelt haben. Das Ergebnis sind geringere Reibungsverluste. Zudem, meint Holweg, könne die Kugellagereinheit hohe Axialkräfte aufnehmen, um maximalen Ladedruck zu erzielen.

Eine weitere Strategie zur Emissionsreduktion sind Technologien wie die variable Ventilsteuerung auf der Einlass- wie auch auf der Auslassseite. Auch hier geht es darum, die Reibungsverluste zu minimieren. Das variable Ansteuern der Ventile senkt den Verbrauch durch verringerte Drosselverluste. Eingesetzt in Turbomotoren, verbessert die Ventilvariabilität das Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen. Innerhalb des Ventiltriebs ist die Nockenwelle der Hauptverursacher von Reibung. Als Alternative zu Gleitlagern bietet sich die Wälzlagerung mit einem Nadellager an, betont Dr. Jörg Stratmann, Leiter Vertrieb und Anwendungsentwicklng beim Stuttgarter Zulieferer Mahle. Laut Stratmann hat die wälzgelagerte Nockenwelle mit LFC-Technologie (Low Friction Camshaft) eine um 40 % verringerte Reibleistung. Dazu bei tragen auch die Leichtbauventile, die das Gewicht von Ein- und Auslassventilen und damit die Ventilfederkräfte vermindern.

Viel Sparpotenzial wird auch beim Radlager ausgemacht. Um den Gesamtleistungsverlust beim Fahrzeug zu reduzieren und gleichzeitig die Leistungsdichte zu erhöhen, stellt der Automobilzulieferer SKF mit X-Tracker eine reibungsarme Radlagereinheit vor. Damit wird laut SKF-Director Cengiz R Shevket die Reibung gegenüber marktüblichen Kugellagereinheiten um 25 % reduziert. Bei Mittelklassefahrzeugen soll dies den CO2-Ausstoß um 1,3 g/km senken.

Letztendlich sind es die vielen Details, die zur Verbesserung führen – von der optimierten Kolbenringdichtung für Automatikgetriebe, an der Ingenieure des Stuttgarter Instituts für Maschinenelemente forschen und die pro Dichtstelle bis zu 1 kW einsparen soll, bis zu einer neuen Generation von Abgasturboladern, die Continental einführen wird. Mehr Druck und höhere Temperaturen machen die Verbrennung effizienter, das soll den Spritverbrauch um 15 % senken.

Soeben hat der Autoausrüster die nächste Runde der Verbrauchssenkung bei Kleinstwagen eingeläutet. Continental-Ingenieure entwickelten ein neues Steuergerät, mit dem OEMs auch Modelle im unteren Preissegment mit einem Start-Stopp-System anbieten können. Alle relevanten Funktionen sind in einem Gerät gebündelt. Darüber und mit Hilfe eines intelligenten Batteriesensors lässt sich der Motor auch ohne aufwendige Steuerung und Datennetze automatisch im Leerlauf abschalten und nach dem Treten der Kupplung in Sekundenbruchteilen wieder starten.

Die Innovation soll vor allem den Schadstoffausstoß in den Metropolen von Schwellenländern wie Indien oder China senken helfen. Um bis zu 15 % weniger Kraftstoff im Alltag sei zu erwarten, betont der Zulieferer. Schließlich gehörten Staus und Verkehrsbehinderungen in Megastädten wie Delhi, Shanghai oder Sao Paulo zum täglichen Stadtbild. Ein Liefervertrag für die Neuerung existiert bereits. Noch in diesem Jahr soll Continentals Steuergerät bei einem ersten asiatischen Fahrzeughersteller in Serie gehen.

Dietmar Kieser dietmar.kieser@konradin.de