Ausgabe 13/2007: Noch Mitte der neunziger Jahre war ein ...

Downsizing / Hubraumreduzierte Motoren mit viel Leistung und Drehmoment kombinieren Spritersparnis und Fahrspaß.Klein aber oho Von Thomas Seidenstücker Noch Mitte der neunziger Jahre war ein Mittelklasseauto mit einem Zweiliter-Ottomotor und 115 bis 130 PS fast sportlich motorisiert. Die GTI-, GSI- und RS-Versionen von VW, Opel und Ford traten in der Kompaktklasse mit gut 150 PS aus zwei Litern an und waren die Jägermeister auf der Autobahn. Heute, nur zehn Jahre später, schöpft VW mit seinem TSI gut 170 PS aus 1,4 Liter Hubraum, sind 180 PS aus 1,6 Liter Hubraum im Opel Astra ein Vernunftmotor für die breite Masse und 220 PS sollte ein sportlicher Kompakter mindestens unter der Haube haben um das Logo GTI oder OPC mit Stolz tragen zu dürfen. Ist das vernünftig? Der Trend zu immer mehr Leistung und Drehmoment steht nur im Einklang zu den stets schwerer werdenden Fahrzeugen. Wer ein 1,5 Tonnen schweres neues Auto ähnlich dynamisch wie ein 1.000 Kilogramm schweres Fahrzeug beschleunigen will, muss bei der Motorleistung zulegen. Die Forderung an die Entwickler besteht darin, dies ohne Mehrverbrauch oder – besser noch – sogar mit weniger Spritverbrauch zu realisieren. BetriebspunktverlagerungEin Lösungsweg aus dieser scheinbar nicht lösbaren Forderung trägt die Bezeichnung Downsizing, was so viel bedeutet wie: Mehr Leistung und mehr Drehmoment bei Verkleinerung des Motors. Downsizing-Motoren an sich sind keine Erfindung der Neuzeit. Schon vor 20 Jahren gab es Motoren, die 100 PS aus einem Liter Hubraum schöpften – denken wir an Hondas CRX VTEC oder die M-Motoren von BMW.Allerdings erfüllen solche Drehorgeln nicht voll die Wünsche des modernen Autofahrers, der – verwöhnt vom Dieselmotor – möglichst viel Drehmoment schon bei niedriger Drehzahl wünscht. Zudem sinkt mit Zunahme der Drehzahl der Wirkungsgrad des Motors, weil die Reibungs- und Strömungsverluste zunehmen, und das wirkt sich nachteilig auf den Kraftstoffverbrauch und somit die CO2-Emissionen aus. Die Vorteile beim modernen Downsizing-Motor resultieren daraus, dass sich kleinere Motoren mit geringeren Reibungsverlusten und höherer Last bei einem höheren Wirkungsgrad betreiben lassen (im Vergleich zu einem hubraumgrößeren Motor mit gleichen Leistungsparametern). Das bedeutet, es kommt zu einer Verlagerung von häufig durchfahrenen Betriebspunkten in Bereiche mit einem niedrigeren spezifischen Kraftstoffverbrauch. Optimal ist hier die Kombination eines Downsizingmotors mit einem automatisierten Schaltgetriebe oder Automatikgetriebe, wo Getriebe- und Motorsteuerung perfekt abgestimmt zusammenarbeiten können. Mit AufladungDas natürliche Problem eines verkleinerten Hubraums ist allerdings eine Reduktion des Drehmoments – vor allem bei niedrigen Drehzahlen. Dies wird gegenwärtig und auch in Zukunft vor allem durch die Aufladung des Motors kompensiert. Denn in einen kleinen Hubraum passt gezwungenermaßen nur wenig zündfähiges Gemisch. Es sei denn, man hilft nach und presst per Aufladung mehr Luft in den Brennraum, dem entsprechend mehr Kraftstoff zugegeben werden kann. Besonders aufwändig und teuer hat dies Volkswagen bei seinem 1,4 Liter TSI-Motor (TSI = Twincharger) mit 170 PS umgesetzt, der die Aufladung für den unteren Drehzahlbereich über einen mechanisch angetriebenen Kompressor und für den oberen Drehzahlbereich mit einem Abgasturbolader realisiert. Andere Hersteller – z. B. Mini, Opel, Fiat, Peugeot – setzen ausschließlich auf den Abgasturbolader und auch VW bietet seinen 1,4 Liter TSI neuerdings in einer Variante ohne Kompressor mit weniger Leistung an. Intelligente VentileNeben der Aufladung zeichnen sich moderne Otto-Downsizing-Motoren durch die Benzindirekteinspritzung und einen intelligenten Ventiltrieb aus. Dies ermöglicht es, die leichte Anfahrschwäche von Turbomotoren (niedrige Laderdrehzahl = niedriger Ladedruck) zu minimieren. So hat Bosch eine Lösung mit der Bezeichnung "Scavenging" entwickelt, die bei niedriger Motordrehzahl mehr Frischluft in die Zylinder bringt (somit mehr Füllung und mehr Drehmoment), indem die Ein- und Auslassventile für einen kurzen Moment gleichzeitig geöffnet werden. Zusammen mit dem kleineren Hubraum bringt allein diese Technik zehn bis zwölf Prozent weniger CO2-Emissionen. Wie geht es weiter? Die Direkteinspritzung – insbesondere das strahlgeführte Verfahren – in Verbindung mit Aufladung und Downsizing ist gegenwärtig der erfolgversprechendste Weg den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen von Verbrennungsmotoren weiter zu reduzieren. Dabei arbeiten die Entwickler besonders daran, die Performance von günstigeren Magneteinspritzventilen auf das Niveau der Piezoeinspritzventile zu steigern und gleichzeitig den wechselnden Motorbetrieb mit Benzin, Alkohol oder Erdgas mit einer Einspritzventilvariante zu ermöglichen.

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Von Thomas Seidenstücker

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