Autotechnik Kraftstoff sparen mit dem Luftdruck-Hybrid

Autobauer zeigen großes Interesse am ungewöhnlichen Motorkonzept der US-Schmiede Scuderi. Ihr Triebwerk soll bis zu 50 Prozent effizienter sein als traditionelle Motoren.

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Der Split-Cycle-Motor von Scuderi

Seitdem Elektroantriebe in aller Munde sind, ist auch bei traditionellen Motorenherstellern der Kampfgeist neu erwacht – viele wollen den Stromern nicht das Feld überlassen. So tüftelt die Scuderi Group, ein US-Unternehmen mit Hauptsitz in West Springfield (Massachusetts), seit Jahren an einem Verbrennungsmotor herum, der sparsamer und leistungsstärker ist als jeder andere auf dem Markt. Entwickelt wird der sogenannte Split-Cycle-Motor, der die Triebwerke von morgen revolutionieren könnte: Auf kürzeren Strecken soll er sogar ohne Treibstoff funktionieren und den Wagen mit reiner Druckluft vorantreiben können.

Ein normaler Otto-Motor hat einen Wirkungsgrad von knapp über 30 Prozent, die Scuderi Group spricht bei dem eigenen Probanden von mehr als 40 Prozent. Der Unterschied liegt im Aufbau des Verbrenners. Im gewöhnlichen Viertakt-Motor laufen die vier Phasen – Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Ausstoßen – in einem Brennraum ab, beim Scuderi-Motor wird dagegen die Kompression in einem Verdichtungszylinder erzeugt, die Verbrennung vollzieht sich dagegen in einem zweiten, dem Arbeitszylinder. Dabei wird die Zündung deutlich später als gewöhnlich eingeleitet, erst hinter dem sogenannten Totpunkt. Das so stark verdichtete Gemisch verbrennt nach Aussagen von Scuderi deutlich sauberer und effizienter als gewöhnlich.

Seit Mai 2009 läuft in dem Southwest Research Institute in den USA der erste Entwicklungsmotor, ein Zweizylinder mit rund einem Liter Hubraum. Besonders innovativ wird das Triebwerk jedoch durch einen angeschlossenen Zusatztank. Ist dieser mit Druckluft aus den Zylindern gefüllt, kann er sie jederzeit auch wieder in die Zylinder abgeben und so die Kolben antreiben. "Bei einem gewöhnlichen Triebwerk hätte der Lufttank einen Druck von 40 bis 50 bar", sagt Lutz Deyerling, Leiter der deutschen Scuderi-Niederlassung in Frankfurt, "bei einem Turbotriebwerk wären es sogar bis zu 150 bar Luftdruck".

Scuderi nennt dieses Motorprinzip Air-Hybrid, denn der Motor kann eben nicht nur mit Benzin betrieben werden, das herkömmlich via Direkteinspritzung verbrannt wird, sondern auch mit Luftdruck. "Wird unser Split-Cycle-Motor mit dem kompletten Air-Hybrid-Modus betrieben, erreichen wir eine Effizienzsteigerung bis zu 50 Prozent gegenüber einem normalen Triebwerk", sagt Deyerling. "Selbst ohne Air-Hybrid sind es immer noch 20 bis 25 Prozent." Die Leistung eines 1.4-TFSI-Triebwerks werde so nach aktuellem Stand mit gerade einmal 1,1 Litern Hubraum erreicht.

Das heißt: Ein aufgeladener Motor mit 1,0 bis 1,1 Litern Hubraum verfügt auf dem aktuellen Leistungsprüfstand über rund 140 PS. Der Verbrauch könnte je nach Fahrzeugklasse bei ungefähr drei Litern auf 100 Kilometern liegen. Ein Großteil des Fahrzyklus würde demnach zwischen 1200 und 1400 Umdrehungen pro Minute stattfinden. Bereits im Leerlauf soll der Motor, der mit einer geraden Zylinderanzahl laufen dürfte, rund 90 Prozent seiner Leistung abrufen können.

An dem ungewöhnlichen Konzept haben schon einige Autohersteller großes Interesse bekundet. Gespräche mit Firmen wie Volkswagen, BMW, Ford, Daimler, Toyota oder Peugeot sind in der entscheidenden Phase. Vertreter des amerikanischen Kleinunternehmens – Scuderi hat nicht einmal 25 Mitarbeiter – gehen bei den Autokonzernen mittlerweile ein und aus. Das Ziel: das Motorkonzept an Großserienhersteller zu lizenzieren. Auch Zulieferer wie Bosch bringen sich in den Entwicklungsprozess ein und haben für den Scuderi-Motor Komponenten wie Zündung, Einspritzanlage und Motorelektronik entwickelt.

Besonders wichtig, um Kooperationspartner ins Boot zu holen: Die Autohersteller sollen für das Scuderi-Verbrennungsprinzip auch die eigenen Motorblöcke nutzen können. Das spart Kosten. Nur der Kopf des Motors mit Einspritzanlage, Motorelektronik und Zylinderdeckel müsste entsprechend aufwendig angepasst werden.

Die Forschung bei Scuderi geht stetig voran. Der Testmotor laufe mittlerweile bis zu 3700 Umdrehungen pro Minute ohne Probleme, sagt Lutz Deyerling. Die Drehmomententwicklung soll ähnlich der eines Dieselmotors sein; dafür gibt es die Laufruhe eines Benziners. Hört sich fast an wie die Quadratur des Kreises. Bleibt nur die Frage, wo sich der Druckluftspeicher befinden soll. Denn freier Raum ist im Auto besonders schwer zu finden. Derzeit laufen die Vorbereitungen, das Triebwerk für die offiziellen Fahrzyklen in Nordamerika und Europa abzustimmen. Laut Scuderi soll der Motor in zwei bis drei Jahren bereit für den Serieneinsatz sein – man darf gespannt sein.