Ausgeklügelte Technik senken Spritverbrauch

Technische Komponenten zur Verminderung des Kraftstoffverbrauchs von Autos kommen selten ins Rampenlicht. Doch deren „Sparpotenzial“ summiert sich in Prozentschritten. So ist ohne mechanische Feinarbeit eine Verbrauchsoptimierung für das sogenannte „Downsizing“ und „Downspeeding“ nicht möglich, wie etwa beim BMW Dreizylinder-Diesel mit 1,5 Liter Hubraum und 110 kW/150 PS, der 2016 in der neuen 5er-Reihe weniger als vier Liter je 100 Kilometer verbrauchen soll.

Beim „Downsizing“ bringen neue Motoren mit kleinerem Hubraum und Aufladung mehr Leistung als die alten. Auch kann statt eines Vierzylindermotors eine Maschine mit drei oder zwei „Töpfen“ den Pkw antreiben. „Downsizing“-Motoren mit Zwei-, Drei- und Vierzylinder werden so Kraftprotze. Kommt ein Getriebe hinzu, das in den oberen Gängen länger und somit deutlich sparsamer arbeitet, wird daraus das „Downspeeding“. Es wird nun mit weit geringeren Drehzahlen gefahren.

Zur wirkungsvollen Optimierung beim „Downsizing“ zählt beispielsweise, die Reibung zu verringern. Wer eine Holzkiste über den Boden zieht, weiß, wie stark die Reibung das Gleiten hemmt. Ist die Kiste aber mit Rollen bestückt, lässt sie sich deutlich leichter ziehen. Fortschrittliche Abgasturbolader mit Drehzahlen bis zu 290 000/min arbeiten deshalb mit Kugellagern, statt mit [foto id=“487943″ size=“small“ position=“left“]herkömmlichen „Gleitlagern“. Dadurch funktioniert auch der Turbolader schneller, was beim Spritsparen hilft.

Bei „Downsizing“- und „Downspeeding“-Triebwerken treten auch neue Herausforderungen auf, die zu bewältigen sind: Schwingungen und starke Motorbewegungen. Die sind bei einem Reihen-Sechszylinder kaum zu spüren. Wenn seine jeweils drei Zylinder-Paare ihre Kraft abwechselnd auf die Kurbelwelle stemmen, geschieht das fast so schwingungsfrei, dass eine hochkant stehende Münze nicht umfällt. So angenehm rund laufen Vier-, Drei- oder gar Zweizylinder nicht. Dort würde eine Kaffeetasse auf dem Unterteller scheppern. Die Ingenieure arbeiten mit einem Kniff, um die „unrund laufenden“ Motoren zur „Ruhe“ zu zwingen: mit den sogenannten „Ausgleichswellen“. Die drehen gegenläufig zur Kurbelwelle, von der sie angetrieben werden, und senken so das Betriebsgeräusch und die Vibrationen des Motors.

Doch auch zwischen Motor und Getriebe besteht Optimierungsbedarf. Denn die Kraftabgabe der Zylinder lässt die Kurbelwelle nicht gleichförmig drehen, was zu „Getrieberasseln“ und „Karosseriebrummen“ führen kann. Ähnlich einem unrund laufenden Autorad, das durch ein Auswuchten mit Gewichten wieder exakt rotiert, werden die Drehschwingungen der Kurbelwelle „ausgewuchtet“. Aber das gestaltet sich weit komplizierter als bei der Radauswuchtung.

Das „Gewicht“, um die Drehschwingungen „auszuwuchten“, ist für die Ingenieure das sogenannte „Zweimassenschwungrad“ (ZMS). Das zwischen Motor und Getriebe angeordnete ZMS vermindert die Drehschwingungen deutlich und erhöht den Fahrkomfort des Pkw-Antriebsstrangs. Eine Weiterentwicklung von Schaeffler potenziert diese Anstrengungen nochmals durch weitere „Auswuchtmassen“, die sogenannten „Fliehkraftpendel“.

Die vier Pendelmassen sind am Flansch des ZMS montiert und pendeln in entgegengesetzter Drehrichtung des Motors. Sie passen sich der Drehzahl an und gleichen die Drehschwingungen des Motors besonders im unteren Drehzahlbereich aus. Zusammen kommt das System ZMS-Fliehkraftpendel laut Angaben von Schaeffler-Ingenieuren auf Isolationsgrade der [foto id=“487944″ size=“small“ position=“right“]Drehschwingungen von mehr als 90 Prozent.

Mit dieser Technik ließen sich die Motoren auch bei niedrigen Drehzahlen sehr harmonisch und komfortabel fahren, sodass die Getriebeübersetzung länger und damit verbrauchseffizienter ausgelegt werden kann. Dies gilt sowohl für Handschalt- als auch für Doppelkupplungsgetriebe. Mittlerweile kommt das Fliehkraftpendel auch in Drehmomentwandlern von Automatikgetrieben zum Einsatz. Resultat: mehr Laufruhe, höherer Fahrkomfort und geringerer Kraftstoffverbrauch. Bei der Markteinführung des BMW 320d Efficient Dynamics Edition vor fünf Jahren hat das Zweimassen-Schwungrad mit Fliehkraftpendel von Schaeffler Premiere gefeiert und hat der Limousine mit Diesel-Motor einen bis dato ungekannten Laufkomfort beschert, auch beim Fahren auf niedrigstem Drehzahlniveau. Bleibt abzuwarten, mit was der 1,5-Liter-Dreizylinder-Diesel 2016 im neuen BMW 5er aufwarten wird.