CO2 Reduzierung: Kampf den Reibungsverlusten

Ein Verbrennungsmotor läuft im Stadtverkehr meist nur bei Teillast. Dabei zehrt die innere Reibung bis zu 25 Prozent der Leistung und damit der eingesetzten Kraftstoffenergie auf. Die Verminderung dieser Reibungsverluste funktioniert nur in kleinen Schritten und mit großem Knowhow. Zulieferer Schaeffler entwickelt zahlreiche Techniken zur Reduzierung von Reibung im Motor.

Die Reduzierung der C02-Emissionen ist für die Autoindustrie ein zentrales Thema. Bis 2015 dürfen Neufahrzeuge im Flottendurchschnitt maximal 130 Gramm des Klimagases pro Kilometer Wegstrecke emittieren. Doch das ist nur der Anfang. Bis 2020 soll die Flottenemission beim Kohlendioxid nach Willen der EU auf 95 g/km sinken. Auch wenn sich die Bundesregierung gegen diesen Wert momentan noch erfolgreich zur Wehr setzt, die Autobauer müssen sich künftig mit einer drastischen Senkung des CO2-Ausstoßes auseinandersetzen. Zu diesem Ziel führen zahlreiche Wege. Doch längst agieren nicht die Entwicklungsabteilungen der großen Hersteller federführend bei der Suche nach neuen Techniken zur Reduzierung von Verbrauch und damit CO2-Ausstoß, die Innovationen stammen längst von den Ingenieuren großer Autozulieferer wie Bosch, ZF, Continental oder Schaeffler. Während sich bei der direkten Kraftstoffeinspritzung, der Motoraufladung und bei Getrieben mit immer mehr Gängen und breiterer Spreizung noch erkleckliches Sparpotenzial beim Kraftstoffverbrauch realisieren lassen, arbeiten zahllose Ingenieure an Lösungen, die das Sparpotential im Motor in kleinen Schritten erschließt.

Im bayerischen Herzogenaurach konzentrieren sich die Entwickler unter anderem auf die Reduzierung der innermotorischen Reibung. Wie bei allen technischen Zusammenhängen wohnt der Teufel stets im Detail. Jeder technische Entwicklungsfortschritt lässt sich nur mit neuen Problemen und Nachteilen erkaufen, somit lautet die Aufgabe der Techniker weniger nach dem großen Wurf zu suchen, sondern nach dem Kompromiss, der die Detaillösung insgesamt einen kleinen Schritt weiter bringt.

So lautet bei den Motorenentwicklern das aktuelle Zauberwort „Downsizing“, um das Problem der Reibungsverluste in einem Motor zu reduzieren. Reibung entsteht in jedem mechanischem System, bei dem einzelne Komponenten bei der Bewegung in direkten Kontakt zueinander geraten. Lager von der Kurbel- bis zu den Nockenwellen, die Kolben im Brennraum, Führungen für Ventile, erreichen im Teillastbereich Reibungsverluste, die bis zu 25 Prozent der Motorleistung entsprechen. Somit verpufft bis zu ein Viertel der im Kraftstoff gebundenen chemischen Energie und produziert nichts als störende Wärme. Das ist nicht nur für die Umwelt fatal, für den Fahrer heißt das: Von jedem Liter Super, das er im Schnitt mit 1,60 Euro bezahlt, erhält er für 40 Cent hohe Motortemperaturen, statt Kilometer.

Damit leuchtet auch dem technischen Laien ein: Kleine Hubräume und weniger Zylinder erzeugen weniger Reibung und senken damit den Verbrauch. Schön, wenn es so einfach wäre. Der gravierende Nachteil des „Downsizing“ aus technischer Sicht resultiert aus einem wesentlich komplizierteren Wärmehaushalt der verkleinerten Verbrennungsmotoren. Für die Regelung eines solchen Wärmehaushaltes hat Schaeffler unter anderem ein sogenanntes „Thermomanagement-Modul“ entwickelt. Dabei sorgte eine kongeniale Verbindung aus mechanischen Elementen wie einem Drehschieber und einer elektronischen Steuerung für die optimale Mischung von kaltem und warmen Kühlwasser. Beispielsweise sorgt das Modul beim Kaltstart für einen kleinen Kühlkreislauf, damit sich das Kühlmittel möglichst schnell erwärmt. Im warmen Motor zirkuliert auch warmes und damit dünnflüssiges öl, das durch Schmierung überall da Reibungen reduziert, wo Mechanik in direktem Kontakt steht. Erzeugt der Motor zu viel Abwärme, sorgt das Modul für eine rasche Abkühlung, indem es die Kreisläufe von Kühler und Lüftung für eine rasche Wärmeabfuhr einbindet. Dieses anspruchsvolle „Thermomanagement-Modul“ sorgt dabei für eine Senkung des Verbrauchs im Bereich von bis zu vier Prozent.

Auf das Thermomanagement von Motoren kommen nicht nur durch die Verkleinerung von Hubräumen und die Reduzierung von Zylinderzahlen neue Herausforderungen zu. Auch in Getrieben und Hybridantrieben bis hin zu den Batterien bestehen komplizierte Wärmekreisläufe, deren Regelung weitere Prozentpunkte beim Verbrauch erlösen. Doch Thermomanagement ist nur ein Element zur Reduzierung von Reibungswiderständen, die Schaeffler entwickelt hat. Die Herzogenauracher sind auch Spezialisten bei Lagern oder Freilauf-Riemenscheiben für Lichtmaschinen. Doch das füllt wiederum andere Geschichten.