Kleiner Dreizylinder: Riesenkraft und Zwergendurst

Ein kleiner Ottomotor macht von sich Reden. Der Dreizylinder mit 0,8 Liter Hubraum leistet 96 kW/131 PS und konsumiert bis zu 15 Prozent weniger Benzin als ein vergleichbarer Hochleistungsmotor mit Direkteinspritzung und Turboaufladung. Den Kraftzwerg mit einer Literleistung von 120 kW/163 PS erforschen Wissenschaftler des Lehrstuhls für Verbrennungskraftmaschinen (VKA) an der Universität RWTH Aachen.

Serien-Diesel als Basis

Für den Motor, der während der Verbrennung Spitzendrücke bis zu 160 bar und den daraus resultierenden mechanischen Belastungen zu widerstehen hat, wählten die Ingenieure als Basis einen existierenden Dieselmotor. Für ihn konstruierten sie wohl einen komplett neuen Zylinderkopf, der mit drei Ventilen je Zylinder auskommt: zwei für den Einlass und eines für den Auslass. Lehrstuhlinhaber Prof. Dr. Stefan Pischinger: „Wir wollten sowohl Einspritzventil als auch Zündkerze zentral anordnen. Auf der verbleibenden Fläche nutzen drei Ventile den Raum optimal aus.

„Beatmet“ werden die drei kleinen Zylinderhubvolumen von je 266 Kubikzentimetern durch ein zweistufiges Aufladesystem, bestehend aus einem mechanischen Kompressor und einem Abgasturbolader. Der Kompressor arbeitet im Drehzahlbereich bis 2 500/min und sorgt für einen sehr schnellen Aufbau des Drehmoments. Ist diese Motordrehzahl erreicht, kuppelt der Kompressor aus und der Turbolader sorgt für Druck bis 3 bar. Der Kraftstoff mit 20 Prozent Ethanol-Beimischung wird über elektromagnetisch gesteuerte Sechs-Loch-Einspritzventile mit genau definiertem Strahlverlauf in die Zylinder injiziert. Der Einspritzdruck des Common-Rail-Systems kann maximal 250 bar betragen.

Deutlich weniger Benzin

Die Simulation des Dreizylinders zeigt, dass selbst bei Volllast deutlich weniger Benzin verbraucht wird, ebenso für Kunden, die viel auf der Autobahn unterwegs sind. „Uns war es wichtig, dass nicht nur der Norm-, sondern auch der Realverbrauch des Motors sinkt“, erklärt Pischinger. Bislang lief der sparsame Kraftzwerg 300 Stunden ohne größere Schäden auf dem Prüfstand: „Damit zeigen wir, dass spezifische Leistungen von 120 kW pro Liter Hubraum grundsätzlich machbar sind.“Nach Pischingers Einschätzung dürfte es noch einige Jahre dauern, bis ein derartiger Motor für die Produktion in großen Stückzahlen entwickelt wird. Doch der Trend ist klar vorgezeichnet: „Wir werden noch mehr Leistung aus noch weniger Hubraum holen.“