"Range-Extender ist Wegbereiter für Elektrofahrzeuge"

Schon seit 1948 - damals noch unter der Firmierung "Ingenieurbüro List" - arbeitet die AVL an der Entwicklung von Verbrennungsmotoren. Zunächst auf den Dieselmotor fokussiert, hat sich das Unternehmen in den vergangenen zwei Jahrzehnten zunehmend auch dem Ottomotor gewidmet. Die MTZ sprach mit Dr.-Ing. Günter Fraidl, Leiter Produktlinie Ottomotoren bei der AVL, über das Potenzial neuer Verbrennungskonzepte sowie über die künftige Hybridisierungswelle, vom einfachen Start-Stopp-System bis hin zum Elektrofahrzeug mit Verbrennungsmotor als Range-Extender.

Kosteneffizienz wird auch bei Maßnahmen zur CO2-Reduktion immer wichtiger. Wie kann man schon in der Vorentwicklungsphase Potenzial und Kosten künftiger Technologien realistisch abschätzen?
Das beginnt schon bei der strategischen Produktauslegung. Wir versuchen, so viele Funktionen wie möglich in einem Bauteil zusammenzufassen. Es ist sinnvoller, eine 90prozentige Lösung für 50 Prozent der Kosten darzustellen, in dem man vorhandene Komponenten ohne großen Mehraufwand für weitere Funktionen nutzt, als mit hohem finanziellen Aufwand 100 Prozent der Funktion abzudecken. Zudem ist die Betrachtung des Gesamtsystems wichtig, denn künftige CO2-Herausforderungen können mit einer Maßnahme alleine nicht erfüllt werden, sondern nur durch die intelligente Kombination verschiedener Maßnahmen. Die Verbesserungspotentiale einzelner Maßnahmen lassen sich ja leider fast nie zu 100 Prozent addieren, so dass die Wirkung im Gesamtsystem und darauf abgeleitetes Synergiepotenzial wichtig ist.

Wie fällt die Entscheidung, welche Entwicklungen weiterverfolgt werden und welche nicht?
Das ist eine Kombination verschiedener Untersuchungen. Zum einen können wir heute in einer frühen Phase schon sehr viel simulieren, um die Potenziale abzuschätzen, zum anderen ist natürlich auch das industrielle Netzwerk für die Entscheidungsfindung wichtig. Der Einsatz mancher Technologien wird nicht rein technisch entschieden, sondern auf einer anderen Basis. So hat die AVL das Start-Stopp-System schon vor zehn Jahren zusammen mit einem Automobilhersteller zur Serienreife entwickelt. Damals fand das System im Marktumfeld keine ausreichende Akzeptanz, heute hat ein Premiumhersteller ein solches System sehr erfolgreich im Markt. In Summe sind zwei Faktoren wichtig: Sie müssen das Richtige tun, und Sie müssen es zum richtigen Zeitpunkt tun.

Wie sieht der Ottomotor in zehn Jahren aus?
Wir werden, je nach Einsatzprofil, verschiedene Ausprägungen von Ottomotoren haben. Als Einstiegsmotorisierung erwarte ich Zwei- und Dreizylindermotoren, bei denen die Herstellkosten stark im Vordergrund stehen. Bei größeren Motoren geht der Trend zu Downsizing durch Aufladung in Kombination mit homogener Direkteinspritzung. Es wird allerdings keinen Ottomotor ohne elek¬trifizierten Antriebsstrang mehr geben. Start-Stopp-Systeme und intelligentes Batteriemanagement sind breiter Standard. Darauf aufbauend werden wir alle Formen der Hybridisierung haben.

Wie sehen Sie die Schichtladung?
Das strahlgeführte Einspritzverfahren mit Schichtladung hat als Einzelmaßnahme das größte Potenzial zur CO2-Einsparung. Je tiefer das Lastkollektiv liegt, desto größer ist das Einsparpotenzial. Problematisch ist, dass derzeit viele andere Maßnahmen darauf zielen, das Lastkollektiv nach oben zu schieben, wie neue Schaltkonzepte für automatische Getriebe, Downsizing oder Downspeeding. Die Kombination mit der Schichtladung ist dann zumeist nicht sinnvoll. Weitere Herausforderung ist, dass es derzeit, bedingt durch die Kraftstofferfordernisse, keine weltweit einsetzbare Technologie ist. Da¬mit müssen Sie sich in Entwicklung und Fertigung den Luxus zweier Motorbaureihen leisten.

Welche Hybridisierung wird künftig die größte Verbreitung haben?
Der Mildhybrid. Dabei ist uns bei der AVL die Wirkungsgradbetrachtung des Gesamtsystems wichtig. Beispielsweise ist es preiswerter und effektiver, den Verbrennungsmotor im Hybrid-Gesamtsystem zu optimieren und auf der elektrischen Seite weniger Aufwand zu treiben. Zum Beispiel nutzen wir die Elektromaschine, um extrem lange und damit verbrauchsgünstige Getriebeübersetzungen darstellen zu können. Und dank der Overboost-Fähigkeit des Turbomotors können wir die Hybridbatterie wesentlich kleiner und damit preiswerter auslegen. Sehr hohe Erwartungen haben wir auch an den Range-Extender als Wegbereiter für die breite Marktakzeptanz von Elektrofahrzeugen. Dafür wird es eine ganz neue Gattung von Ottomotoren geben.

Welche Motoren werden das denn sein?
Das wird ein extremes High-Tech-Produkt sein, weil es sehr stark integriert sein wird und sehr preiswert sein muss. Außerdem muss es vom Geräusch- und Emissionsverhalten Standards setzen. Wenn der Range-Extender nur als Notstromaggregat zum Laden der Batterien genutzt wird, diktiert die Elektromaschine die Konstruktion des Verbrennungsmotors. Im Zuge einer gesamthaften Systemoptimierung werden dabei auch wieder Motorkonzepte attraktiv, die als alleiniger Fahrzeugantrieb nicht mehr zeitgemäß wären.

Wie der Wankelmotor?
Sowohl Wankelmotor als auch Zweitaktmotor sind neue Überlegungen wert. Derzeit untersucht die Branche noch, welcher Weg zielführender ist, ein kompakter Range-Extender, der nur elektrische Energie liefert, oder doch eher ein System mit mechanischem Abtrieb, dessen Verbren¬nungsmotor dann aber auch in einem breiten Betriebsbereich arbeiten muss.

Wer könnte die Range-Extender-Motoren produzieren?
Möglicherweise passen diese Aggregate nicht auf die vorhandenen Produktionslinien der Automobilhersteller und möglicherweise sind zunächst die Stückzahlen auch nicht sehr hoch, so dass sich hier attraktive Möglichkeiten für Zulieferer auftun.

Zumal dieser Motor ja kein wettbewerbsdifferenzierendes Element mehr ist?
Genau das ist der Punkt, dieser Motor sollte für den Endverbraucher eigentlich nicht wahrnehmbar arbeiten.

Die AVL arbeitet derzeit an einem Ottomotor mit Hochaufladung?
An mehreren. Diese sind jedoch vor allem jeweilige Spitzenmotorisierungen und weniger für den Massenmarkt gedacht.

Was ist dabei die größte Herausforderung?
Die besondere Herausforderung bei so hohen Aufladegraden ist das Phänomen der irregulären Verbrennung die sehr schnell zu nachhaltigen Schäden am Motor führt. Diese vorab zu erkennen und Gegenmaßnahmen zu ergreifen, erfordert sehr viel Aufwand und eine sehr komplexe Regelstrategie.

Herr Dr. Fraidl, herzlichen Dank für dieses Gespräch.


Autor(en): Richard Backhaus und Johannes Winterhagen

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