"90 % der Einsparungen eines Vollhybrids zu geringeren Kosten"

Die Diskussion über Elektrofahrzeuge stellt die Hersteller von mechanischen Motorkomponenten vor eine große Herausforderung. In einem Gespräch mit der MTZ erläutert Professor Heinz K. Junker, Vorsitzender der Mahle-Geschäftsführung, warum der Verbrennungsmotor als Fahrzeugantrieb nach wie vor Zukunft hat.

Machen weitere Entwicklungen an der Motormechanik noch Sinn, wenn die Elektrifizierung des Antriebsstrangs weiter fortschreitet und der Verbrennungsmotor gegebenenfalls nur noch als Range-Extender dient?
Vom Thema Range-Extender sind wir noch eine Zeit entfernt. Mir stellt sich die Frage, ob der Range-Extender überhaupt einmal in größeren Stückzahlen auf den Markt kommen wird. Betrachtet man die Wirkungsgradketten des gesamten Systems, kann man da schon ein Fragezeichen machen.

Wäre es nicht für einen Zulieferer ein interessantes neues Geschäftsfeld?
Das ist vorstellbar, wenn sich ein Range-Extender deutlich von den Motoren unterscheidet, die heute die Hersteller in hoher Stückzahl auf ihren Bändern fertigen. Vermutlich kein Automobilhersteller wird einen Range-Extender selber produzieren, wenn er nicht die vorhandenen Fertigungslinien seiner heutigen Serienmotoren nutzen kann. Aber dazu müsste man ja erst einmal wissen, wie der optimale Range-Extender aussieht. Um den Range-Extender richtig bewerten zu können, muss man die Technik von einer ganzen Reihe unterschiedlicher Blickwinkel betrachten. Wir untersuchen die unterschiedlichen Möglichkeiten des Systems derzeit fundiert in einer Studie.

Kommen wir zum Verbrennungsmotor als Fahrzeugantrieb. Wie sieht er im Jahr 2020 aus?
Da müssen wir unterschieden, ob wir einen autonomen Verbrennungsmotor oder ein System mit einem Elektromotor als Parallel-Hybrid betrachten. Ein Verbrennungsmotor, der mit einem Elektroantrieb kombiniert ist, wird tendenziell einfacher aufgebaut sein als heute. Ein Verbrennungsmotor, der als alleiniger Fahrzeugantrieb dient, wird allerdings viel variabler sein als heute. Ein genereller Trend gilt für beide Motorkategorien: Sie werden kleiner hinsichtlich Hubraum und Zylinderzahl.

Wird es dann überhaupt noch Fahrzeugantriebe mit Verbrennungsmotor geben, die nicht elektrifiziert sind?
Im großen Rahmen werden Start-Stopp-Systeme und die Elektrifizierung der Nebenaggregate in Serie gehen. Aber es wird interessant zu sehen sein, wie sich der Vollhybrid gegen das Downsizing schlagen wird. Beide Technologien zielen in die gleiche Richtung, nämlich den Verbrennungsmotor in Bereichen zu betreiben, in denen er im alltäglichen Betrieb effizienter arbeitet. Mit Downsizing und Start-Stopp-Funktion kann man 80 bis 90 % der CO2-Einsparungen eines Vollhybrids zu geringeren Kosten heben.

Was meinen Sie mit Variabilitäten des Verbrennungsmotors?
Ich sehe mehr Variabilität im Ventiltrieb und bei den Aufladesystemen, beispielsweise den vollvariablen Einlassventiltrieb zur drosselfreien Laststeuerung und natürlich Doppelturboaufladung für leistungsstarke Motorisierungen. Allerdings sehe ich keine Variabilität im Kurbelgehäuse, also eine variable Verdichtung. Von der Theorie her ist es sicherlich wünschenswert, die Verdichtung kennfeldgesteuert anzupassen und so den Wirkungsgrad zu erhöhen. Mahle hat sich intensiv mit diesen Systemen beschäftigt, aber alle derzeit möglichen Lösungen sind meiner Meinung nach nicht in Serie darstellbar. Sie sind zu komplex und greifen zu stark in die Grundstruktur des Motors ein.

Ist der vollvariable Ventiltrieb für Ein- und Auslass ein zukunftsweisender Weg?
Auf jeden Fall. Auf der Einlassseite ermöglicht der vollvariable Ventiltrieb beim Ottomotor wie gesagt die drosselfreie Laststeuerung. Aber auch auf der Auslassseite lässt sich mit einer zylinderselektiven Ansteuerung der Ventile das Instationärverhalten des Turboladers deutlich verbessern. In einigen Fällen könnte sich so eine aufwendigere Dop¬pelturboaufladung vermeiden lassen.

Was sind künftig die größten Herausforderungen für die Mechanikentwicklung?
Auf der Mechanikseite gibt es bei Otto- und Dieselmotoren unterschiedliche Entwicklungsrichtungen. Bei Ottomotoren sind Downsizing mit Aufladung sowie Direkteinspritzung Megatrends. Um die hohen spezifischen Leistungen beim Downsizing abbilden zu können, muss bei der Motormechanik extrem viel Aufwand getrieben werden. Ähnlich, wenn auch mit anderen Schwerpunkten, verhält es sich bei Dieselmotoren. Auch hier geht der Trend zu einem gewissen Downsizing, im Vordergrund stehen aber höhere Einspritz- und Aufladedrücke. Auch hier ist die Motormechanik als Wegbereiter gefragt.

Wohin werden sich die Zylinderdrücke beim Diesel entwickeln? Welche technischen Lösungen können wir dafür erwarten?
Beim Pkw-Dieselmotor erwarte ich Spitzendrücke von 200 bar und darüber hinaus gehend. Diese sind mit den herkömmlichen Techniken nicht so einfach darstellbar. Beim Nfz haben die Motorenhersteller aufgrund der hohen Drücke von Aluminium- auf Stahlkolben umgestellt. Auch die Dieselrennwagen in Le Mans, die ja mit Pkw-ähnlichen Motoren laufen, haben Stahlkolben. Künftig kann ich mir den Einsatz durchaus auch im Pkw vorstellen.

Welche CO2-Einsparungen sind bei Verbrennungsmotoren durch Reibungsoptimierung der mechanischen Komponenten realistisch?
Beim Grundmotor mit Kolben und Ringpaket sowie beim Ventiltrieb können jeweils bis zu 2 % CO2 eingespart werden. Bei den Nebenantrieben ist das tendenziell eher mehr. Beispielsweise reduziert allein schon unsere kennfeldgesteuerte Pendelschieber-Ölpumpe den CO2-Ausstoß bis zu 3 %. Natürlich lassen sich nicht alle Einzelmaßnahmen an einem Motor umsetzen. Welche der Maßnahmen am wirkungsvollsten sind, muss am konkreten Fall untersucht werden. Alle sinnvollen Maßnahmen zur Reibungsreduzierung zusammengenom-men bieten im NEFZ ein CO2-Einsparpotenzial von 5 %.

Herr Professor Junker, herzlichen Dank für dieses Gespräch.


Autor(en): Richard Backhaus

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