Infiniti VC-Turbo: Antwort auf die Kardinalfrage
Neuer Infiniti-Motor Diese Zylinder können zaubern
Was das Auto betrifft, warten alle auf den Super-Akku, der tausend Kilometer elektrische Reichweite ermöglicht. Oder den Super-Sensor, der sicheres, autonomes Fahren selbstverständlich macht. Womit eigentlich niemand mehr rechnet, sind Entwicklungssprünge beim ganz normalen Benzinmotor. Genauso einen Sprung gibt es aber jetzt.
Die zu Nissan gehörende japanische Marke Infiniti hat einen Vierzylinder-Ottomotor namens VC-Turbo vorgestellt und preist ihn als "weltweit ersten serienreifen Verbrennungsmotor mit variabler Verdichtung". Variabler was?
In Nicht-Ingenieurs-Ohren mag das banal klingen. Doch es ist eine Sensation. Für Leute, die sich beruflich mit Kolbenhub und Kurbelwellen beschäftigen, war die variable Verdichtung bislang eine Art Bernsteinzimmer: Ein Mysterium, das jeder aus der Branche zu entschlüsseln versuchte.
Die Technologie verspricht sowohl leistungsfähigere als auch sp arsamere Motoren
Um zu verstehen, was variable Verdichtung bedeutet, hilft ein kurzer Ausflug in die Motorentheorie. Verdichtung findet in einem Verbrennungsmotor immer dann statt, wenn sich der Kolben im Zylinder von unten nach oben bewegt. Das Verdichtungsverhältnis wiederum beziffert das Verhältnis des größten zum kleinsten Brennraumvolumen in einem Motor, also das Verhältnis des Volumens zwischen unterem und oberem Totpunkt des Kolbens. Normalerweise ist es fix und durch Länge der Pleuelstange und Hub der Kurbelwelle definiert. Bei einem VW Golf 1.4 TSI etwa beträgt es 10:1. Beim neuen Infiniti-Motor ist es variabel und kann von 8:1 bis 14:1 stufenlos reguliert werden.
Entwicklern eröffnet das völlig neue Möglichkeiten. Denn je mehr sie die Bedingungen im Brennraum kontrollieren und beeinflussen können, desto sparsamer und leistungsstärker lassen sich Motoren einstellen.
"Ich denke, da kann man schon von einem Durchbruch sprechen, sogar von einem Meilenstein in der Motorengeschichte", sagt Stefan Pischinger, Professor für Verbrennungskraftmaschinen an der RWTH Aachen. "Damit ist die letzte große Variabilitätshürde genommen, nachdem man ja bereits viele Dinge, von den Ventilsteuerzeiten bis zu den Ventilhüben, variabel gemacht hat."
Die Idee, die Verdichtung eines Ottomotors zu verändern, ist beinahe hundert Jahre alt. Der britische Ingenieur Henry Ralph Ricardo konstruierte bereits in den Zwanzigerjahren einen Versuchsmotor mit variabler Verdichtung. Später versuchten sich unter anderem Hersteller wie Renault, Peugeot oder Volvo an der Technik. Saab stellte im März 2000 einen Vierzylindermotor vor, dessen Verdichtung sich durch Kippen des Zylinderkopfes verändern ließ, doch zur Serienreife gelangte die Maschine nie. "Viele Ideen sind alt, aber diese dann auch kostengünstig in Großserie zu bringen, das ist die Hürde, die man nehmen muss", sagt Pischinger.
Mehr als 300 Patente stecken in der neuen Technik
Infiniti scheint diese Hürde genommen zu haben. "Wir werden diese Technologie im Jahr 2018 erstmals auf den Markt bringen", sagt Infiniti-Präsident Roland Krueger. Es wäre das erste Mal, dass Motoren mit variabler Verdichtung ihre Vorteile im ganz normalen Alltagsbetrieb ausspielen können. Seit mehr als zwanzig Jahren tüftelt das Unternehmen an der Technik, für die mehr als 300 Patente angemeldet wurden, und bei der über eine sogenannte Multi-Link-Mechanik der Winkel zwischen Pleuel und Kurbelwelle stufenlos verändert werden kann. Mehr als hundert Motoren-Prototypen wurden entwickelt und getestet - ein Aufwand, der umgerechnet gewiss mehrere Milliarden Euro verschlungen hat.
Der soll sich nun auszahlen. Denn der VC-Turbomotor reagiert sozusagen auf den Fahrer. Gibt der Vollgas, wird die niedrigste Verdichtung von 8:1 eingestellt. Eine niedrige Verdichtung bedeutet, dass der Kolben im Zylinder nicht ganz so weit nach oben fährt und das Brennraumvolumen demnach größer ist. Deswegen kann mehr Benzin-Luft-Gemisch durch den Turbo in den Zylinder gepresst werden, ohne dass es zu schädlichen Selbstentzündungen des Luft-Kraftstoff-Gemisches kommt, dem berüchtigten "Klopfen". Das Ergebnis: bessere Leistungsausbeute.
Zuckelt der Fahrer hingegen gleichmäßig dahin, wird das Verdichtungsverhältnis auf 14:1 gesteigert, wodurch die eingespritzte Spritmenge verringert werden kann. Das Ergebnis: Deutlich geringerer Verbrauch. Und der Clou: auch bei allen Fahrzuständen dazwischen wird die Verdichtung passend eingestellt.
Kraftstoffersparnis von 20 Prozent oder mehr?
Wie viel genau der 2-Liter-Vierzylinder-Motor mit 272 PS Leistung und einem maximalen Drehmoment von 390 Nm verbrauchen wird, sagt Infiniti noch nicht. Die einzige Aussage dazu lautete, der neue Motor werde 27 Prozent weniger Kraftstoff verbrauchen als ein V6-Benziner der gleichen Leistungsklasse. Das lässt Raum für Interpretationen, ist aber dennoch ein beeindruckender Wert.
"Wenn das tatsächlich in die Praxis umgesetzt werden kann, wäre es ein Quantensprung", sagt Maximilian Prager, Oberingenieur am Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen der TU München. "Selbst wenn im Alltagsbetrieb ein hoher einstelliger Prozentwert an Einsparung erreicht wird, würde ich sagen 'Hut ab'."
Infiniti behauptet, der VC-Turbomotor habe einen vergleichbaren Wirkungsgrad wie ein Dieselmotor. Und die bisherigen Verbrauchsangaben des Herstellers für die neue Technologie setzen den Motor tatsächlich auf eine Stufe mit einem vergleichbaren Selbstzünder. Der Vorteil des Benziners mit VC-Technologie: er kann vermutlich auf die aufwendige Abgasreinigung verzichten, ohne die moderne Diesel die Euro-6-Anforderungen gar nicht mehr erfüllen können - und böte sich damit vor dem Hintergrund des Dieselskandals als mögliche Alternative an.
"Die große Frage ist jedoch, ob der Aufwand sich tatsächlich rechnet", sagt Prager. Denn die neue Technik bedeute auch mehr Gewicht und eine höhere innere Reibung durch weitere bewegliche Teile im Motor. Und natürlich wird ein Auto mit VC-Turbomotor teurer sein als das gleiche Modell mit einem Standard-Verbrenner. "Andererseits", sagt Prager, "bekommt man beispielsweise die Hybridtechnik auch nicht geschenkt." Insgesamt dürfte ein Motor mit variabler Kompression immer noch deutlich günstiger sein als ein elektrischer Antrieb.
Wie sinnvoll ist es, noch in Verbrennungsmotoren zu investieren?
Elektroantrieb ist ein gutes Stichwort. Denn es stellt sich ja schon die Frage, ob es überhaupt noch sinnvoll ist, in hochkomplexe Verbrennungsmotoren zu investieren, wenn deren Zeit ohnehin abgelaufen scheint. Wären die Entwicklungsmilliarden nicht besser angelegt, wenn man sie in die Elektrifizierung stecken würde? "Meiner Meinung nach sollte das keine Entweder-Oder-Entscheidung sein, sondern eine Sowohl-als-Auch-Entscheidung", sagt Professor Pischinger. "Eine Technologie, die große Stückzahlen bringt und beispielsweise zehn Prozent Sprit einspart, hilft ja mehr, als eine Technologie, die nur theoretisch CO2-neutral ist, nämlich dann, wenn der Strom aus regenerativen Quellen stammt."
Während also die Elektromobilität noch Entwicklungsbedarf hat und gleichzeitig der Dieselmotor zunehmend in Frage gestellt wird, könnte eine neue Benziner-Technologie durchaus hilfreich sein, den CO2-Ausstoß zu senken. Wie gut sie tatsächlich funktioniert, das wird ab 2018 die spannende Frage sein.
