Die Idee ist nicht neu und bislang hat sie auch nicht zufriedenstellend funktioniert: Trotzdem hat nun ein amerikanisches Unternehmen den Verbrennungsmotor neu überdacht.
Manchmal muss man ganz neue Ansätze überlegen, um bekannte Systeme besser zu machen. Wie man Motoren anders bauen kann, hat das Unternehmen Scuderi erprobt. Der gleichnamige Motor funktioniert im sogenannten Split-Cycle-Prinzip und soll um bis zu 30 Prozent sparsamer sein als normale Viertaktmotoren.
Die Maschine arbeitet mit geteiltem Taktzyklus, bei dem die vier Takte eines herkömmlichen Verbrennungsmotors auf jeweils zwei Zylinder aufgeteilt werden. Die Zylinder sind durch einen Überleitungskanal miteinander verbunden.
Erhöhte Treibstoffeffizienz
Der erste des Zylinderduos übernimmt das Ansaugen und die Verdichtung der Luft und schiebt sie dabei über eben diesen Kanal in den Brennraum des Kollegen nebenan. Dann schließt das Ventil und der Verbrennungsprozess, also der Arbeitstakt beginnt mit der Zündung kurz nach dem oberen Totpunkt des Kolbens im zweiten Zylinder. Diese Trennung von Arbeits- und Kompressionstakt führt zu einer wesentlich gesteigerten Treibstoffeffizienz. Der Verbrauch sinkt – verglichen mit einem modernen konventionellen Verbrennungsmotor – um etwa 30 Prozent, der NOx-Ausstoß um bis zu 80 Prozent.
In weiteren Ausbaustufen ließe sich der Wirkungsgrad des Scuderi-Motors weiter steigern, etwa durch Wärmerückgewinnung und Zylinderdeaktivierung. Zudem kann Bewegungsenergie – beispielsweise beim Abbremsen oder im Teillastbetrieb als Druckluft-Energie gespeichert werden. Ganz neu ist der Denkansatz nicht. Bereits in der Vergangenheit haben Entwickler mit Split-Cycle-Motoren experimentiert. Zu hoch jedoch waren die Überströmverluste, zudem lag der thermische Wirkungsgrad deutlich unter dem konventioneller Verbrennungsmotoren.
Schwächen behoben
Scuderi hat beide Schwächen mit zwei patentierten Konstruktionsänderungen behoben. Zum einen kann der Kolben während der Kompression bis auf wenige Millimeter an den Zylinderkopf heranfahren, nach außen öffnende Ventile ermöglichen dies. So wird die Luft fast vollständig und verlustarm in den Überleitungskanal und damit in den Arbeitszylinder nebenan gepresst. Der thermische Wirkungsgrad verbessert die relativ späte Zündung, die durch die Trennung von Verdichtungs- und Arbeitstakt gelingt.
Trotz dieser Verzögerung werden hohe Flammgeschwindigkeiten erreicht, das Expansionsverhältnis von 13:1 übertrifft das von herkömmlichen Ottomotoren erheblich. Potenzial bietet das Scuderi-Prinzip auch beim Zwischenspeichern von Energie. Als Puffer könnte der Motor bei Windkraft und Solaranlage überschüssigen Strom zu hochkomprimierter Druckluft umwandeln und ebenso kostengünstig wie technisch vergleichsweise anspruchslos in Drucktanks speichern.
Hoher Wirkungsgrad
Der Scuderi-Motor kann – im Gegensatz zu konventionellen Motoren – in weniger als einer Stunde bei einem Tankvolumen von etwa 130m³ so viel Druckluft abspeichern, dass bei Bedarf 1MW Strom mit einem elektrischen Wirkungsgrad von weit über 50 Prozent produziert werden kann.
Zum Vergleich: ein Blockheizkraftwerk hat im Durchschnitt einen elektrischen Wirkungsgrad von 30 bis 40 Prozent. Das amerikanische Unternehmen ist bereits in Verhandlungen mit Automobilherstellern und der Energiewirtschaft. Die schnelle technische Umsetzbarkeit und die unproblematische Produktion des Motors könnten ihm schon bald ein Entree im Automobil oder in der Stromerzeugung verschaffen.
